xAPI本体模型构建研究

陈曦 王芳芳 林龙成

摘要：跟踪和分析教育大数据对提高学习效率具有重要意义，xAPI（experienceapi，xAPI）作为具有数据互操作性的e-learning标准之一，如何有效利用符合xAPI规范的学习行为数据，挖掘数据中的语义关系，在过去几年中引起了极大的关注。首先介绍了xAPI规范的两个重要组成部分，学习活动流语句statement和学习记录存储（LRS），选择简单事件模型（SEM）作为框架构建xAPI语义模型，最后借助Protégé工具对本体进行建模，建立核心类Core和类型属性类Type以及它们的子类。

关键词：xAPI;本体;语义模型;Protégé

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）15-0015-02

1 xAPI规范

xAPI（也称为TIN CAN API）[1]是由Advanced Distributed Learning Initiative（ADL）开发的，旨在定义一个数据模型，用于记录有关学生学习路径的数据。xAPI标准的主要目标是确定跟踪、表达和存储学习者行为和表现的准则。xAPI规范基于两个主要部分，第一部分是学习活动语句statement的格式，第二部分是学习记录存储（LRS）。

活动流语句statement是xAPI数据模型的关键部分。所有的学习行为都以statement语句的形式存储和交互，statement语句可以包含标识符（ID）、参与者（actor）、动作（verb）、对象（object）、结果（result）、情境（context）、时间戳（timestamp）、存儲时间（stored）、授权（authority）、版本（version）、附件（attachments）这些属性，在这些属性中，参与者（actor）、动作（verb）和对象（object）三个属性是一条活动流语句statement必须要包含的属性。因此一条最简单的活动流语句statement可以表示为<参与者（actor）+动作（verb）+对象（object）>，其中参与者（actor）是主体，相当于statement语句的主语，通常是指参与学习活动的学生或者教师;动作（verb）是参与者的交互行为，相当于statement语句的谓语，比如浏览、完成、观看等行为;对象（object）是活动的交互对象，相当于statement语句的宾语，通常是指课件、测验等。

学习记录存储（LRS）是xAPI生态系统的核心，按照xAPI规范的定义，LRS是“一个服务器（即能够接收和处理web请求的系统），负责接收、存储和提供对学习记录的访问。”更进一步，LRS的设计使系统能够存储和检索xAPI语句、存储xAPI状态，并存储来自其他系统的各种其他xAPI元数据。许多LRS已经扩展到不仅仅存储xAPI数据，现在还包含了帮助用户使用存储的xAPI数据，这些扩展的服务超越了LRS的核心定义，实现了一系列功能，包括报告仪表盘、学习分析、推荐引擎等。

2 xAPI语义模型设计

事件是描述、组织多元化信息资源的基础单元之一，不同领域内事件的定义各不相同[2]。为了实现对事件的共享、重用和互操作，需要对事件知识进行语义化表示，使其成为机器可读可理解的结构化知识。事件语义模型是描述事件内容的语义框架，包括 Event、SEM、LODE、ABC、LODE、EBSTDM等通用事件语义模型。一次学习活动可以理解为教育领域内的一个事件，结合教育领域学习行为规范表示及不同事件语义模型的特点，本文选择简单事件模型（SEM）[3]作为在线学习行为描述的语义框架，并根据学习行为活动流Statement语句的属性对简单事件模型SEM的类和属性关系进行扩展。

基于简单事件模型的xAPI语义模型由核心类、类型系统和属性关系组成，核心类包括Statement、Actor、Verb、Object、Result、Context、Time，它们是Core的子类，类型系统包括StatementType、ActorType、VerbType、ObjectType、ResultType、ContextType、TimeType，如图1所示。

xAPI语义模型中最重要的类和关系如图1所示。Statement语句是xAPI规范的核心，Statement类代表“I did this”这样的学习行为活动流Statement语句，其中，“I”、“did”和“this”分别对应Actor类、Verb类和Object类。在Statement语句的中，还可以包括结果（result）、情境（context）、时间戳（timestamp）等属性，分别对应语义模型中的Result类、Context类和Time类。Statement类、Actor类、Verb类、Object类、Result类、Context类、Time类都是核心类Core的子类，形式化xAPI规范中的在线学习行为Statement语句。StatementType类、ActorType类、VerbType类、ObjectType类、ResultType类、ContextType类、TimeType类是与核心类分别对应的类型类，类之间的属性关系如表1所示。

3 xAPI本体建模

本文选择Protégé 作为本体建模工具，在“Entities”项目下面的“Classes”选项卡中，新建“owl：Thing”的子类“CORE”和“Type”，依次添加核心类Core的子类：Statement、Actor、Verb、Object、Result、Context和Time，类型系统类Type的子类StatementType、ActorType、VerbType、ObjectType、ResultType、ContextType和TimeType，如图2所示。8039FACF-0513-41CA-B3B3-E2FAF4178601

完成类的创建后，打开“Entities”项目下面的“Object properties”選项卡，添加以下类对象属性：has Actor、hasVerb、hasObject、hasResult、hasContext、hasTime、statementType、actorType、verbType、objectType、resultType、contextType和timeType，设置对象属性的Domains和Ranges。例如将actorType的Domains设置为“Actor”，Ranges设置为“ActorType”，如图3所示。

4 xAPI本体模型实例

xAPI是描述在线学习行为的规范，xAPI本体模型是对在线学习行为活动流语句Statement的形式化描述。我们以“张三观看学习视频”为例，构建xAPI本体的模式层和数据层，如图4所示。“S1”是Statement类的一个实例，也就是一条在线学习行为活动流语句，“观看”“张三”和“LO1”分别是Verb类、Actor类和Object类的实例，其中，“张三”是一个学生，“LO1”是视频，因此“学生”和“视频”分别是类型类“ActorType”和“ObjectType”的实例。

5 小结

本文在分析xAPI规范的基础上，构建了基于简单事件模型（SEM）的xAPI语义模型，对在线行为活动流语句Statement的属性形式化，设计了七个核心类和与之对应的类型类;并借助本体建模工具Protégé对xAPI本体进行建模，定义类的关系属性;最后以实例介绍了xAPI本体的模式层和数据层，为以后进一步学习分析奠定基础。

参考文献：

[1] xAPI [EB/OL].[2021-04-26].https：//xapi.com/.

[2] 陈金菊，欧石燕，林泽斐.典型通用事件语义模型比较分析研究[J].现代情报，2021，41（2）：55-64，77.

[3] van Hage W R，Malaisé V，Segers R，et al.Design and use of the simple event model （SEM）[J].Journal of Web Semantics，2011，9（2）：128-136.

【通联编辑：光文玲】8039FACF-0513-41CA-B3B3-E2FAF4178601