基于xAPl的在線學習者畫像的構建與實證研究

肖君　喬惠　李雪嬌

關鍵詞：xAPI;在線學習者畫像;學習者畫像模型

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

當前在線學習群體已經日益壯大，但是存在流失率高的問題，學生保留率低，課程的完成率也不高[1]。在商業領域，為了降低用戶流失率，往往會使用用戶畫像工具，收集并完善用戶信息數據以建立用戶畫像模型[2]，在了解用戶需求、特征的基礎上，進行個性化的商品推薦等精準服務，畫像工具已應用于百度等多家大型企業的產品設計。在線學習環境下，學習特征可用于預測課程表現和課程完成率等方面[3]，因此在線學習領域中同樣也可以應用“畫像”概念，收集學習者學習過程中的特征數據以構建學習者畫像，為教師、學習者提供一個了解學習者群體學習特征的工具，對解決在線學習環境中的相關問題有重要意義。學習者畫像的構建和應用必然要有學習者數據支撐，對這些數據的收集和管理是一項重要的工作。自2014年以來，歐美大量項目將xAPI規范作為元數據方法，通過學習記錄系統（LRSs）和分析引擎聚合學習活動，形成聚焦學習者、獨立具體系統和易于實現的技術特點[4]。本文利用學習者畫像的概念和xAPI的技術特性，構建一套基于xAPI的在線學習者畫像模型，為當前在線學習者相關問題提供一種新的解決方案。

一、相關研究綜述

（一）學習者畫像

用戶畫像是描述目標用戶特征的工具，通過其畫像了解用戶的需求。畫像具有巨大的價值，其可以應用在各個領域[5]。用戶畫像廣泛應用在商業領域，例如追蹤消費者的購物足跡，實現對消費者購物風格畫像，預測消費者購物行為傾向并進行個性化推薦;Aoyama M對數字消費產品（如手機軟件、汽車導航系統等）的用戶進行畫像，通過角色與使用場景之間的交互分析來評估需求，以用戶為中心進行產品改進[6];SG Jung等人開發了一種基于實時社交媒體數據的角色生成方法，通過自動添加相關的特性創建角色描述，該方法可以識別出真實可信群體角色特征，對那些通過在線平臺銷售產品的公司有一定影響[7]。近年來，用戶畫像的概念也初步出現在教育領域，稱作學習者畫像。學習者畫像和學習者特征其他概念的根本區別是它以群體特征為核心，將學習者進行群體分類描述的方法，為各類教育產品的設計提供精準的支持。

國外研究人員多通過學習者某一特征劃分角色進行研究，如學習動機、學習認知水平、學習態度等。如Dong Phuong DINH等人研究通過學習動機來劃分學習者角色，根據每個角色的動機成分、服務的激勵效果和自我效能的循環在學習服務上對不同組的學習者進行不同的服務，達到促進服務的目的[8]。除此之外，國外研究人員對學習者畫像創建也進行了研究。學習者畫像的創建目標是圍繞學習者學習需求、學習動機和學習偏好等實施，體現學習者的關鍵特征[9]，如Debbie Holley等人研究將學習者分為高、中、低風險，通過風險模型預測學習者，提供相應的干預措施[10]。學習者畫像可以精準評估學生的學習能力[11]，也可幫助教師進行教學反思及提升其專業發展技能[12]。

學習者畫像概念也逐漸進入國內學者的視野。肖君等人認為學習者畫像分析是泛在學習環境下設計移動MOOC的重要維度，利用學習者畫像可以評估學習者的學習效果[13]。陳海建等人則通過實驗進行實證研究，肯定了學習者畫像在個性化教學方面具有的重大意義[l4]。

綜上所述，學習者畫像是用戶畫像在教育領域的應用。在線學習環境下，學習者畫像不僅可以根據學習者群體特征劃分學習者，并且可以優化教學設計，提供針對性的學習支持服務，促進學習者個性化學習的實現。已有研究對學習者畫像的研究側重于模型構建或是應用研究，并沒有完整描述學習者畫像的構建流程。

（二）xAPI

xAPI是收集數據、存儲數據的標準，具有獨立性和可擴展性，其不依附于平臺，用戶也可自己定義新的動詞[15]。基于xAPI具有的交互技術，不僅可以實現教學內容的設置、學生與學習系統的交互性、學習方法的定制化，還可以在大數據分析和推薦的基礎上推薦學習資料，豐富學習資源[16]。國外一些教育研究者將xAPI規范用于記錄學生行為日記，尤其是對非正式學習行為的記錄。例如Yee-King M J，Grierson M等人根據xAPI規范，記錄程序員學員的行為日志，例如在某一課程當中查看學員的所有操作，用以對學員進行學習行為分析[17];西班牙拉古納大學的Carina S.Gonzalez等人在MOOCs設計的研究中，認為xAPI數據具有靈活性的特點，可以在不同系統之間共享后續數據。因此使用該標準數據可以對學習行為的所有方面進行跟蹤蹤[18];馬德里康普頓斯大學的Ana R.Cano等人在教育游戲中使用跟蹤器實時發送用戶行為和學習模式相關的信息，所收集的數據都遵循xAPI標準。xAPI規范設計可以用于表示交互序列，因此在教育界被廣泛采用[19]。xAPI非常適合作為日志學習分析的組件集成到虛擬學習環境模型中。在虛擬學習環境（LMSs）中，xAPI可以從LMS中分離或增加學習事件數據，從而允許在不同的系統中對學習內容進行分發和識別[20];使用xAPI規范記錄的日記多被存于學習記錄系統（LRS）中。LRS可以用于存儲任何學習平臺上學生的學習數據，由于LRS的獨立性，xAPI的使用也更加靈活。

綜上所述，xAPI標準可以在各種學習系統中廣泛應用，在學習者的學習行為、學習模式、學習活動等的數據收集和處理過程中，提供了更自動化、即時和詳細的跟蹤、記錄和管理，對學習者畫像構建中的數據采集標準化和特征描述具有重要的意義。

二、基于xAPI的在線學習者畫像設計框架

（一）基于xAPI的在線學習者畫像框架設計

學習分析的設計框架是多樣的，通過分析多個國際學者[21-24]的觀點，基于學習分析的一般流程，本文提出了基于xAPI的在線學習者畫像構建框架，分為畫像目標、數據收集、畫像建模、畫像應用與評價五個階段如圖1所示。

基于xAPI的學習者畫像的設計過程注重畫像的應用和反饋，是一個以目標為導向的系統框架。畫像目標保證了畫像構建的意義、指導著整個構建流程，學習者畫像在開展教學設計反思、反饋教學效果、設計個性化支持服務等方面表現出不同的價值。在確定目標后收集學習者相關數據，包括學習者的基本信息、生理數據、心理數據和在線學習行為數據等各類數據。在線環境下的學習活動往往是跨平臺、跨終端的，其產生的數據需要以“xAPI活動流”的格式存儲匯聚于學習記錄系統中。畫像模型由一系列畫像標簽組成，通過一定的隱私規則選取數據進行組合形成畫像標簽，并儲存于學習者畫像標簽庫中。在形成的畫像標簽庫中根據畫像目標提取需要的標簽借助相關算法f例如聚類分析等）進行深入的分析，輸出與目標對應的畫像分析結果。最后將輸出結果應用于教學，并通過問卷調查、訪談等形式進行評價，以驗證是否達到了既定的畫像目標，若沒有則再次進行畫像構建和應用直到達到目標。

（二）基于xAPI的在線學習者畫像模型設計

1.在線學習者畫像模型設計

基于xAPI的在線學習者畫像模型是整個框架的核心，它包含了與學習者相關的知識、技能和態度等多種特征[25]。通過學習者畫像模型可以了解學習者的已有知識水平以及學習過程中的知識理解程度[26]，對學習者的學習過程進行客觀、全面的評價。在相同的學習條件下，畫像模型越完整，對學習者的刻畫就越全面，就越容易發現學習者的學習特征，并針對學習者的學習特征為學習者提供個性化的學習支持服務。當前，基于能力評價模型構建學習者模型已成為一種趨勢，國內很多研究者定義能力是一種學習者內在的一種人格特性，這種特性可以在實踐中進行外在的表現，其中外在表現有知識，認知與技能，態度等[27];而國外的一些學者比如瑪麗亞姆用知識、才能和價值來進行能力模型的搭建[28];同時有其它的學者如Elena是用知識、才能和態度等維度來進行能力模型的建構的，他認為能力是個人特征、社會特征與行為特征相互結合而成的，其中個人特征就包括個人的知識和態度等因素，社會特征包括個人的背景和社會相關的知識，行為特征包括的是個人的行為特征、個人積極性引導的行為特征和目標驅使的行為特征[29];歐盟委員會則采用開放的，標準化的和可持續發展的新技術對個體能力發展的模型進行了構建，其中能力主要表現在技能、知識、態度、行為、動機、自控力等方面[30][31]。所以，本文整合上述學習者的能力的模型與在線學習情境，建立了知識水平、行為特征和態度特征三個維度的學習者畫像模型，這個模型以能力為導向[32]。其中，認知發生場所應該是社會的、物質的和人工制品的周圍環境，根據布魯姆的教學目標分類將目標分為認知學習領域，動作技能學習領域和情感學習領域，其中認知領域分類為知識，領會，應用，分析等;動作技能學習領域包括一些技能動作和相關的主動活動;情感學習領域包括接受或注意，愿意接受，覺察，有控制的或有選擇的注意等情感學習。而有學者表明，學習的學生滿意度是學生對學習投入的一種反饋，學習滿意是學習者的期望感知和評價教育的重要指標[33]，因此經過理論演繹加總結的方式將知識水平用成績、人工制品、學習報告來描述;用學習投入、滿意度和使用意愿三個維度來描述學習者的態度特征[34]。因此對在線學習環境下學習活動的特征進行的二級指標的設計，如圖2所示。

2.在線學習者畫像標簽與xAPI活動流的對應關系

根據xAPI的語句規則和在線學習特征，本研究以行為特征中的課程學習行為為例展示xAPI活動流的設計（如圖3所示），其中具體的指標信息可在可選屬性中進行獲取[35]。

三、案例分析

本研究基于上海開放大學開放遠程教育工程技術研究中心移動學習平臺設計一門通識移動課程《火災的預防及逃生常識》，按照本文構建的基于xAPI的在線學習者畫像構建框架進行該課程的在線學習者畫像分析，為課程教學設計、開發和評價提供依據。

（一）畫像目標

本次實驗的目標為通過實驗設計、數據分析、畫像分析和輸出，并根據學習效果進行學習者分類，探究影響各類學習者學習效果的影響因素并提出針對性的建議，為教學利益相關者更好的進行教學設計、開發和評價提供參考，提高教學質量。

（二）實驗設計

本實驗設計中，來自上海開放大學的成人學習者在移動學習平臺上既可以觀看視頻、瀏覽課件、完成作業，也可以創建話題，進行討論，與同伴進行互動交流，促進深度學習的發生。為了探究學習者學習效果的影響因素，分別從學習者性別、年齡、學習風格、學習投入度、在線學習行為五個維度抽取部分學習者學習畫像標簽，探究以上五個維度對各類學習者學習效果的影響，并輸出學習者畫像，為教師和教學設計者提供參考。

（三）數據收集

本次實驗數據主要來自在線課程《火災的預防及逃生常識》的后臺日志，收集到的數據以xAPI的格式儲存在畫像分析系統（LRS）中，通過畫像系統對數據進行分析。最后共收集116份實驗數據，除去一部分無效數據，得到107份有效數據，主要包括學習者的基礎信息、學習行為、態度和知識水平等方面，其中具體的年齡、學習風格等關于學習者的個人信息和態度特征作為微調查通過嵌入課件之中獲取。

（四）畫像建模

1.學習者群體聚類分析

本研究選取了知識水平特征的成績標簽、以及態度特征中的學習滿意度標簽、使用意愿標簽作為學習者學習效果進行分析，并利用SPSS軟件，采用K-mean聚類方法，將學習者進行分類。聚類結果顯示學習者可以分為四類：第一類學習者成績、學習滿意度和使用意愿均較高;第二類學習者成績、學習滿意度和使用意愿均較低;第三類學習者成績較高、學習滿意度較低、使用意愿較低;第四類學習者成績較低、學習滿意度較高、使用意愿較高。學習者滿意度和使用意愿是學習者的主觀感受，往往是衡量學習者是否愿意學下去的主要指標[36]，因此將之作為判斷學習者是否需要挽留的標準。成績是學習者學習效果的客觀因素，可作為需挽留程度的標準。由此，將該四類學習者分別稱為優秀發展類學習者、重要挽留類學習者、一般發展類學習者和一般挽留類學習者。各類學習者的占比情況如圖4所示。

一般挽留類學習者的成績雖然并不是很優秀，但是學習課程的積極性很高并且在學習結束后表示希望能夠繼續學習課程，可以表明此類學習者群體具有很強的學習意愿，主動性很高，學習成績只是反映了學習者的部分學習效果，并不能代表學習者整體的學習狀況。如果能夠對其提供更多的個性化學習支持服務，將有助于提升此類學習者的學習成績和學習效果。一般發展類學習者雖然成績優異，但是學習滿意度和使用意愿較低，原因可能有兩點，一是此類學習者學習能力較強，而課程內容的設置對于他們來說過于簡單，導致此類學習者學習動機較低，對課程滿意度較低，二是此類學習者已經擁有相關的知識經驗，不需要為了完成任務而花費大量的時間重復學習。重要挽留類學習者學習成績、學習滿意度和學習意愿普遍偏低，原因可能有三種，一是此類學習者學習能力較弱，課程對他們來說認知挑戰性較大，學習起來比較吃力;二是此類學習者自主學習能力較差，易受外界干擾，需要教師或者教學機器對學習過程進行干預;三是此類學習者學習動機不強，對課程內容本身不感興趣。

以上任何一種情況都值得教學管理人員關注，他們是提升整個教學質量的關鍵。優秀發展類學習者也是學習者中的積極學習者，他們的學習成績優異，學習體驗滿意度較高，并且在課程學習后有較強的使用意愿，這類學習者是教師期望的學習群體，應該發揮此類學習者的榜樣作用，使其他學習者向優秀發展類轉化，促進良好學習環境的形成。

2.各類學習者學習效果影響因素分析

為了更好地對每一類學習者的特征進行描述，本研究選取畫像標簽庫中的性別、年齡、學習風格、學習投入、學習認知行為、學習效果來進行畫像特征分析，并以重要挽留類學習者為例，對畫像過程進行了詳細描述。

在探究性別對學習者學習效果（成績、學習滿意度、使用意愿）的影響時，本研究采用SPSS的獨立樣本T檢驗的方法， “分析一比較均值一獨立樣本T檢驗”，結果發現性別對該類學習者成績、使用意愿和學習滿意度均無顯著影響;在探究年齡對學習效果的影響時，經過SPSS描述性統計分析，得到該類學習者年齡分布比例，通過對結果進行分析發現，該類學習者的N=30<40，故采用Fisher的精確檢驗結果，由以上分析結果發現，該類學習者的年齡與成績、學習滿意度、使用意愿均無顯著影響關系;在探究學習風格對重要挽留者學習效果的影響時，通過SPSS描述性統計分析，分析結果發現學習風格與學習者成績、學習滿意度、使用意愿均無顯著影響關系;在探究學習投入對此類學習者學習效果的影響時，經過SPSS描述性分析發現，學習者的認知投入對學習者的“學習滿意度”具有顯著正向影響，學習者的行為投入對學習者的“學習滿意度”有明顯反向影響;在探究學習認知行為對學習效果的影響時，經過SPSS描述性統計分析發現，學習者的四類在線學習行為對學習者學習效果的三個維度均無顯著影響。

本研究對優秀發展類、重要挽留類、一般發展類和一般挽留類學習者的性別、年齡、學習風格、學習投入度、學習認知行為的影響效果進行分析的結果如表所示，其中“一”表示無影響，“+”表示有顯著影響，顯著影響包含正向影響和負向影響。

結合表1中的數據分析結果和已有研究成果，對不同類別的學習者進行分析可以發現，對于優秀發展類學習者，學習者“學習投入度”對學習者使用意愿有顯著正相關影響，由此可以看出此類學習者的認知投入程度是影響學習者使用意愿的主要因素，在進行教學設計時，應當發揮此類學習者的榜樣作用，提高此類學習者的自信心，促進此類學習者進行更多的認知投入，促進其他類學習者向重要發展類學習者轉化。

對于重要挽留類學習者，在“學習投入度”方面，學習者的認知投入對學習者的“學習滿意度”具有明顯的正向影響，行為投入對學習者的“學習滿意度”有明顯的反向影響，顯示此類學習者在學習行為上投入了大量的時間，但由于認知行為發生的較少，學習效果卻并不理想。針對此類學習者應當提供更多的學習指導，重視學習活動的設計，促進有意義學習的發生。

對于一般發展類學習者，“學習認知行為”中的操作性行為與學習者的學習成績無相關性，對學習者學習滿意度和學習意愿具有顯著影響，在教學設計過程中應該重視課程的內容設計，促進學生更多地發生課程學習行為、總結反思行為和互動交流行為;重視課程的活動設計，促進學生更多地將學習精力投入到認知類學習活動中。

對于一般挽留類學習者，女性學習者的滿意度普遍高于男性，因此，教師或教學設計者在日后的教學中要重點關注男性學習者的學習表現。此類學習者由于學習風格的不同，學習效果也不相同，因此，本研究應當進一步探索此類學習者學習風格和學習效果之間的影響路徑關系。此類學習者學習投入度中的行為投入與學習者的“使用意愿”具有顯著正相關影響，因此，教師在教學中要讓學習者更多地參與到真正的學習過程中，重視學習活動設計過程中的交互、堅持、專注等因素的設計，提高學習者學習效率，促進有意義學習的發生。

（五）畫像輸出

本研究依據畫像目標的要求，依據學習者知識水平和態度特征對學習者進行分類，并從學習者性別、年齡、學習風格、學習投入度和學習認知行為輸出學習者畫像，探究影響各類學習者學習效果的影響因素。學習者畫像以結構化、可視化的形式展現給教師和教學利益相關者，使其能夠找到影響學習效果的因素，直觀的發現學習者在學習過程中存在的問題，并能夠根據學習效果影響因素，結合畫像給出的建議及時改進教學設計，調整教學過程，促進各類學習者更好的學習，提高教學質量。例如，對于重要挽留類學習者，“性別”“年齡”“學習風格”“學習認知行為”對學習者均無顯著影響，認知投入與學習滿意度有積極影響，行為投入對學習滿意度具有消極影響，教師需要充分肯定學習者的學習投入，給學習者更多的鼓勵，特別關注該類學習者發生的學習行為，適當地采取教學干預措施，重視學習者學習活動設計，使學習者將更多的精力轉移到認知投入、課程反思等學習行為上來，使得學生的行為投入與學習滿意度成正比，促進有意義反思行為的發生。

（六）畫像應用與評價

本研究通過訪談法來進行進行畫像的應用與評價，訪談對象分為兩部分。

第一部分的訪談對象為上海開放大學的相關教師。教師普遍認為學習者畫像能很清晰的呈現出學習者的群體特征，從而能節省時間和精力去關注那些學習效果不理想的學習者。此外，學習者畫像能呈現出教學過程和教學行為，作為自我評估反思的證據，以提高學習者的學習效果。但是，學習者畫像在給學習者貼標簽的過程中，要考慮不同的受眾，例如對于學習者，則應多用鼓勵性的積極詞語，從而提高學習者的積極性。

第二部分的訪談對象為教育技術學領域的4位專家，他們認為基于xAPI的在線學習者畫像作為一種新的學習分析探索工具，能夠清晰、準確的分別呈現出各類利益相關者關注的問題。同時由于學習過程的復雜性以及研究視角的不同，在對學習者進行分析的過程中，跨平臺的數據采集、課程本身的知識結構均應考慮進去，作為xAPI活動流設計的依據，從而保證學習者畫像的信效度。

通過本次實驗，基于xAPI的在線學習者畫像已呈現出較好的教學價值，同時因為實驗的規模受限，深度的價值還需要研究者和應用者的共同努力。

四、結語

本文借助xAPI在追蹤學習數據上的潛力、學習者畫像在對學習者群體特征描述上的價值，構建了基于xAPI的在線學習者畫像構建流程框架，基于能力模型，從知識特征、行為特征和態度特征三個維度設計了在線學習者畫像模型，并結合xAPI的特征設計了特定的xAPI活動流集合來收集相應標簽的學習活動數據。本文還以上海開放大學的一門移動課程為例進行實驗設計，通過畫像分析，根據學習效果進行學習者分類，探究影響各類學習者學習效果的影響因素，最后針對各類學習者的學習畫像提出針對性的教學建議，得到了教師和研究者的肯定。本文也期待更多的研究挖掘出學習者畫像、xAPI在教育領域中的應用潛力，以應對如今在線學習環境面臨的挑戰。