薛樹樹 方海光 張鴿 汪時沖

摘 要：EML建模語言是從課堂的角度來描述教學(xué)，即角色、活動和環(huán)境。xAPI標(biāo)準(zhǔn)是從單個的教學(xué)活動來呈現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，即角色、行為和對象。二者都只能片面地說明師生活動，無法形象地呈現(xiàn)智慧課堂環(huán)境下的學(xué)習(xí)活動。文章將智慧課堂環(huán)境下的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)記錄、學(xué)習(xí)活動的層級關(guān)系進行了梳理，并且通過EML和xAPI的結(jié)合，將智慧課堂重新呈現(xiàn)，提出一個新的課堂設(shè)計模型。該模型能夠?qū)崿F(xiàn)智慧課堂和學(xué)習(xí)活動的分層設(shè)計和重用，也有利于智慧課堂標(biāo)準(zhǔn)的研究。最后，以智慧課堂案例為基礎(chǔ)，進行相關(guān)的教學(xué)設(shè)計和課堂學(xué)習(xí)活動分析，以期為同行提供借鑒。

關(guān)鍵詞：EML;xAPI;智慧課堂;學(xué)習(xí)活動

中圖分類號：G420 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）12-0001-04

一、引言

教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動了資源對數(shù)據(jù)的需求，[1]在過去幾年中，互聯(lián)網(wǎng)的普及促進了新型學(xué)習(xí)方式的涌現(xiàn)，出現(xiàn)了大量的教育工具和應(yīng)用程序，電子學(xué)習(xí)應(yīng)運而生[2]，尤其是智能化學(xué)習(xí)，諸如智慧課堂等，而網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也隨之出現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)致了對學(xué)習(xí)對象更有效的交流和（再）使用，我們認(rèn)為廣泛采用、開放和認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是教育發(fā)生革命性變革的必要條件。[3]

在諸多國際標(biāo)準(zhǔn)中，SCORM標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前最具代表性的，但由于它自身有一定的局限性，如SCORM無法進行跨平臺的學(xué)習(xí)行為跟蹤、無法進行學(xué)習(xí)資源的共享等，xAPI標(biāo)準(zhǔn)正好彌補了SCORM標(biāo)準(zhǔn)的諸多不足，成為推動網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。而EML（教育建模語言）是基于UML專門針對教育而制定的一種建模方法。

以智慧教育引領(lǐng)教育信息化的創(chuàng)新發(fā)展，從而帶動教育教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，已成為信息時代的必然趨勢。[4]在信息化大背景下開展智慧教育，進行智慧學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供智能化和個性化的服務(wù)成為當(dāng)下熱點。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代催生了許多新的產(chǎn)業(yè)鏈，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、服務(wù)云等新信息技術(shù)迅速發(fā)展，也越來越多地走進學(xué)校。傳統(tǒng)課堂開始走向數(shù)字化和智能化，以智慧教育為主導(dǎo)的“智慧課堂”開始成為新的學(xué)習(xí)環(huán)境，為師生開展教學(xué)和學(xué)習(xí)提供了新的思路和發(fā)展方向。在智慧課堂中，教師能更好地因材施教、推送教學(xué)內(nèi)容、評價教學(xué)雙方;學(xué)習(xí)者能更好地共享資源、互動交流和個性化學(xué)習(xí)。[5]

目前，我國開展的在線網(wǎng)絡(luò)課程存在以課程資源呈現(xiàn)為主，忽視師生交互、教學(xué)活動設(shè)計等問題。[6]學(xué)習(xí)活動一直是教學(xué)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，對學(xué)習(xí)活動建模的最新研究主要包括CSALT模型、IMS學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范、CANDLE項目、Dialogplus項目和x4L項目等，在實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)時往往忽略了所需要的教學(xué)框架，這種框架除了需要個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，還需要定義各種學(xué)習(xí)過程如何相互關(guān)聯(lián)，以及如何根據(jù)完成學(xué)習(xí)任務(wù)的特定說教方法將它們結(jié)合使用。[3]

學(xué)習(xí)活動的設(shè)計和研究逐漸成為近年來網(wǎng)絡(luò)教育領(lǐng)域研究的熱點。[7]在智慧課堂中，如何利用EML和xAPI設(shè)計網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，學(xué)生如何利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源開展學(xué)習(xí)活動，成為此次研究的重點。

二、文獻綜述和相關(guān)概念

教育建模語言（EML）是荷蘭開放大學(xué)開發(fā)的一種符號系統(tǒng)，旨在描述各種各樣的教學(xué)模型（如基于能力的學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)）。[3]EML被定義為語義豐富的信息模型，從教學(xué)的角度描述學(xué)習(xí)單元中的內(nèi)容和過程，以支持重用和互操作性。EML是一種語義符號，表示在E-learning中使用的學(xué)習(xí)單元。[8]學(xué)習(xí)對象是EML的研究對象，IEEE、LTSC將學(xué)習(xí)對象定義為“任何用于執(zhí)行學(xué)習(xí)或支持活動的、可供他人使用的、可復(fù)制的、可尋址的數(shù)字資源”。學(xué)習(xí)單元這一概念是EML的關(guān)鍵，[2]是指為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)事件，滿足一個或多個相關(guān)學(xué)習(xí)目標(biāo)的最小單元。[9]角色、活動、環(huán)境是EML的三個要素，角色是指在教學(xué)設(shè)計中扮演的角色，有教師和學(xué)生兩種;活動是指在教學(xué)設(shè)計中的學(xué)習(xí)活動;環(huán)境是指什么樣的環(huán)境支持角色展開學(xué)習(xí)活動，并且環(huán)境還能夠為角色提供一定的服務(wù)。EML是一種針對學(xué)習(xí)對象可重用性、可操作性的一種建模語言。

xAPI是一種制定網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在此規(guī)范中，使用“活動流”（Activity Stream）來定義學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗，通過記錄跟蹤這些活動流，來實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)表現(xiàn)的分析。[1] xAPI學(xué)習(xí)技術(shù)規(guī)范通過LRS（Learning Record Store，學(xué)習(xí)記錄存儲）來描述學(xué)習(xí)內(nèi)容的存儲機制[10][11]。在xAPI中，學(xué)習(xí)記錄被定義為“Statement”，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)以個人學(xué)習(xí)記錄或成績單的形式存儲。[12]學(xué)習(xí)記錄有很多屬性，其中Actor、Verb、Object可以用其來簡單地描述學(xué)習(xí)記錄，即誰做了什么動作，對象是什么。

智慧課堂是集多種智能終端、數(shù)字化終端于一體的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠為學(xué)習(xí)者提供個性化的指導(dǎo)與服務(wù)。學(xué)生能夠根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進行自定步調(diào)的學(xué)習(xí)，采用適應(yīng)性測試進行評價，學(xué)生可進行無縫學(xué)習(xí)，體現(xiàn)個性化和智能化。

在智慧課堂中，存在多種教學(xué)活動，而每一種教學(xué)活動都可以存儲在多個學(xué)習(xí)記錄中，由多種學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)構(gòu)成。由此，將EML和xAPI結(jié)合，用以描述智慧課堂中學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)記錄以及學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。如圖1所示，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)最基礎(chǔ)、最具體，如查看一部分資料、觀看一個視頻等，位于金字塔最底層;多種學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以組成一條學(xué)習(xí)記錄，如學(xué)生甲觀看了一個微課視頻并且完成了課后練習(xí);學(xué)習(xí)記錄能夠表達一個教學(xué)活動，如教師給學(xué)生布置作業(yè)，要求學(xué)生完成課后練習(xí)題并預(yù)習(xí)下一節(jié)課的內(nèi)容;又如教師復(fù)習(xí)舊課、教授新課，授課過程中使用多種數(shù)字化終端，最終形成了一個多層次、具體化的智慧課堂。

三、基于EML和xAPI的智慧課堂學(xué)習(xí)活動模型構(gòu)建

EML是描述學(xué)習(xí)單元即課堂的一種建模語言，xAPI是一種制定學(xué)習(xí)資源的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可以分別使用EML和xAPI來描述智慧課堂的學(xué)習(xí)活動，同時將EML和xAPI融合，形成一個“EML-xAPI”模型，用以描述智慧課堂的學(xué)習(xí)活動。用EML將智慧課堂展開，其中可以使用角色（Role）、活動（Activity）、環(huán)境（Environment）來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)活動，如圖2所示。教師和學(xué)生即角色，在智慧課堂環(huán)境下展開學(xué)習(xí)活動。

智慧課堂裝備富媒體，為教師和學(xué)生提供多種數(shù)字化終端和智能化設(shè)備，呈現(xiàn)豐富的學(xué)習(xí)資源，搭建適宜的教學(xué)情境，為角色提供情感感知、即時互動、資源獲取、環(huán)境管理、內(nèi)容呈現(xiàn)等多種服務(wù)和功能。

智慧課堂提供的跟蹤與分析技術(shù)能夠幫助教師實時跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，幫助教師及時調(diào)整學(xué)生的不良情緒和行為，同時為學(xué)生提供適合自己學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)內(nèi)容;評價與支持技術(shù)為教師和學(xué)生提供良好的評價機制，更好地支持學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué);感知與適應(yīng)技術(shù)能夠為學(xué)生提供智能化的學(xué)習(xí)空間，學(xué)生可以通過虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)、在線學(xué)習(xí)平臺等進行合作學(xué)習(xí)，打破時空限制;組織與重構(gòu)技術(shù)能夠幫助教師合理組織教材內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)媒體的優(yōu)勢，呈現(xiàn)教學(xué)信息。

圖3為使用xAPI標(biāo)準(zhǔn)描述的學(xué)習(xí)活動模型，并且使用角色（Actor）、行為（Verb）、對象（Object）來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)活動。智慧課堂為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)工具，學(xué)生可以利用這些學(xué)習(xí)工具進行學(xué)習(xí)活動，如學(xué)生可選擇一個學(xué)習(xí)內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，可點擊一章練習(xí)題進行測試等，這些豐富的學(xué)習(xí)資源可稱之為對象或?qū)W習(xí)對象。在xAPI中，主要指影音教材、參考文件、作業(yè)、討論、小測試等。

因此在EML中，角色（Role）、活動（Activity）、環(huán)境（Environment）可以用來描述一個教學(xué)單元，而在xAPI中，可以使用角色（Actor）、行為（Verb）、對象（Object）來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)活動。其中，EML的角色（Role）與xAPI中角色（Actor）一致，活動（Activity）與行為（Verb）可以用以表述具體的學(xué)習(xí)活動，環(huán)境（Environment）可將對象（Object）包括進來，形成了如圖4所示的“EML-xAPI”學(xué)習(xí)活動模型。

角色可以通過選擇、點擊、觀看等學(xué)習(xí)行為進行智慧學(xué)習(xí)，智慧課堂環(huán)境可以為角色提供豐富的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)服務(wù)以及技術(shù)支持，促進角色進行智慧學(xué)習(xí)。其中，學(xué)習(xí)資源是來自xAPI標(biāo)準(zhǔn)的對象（Object），包括影音教材、參考文件、作業(yè)、討論、小測試;學(xué)習(xí)工具包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)、Pad、手機、電腦、交互式電子白板等;學(xué)習(xí)服務(wù)包括智慧課堂EML提供的情感感知、即時互動、資源獲取、環(huán)境管理、內(nèi)容呈現(xiàn)等;技術(shù)支持則包括多渠道交流與智能系統(tǒng)、動態(tài)跟蹤與學(xué)習(xí)分析技術(shù)、評價與支持技術(shù)、感知與適應(yīng)技術(shù)、組織與重構(gòu)技術(shù)。xAPI對具體的學(xué)習(xí)資源進行規(guī)范制定，然后在EML框架的基礎(chǔ)上對教學(xué)活動進行設(shè)計，達到學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)單元的可重用性和可操作性。

四、智慧課堂中的xAPI模型、EML模型、“EML-xAPI”模型比較 ??

基于智慧課堂的EML模型、xAPI學(xué)習(xí)活動模型以及“EML-xAPI”學(xué)習(xí)活動模型，可以發(fā)現(xiàn)三個模型有很多相同點和不同點。將智慧課堂環(huán)境下的xAPI模型、EML模型、“EML-xAPI”模型進行比較，通過匯總相關(guān)內(nèi)容可以將比較要素劃分為學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)記錄、學(xué)習(xí)對象、學(xué)習(xí)終端、情境、環(huán)境、服務(wù)、支持技術(shù)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、角色。由圖2-4可以看出，三個模型都包含教師、學(xué)生以及學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)資源，都能夠完整地概括一堂課或者一個教學(xué)設(shè)計，都能夠體現(xiàn)智慧課堂提供的數(shù)字化終端和智能化環(huán)境，都能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)特征等給學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，從而實現(xiàn)跨時空的學(xué)習(xí)空間。但是xAPI模型能夠呈現(xiàn)具體的學(xué)習(xí)行為或者具體的學(xué)習(xí)活動，EML則是從課堂的整體出發(fā)設(shè)計一個學(xué)習(xí)單元。EML模型能夠體現(xiàn)智慧課堂提供的技術(shù)支持和學(xué)習(xí)服務(wù)，xAPI模型只能呈現(xiàn)學(xué)生在智慧課堂環(huán)境下的具體學(xué)習(xí)活動。

xAPI模型中，雖然可以通過學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)記錄、情境呈現(xiàn)教學(xué)設(shè)計，但沒有學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)終端、環(huán)境、服務(wù)和支持技術(shù)對具體的教學(xué)活動進行細(xì)化，無法體現(xiàn)智慧課堂智能化、個性化的優(yōu)勢;EML能夠通過活動、環(huán)境、角色等來描述一個學(xué)習(xí)單元，但缺少對學(xué)習(xí)資源或?qū)W習(xí)行為的具體呈現(xiàn)?！癊ML-xAPI”模型既包括了具體的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)行為，又包括學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)環(huán)境。大到一堂課的教學(xué)設(shè)計，小到每一個學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)記錄甚至學(xué)習(xí)行為，涵蓋了教學(xué)活動中的每個要素，傳統(tǒng)課堂的三要素（教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容），以及數(shù)字化課堂的教師、學(xué)生、數(shù)字化環(huán)境以及教學(xué)內(nèi)容都可以通過該模型展示出來。

五、基于EML和xAPI的智慧課堂學(xué)習(xí)活動設(shè)計應(yīng)用案例

以初中三年級信息技術(shù)課程《Flash軟件的學(xué)習(xí)》一課為例，以“EML-xAPI”模型為支撐，設(shè)計一堂基于智慧課堂環(huán)境下的信息技術(shù)課，對學(xué)習(xí)活動及其學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行具體描述。

教學(xué)對象為初中三年級的學(xué)生，這一階段的學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)上處于形式運算階段，思維發(fā)展有一定的抽象性，能夠根據(jù)自己的經(jīng)驗系統(tǒng)地評價或總結(jié);有一定的計算機操作基礎(chǔ)和動手實踐能力，并且已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些軟件的基本操作。教學(xué)內(nèi)容為Flash軟件，學(xué)生之前沒有接觸過，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達到的學(xué)習(xí)目標(biāo)是能夠熟練使用Flash的基本設(shè)計工具和一些基本繪畫技巧、動畫的制作原理和具體方法以及動畫制作技巧和基本流程，能夠在Flash中學(xué)會添加圖像、聲音、視頻文件等。

智慧課堂為教師和學(xué)生提供了多種工具和環(huán)境，圖5所示為EML和xAPI的智慧課堂教學(xué)過程設(shè)計案例。首先，教師先復(fù)習(xí)舊知識，之后可利用多媒體投影儀或虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)一段Flash動畫以導(dǎo)入情境。教師可在播放的動畫視頻中設(shè)置問題，使學(xué)生產(chǎn)生疑問，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在教授新課環(huán)節(jié)，可以采用遠(yuǎn)程教學(xué)，充分利用最優(yōu)師資進行教學(xué)，也可以通過組織與重構(gòu)技術(shù)、感知與適應(yīng)技術(shù)，為學(xué)生提供影音視頻、參考文件等鼓勵學(xué)生進行自學(xué)，教師可使用助教，學(xué)生遇到問題時，直接詢問教師和助教即可。通過跟蹤與學(xué)習(xí)分析技術(shù)給學(xué)生提供適合自己學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)資源，以支持個性化學(xué)習(xí)。在學(xué)生熟練掌握Flash的基本工具之后，教師可給學(xué)生布置一個課堂小作業(yè)，如學(xué)生可以嘗試自己設(shè)計一個動畫短片或喜歡的動畫情節(jié)。學(xué)生完成作品后進入評價環(huán)節(jié)，教師可以先讓學(xué)生在小組之間進行互評，之后將作品放在大屏幕上進行播放，由學(xué)生投票選出最好的作品，并說出作品的優(yōu)點和不足，最后教師予以點評、評價學(xué)生作品，鼓勵學(xué)生的優(yōu)點，對學(xué)生存在的問題加以指正。

六、總結(jié)和不足

本研究主要針對智慧課堂環(huán)境下EML模型和xAPI模型，分別從課堂和教學(xué)活動兩個角度分析智慧課堂學(xué)習(xí)活動的構(gòu)成要素，并結(jié)合EML模型和xAPI模型的優(yōu)點，融合形成“EML-xAPI”學(xué)習(xí)活動模型，將智慧課堂環(huán)境下的教學(xué)活動形象化、具體化，并且充分利用智慧課堂的多種數(shù)字化資源和智能化終端，實時跟蹤和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生提供各種豐富的、個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)，實現(xiàn)學(xué)生的無縫學(xué)習(xí)，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的形成和身心全面發(fā)展。

本研究也存在一定的不足和缺陷，具體學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)沒有呈現(xiàn)，沒有與教師實踐相結(jié)合，希望后續(xù)的研究可以從以下幾個方面進行改善：積極參加教學(xué)實踐，將理論與實踐結(jié)合，收集具體的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù);收集更多的學(xué)習(xí)資料，豐富思考研究的角度;深入研究，加強理論的實用性。

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（編輯：李曉萍）