教育数据统一访问与学习设计新方法探索

# 教育数据统一访问与学习设计新方法探索 ## 1. 教育数据统一访问的背景与挑战 教育研究者面临着学习者交互数据共享和交换的难题。为了跨研究和教育系统比较结果，数据共享至关重要。当前，教育数据来源广泛，涵盖实验室和课堂实验中的技术增强学习、探究式学习、协作学习、课堂学习以及一对一辅导等多种场景。 实现对不同学习环境日志数据的统一访问，对教育研究者和教育技术专家具有诸多潜在优势： - 研究者能够以理论中立的方式自由共享和交换数据，便于更直接地比较不同方法和方法论。 - 有助于制定社区范围内的教育数据标准和通用格式。 - 可能推动共享分析工具的开发，如学习曲线和社交网络分析工具。 然而，要实现这一目标，需要克服一些关键问题。不同视角和粒度的教育数据连接是一个挑战，例如智能导师系统在认知层面收集数据，而协作学习系统在社交互动层面收集数据，它们在数据存储、格式和分析方面有不同要求。此外，除了学生行动数据，还需要记录、标准化和关联上下文信息，如教育软件对学生行动的响应数据以及系统使用过程中通过问卷获得的数据。 实现统一访问有两种原则性方法： - 将不同教育数据存储库的数据合并或转换到一个单一的公共存储库。 - 通过中介组件访问不同存储库的数据，该组件将通用查询映射到目标存储库的特定格式。第二种方法具有允许数据源保持原始形式、避免数据不断转换和复制到中央存储，以及通过网络服务访问数据的优势。 ## 2. 分布式日志数据存储库的访问方法 中介方法基于以往的工作。中介架构允许应用程序从异构存储库中检索对象或数据。“中介组件”接受用统一查询语言编写的查询，将其转换为特定存储库的查询，并将其传递给相应的存储库。每个存储库都配有一个“包装器”，包含存储库知识本体的规范（以OWL定义）以及与公共本体术语的映射。包装器使用映射将来自公共语言/本体的查询转换为存储库的语言。对于查询的转换，使用基于本体的查询重写方法，根据存储库的特定命令查询存储库，并将存储库的查询结果（如URI）传递给服务的应用程序。 中介方法带来了两个问题：如何使用中介技术查询用户日志数据，以及如何转换日志数据本体。本文主要关注第二个问题，因为在实现中介之前必须回答这个问题。转换的步骤包括： 1. 对存储库的本体进行形式化。 2. 开发公共本体。 3. 开发映射。 下面是中介架构的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[应用程序] --> B[中介组件] B --> C[存储库1] B --> D[存储库2] B --> E[存储库3] C --> F[包装器1] D --> G[包装器2] E --> H[包装器3] F --> B G --> B H --> B ``` ## 3. 不同日志数据存储库的本体构建 为五个存储库/工具构建了本体，通过分析工具的日志数据以及存储库所有者提供的一些模式规范（如DTD、XSD、数据库等）。使用OWL（Web本体语言）来表示本体，OWL专为计算应用程序设计，同时也便于人类阅读，它增强了XML、RDF和RDF - S表达语义的能力，并且基于XML，便于在不同操作系统和应用程序语言的计算机之间交换。借助Protégé工具对本体进行建模，Protégé - Frames编辑器允许用户根据开放知识库连接协议（OKBC）构建和填充基于框架的本体。在这个模型中，本体由一组组织成包含层次结构的类、与类关联的描述其属性和关系的槽以及这些类的实例组成。 构建日志数据本体的系统/格式涵盖了从协作学习技术到探究式学习系统再到智能辅导系统的广泛范围，具体包括Digalo、ActiveMath、PSLC DataShop、GSIC Valladolid和来自Grenoble的演示系统。分析了这些系统所有者提供的模式和日志文件样本后，使用Protégé为每个数据格式构建了本体，这些本体可以从特定网址下载。下一步是分析这五个本体的需求，并将它们映射到一个单一的公共本体。 以下是构建本体的系统列表： | 系统名称 | 系统类型 | | ---- | ---- | | Digalo