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19.09.2013 Integration der Experience API in Autorensysteme für Web Based Trainings Patrick Sacher Abschlussvortrag Diplomarbeit Betreuer: Prof. Detlef Krömker, David Weiß

Integration der Experience API in Autorensysteme für Web ... · – mLearning (mobile Learning, mobile Apps, Tablet Computing) ... – LRS als RESTful WebService ... • Entwicklung

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19.09.2013

Integration der Experience API

in Autorensysteme für

Web Based Trainings

Patrick Sacher

Abschlussvortrag – Diplomarbeit

Betreuer: Prof. Detlef Krömker, David Weiß

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Integration der Experience API in

Autorensysteme für Web Based Trainings

Übersicht

• Grundlagen

• Anforderungen aktueller eLearning-Inhalte und -Konzepte

• Analyse der technischen Spezifikation der Experience API

• Prototypische Implementierung der Experience API

• Fazit

• Ausblick

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Grundlagen

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Grundlagen

• Web Based Training - WBT

– Webbasiertes Lernen - (Lernpaket, Lerneinheit, Kurs)

– Form des Computer Based Training (CBT)

– Lerneinheit, die mittels eines Web Servers zur Verfügung gestellt wird

und mit einem Browser ausgeführt werden kann

– Technologien: HTML, JavaScript, Java, Flash, …

Alles, was in einem Browser ausgeführt werden kann

• Autorensysteme für WBTs

– Entwicklungswerkzeuge für die Erstellung von WBTs

– Beispiele: Adobe Captivate, eXe-Learning, LernBar Autorensystem, …

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Grundlagen

• Learning Management System - LMS

– Sind spezielle Plattformen für das Kurs-Management für Autoren/Trainer

– Unterstützen meistens die gängigen E-Learning-Standards

Beispiele: Moodle, Olat, Ilias, …

• eLearning-Standards

– Standards für die Struktur und das Verhalten von WBTs

– Ziel: Austausch und Wiederverwendbarkeit von WBTs

Lerninhalte strukturieren Inhalte bereitstellen

Teilnehmer verwalten Lernerfolge aufzeichnen und auswerten

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Grundlagen

SCORM

• Sharable Content Object Reference Model

– Von der Advanced Distributed Learning Initiative (ADL)

– SCORM 1.2 (2000)

– SCORM 2004 (2004)

– Ist selbst kein Standard, sondern ein Referenz-Modell

– Kombiniert Standards von IMS, AICC und IEEE

Hohe Austauschbarkeit und Wiederverwendbarkeit der WBTs in LMS

SCORM hat sich als Quasi-Standard etabliert

und wird von fast jedem WBT und LMS unterstützt

Quelle: http://www.adlnet.org/

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Grundlagen

SCORM - Komponenten

• SCORM – Content Packaging

– WBT als ZIP-Datei (beinhaltet alle Daten des Kurses)

– imsmanifest.xml – beinhaltet alle Informationen des WBTs, die ein LMS braucht

(Metadaten, Ressourcen, Regeln zum Ablauf …)

• SCORM – RunTime Environment

– Übermittlung von Daten durch eine JavaScript-API

von einem iFrame (WBT) zu einem Parent-Frame (LMS)

– Feste Datenfelder

• SCORM basiert auf Anforderungen für WBTs / eLearning aus dem Jahr ~2000

Anforderungen an ein „Modernes“ WBT sind anders als damals

WBT

LMS API

API

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Grundlagen

Training and Learning Architecture (TLA)

• Die Training and Learning Architecture (TLA)

• Wird aktuell von der ADL entwickelt

• Soll die Anforderungen an aktuelle eLearning-Inhalte erfüllen

• TLA besteht aus 4 Komponenten

• Experience Tracking bislang die einzige fertiggestellte Komponente

• April 2013 – Version 1.0 der Spezifikation der Experience API

Experience API bildet die technische Basis der TLA

Untersuchung der xAPI ob diese die Anforderungen

aktueller eLearning-Inhalte erfüllen kannQuelle: http://www.adlnet.gov/tla

„Make it simple…

– Make it powerful…“

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Anforderungen aktueller

eLearning Inhalte und Konzepte

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Anforderungen aktueller

eLearning Inhalte und Konzepte - Quellen

• Anforderungen aktueller eLearning Inhalte und Konzepte – Quellen:

• Kritikpunkte an SCORM (gesammelt in der Entwicklungsphase der Experience API)

• Horizon Report

– Top Trends der letzten Jahre:

– mLearning (mobile Learning, mobile Apps, Tablet Computing)

– MOOCs (Massive Open Online Courses)

– Learning Analytics

Horizon Reports auf http://www.nmc.org/

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Anforderungen aktueller

eLearning Inhalte und Konzepte

• Anforderungen aktueller eLearning Inhalte und Konzepte

1. Geräte- und SystemunabhängigkeitAktivitäten der Lernenden sollen auch außerhalb von LMS und Browser protokollierbar sein

2. Flexibles Daten-ModellAktivitäten aller Art sollen protokollierbar sein

3. Verfügbarkeit der DatenDie erfassten Daten müssen nach der Erhebung auch von außen zugänglich und

wiederverwendbar gemacht werden

SCORM erfüllt diese Anforderungen nicht !

Analyse der Experience API, ob diese die Anforderungen erfüllen kann

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Analyse der technischen

Spezifikation der Experience API

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Analyse der Spezifikation der xAPI

Überblick

• Die technische Spezifikation der Experience API definiert:

• Learning Record Store „LRS“

– RESTful Web Service

– Empfängt/Sendet Statements

– Autorisierung durch oAuth2.0

und HTTP-Basic-Authentification

Server kann von überall aus erreicht werden

Kein iFrame + JavaScript-API mehr

nicht mehr an LMS gebunden

Webseite

WBT

Spiel

Simulator

LRS

LRS

LMS

Auswertungs

Tools

LMSLRS

Statements

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Analyse der Spezifikation der xAPI

Spezifikation des LRS

• Spezifikation des LRS

• Beschreibt 4 Data Transfer APIs des LRS

API Ressource Beschreibung

Statement APIstatements/

statements/statementIDStatements in der Form „I did this“

3 Document APIs

State API activities/state Daten, die während des Kurses anfallen

Activity Profile API activities/profile Daten für einzelne Aktivitäten (Userübergreifend)

Agent Profile API agent/profile Daten für einzelne Agents/User (Kursübergreifend)

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Spezifikation der Statements

• In der Form von Activity-Streams - „I did this“

• im JSON-Format

• Mindestens

• Durch Erweiterungen sind auch komplexere Aktivitäten abbildbar

Analyse der Spezifikation der xAPI

Spezifikation der Statements

Actor Verb Object

I did this

I did thisIn the

context of

Paul completed Course1

With the

result of

Actor Verb Object Context Result

Bob answered Question 2 from Course 1 scored 5 points

Binary

Data

Attachments

Einreichung

Who tracks

this?

Authority

LernBar WBT+User

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{

"id": "12345678-1234-5678-1234-567812345678",

"actor":{

"objectType": "Agent",

"account": {

"homePage": "http://www.example.com",

"name": "Max"

}},

"verb" : {

"id": "http://adlnet.gov/expapi/verbs/answered"

"display":{

"de-DE“: "beantwortete"

}},

"object":{

"objectType": "Activity"

"id": "http://lrs.com/Kurs3/Seite5/Mathe1",

"definition": {

"name": {

"de-DE": "Mathematik-Aufgabe 1",

"en-US": "Math-Quesition 1"

},

"description": {

"de-DE": "Ist 1+2=3 ?",

},

"type": " http://lrs.com/activities/cmi.interaction"

"interactionType": "true-false",

"correctResponsesPattern": [ "true" ]

} } }

Analyse der Spezifikation der xAPI

Einfaches Statement

Actor:

- Eindeutig durch mbox, OpenID oder

Account[homePage, name] identifiziert

Verb:

- ID eindeutig durch eine IRI angegeben

- Mehrsprachige Metadaten möglich

Object:

- objectType kann eine Activity

oder ein anderer Agent sein

- ID eindeutig durch eine IRI angegeben

- Mehrsprachige Metadaten möglich

- Interaction Properties nach CMI-Standard

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Analyse der Spezifikation der xAPI

Fazit - Pro

• Fazit der Analyse der Spezifikation - PRO

✓ Flexibles Daten-Modell

– Haupteigenschaften der Statements (Actor, Verb, Object)

Jeder Satz der Form „I did this“ abbildbar

– Zusätzliche Eigenschaften (Context, Attachments, Result, …)

Erweiterung der Aussagekraft der Statements

✓ Geräte- und Systemunabhängigkeit

– LRS als RESTful WebService

Zugriff auf die Daten von fast jedem internetfähigen System möglich

– JSON-Implementierungen existieren für fast alle Entwicklungsumgebungen

✓ Verfügbarkeit der Daten

– LRS als RESTful WebService

Zugriff auf die Daten von fast jedem internetfähigen System möglich

– Authority-Eigenschaft sichert den Zugriff auf die Daten ab

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Analyse der Spezifikation der xAPI

Fazit - Contra

• Fazit der Analyse der Spezifikation – CONTRA

Technische Spezifikation ist teilweise zu knapp

Fragmentierung von Verben möglich

Offene Datenbank für Verben

Offline-Phasen des Activity Providers werden in der Spezifikation nicht behandelt

Statement-Queueing im LocalStorage

Content Packaging Spezifikationen fehlen noch

SCORM Content Packaging zusätzlich verwenden

Probleme könnten durch weitere Komponenten der TLA gelöst werden

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Analyse der Spezifikation der xAPI

Fazit

• Fazit der Analyse der Spezifikation

✓ Alle Hauptziele der technischen Spezifikation der Experience API wurden erreicht

– Der Autor bekommt ein höchst flexibles Daten-Modell zur Beschreibung von Aktivitäten

– Die Implementierung der Experience API ist geräte- und systemunabhängig möglich

– Die Daten des LRS sind von überall erreichbar

✓ Die Experience API ist eine Spezifikation für eine Technologie,

die den Anforderungen des aktuellen eLearnings gerecht wird

Auch für die Training and Learning Architecture stellt sie eine geeignete Basis dar

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Prototypische Implementierung

der Experience API

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Prototypische Implementierung der xAPI

Clientseitige Implementierung (WBT)

• Clientseitige Implementierung der Experience API (WBT)

• Basis der prototypischen Umsetzung:

– mobiles WBT erstellt mit dem LernBar Autorensystem Release 4

– WebApp basierend auf HTML5 + JavaScript + jQuery Mobile

• Zur Implementierung verwendet:

– TinCanJS – Bibliothek

– Entwickelt von Rustici Software + Communityhttps://github.com/RusticiSoftware/TinCanJS (Apache Licence)

– Bietet Methoden zur Generierung von Statements

+ Kommunikation mit dem LRS mittels XMLHttpRequest-Objekt

LernBar WBT – Mobile Version

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Prototypische Implementierung der xAPI

Clientseitige Implementierung (WBT)

• Implementierte Funktionen des xAPI-WBT-Prototyps

1. Actor wird aus vorhandenen Account-Daten erzeugt (LMS / SCORM, LernBar-Portal)

2. Statements werden bei 3 Aktivitäten im WBT generiert

und an die Statement API des LRS gesendet:

WBT Offline Statements in einer Queue im LocalStorage zwischenspeichern

3. Kurs-Status wird als JSON-Object in LocalStorage sowie

in State API des LRS gespeichert und geladen

Aktion Statement in der Form

Kursstart Actor started CourseID

Seitenwechsel Actor experienced LastPageID in Context of CourseID

Frage beantwortet Actor answered QuestionID with Result [Score] in Context of CourseID

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Prototypische Implementierung der xAPI

Serverseitige Implementierung (LRS)

• Neuentwicklung eines LRS-Prototyps

• Entwicklung eines RESTful Web Services

– PHP + slim-Micro-Framework

• Speicherung der Daten

– MongoDB

– Nicht-relationale, dokumentbasierte Datenbank

– Wurde speziell zur Verwendung mit RESTful WebServices und JSON-Daten

entwickelt

– Bietet einfachen Zugriff auf die gespeicherten Daten (Statements, States)

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Prototypische Implementierung der xAPIServerseitige Implementierung (LRS)

• Implementierte Ressourcen des LRS-Prototyps

Ressource Typ Aktion

Statement API

/statements

GETSucht Statements in der Datenbank die den Suchkriterien

entsprechen und gibt die Statements zurück

POST Speichert ein oder mehrere Statements in der Datenbank

State API

/activities/state

GETSucht einen State aus der Datenbank, der zu den

Suchkriterien passt, und gibt ihn an den Client zurück

POST Upsert eines States in der Datenbank

DELETE Löscht einen State aus der Datenbank

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Prototypische Implementierung der xAPI

Fazit

• Fazit

✓ Die Grundfunktionen eines xAPI-WBTs sowie eines LRS

konnten implementiert werden

✓ Die gewählten Technologien sind geeignet zur Umsetzung von xAPI-Inhalten

✓ Implementierung steht beispielhaft für: WebApps, hybride Apps, Webseiten

✓ Alle Anforderungen konnten erfüllt werden

1. Flexibles Daten-Modell ✓

2. Geräte- und Systemunabhängigkeit ✓

3. Verfügbarkeit der Daten ✓

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Fazit

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Fazit

„Make it simple, Make it powerful“ nicht ganz zutreffend.

Passender: „Make it powerful and as simple as possible“

Die Umsetzung der Experience API ist nicht simpel, aber für die vielen Möglichkeiten,

die sie bietet, nicht unnötig kompliziert

Kleinere Mängel konnten in der Spezifikation gefunden werden

Sehr wahrscheinlich, dass diese in anderen Komponenten der TLA behoben werden

Aktuellen Entwicklungen im eLearning kann empfohlen werden, die Experience

API zu nutzen, um von den möglichen Features zu profitieren

✓Durch die Analyse der technischen Spezifikation und der prototypischen

Implementierung der Experience API konnte gezeigt werden, dass die

Experience API eine geeignete Technologie zur Umsetzung aktueller

Anforderungen des eLearnings darstellt.

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Ausblick

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Ausblick

• Übergabe der Experience API Spezifikation an ein Standardisierungsgremium

noch 2013 geplant

• Experience API ist erst die erste Komponente der Training and Learning Architecture

• Durch die Community-Driven Entwicklung soll die TLA die Interessen der

Lehrenden und WBT-Autoren widerspiegeln

• Projekte in nächster Zeit werden zeigen, wie die Entwicklung der weiteren

Komponenten verlaufen wird

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Ausblick

Zu Beobachten bleibt:

• Neue Arten von Lernapplikationen mit Hilfe der Experience API keine Beschränkung auf WBTs mehr -> native Apps, Serious Games möglich

• Auswirkungen der Experience API auf LMS

• Verbreitung der Experience API hängt von den kooperierenden Diensten ab(Facebook, Wikipedia, Twitter,…)

• Datenschutz bleibt kritisches Thema und muss diskutiert werden

Die Wahrscheinlichkeit, dass die TLA und die Experience API

zu neuen Standards im eLearning werden, ist sehr hoch.

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19.09.2013

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Bei Interesse,

kurze Vorführung der Prototypen

Ansonsten:

Fragen?