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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
119.09.2013
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
19.09.2013
Grundlagen
319.09.2013
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, …
419.09.2013
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
619.09.2013
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/
819.09.2013
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
919.09.2013
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…“
19.09.2013
Anforderungen aktueller
eLearning Inhalte und Konzepte
1219.09.2013
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/
1519.09.2013
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
19.09.2013
Analyse der technischen
Spezifikation der Experience API
1819.09.2013
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
1919.09.2013
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)
2319.09.2013
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
2419.09.2013
{
"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
2719.09.2013
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
2819.09.2013
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
2919.09.2013
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
19.09.2013
Prototypische Implementierung
der Experience API
3119.09.2013
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
3219.09.2013
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
3319.09.2013
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)
3419.09.2013
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
3519.09.2013
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 ✓
19.09.2013
Fazit
3719.09.2013
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.
19.09.2013
Ausblick
3919.09.2013
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
4019.09.2013
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.
19.09.2013
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Bei Interesse,
kurze Vorführung der Prototypen
Ansonsten:
Fragen?