本发明公开了一种基于过程挖掘的在线学习行为模型挖掘系统及其挖掘方法，包括：数据分组模块，把学生的在线行为数据按学生成绩分为优、良、中、差四组；两层事件日志生成模块，根据已知的在线行为与认知行为的映射关系，分别获取优、良、中、差每组学生认知行为事件日志及其中每个认知行为的具体在线行为事件日志，即两层事件日志；两层行为模型生成模块，以两层事件日志为输入，利用过程挖掘算法生成两层行为过程模型。本发明为发现学生行为过程模型供了新系统和方法。将两层行为过程模型作为教育数据分析中学生行为分析的有效手段，能更精确的发现有效的在线学习方式，对在线教育行业的发展具有指导意义。