基于概念圖的SPOC輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究與設(shè)計

丁建英

摘 要：SPOC將MOOC資源與課堂教學(xué)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)了對MOOC的完善與超越，其所倡導(dǎo)的“以信息技術(shù)帶動教學(xué)結(jié)構(gòu)變革”與教育信息化要義“通過在教育領(lǐng)域全面深入地運用現(xiàn)代化信息技術(shù)來促進(jìn)教育變革和發(fā)展”相互契合。文章從SPOC的內(nèi)涵入手，在分析探討的基礎(chǔ)上，提出SPOC課程的運行模式，并設(shè)計出基于概念圖的SPOC輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以期為我國實現(xiàn)教育模式創(chuàng)新、學(xué)生全面發(fā)展提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：SPOC；MOOC；概念圖；輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）11-0093-04

一、引言

大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程MOOC的出現(xiàn)使數(shù)以萬計的學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下自由選擇課程主題、自定學(xué)習(xí)進(jìn)度、自由分享觀點、即時練習(xí)反饋、參加考試、獲取證書，實現(xiàn)了開放教育資源應(yīng)用從單純資源到以人為本課堂的轉(zhuǎn)變，它的出現(xiàn)在一定意義上實現(xiàn)了因材施教，改變了全日制高校“一刀切”的教育方式，對全日制高校教育造成極大的沖擊，但它在學(xué)習(xí)管理、交互存在體驗、科研實訓(xùn)和人脈拓展等整體性學(xué)習(xí)成長方面卻無法與全日制高校教育媲美。由伯克利大學(xué)Armando Fox教授提出的SPOC為MOOC與全日制高校教育的融合和互補提供了新的契機，它將MOOC資源與課堂教學(xué)有機結(jié)合起來，重構(gòu)知識教學(xué)和知識內(nèi)化的流程，創(chuàng)新高校的信息化教學(xué)方式。本文在分析探討SPOC概念的基礎(chǔ)上，提出了SPOC課程的運行模式，并設(shè)計出基于概念圖的SPOC輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生在個性化概念圖下開展智能學(xué)習(xí)，真正實現(xiàn) “因材施教”，以期為我國實現(xiàn)教育模式創(chuàng)新、學(xué)生全面發(fā)展提供一些借鑒。

二、SPOC概念及運行模式

SPOC（Small Private Online Course）即小規(guī)模限制性在線課程的簡稱，其中“Small”代表著同步注冊學(xué)習(xí)課程的學(xué)生規(guī)模較小，一般為幾十個人到幾百個人，“Private”代表著要對參加課程的學(xué)生設(shè)置限制性準(zhǔn)入條件。[1]SPOC是對MOOC理念的改進(jìn)與延伸，它將MOOC課程資源引入到全日制高校教育當(dāng)中，采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式開展教學(xué)，通過設(shè)置準(zhǔn)入條件、縮小注冊選課人數(shù)、強化課程制度管理等方式解決MOOC課程存在的學(xué)習(xí)保持率低、交互存在體驗薄弱等問題，同時提高高校的個性化互動教學(xué)水平。[2]即在現(xiàn)行高校課程的教學(xué)過程中顛倒“知識教學(xué)”和“知識內(nèi)化”流程，在課前，教師提供MOOC學(xué)習(xí)環(huán)境，組織小規(guī)模學(xué)生自主觀看教學(xué)微視頻、參與在線討論、完成檢測練習(xí)，主動建構(gòu)新知識意義；而回到課堂面對面交互環(huán)境中，教師則針對學(xué)生課前認(rèn)知過程存在的問題，設(shè)計系統(tǒng)化教學(xué)活動，組織學(xué)生通過問題探討和知識總結(jié)歸納等活動實現(xiàn)知識的吸收內(nèi)化和整體融合，與此同時拓寬其創(chuàng)新實踐經(jīng)驗、人際交往經(jīng)驗等整體性的成長經(jīng)驗，SPOC課程的運行過程如圖1所示。

1.課程組織

課程組織者提前公布課程的基本描述信息，如課程名稱、授課教師、課程持續(xù)時間、適用專業(yè)、所需選修條件等等，以吸引學(xué)習(xí)者進(jìn)行注冊選課。而教師則依據(jù)一定的限制性條件篩選確定課程學(xué)習(xí)者，課程開始后，課程組織者按照知識模塊間的認(rèn)知順序設(shè)定學(xué)習(xí)主題，發(fā)布知識模塊資源。

2.課程知識教學(xué)

教師借鑒MOOC課程建設(shè)理念，設(shè)計制作相對獨立完整的教學(xué)微視頻、教學(xué)課件、教學(xué)案例和即時反饋的交互式練習(xí)，安排學(xué)習(xí)活動和討論主題，發(fā)布到課程教學(xué)平臺供學(xué)習(xí)者課下自主學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者通過以BYOD（Bring Your Own Device）為主的各種社會性學(xué)習(xí)工具參與到學(xué)習(xí)中，在教師的指導(dǎo)下依據(jù)自己的認(rèn)知水平自主控制觀看視頻的速度、次數(shù)以及要點，參與在線交互和自測練習(xí)，個性化建構(gòu)知識意義。在整個“知識教學(xué)”過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)都會被系統(tǒng)記錄下來，并通過數(shù)據(jù)挖掘手段分析其中蘊藏的規(guī)律反饋給教師，從而使教師確定學(xué)生的學(xué)習(xí)“盲點區(qū)”，有針對性地調(diào)整教學(xué)資源、提供個性化教學(xué)服務(wù)，并且明確課堂創(chuàng)設(shè)的問題情境以幫助學(xué)生深層次地領(lǐng)悟內(nèi)化知識，實現(xiàn)靈活應(yīng)用。

3.課程知識內(nèi)化

針對課程教學(xué)平臺所反饋的學(xué)生學(xué)習(xí)薄弱點和知識重難點，教師要定期組織課堂教學(xué)，以促進(jìn)學(xué)生深度理解和內(nèi)化知識。一方面，提煉學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)過程中的共同疑惑，有針對性地開展共同探討，此外，在課堂時間充裕的情況下，教師也可以對學(xué)生進(jìn)行個性化輔導(dǎo)。另一方面，系統(tǒng)性地總結(jié)歸納課程知識點，培養(yǎng)學(xué)生知識的全面性和系統(tǒng)性，促進(jìn)學(xué)生的知識內(nèi)化和應(yīng)用。

4.課程考試

課程所有內(nèi)容結(jié)束時，教師會安排課程考試，學(xué)習(xí)者要在規(guī)定的時間內(nèi)參加考試，獲得考試成績和相應(yīng)的學(xué)分。

三、概念圖及其教學(xué)作用

1.概念圖內(nèi)涵

概念圖（Concept Map）最初是由美國康奈爾大學(xué)諾瓦克（JosephD.Novak）教授等人依據(jù)有意義學(xué)習(xí)理論開始研究的，1984年諾瓦克出版的專著《學(xué)會學(xué)習(xí)》首次形成了系統(tǒng)化的概念圖理論，概念圖就是依據(jù)概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)將一個概念與其它概念連接組織在一起，并以空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可視化表征。它主要包含概念節(jié)點、連線及連接說明詞三個基本要素，對應(yīng)于教學(xué)意義，概念圖中的概念節(jié)點表示知識點，它既可以表示綜合性的復(fù)合知識點，也可以表示元知識點，其中概括知識點位于概念圖的最上層，從屬復(fù)合知識點在下面，具體元知識點位于最底層，這樣就構(gòu)成了概念圖的層次結(jié)構(gòu)；連線表示兩個知識點之間的邏輯聯(lián)系，有效地呈現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程；連接說明詞則表示知識點之間是通過何種方式建立關(guān)聯(lián)的，如“屬于”、“是基礎(chǔ)”等等，兩個知識點之間通過連接說明詞形成一個命題。知識概念圖模型如圖2所示，它以“概念-連接-命題”構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)精確、形象地表征出知識網(wǎng)絡(luò)體系。

2.概念圖的教學(xué)作用

概念圖作為一種展示概念、要素、實例之間相互關(guān)系的工具，將其應(yīng)用于教學(xué)過程中，可以作為先行組織者、知識建構(gòu)支架、思維交流支架和評價反思支架，有效支持學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程，幫助學(xué)生快速定位學(xué)習(xí)目標(biāo)、理解新知識與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有概念的邏輯關(guān)聯(lián)和異同點、直觀診斷認(rèn)知狀態(tài)，從而改變傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的隨意模式，促進(jìn)學(xué)生在煩瑣復(fù)雜的知識體系中開展有意義的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

（1）概念圖作為先行組織者

奧蘇貝爾（Ausubel）提倡使用先行組織者來促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)，先行組織者就是對所要學(xué)習(xí)的材料的全面瀏覽。概念圖表征的宏觀知識體系結(jié)構(gòu)，可以作為教學(xué)指南在學(xué)習(xí)開始時呈現(xiàn)，使學(xué)習(xí)者清晰把握知識框架脈絡(luò)，明確已掌握的知識和應(yīng)該學(xué)習(xí)的知識，強化自我驅(qū)動的主動學(xué)習(xí)方向。

（2）概念圖作為知識建構(gòu)支架

研究表明概念圖表征的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)者頭腦當(dāng)中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)非常相似，因此可以將概念圖作為實現(xiàn)學(xué)習(xí)者外顯知識和內(nèi)隱知識相互轉(zhuǎn)化的一棟橋梁。[3]利用概念圖，學(xué)習(xí)者可以清晰明確地了解知識的整體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)新舊知識之間的關(guān)聯(lián)，并依據(jù)自身當(dāng)前的認(rèn)知狀態(tài)選擇最優(yōu)的個性化學(xué)習(xí)路徑，同化和理解新舊知識，有效促進(jìn)知識的理解和意義建構(gòu)。

（3）概念圖作為思維交流支架

學(xué)科概念圖表征了知識的框架脈絡(luò)，而整合學(xué)生認(rèn)知思想的概念圖則代表了群體的思想，這類概念圖就可以作為學(xué)生交流思想、開展頭腦風(fēng)暴的輔助工具。

（4）概念圖作為評價反思支架

概念圖能夠以圖形化形式可視化地揭示出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過概念圖學(xué)習(xí)者可以更加直觀、準(zhǔn)確地了解自己對知識點及其邏輯關(guān)聯(lián)的理解情況，及時診斷出認(rèn)知缺失部分，從而有針對性地修正下一步教學(xué)計劃。[4]

四、基于概念圖的SPOC輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計

SPOC課程教學(xué)主要分為課前知識教學(xué)和課堂知識內(nèi)化，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠很好地規(guī)劃課堂時間進(jìn)行有效的知識內(nèi)化，但是課前的知識學(xué)習(xí)過程完全由學(xué)生自己控制，由于缺乏針對性引導(dǎo)，學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性較大，學(xué)習(xí)效率和保持率都不高。而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)表現(xiàn)出一定的集體性和廣播性等缺點，忽略了學(xué)生的個體差異性，只能單向記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，不能根據(jù)學(xué)生的特征個性化引導(dǎo)學(xué)習(xí)過程。[5]因此，搭建基于概念圖的SPOC輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過個性化概念圖引導(dǎo)、優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，真正實現(xiàn)“因材施教”是師生共同的需求。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要分為四大模塊——資源中心、學(xué)習(xí)中心、交互中心和個性化管理。系統(tǒng)旨在以學(xué)生為中心，通過采集用戶學(xué)習(xí)信息構(gòu)建個性化學(xué)生概念圖，在此基礎(chǔ)上為其調(diào)度針對性的相關(guān)模塊服務(wù)，促進(jìn)學(xué)生在明確認(rèn)知結(jié)構(gòu)狀態(tài)的基礎(chǔ)上開展個性化學(xué)習(xí)，基于概念圖的輔助學(xué)習(xí)模型如圖3所示。

2.系統(tǒng)功能模塊詳細(xì)設(shè)計

（1）資源中心：SPOC課程資源具有一定的“零散性”，將“零散的”微型課程資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理能夠提高學(xué)習(xí)者的資源檢索效率和應(yīng)用效果。因此系統(tǒng)在知識概念圖的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)科知識點對課程資源進(jìn)行管理，即在知識概念圖的基礎(chǔ)上添加資源層，將資源與知識點相關(guān)聯(lián)，教師是教學(xué)資源的直接管理者，負(fù)責(zé)在系統(tǒng)上發(fā)布提前錄制好的教學(xué)視頻以及相關(guān)開放資源，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，形成結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)。[6]學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中若尋找到更加有益的信息資源，也可以上傳到平臺中，經(jīng)教師審核成功后發(fā)布，與其他同伴共享。

（2）學(xué)習(xí)中心：知識概念圖是一個龐大繁復(fù)的系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，這就使學(xué)習(xí)者即使明白當(dāng)前的認(rèn)知狀態(tài)，也難以在短時間內(nèi)確定到達(dá)目標(biāo)知識節(jié)點的最佳學(xué)習(xí)路徑。因此，個性化認(rèn)知學(xué)習(xí)功能從兩個方面實現(xiàn)：一是學(xué)習(xí)者自定義認(rèn)知路徑；二是系統(tǒng)自識別認(rèn)知路徑，具體的流程如圖5所示。

自定義認(rèn)知路徑是由學(xué)習(xí)者在個性化概念圖中查看各知識節(jié)點的學(xué)習(xí)情況，依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，自主選擇將要學(xué)習(xí)的知識節(jié)點序列，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者自定義序列為其合成課程資源。

自識別認(rèn)知路徑實質(zhì)上是一個基于學(xué)生認(rèn)知水平的個性化智能學(xué)習(xí)服務(wù)，學(xué)習(xí)者在概念圖中選擇某個知識點，系統(tǒng)會自動提取該知識點的描述信息呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，如果該知識點符合學(xué)習(xí)者的當(dāng)前需求，可將其定為學(xué)習(xí)目標(biāo)。當(dāng)自識別模型接收到學(xué)習(xí)者的目標(biāo)節(jié)點時，判斷該節(jié)點是否存在前驅(qū)關(guān)聯(lián)節(jié)點，如果不存在則直接推薦學(xué)生學(xué)習(xí)該節(jié)點資源，如果存在則提取該節(jié)點的所有前驅(qū)知識節(jié)點，然后從用戶學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫中讀取前驅(qū)節(jié)點的認(rèn)知狀態(tài)值S，確定S<5的前驅(qū)知識節(jié)點為個性化學(xué)習(xí)范圍，最終通過相關(guān)運算確定學(xué)習(xí)節(jié)點的層級關(guān)系，對其進(jìn)行遍歷排序，實現(xiàn)依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)與用戶認(rèn)知狀態(tài)生成特定的個性化認(rèn)知路徑。

（3）交互中心：SPOC教學(xué)理念強調(diào)的人機交互是以計算機作為媒介，為用戶提供專門而深入的多樣化、個性化交互方式，因此在交互中心模塊中包括同步和異步的交流。同步交流包括主題論壇（主題創(chuàng)建、留言區(qū)和討論區(qū)）和校園認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，而異步交流則是郵件方式。

校園認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是個在線幫助機制，它是由知識點和學(xué)習(xí)者共同構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，知識點是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，學(xué)習(xí)者是實體節(jié)點，所有的學(xué)習(xí)者都能夠通過知識點來建立學(xué)習(xí)聯(lián)接。學(xué)習(xí)者登錄進(jìn)入模塊后，確定認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，系統(tǒng)將會對該知識節(jié)點的相關(guān)學(xué)習(xí)者進(jìn)行整合，自動建立連接，同時搜集學(xué)習(xí)者關(guān)于該知識節(jié)點的認(rèn)知筆記和共享資源，最終生成一張以學(xué)習(xí)者為終結(jié)點的知識節(jié)點資源網(wǎng)，這樣用戶不僅可以找到物化資源，也能定位相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)同伴等人力資源，展開在線交互，具體如圖6所示。

（4）評價中心：包括自我評價、同伴評價和教師評價，每種評價方式的側(cè)重點不同，通過評價可以促進(jìn)學(xué)生不斷進(jìn)行反思、獲取教師與同伴對自己的認(rèn)識，以便改進(jìn)學(xué)習(xí)過程行為與學(xué)習(xí)結(jié)果。

五、結(jié)語

信息技術(shù)的快速發(fā)展以及移動終端的普及，使個性化、互動化教育成為可能，SPOC課程在高校課程教學(xué)體系中必將占據(jù)越來越重要的地位，有效組織和引導(dǎo)學(xué)生開展SPOC課程教學(xué)將有利于提升高校的個性化互動教學(xué)水平，促進(jìn)信息技術(shù)與教育的深度融合。

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（編輯：王天鵬）