聯(lián)結(jié)型微課程在知識展示與建構(gòu)中的作用分析

曾立勝

摘 要：學(xué)習(xí)過程可以理解為神經(jīng)元間新聯(lián)結(jié)產(chǎn)生的過程。人腦中上億的神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)形成巨大的知識網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元的聯(lián)結(jié)不是機械式的強化，而是通過不斷嘗試和意義來激發(fā)和拓展大腦中復(fù)雜的神經(jīng)元通路，進而促成知識的學(xué)習(xí)。聯(lián)結(jié)型微課程可以有效展示知識間的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識。

關(guān)鍵詞：聯(lián)結(jié)；微課程；知識

中圖分類號：G642.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）07-0030-03

現(xiàn)行課堂實錄式的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)資源，很多只是教材內(nèi)容的另外一種展示形式。同時由于其信息容量大，難以在基于移動平臺的學(xué)習(xí)中直接使用。微課程具有容量小、時間短、內(nèi)容精、模塊化等特點，正好可以滿足人們通過移動終端設(shè)備隨時隨地學(xué)習(xí)的愿望，實現(xiàn)處處可學(xué)、時時可學(xué)的學(xué)習(xí)愿景。加涅將知識分為五個大類，它們分別是言語信息、智力技能、認(rèn)知策略、動作技能、態(tài)度。其中重點的智力技能又細(xì)分為四個小類：辨別、概念、規(guī)則、高級規(guī)則，這些小類相互聯(lián)系，較復(fù)雜的技能學(xué)習(xí)以較簡單技能的學(xué)習(xí)為前提條件。聯(lián)結(jié)型微課程可以幫助學(xué)生建構(gòu)概念和規(guī)則知識。

一、微課程的主要特點

美國新墨西哥州圣胡安學(xué)院的教學(xué)設(shè)計師戴維·彭羅斯（David Penrose）率先提出了“微課程”的理念，即“一分鐘視頻微課程（Microlecture）”，其核心是在微課程中把教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)緊密聯(lián)系起來，期望產(chǎn)生一種聚焦式的學(xué)習(xí)體驗，即知識脈沖（Knowledge Burst）。微課程能夠為學(xué)生提供自選形式的學(xué)習(xí)資源，在短時間內(nèi)將學(xué)生的注意力集中在某一知識單元上，讓學(xué)習(xí)者在較短的時間內(nèi)掌握所關(guān)注的內(nèi)容，進一步給學(xué)習(xí)者帶來滿足感和成就感。

現(xiàn)行微課程的主要特點如下：（1）時間短，一般5—10分鐘。（2）媒體的多樣性，可以是文本、圖片、視頻、動畫等。（3）內(nèi)容精，重點突出某個概念和規(guī)則。（4）信息容量小，適合移動設(shè)備的在線學(xué)習(xí)。（5）自主選擇，學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需要，可以自主選擇關(guān)心的學(xué)習(xí)內(nèi)容，有針對性地學(xué)習(xí)。（6）制作簡便，有多種途徑和設(shè)備方法，上手快。（7）情景化，可以提供具體的、典型的案例示范。微課程的優(yōu)點在于自助餐式移動自主學(xué)習(xí)，不足在于：（1）內(nèi)容的碎片化，缺乏知識間的關(guān)聯(lián)性；（2）知識的單向傳播，缺乏交互性。在微課程的應(yīng)用方面，黃建軍等指出要對微課程適用的知識對象進行描述[1]；尋素華認(rèn)為應(yīng)該對學(xué)習(xí)對象進行分析[2]；不少學(xué)者指出錄制微課程時不但要有清晰的對象，也定義了微課程制作的技術(shù)要素，如圖像的分辨率、內(nèi)容、文字、聲音以及時間要求等。

二、知識的內(nèi)涵及表示方法

知識是對信息提煉和推理而獲得的正確結(jié)論，是對自然、社會、思維規(guī)律的認(rèn)識與掌握，是大腦重新組合和系統(tǒng)化的信息集合。知識表示就是對知識約定和描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以利于計算機的存儲和處理，因此知識表示可以定義為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+處理機制。適合概念和規(guī)則知識的表示方法有：（1）框架[3]：是明斯基提出的處理視覺、自然語言及行為的理論，認(rèn)為人對現(xiàn)實世界中事務(wù)的理解是一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲在記憶中。當(dāng)遇到一個新事務(wù)時，就從記憶中搜尋一個合適的框架，并根據(jù)新的情況對框架的細(xì)節(jié)進行修改和補充，以形成對新事務(wù)的理解和認(rèn)知?？蚣芸梢悦枋鰹榘涯呈聞?wù)的所有知識儲存在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？蚣苤黧w表示某個固定的事務(wù)、概念、對象或事件，其下層由一些槽組成，表示主體每個方面的屬性?？蚣苁且环N層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，框架下層的槽可以看成一種子框架，子框架本身還可以進一步分層為側(cè)面。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別稱為槽值和側(cè)面值，槽值可以是程序、條件、默認(rèn)值或是子框架。相互關(guān)聯(lián)的框架連接起來組成框架系統(tǒng)，也稱框架網(wǎng)絡(luò)。其優(yōu)點：結(jié)構(gòu)性，可以把知識的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系及知識間的特殊聯(lián)系表示出來。繼承性，下層框架可以繼承上層框架的槽值，能較好地保證知識的一致性。自然性，框架通過把與某個事物相關(guān)聯(lián)的特性集中在一起，可以很好地模擬人腦對事物多層次、多角度的存儲結(jié)構(gòu)。不足：語義結(jié)構(gòu)不明晰，缺乏明確的推理機制。

（2）語義網(wǎng)表示法[4]：語義網(wǎng)絡(luò)是奎廉在研究人類聯(lián)想記憶時提出的一種心理模型，認(rèn)為記憶是由概念間的聯(lián)系實現(xiàn)的。語義網(wǎng)絡(luò)可以理解為一種實體及其語義關(guān)系來表達知識的有向圖。語義網(wǎng)絡(luò)可用三元組表示：（結(jié)點1，弧，結(jié)點2），結(jié)點描述事件、概念、狀況、動作等實體，弧表示實體間的關(guān)系。其優(yōu)點：結(jié)構(gòu)性，實體間的聯(lián)系可以顯示地表示出來，下層結(jié)點可以繼承、新增、變異上層結(jié)點的屬性。聯(lián)想性，強調(diào)實體間的聯(lián)系，體現(xiàn)了聯(lián)想思維的過程。自索引性，通過與結(jié)點相關(guān)聯(lián)的弧可以快速搜索關(guān)聯(lián)的信息，避免查詢整個知識庫，能有效避免盲目搜索時的組合爆炸問題。不足：非唯一性，同一個問題可以有不同的語義網(wǎng)絡(luò)來表示和理解，因此通過語義網(wǎng)絡(luò)所實現(xiàn)的推理不能保證其正確性。

（3）面向?qū)ο蟮谋硎痉椒ǎ翰捎脤ο蠓▽陀^世界的具體事物及事物間的聯(lián)系進行抽象，符合人們認(rèn)知問題和分析問題的思維方式。軟件實現(xiàn)時以對象為中心，每一個對象是由一組屬性、關(guān)系和方法的集合組成。一個對象的屬性集和關(guān)系集描述了該對象所具有的知識，操作在屬性集和關(guān)系集上的方法表示知識處理，包括知識的獲取方法、推理方法、消息傳遞方法以及知識的更新方法等。優(yōu)點：代碼重用和可維護性好。

（4）知識地圖法：知識地圖是結(jié)合基模和概念圖的知識表示。基模是一種認(rèn)知機制，可儲存、綜合、歸納及提取經(jīng)驗，能讓個體組織和積累相似的經(jīng)驗，也可以協(xié)助辨識額外的經(jīng)驗。知識地圖包含概念屬性和關(guān)系屬性，既具有概念圖的方便呈現(xiàn)概念間關(guān)系的優(yōu)點，同時具有基模的方便呈現(xiàn)概念屬性的功能。知識地圖也可以理解為知識資源目錄，通過目錄可以存取相關(guān)知識，同時知識地圖還可以定義目錄內(nèi)各資源的關(guān)系，有利于知識的快速定位。知識地圖主要功能是知識的組織管理，具體功能包括：指示知識位置的導(dǎo)航功能，揭示隱性知識，揭示知識的關(guān)系，整合不同的知識資源。

（5）本體表示法[5]：本體采用顯式、形式化的方式來表示語義，用以提高異構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作性，促進知識共享。用本體來表示知識的目的是統(tǒng)一某應(yīng)用領(lǐng)域的概念，構(gòu)建本體層級概念間的語義關(guān)系，實現(xiàn)人類、計算機對知識的共享和重用。本體建模的五個基本要素是： 類、關(guān)系、函數(shù)、公理和實例。本體知識庫中的知識，不僅通過縱向類屬分類，而且通過本體的語義關(guān)聯(lián)進行組織和聯(lián)結(jié)，同時推理機利用這些知識進行推理，從而提高檢索的查全率和查準(zhǔn)率。

以上的知識表示方法各有特色，適合不同領(lǐng)域知識的存儲和使用，其最重要的共同點是強調(diào)描述事物間的聯(lián)系。知識不是孤立的，知識相互間的復(fù)雜聯(lián)系才能展示紛繁的客觀世界。不同教材描述不同領(lǐng)域的復(fù)雜知識結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)課件也是描述知識關(guān)系的一種形式。微課程的重點不應(yīng)該是展示知識點的內(nèi)容，重要的是展示各個知識點的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識。

三、聯(lián)結(jié)型微課程在知識展示與建構(gòu)中的作用

研究表明，人類大腦擁有神經(jīng)膠質(zhì)和神經(jīng)元兩種腦細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)的主要作用是隔離各神經(jīng)元并輸送營養(yǎng)。神經(jīng)元由細(xì)胞體、樹突、髓鞘和軸突組成，一個神經(jīng)元的軸突只與另一個神經(jīng)元的樹突聯(lián)系，見圖1。神經(jīng)元只沿單方向傳遞信息，樹突接受來自其他軸突輸入的信息并傳遞到細(xì)胞體，細(xì)胞體處理信息后，再通過軸突傳遞給其他的神經(jīng)細(xì)胞。腦神經(jīng)系統(tǒng)并不像傳統(tǒng)計算機那樣擁有一個集中的CPU，而是由數(shù)量多達1010—1011個神經(jīng)元按網(wǎng)絡(luò)的形式互相聯(lián)結(jié)并協(xié)同工作，每一個神經(jīng)元又與其他103—104個神經(jīng)元相連。當(dāng)一個軸突偶然碰到臨近神經(jīng)元的樹突時，新的聯(lián)結(jié)就產(chǎn)生了，這也是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的機制[6]。簡化的神經(jīng)元信息傳遞見圖2。

圖1 神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)

圖2 神經(jīng)元信息傳遞

學(xué)習(xí)產(chǎn)生的基本階段有準(zhǔn)備、獲得、精細(xì)加工、形成記憶、整合應(yīng)用。獲得的神經(jīng)學(xué)定義為軸突和樹突新聯(lián)結(jié)的形成，即神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)者在參加討論、聽課、環(huán)境刺激、角色示范、親身體驗、自我反思、看視頻錄像等過程中都能獲得知識，建構(gòu)聯(lián)結(jié)。形成記憶的關(guān)鍵步驟是精細(xì)加工。精細(xì)加工不是機械式的記憶，而是以有意義的方式在大腦中拓展復(fù)雜的神經(jīng)元通路的過程。

根據(jù)加涅的理論（1985），概念分為具體概念和定義性概念。具體概念是可以通過其知覺特點進行區(qū)分、通過名稱加以識別的客體、特征或事件，如月亮、課桌、紅色等。定義性概念是指不能根據(jù)其物理屬性得到的識別，如家庭、民主、國家等。規(guī)則是概念間關(guān)系的陳述，包括原理和問題解決的高級規(guī)則。定義性概念和規(guī)則是學(xué)校學(xué)習(xí)的主要知識。因此，微課程應(yīng)重點展示概念及概念間的聯(lián)系，幫助學(xué)習(xí)者快速建構(gòu)知識。

在聯(lián)結(jié)型微課程中，概念可以表示為六元組：編號、概念名稱、概念描述、屬性值、關(guān)聯(lián)行為、關(guān)聯(lián)概念編號。定義中以關(guān)聯(lián)行為為核心，重點表示概念間的關(guān)系，即規(guī)則的應(yīng)用，見圖3、圖4。

圖3 概念六元組

圖4 概念間的關(guān)聯(lián)

微課程要展示的概念間的關(guān)聯(lián)行為主要有以下幾種。

（1）整體和部分的關(guān)系。用于描述一個概念與其他概念之間的組成關(guān)系或某個概念是由另外一些概念組裝而成的，這也被稱為“a-part-of”關(guān)系。如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念包含邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和算法三個概念。（2）一般和特殊的關(guān)系。這也被稱為“a-kind-of”關(guān)系，具有繼承性質(zhì)。如C語言中，整數(shù)是一種變量。（3）限定關(guān)系。某（些）概念是另一個概念的條件、結(jié)果、環(huán)境、工具、方法、目的等限定關(guān)系。如遞歸是算法設(shè)計的方法之一。（4）創(chuàng)新關(guān)系。即某些關(guān)聯(lián)的概念聯(lián)結(jié)產(chǎn)生一個新的概念。如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中線性結(jié)構(gòu)和順序存儲形成順序表的概念。（5）函數(shù)關(guān)系。一個概念的值可以由多個概念的值通過某一公式（算術(shù)表達式）計算而成。如三角形的面積（S）等于三角形的底（a）乘以三角形的高（h），即函數(shù)關(guān)系為S=a*h。因為概念通過編號唯一區(qū)別，因此上述的函數(shù)關(guān)系的計算可以表示為：面積（編號）.屬性值=底（編號）.屬性

值*高（編號）.屬性值。算術(shù)表達式的翻譯可以采用自頂向下的遞歸方法或LL（1）翻譯方法，也可以采用屬性文法翻譯[7]。

聯(lián)結(jié)型微課程的設(shè)計和開發(fā)：

（1）軟件類微課程適合采用框架或面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

（2）微課程可以只涉及相關(guān)聯(lián)的幾個概念。

（3）微課程可以包含一門課程的所有概念，并提供概念的搜索，搜索到某一個概念后，與概念相關(guān)聯(lián)的其他概念一并展示。

（4）可以提供概念屬性的賦值功能。

（5）可以提供概念的編輯功能。

（6）視頻類微課程可以采用可汗學(xué)院模式，即屏幕錄像軟件+概念圖工具（或手寫板）。

四、結(jié)語

學(xué)習(xí)過程可以理解為神經(jīng)元間新聯(lián)結(jié)產(chǎn)生的過程，通過不斷嘗試和意義激發(fā)可以拓展大腦中復(fù)雜的神經(jīng)元通路，促成知識的學(xué)習(xí)。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動設(shè)備的發(fā)展，學(xué)習(xí)也進入微時代，通過隨時隨地碎片化學(xué)習(xí)，能有效地拓展知識學(xué)習(xí)的途徑。聯(lián)結(jié)型微課程可以借助移動設(shè)備有效展示知識間的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識。

參考文獻：

[1]黃建軍，郭紹青.論微課程的設(shè)計與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育

技術(shù)，2013，（5）.

[2]尋素華.淺析微課程開發(fā)在校內(nèi)外的應(yīng)用研究[J].中國

電化教育，2013，（9）.

[3]徐寶祥，葉培華.知識表示的方法研究[J].情報科學(xué)，

2007，（5）.

[4]劉建煒，燕路峰.知識表示的方法比較[J].計算機系統(tǒng)

應(yīng)用，2011，（3）.

[5]董堅峰，胡鳳.基于OWL本體的知識表示研究[J].信息

系統(tǒng)，2010，（9）.

[6][美]Eric Jensen；梁平譯.基于腦的學(xué)習(xí)：教學(xué)與訓(xùn)練

的新科學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.

[7]孫悅紅.編譯原理及實現(xiàn)：第2版[M].北京：清華大學(xué)出

版社，2011.

[責(zé)任編輯 包玉紅]