基于語義技術的微課資源建設初探

岳俊芳+陳逸

【摘 要】

碎片化、微型化學習資源是基于移動通信技術和智能終端設備的泛在學習發(fā)展的需要。微課是基于單個知識點、微型、完整的教學單位?；谡Z義本體技術和語義關聯(lián)技術構建微課，使微型學習資源具有內在的邏輯關系，既迎合了現(xiàn)代人快節(jié)奏生活和碎片化、非正式學習的需要，又使海量的碎片知識網絡化、系統(tǒng)化，成為在職成人繼續(xù)學習的重要組成部分。文獻調研表明，國內對基于本體技術的微課研究尚處于起步階段。圍繞基于語義本體技術構建學科領域知識本體庫、以本體為基礎構建微課、基于語義關聯(lián)技術將碎片化資源系統(tǒng)化這幾方面展開論述，在此基礎上以“西方經濟學”這門課程為例進行了相關實踐，以期促進行業(yè)的發(fā)展和思考。

【關鍵詞】 泛在學習；碎片化學習；微課；語義技術；知識本體

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1009-458x（2017）07-0051-07

一、泛在學習對微型學習資源的需求

移動通信技術的迅猛發(fā)展和智能終端的大規(guī)模普及使人們的學習方式發(fā)生了較大改變。利用移動互聯(lián)網和智能終端設備，可以在任何時間、任何地點學習或獲取所需的任何信息，這種學習方式強調學習與日常工作和生活的無縫結合，被稱為泛在學習（Ubiquitous Learning， UL）。根據(jù)二八定律，人類80%的知識是通過非正式學習獲取的，由具體問題或情境引發(fā)的泛在學習方式是可持續(xù)終身的非正式學習方式（楊欣， 2010）。泛在學習最大的特點是泛在性和適時性，所以資源必須短小、精悍，適合小屏化的移動終端展現(xiàn)，以滿足人們隨時隨地碎片化學習需求。微型學習資源正是遵循低認知負荷原則建設的小粒度學習內容，有助于維持學習者在零碎時間里進行非正式學習的學習興趣和連續(xù)注意力，真正實現(xiàn)學習與生活無縫結合（余勝泉， 2009）。

二、語義本體技術與微課

主題單一、粒度較小的微型學習資源能適應碎片化非正式學習的需要，但海量微型資源的組織與管理直接影響著泛在學習的效率與效果?，F(xiàn)有e-Learning資源多是非結構化的信息資源，資源描述不規(guī)范，缺乏內部關聯(lián)性，不能自動識別，存在檢索準確率低等問題（楊現(xiàn)民， 2014）。語義 Web 強調對網絡資源附加可供機器理解和處理的語義信息，并形式化地定義領域內相關知識之間的關系。基于語義建設資源可將海量的碎片化學習資料通過內部的語義關系關聯(lián)起來，便于學習者在碎片化時間里系統(tǒng)地學習和掌握整體學習內容。

（一） 基于本體技術的微課研究現(xiàn)狀

基于CNKI數(shù)字論文庫，以“微課”為關鍵詞檢索，檢索到從2011年微課這一概念誕生至今相關論文7，427篇，可見微課已成為近幾年的研究熱點。以“本體”為關鍵詞，檢索到2003年以來的8，989篇文獻，可見，有關本體技術的研究也進行得如火如荼。但以“微課”和“本體”作為共同關鍵詞，僅檢索到1篇發(fā)表于2016年的論文，主題是通過本體構建知識地圖實現(xiàn)微課知識管理形式的變革；以“微課”相近的概念“微型學習資源”和“本體”共為關鍵詞，沒有檢索到相關論文；以“學習元”為關鍵詞，檢索到相關論文58篇，以北京師范大學余勝泉教授及其團隊基于語義技術的學習元相關研究為主。該類文獻與本主題相關，都是通過本體技術構建微型學習資源及相互關系，以適應移動學習、泛在學習等碎片化學習的需要，但學習元的研究主要是理論框架的搭建，具體的實踐案例較少。可見，雖然本體與微課都已成為相關領域的研究熱點，但把二者結合起來進行研究還很少，處于起步階段?；诒倔w技術可以方便地建構微課知識點之間的內部邏輯關聯(lián)，將碎片化的知識整合成知識網絡。

（二）本體與社會化協(xié)同建構

本體技術是語義Web的核心技術。所謂本體是指領域概念的結構化規(guī)范，是概念及概念間關系的形式化定義與規(guī)范說明，是從客觀世界中抽象出來的相關概念，每個概念都被明確定義且以計算機能讀取的方式形式化和標準化，更易于共享（楊現(xiàn)民， 2014）。簡言之，本體是某一領域的公共詞條，由若干概念及其關聯(lián)關系構成的、反映事物的本質和公眾共同認可的知識。

學科領域知識本體庫的構建是一項非常龐大的工程，必須遵循行業(yè)標準和規(guī)范，計算機才能理解其中的關鍵性概念，實現(xiàn)知識的重用和共享。本體一般通過類型（概念或原理）、屬性（數(shù)字或文本）、關系和實例形式化地表示出來（謝明鳳， 2012）。構建學科領域本體包括確定本體域和范圍、考慮已有本體復用、列舉術語、定義類和等級結構、定義屬性、定義約束、生成實例（顧宗連， 2009）。定義類和等級結構，即抽取本體的概念并確定概念間關系的過程，先是自上而下建立領域知識的層級結構，然后建立事物和數(shù)據(jù)類型關聯(lián)，使計算機可以通過邏輯推理判斷某個體是否屬于某子類。為保證本體的語義描述規(guī)范和邏輯關系正確，一般需要引入學科領域專家對本體進行修正，因為只有對學科領域知識體系及內部邏輯關系全面把握才能保障學科知識本體庫的有效建設（謝明鳳， 2012）。

由于知識的爆炸性增長，為滿足各類學習者的個性化需求，社會化學習資源構建鼓勵所有用戶參與和共享。語義網領域的學者提出了領域本體知識庫的社會化協(xié)同構建思想，倡導用戶和專家協(xié)同創(chuàng)建學科領域本體庫?；舅悸肥莿?chuàng)設知識本體的協(xié)同創(chuàng)作環(huán)境、提供知識本體構建工具（如Protégé）、開放本體編輯創(chuàng)建權限、所有用戶均可參與創(chuàng)作、多終端數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)實時監(jiān)控以及領域專家審核管理（張媛， 2007）。由于知識背景不同，不同用戶創(chuàng)建的知識本體良莠不齊，需要學科專家的審核、修正與規(guī)范，不合格的本體不斷被淘汰，趨于穩(wěn)定的公認知識本體不斷被補充，使領域知識本體庫不斷豐富和完善（楊現(xiàn)民， 2014）。

（三）基于本體構建的微課結構圖

微課是將教學內容拆分成微小的知識點，針對單個知識點或單一主題開展教學活動的微型課程?；诒倔w構建的微課知識點來源于學科領域知識本體庫，一個微課可能對應一個概念或原理，再輔之以學習策略和學習活動，即構成完整的微型教學單位。源于本體庫單個或若干本體構建的微課，一般由課程知識本體層、學習策略層、學習活動層、人際關系網絡層和資源拓展層共同構成（如圖1所示）。endprint

·課程本體層：單個或多個本體構成微課知識點，本體間存在邏輯關聯(lián)，可用于學習導航。

·學習策略層：學習指導層，闡述微課目標、內容、學習方式、考核方式等內容。

·學習活動層：包含文本、音視頻、作業(yè)、測試等，構建學習路徑。

·人際關系網絡層：師生、生生互動交流層，提供實時溝通工具。

·資源拓展層：對應學科領域本體庫，是微課知識內容的補充與拓展。

由于學科知識體系龐大，基于知識分割與知識本體的微課是海量的。要從海量微課中獲取所需內容，需要利用微課知識點之間的邏輯關聯(lián)來準確定位。微課的精準語義描述及基于本體的語義關聯(lián)必不可少。

（四） 微課的關聯(lián)與聚合

現(xiàn)有e-Learning 資源主要通過超鏈接形成外部關聯(lián)，缺乏內在的邏輯關聯(lián)性。微課承載的知識點來自知識本體，由于本體之間存在內在邏輯關系，所以基于本體的微課之間存在著基于語義的邏輯關聯(lián)，具有相同或相似主題、語義上高度相關的多個微課可以通過關聯(lián)與聚合構建更大的主題單元（楊現(xiàn)民， 2012）。每個微課僅是整個知識網絡結構中的一個節(jié)點，學習者可以利用本體概念之間的關系實現(xiàn)微課的精確檢索、推薦與聚合。

余勝泉（2014）指出，通過語義聚合，將承載知識零散、不成體系的多個微課聯(lián)系起來可形成包含素材、微課、微課群和微課云四層次學習資源（如圖2所示）。素材是指基于語義技術構建的學科領域知識本體；微課是以本體知識點為核心、配備教學活動而成的微型教學單元。單個微課可由若干素材構成，多個小粒度的微課基于內部的語義關系聚合成微課群，多個微課群又可聚合成更大的主題單元——微課云。根據(jù)本體之間的邏輯關系，微課之間也可形成平行、前驅、后續(xù)、相關等語義關系。具有明顯前驅、后續(xù)語義關系的微課聚合成了有序知識鏈，一般需要學完前驅的微課知識才能轉入后續(xù)的內容學習。微課之間的邏輯關系在一定程度上起到知識導航的作用，有助于減少網絡學習中的“迷航”（楊現(xiàn)民， 2014）。微課基于語義的關聯(lián)與聚合實現(xiàn)了資源內容從線性、樹狀組織到網狀關聯(lián)的重大轉變，知識點通過內部的邏輯關系關聯(lián)起來，散而不亂，既迎合了碎片化泛在學習需要，又有助于學習者系統(tǒng)、全面地進行知識建構。

三、網上人大基于語義本體技術的微課建設

（一）“西方經濟學”學科領域本體庫建設

網上人大在綜合分析各學科特點與性質之后，選定“西方經濟學”這門課程來構建學科領域知識本體庫，該學科與社會科學其他分支比較接近，具有復雜性、依賴性、主觀性、難驗證性等特征。文獻調研表明，國內外在經濟學領域本體的建模和應用，因具體的目的不同，差異很大，大多處于理論探索和初步實驗階段，尚無成熟、穩(wěn)定的應用案例可資借鑒（顧宗連， 2009）。

網上人大選擇了社會化本體編輯工具web protégé自建課程知識本體庫，由熟練掌握本學科知識且熟悉本體構建過程的領域專家主導，開放了用戶編輯權限，專家與輔導教師等多人協(xié)同創(chuàng)作實現(xiàn)其進化。本體的生長和完善屬于自頂向下的本體構建過程。其中類（概念）、實例、屬性是本體共同的基本元素，基本步驟是先列出本體中的重要術語，接著定義類（Class）和類的等級體系（Hierachy），再定義類的屬性，最后創(chuàng)建每個類的實例，并添加其屬性值。經濟學領域的本體一級概念如圖3所示，thing代表根目錄。

第一步，列出“西方經濟學”課程的重要術語——公認概念集，包含了數(shù)百個概念知識點。運用protégé構建的本課程主要知識概念及關系如圖4所示。例如“市場”這一本體術語，與“供給”“需求”“產品市場”“要素市場”“壟斷”“完全競爭市場”“市場失靈”等都存在邏輯關系，部分屬于“市場”的子類，部分與“市場”可能屬于平行或后續(xù)的邏輯關系。

第二步，創(chuàng)建單個知識本體 ，以“消費者行為理論”這個知識點為例，運用protégé本體構建工具進行的本體描述如圖5所示，要列出本概念與其他概念的邏輯關系，例如該理論是“價值理論”的子類（subclass），或者說“價值理論”是“消費者行為理論”的上一層級，而“消費理論”“失業(yè)理論”“投資理論”“貨幣理論”等又是本概念的子類。Equivalent等位關系描述表明，該理論可用于“分析部分消費者”，也可用于“分析買方”和“分析需求方”；“價值”和“偏好”等members則是本體概念的具體實例。通過這種概念及其關系的描述和界定，計算機能自動識別概念間的邏輯關系，學習者可以精準定位學習內容和學習路徑。

本課程數(shù)百個概念知識點都采用此方法進行本體構建和屬性描述，形成了本課程的概念本體及相互關系知識庫，為基于語義本體構建微課奠定了基礎。

（二）“西方經濟學”微課建設

以“西方經濟學”課程知識本體庫為基礎，圍繞單個概念本體，結合相應的教學策略和教學活動，即可構建具有內在語義關系的微課程。例如“消費者行為理論”微課以“消費者行為理論”這個本體為基礎，提供學前指導，建設音視頻講解和對應文字介紹，提供相應的作業(yè)、練習、拓展資源和便捷的師生、生生移動溝通交流工具，即具備基本的微課雛形。網上人大的“西方經濟學”微課主要包含了學前指導、課程學習、作業(yè)中心、資源中心、交流園地和考試中心六個欄目。根據(jù)課程本體知識的關聯(lián)聚合程度，若干存在內在關系的微課還可組合成模塊——“微課群”或“微課云”。如圖6所示，根據(jù)主題聚合程度，“西方經濟學”課程共包含十個模塊，若干微課群的組合構成了這門學科的完整知識體系，既滿足了學習者移動碎片化學習的需要，又保證了知識學習的全面性、系統(tǒng)性，不僅可用于非正式學習，在基于網絡的遠程學歷教育中也可廣泛應用。

（三）基于語義的微課知識地圖

泛在學習環(huán)境中，海量微課的呈現(xiàn)需要一種新型的資源組織形式。知識地圖是一種智能化的知識管理工具，以可視化的方式展現(xiàn)知識的結構和內在關系，將資源及其關系連接起來形成一種動態(tài)可變的網絡結構，給用戶提供一個知識結構概貌，起到知識導航的作用?；谡Z義Web技術和本體庫構建的微課，單個微課呈現(xiàn)的是碎片化、單一知識，通過本體知識點的語義關聯(lián)有助于學習者把碎片化知識點串聯(lián)起來，達到系統(tǒng)學習的目的。微課知識地圖正是將微課及其關系可視化展現(xiàn)的良好工具。常用方法是運用protégé或相關工具生成OntuoGraf圖，可以按照任意粒度來可視化本體中的概念及關系。學習者可根據(jù)興趣愛好、學習水平或需要，從微課知識地圖中任一粒度開始，選擇個性化學習路徑和學習策略，從單個本體進入相應微課的學習。以“效用論”為例，本體及其代表的微課知識點之間的關系如圖7所示。endprint

（四）學習者評價

“西方經濟學”微課還在研發(fā)階段，在正式投入使用前，筆者將“消費者行為分析”這一模塊在北京地區(qū)的近千名經濟學專業(yè)學習者中進行了試驗推介，試驗兩周結束后進行了隨機問卷調查，調查主題是“該類微課給你帶來了怎樣的學習體驗”，收集有效問卷93份。學習者反饋數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，學習者整體體驗良好，91%學習者認同此類微課滿足了碎片化學習需求，學習可隨時發(fā)生；78%學習者肯定了知識地圖將微課化整為零；67%的學習者認為導航給力，微課知識點再多也不會迷航；僅有43%學習者認為課內搜索精確。

針對開放式問題“本微課哪些功能需要改進”，學習者的反饋如圖8所示。57%的學習者認為課內搜索還需要更精準定位。目前，輸入關鍵詞后，相關的微課、學前必備知識、下一步學習內容都一一呈現(xiàn)，但跟微課相關的背景資料、作業(yè)、練習等卻未在搜索結果中呈現(xiàn)；49%的學習者希望此類微課形式在所有課程推廣；37%的學習者希望提供手機實時答疑功能。

總的來說，基于語義網開發(fā)微課的實踐能實現(xiàn)基本預想，滿足碎片化泛在學習的需要，且將線性的知識網絡化、可視化。由于整個學科領域的知識本體庫建設還不夠成熟，知識地圖、語義檢索及相關功能都還需要進一步完善。

四、小結

微課作為一種學習主題集中、微型化、碎片化學習資源，適于在智能終端設備呈現(xiàn)，主要應用于以手機等移動設備為支撐的移動學習、泛在學習領域。通過語義技術構建微課，實現(xiàn)了微課知識的內部邏輯關聯(lián)，促進了語義搜索的精準化和碎片知識的網絡化和條理化，不僅適用于各類非正式學習場合，也可廣泛應用于成人繼續(xù)教育的正式學習領域，成為現(xiàn)有網絡遠程教育的補充與延續(xù)。本文是基于語義技術構建微課資源的淺顯思考與初步實踐探索，自主研發(fā)的案例課程還在實踐進程中，實踐效果還有待進一步評價。對基于語義技術構建的微課教學效果評價將是本課題下一步的研究方向。

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收稿日期：2016-11-10

定稿日期：2017-05-08

作者簡介：岳俊芳，博士，副教授，副院長；陳逸，在讀碩士，網教部研究專員。中國人民大學繼續(xù)教育學院（100083）。

責任編輯 韓世梅endprint