可定制學(xué)習(xí)慕課課程知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李俊 王銳 謝愷 顧國(guó)華

摘? 要 針對(duì)目前慕課課程無(wú)法根據(jù)學(xué)生需要定制學(xué)習(xí)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的分解及知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系分析，依據(jù)解釋結(jié)構(gòu)模型法，將網(wǎng)狀的課程知識(shí)點(diǎn)之間的復(fù)雜關(guān)系構(gòu)建成條理清晰、層次清楚的結(jié)構(gòu)模型，并給出應(yīng)用實(shí)例，為可定制學(xué)習(xí)慕課課程設(shè)計(jì)提供技術(shù)手段與方法。

關(guān)鍵詞 慕課;知識(shí)點(diǎn);可定制學(xué)習(xí);信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì);解釋結(jié)構(gòu)模型法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）20-0042-04

Design of Knowledge Point Structure for Customizable MOOC//LI Jun， WANG Rui， XIE Kai， GU Guohua

Abstract Aiming at the scene course cannot according to the stu-dents need to customize learning problems through analysis of know-

ledge points in the course of decomposition and knowledge point re-lationship between， based on the Interpretative Structural Modeling Method， the complex relationship between curriculum knowledge of?mesh points to construct the clarity， a clear hierarchy structure model，?and gives the application examples for customizable learning design scene course provides technological means and methods.

Key words MOOC; knowledge point; customizable learning; inter-pretative structural modeling method; analysis and design of infor-mation system

1 引言

隨著在線教育的快速發(fā)展，慕課（MOOC，Massive Open?Online Course）作為一種新型的知識(shí)傳播模式，其大規(guī)模、開(kāi)放、在線的特點(diǎn)得到充分發(fā)揮。目前，已經(jīng)出現(xiàn)Coursera、Udacity、edX、中國(guó)大學(xué)MOOC、夢(mèng)課等國(guó)內(nèi)外多個(gè)慕課在線平臺(tái)，為教師創(chuàng)建慕課及學(xué)生在線學(xué)習(xí)提供了方便[1]。

在創(chuàng)建一門(mén)慕課時(shí)，教師大多以課程章節(jié)結(jié)構(gòu)為順序進(jìn)行組織，首先考慮內(nèi)容是否豐富，是否已經(jīng)照顧到各個(gè)層次的學(xué)員，而忽視了各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系。這就導(dǎo)致課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容相對(duì)固定，無(wú)法讓學(xué)員根據(jù)自身需要對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行篩選，既不利于學(xué)員對(duì)課程整體結(jié)構(gòu)的把握和辨別知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，也不利于對(duì)課程各類(lèi)學(xué)習(xí)資源的重新組織和高效利用。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文從慕課組成的核心單元知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，依據(jù)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建慕課知識(shí)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)模型。利用該結(jié)構(gòu)模型，學(xué)習(xí)者可以充分了解課程知識(shí)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，并且可以根據(jù)自身需要進(jìn)行定制性學(xué)習(xí)，以提高學(xué)習(xí)效率。

2 知識(shí)點(diǎn)

知識(shí)點(diǎn)的定義和劃分? 知識(shí)點(diǎn)是課程的基本單元，通常教師按照知識(shí)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行講授，也是構(gòu)建慕課時(shí)的組成單元。一般來(lái)說(shuō)，知識(shí)點(diǎn)包括理論、原理、概念、定義、范例和結(jié)論等，通?？蓜澐譃樵R(shí)點(diǎn)和復(fù)合知識(shí)點(diǎn)兩類(lèi)。元知識(shí)點(diǎn)指在教學(xué)過(guò)程中不可分割的知識(shí)點(diǎn)，必須作為一個(gè)整體進(jìn)行學(xué)習(xí)。復(fù)合知識(shí)點(diǎn)通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的元知識(shí)點(diǎn)組成，其在教學(xué)過(guò)程中是一個(gè)邏輯整體。知識(shí)點(diǎn)劃分得越細(xì)致，則可重用度就越高，但其工作量也會(huì)變得更大，教師一般可根據(jù)實(shí)際情況確定劃分的層次。

知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系? 每門(mén)課程都是由若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)所組成，知識(shí)點(diǎn)之間存在一定的關(guān)系，這些關(guān)系主要分為五種。

1）父子關(guān)系：代表部分和整體的關(guān)系，用“→”表示。

2）依賴關(guān)系：代表學(xué)習(xí)時(shí)前后的順序關(guān)系，用“→”

表示。

3）兄弟關(guān)系：指的是知識(shí)點(diǎn)之間具有共同的前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)，用“—”表示;

4）平行關(guān)系：如果知識(shí)點(diǎn)之間沒(méi)有共同的直接前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)，且學(xué)習(xí)時(shí)可不分先后次序，則稱知識(shí)點(diǎn)之間為平行關(guān)系，用“=”表示;

5）參考關(guān)系：知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)時(shí)起到擴(kuò)展、參考的作用，用

“”表示。

通常一門(mén)課程的知識(shí)點(diǎn)眾多，且之間的關(guān)系又分為多種，所以呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示[2-3]。

3 基于ISM方法的慕課知識(shí)點(diǎn)關(guān)系建模方法

ISM方法簡(jiǎn)介? 1973年，美國(guó)J.Warfield教授為分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題設(shè)計(jì)出一種系統(tǒng)分析方法，通過(guò)不斷地應(yīng)用和改進(jìn)，現(xiàn)在稱為解釋結(jié)構(gòu)模型法（ISM）。其基本思想是：利用有向圖、矩陣等數(shù)學(xué)工具和相關(guān)的軟件，對(duì)系統(tǒng)要素及其相互關(guān)系等信息進(jìn)行處理，得到系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)模型，以提高對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知和理解。ISM方法是一種高效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與建模方法[4]。

慕課知識(shí)點(diǎn)關(guān)系建模步驟

1）教師根據(jù)待建課程的教學(xué)內(nèi)容，抽取課程知識(shí)點(diǎn)作為慕課的基本要素。第i個(gè)知識(shí)點(diǎn)記為Si（i=1，2，…）。

2）分析知識(shí)點(diǎn)Si之間的關(guān)系，根據(jù)需要可以繪制知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系圖。

3）根據(jù)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，建立鄰接矩陣A，鄰接矩陣中的元素只有0、1兩種，取值遵循原則：對(duì)于父子關(guān)系和依賴關(guān)系，根據(jù)箭頭方向設(shè)其為直接影響關(guān)系，如若存在關(guān)系S3→S1，則矩陣的第3行第1列值為1，否則為0;對(duì)于兄弟關(guān)系和平行關(guān)系，設(shè)其為互相影響關(guān)系，如存在關(guān)系S4=S6，則矩陣第4行第6列和第6行第4列值均為1;參考關(guān)系一般不做考慮。

4）根據(jù)鄰接矩陣，計(jì)算得到可達(dá)矩陣。鄰接矩陣為A，單位矩陣為I，不斷計(jì)算（A+I）n，當(dāng)（A+I）n+1=（A+I）n，（A+I）n記作可達(dá)矩陣。

5）根據(jù)可達(dá)矩陣，對(duì)所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分和級(jí)別劃分，分析得出知識(shí)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)模型。

6）分析研究層次結(jié)構(gòu)模型，最終得到知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系模型。

4 可定制學(xué)習(xí)慕課知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建實(shí)例

確定課程知識(shí)點(diǎn)及之間關(guān)系? 在此以信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)課程為例，首先根據(jù)課程內(nèi)容梳理出15個(gè)知識(shí)點(diǎn)，分別為S1信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，S2系統(tǒng)規(guī)劃，S3系統(tǒng)規(guī)劃模型，S4系統(tǒng)規(guī)劃的主要方法，S5系統(tǒng)分析，S6可行性分析，S7系統(tǒng)需求分析，S8系統(tǒng)設(shè)計(jì)，S9系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，S10系統(tǒng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容，S11系統(tǒng)實(shí)施，S12程序設(shè)計(jì)，S13系統(tǒng)調(diào)試，S14系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)，S15數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)。為了便于說(shuō)明，此處知識(shí)點(diǎn)分解較為粗略，在實(shí)際應(yīng)用中可以細(xì)分為更多的知識(shí)點(diǎn)。

教師根據(jù)授課經(jīng)驗(yàn)，確定待建課程知識(shí)點(diǎn)關(guān)系如圖2所示。

構(gòu)建鄰接矩陣和可達(dá)矩陣? 根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系圖，構(gòu)建鄰接矩陣A，如表1所示。根據(jù)從鄰接矩陣到可達(dá)矩陣的運(yùn)算規(guī)則，得到如表2所示的可達(dá)矩陣。

區(qū)域劃分和級(jí)別劃分? 在可達(dá)矩陣的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域劃分和級(jí)別劃分，首先根據(jù)可達(dá)矩陣求解可達(dá)集與先行集。

1）相關(guān)概念。

先行集：若學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)Sj時(shí)必須完成某些知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，那么這些知識(shí)點(diǎn)稱為Sj的先行集，記作A（Sj），由可達(dá)矩陣中第j列值為1的知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成。

可達(dá)集：若學(xué)習(xí)某些知識(shí)點(diǎn)時(shí)必須完成知識(shí)點(diǎn)Si的學(xué)習(xí)，那么這些知識(shí)點(diǎn)稱為Si的可達(dá)集，記作R（Si），由可達(dá)矩陣重第i行值為1的知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成。

2）計(jì)算可達(dá)集、先行集及其交集。根據(jù)以上定義和計(jì)算方法，在表格中列出可達(dá)集、先行集和可達(dá)集與先行集的交集，如表3所示。其中，可達(dá)集的課程知識(shí)點(diǎn)用Si表示，既屬于可達(dá)集又屬于先行集的知識(shí)點(diǎn)用Si表示，屬于先行集但不屬于可達(dá)集的知識(shí)點(diǎn)用Si表示。

3）區(qū)域劃分與級(jí)別劃分。將R（Si）∩A（Si）與A（Si）進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)R（Si）∩A（Si）=A（Si）時(shí)，i=3，4，即課程知識(shí)點(diǎn)S3、S4為最底層元素。運(yùn)算后可以發(fā)現(xiàn)，最底層元素可達(dá)集的交集不為空，即它們有共同的后繼知識(shí)點(diǎn)，證明所有15個(gè)課程知識(shí)點(diǎn)均屬于一個(gè)連通域，不存在與課程無(wú)關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

將R（Si）∩A（Si）與R（Si）進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)R（Si）∩A（Si）=R（Si）時(shí)，i=1，即知識(shí)點(diǎn)S1為最頂層元素。此時(shí)得到第一層L1={S1}。在可達(dá)矩陣中劃去S1所在的行和列，在剩下的可達(dá)矩陣中繼續(xù)選出最頂層元素，依次類(lèi)推，共將所有元素分成六層，其中L2={S11}，L3={S8，S12，S13，S14}，L4={S5，S9，S10，S15}，L5={S2，S6，S7}，L6={S3，S4}。

建立解釋結(jié)構(gòu)模型? 依照以上級(jí)別劃分的結(jié)果，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。其中S8既對(duì)S1有影響，也對(duì)S11有影響，即S8到達(dá)S1有兩條通路，一條直達(dá)S1，通路長(zhǎng)度為1;另一條經(jīng)S11到達(dá)S1，通路長(zhǎng)度為2。根據(jù)可達(dá)矩陣的傳遞性和級(jí)別劃分原理，以可以到達(dá)上一級(jí)知識(shí)點(diǎn)所有通路中最長(zhǎng)的通路數(shù)劃分知識(shí)點(diǎn)的級(jí)，因此，S8被劃分為第三級(jí)。但從經(jīng)驗(yàn)分析，S8對(duì)S1是直接且對(duì)上的影響關(guān)系，對(duì)S11是同級(jí)影響，所以應(yīng)當(dāng)把S8調(diào)整為第二層知識(shí)點(diǎn)。同理，S2、S5也應(yīng)調(diào)整到第二層。相應(yīng)的，其他知識(shí)點(diǎn)應(yīng)被調(diào)整到第三層。由此，得到圖3所示的解釋結(jié)構(gòu)模型。

在圖3的解釋結(jié)構(gòu)模型中，15個(gè)知識(shí)點(diǎn)被分為三層，構(gòu)成相對(duì)完整的知識(shí)體系。此時(shí)，圖2中所示的復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)關(guān)系圖已變成層次清晰、結(jié)構(gòu)清楚的解釋結(jié)構(gòu)模型圖，從圖上可以看出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的學(xué)習(xí)流程和關(guān)系。教師可以根據(jù)該結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建慕課課程，學(xué)生也可以選擇相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)得到學(xué)習(xí)路徑圖，達(dá)到可定制學(xué)習(xí)的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從目前慕課創(chuàng)建過(guò)程中貪大貪全的弊端出發(fā)，以課程知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系為突破口，通過(guò)解釋結(jié)構(gòu)模型法將知識(shí)點(diǎn)之間復(fù)雜的網(wǎng)狀關(guān)系構(gòu)建成層次清晰的結(jié)構(gòu)模型，并且以信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)課程為例進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證，證明了該方法的有效性。

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