成人教育領(lǐng)域基于本體的課程學(xué)習(xí)分析技術(shù)研究

劉 珊 ，寇俊波

（1.甘肅廣播電視大學(xué) 理工農(nóng)醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅廣播電視大學(xué) 慶陽(yáng)分校 甘肅 慶陽(yáng) 745000）

一、引言

2020年新型冠狀病毒疫情席卷全球，許多國(guó)家大力推行全網(wǎng)教育。我國(guó)教育部也提出了“停課不停學(xué)”的倡議，要求各地教育部門開展網(wǎng)絡(luò)線上教育，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生利用各個(gè)網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)，使用高效高質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)資源，盡量不外出在家中接受網(wǎng)絡(luò)教育。各地教育部門、教育機(jī)構(gòu)以及各種網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)App公司都推出了形式多樣、內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)課程。但是在大量網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的同時(shí)也存在著網(wǎng)絡(luò)課程的質(zhì)量良莠不齊、缺乏有效的頂層設(shè)計(jì)及合理的統(tǒng)一匹配等問題。如何將碎片化的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源逐步完善成優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程，使其能夠更有效的為成人學(xué)生提供良好的網(wǎng)絡(luò)教育服務(wù)，充分提高學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的使用效率，即如何有效整合與利用疫情期間積累的“海量”網(wǎng)絡(luò)教育資源成為一個(gè)值得思考的問題。

二、成人教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)分析技術(shù)概述

（一）成人教育領(lǐng)域?qū)W情分析

一直以來，成人開放教育主要依賴網(wǎng)絡(luò)教育，成人學(xué)習(xí)者與普通學(xué)習(xí)者在知識(shí)獲取方面不同的地方主要在于成人學(xué)習(xí)者是主動(dòng)去學(xué)習(xí)，帶有目的性，不像在校的全日制學(xué)生是被動(dòng)的接受教育。大多數(shù)成人學(xué)習(xí)者都擁有自己的職業(yè)和家庭，圍繞家庭與事業(yè)之間，專門用來學(xué)習(xí)的時(shí)間十分有限，工學(xué)矛盾十分突出。隨著信息時(shí)代技術(shù)的高速發(fā)展，知識(shí)更新和社會(huì)變革速度非常迅猛，雖然各大高校不停地做各式各樣的教學(xué)改革，但是大多數(shù)學(xué)校現(xiàn)有的教育更新體系還是無法趕上信息增長(zhǎng)的速度，所以對(duì)于成人學(xué)習(xí)者到底需要掌握什么樣的信息技術(shù)并為己所用，是本文研究的目的之一。

（二）學(xué)習(xí)分析技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀

目前，學(xué)習(xí)分析技術(shù)在國(guó)際上是一個(gè)熱門的研究方向，美國(guó)新媒體聯(lián)盟發(fā)布的《地平線報(bào)告》從2010年到2016年連續(xù)七年將學(xué)習(xí)分析技術(shù)預(yù)測(cè)為未來幾年教育領(lǐng)域內(nèi)的主流技術(shù)，其主要是使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)為教育體系的各種決策提供數(shù)據(jù)支持，尤其在成人教育領(lǐng)域?qū)儆谛屡d的研究領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)針對(duì)學(xué)習(xí)分析技術(shù)的研究主要包括華中師范大學(xué)彭文輝等利用概念圖的方法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為系統(tǒng)的概念模型，國(guó)家開放大學(xué)魏順平等通過歸納、采集、分析學(xué)習(xí)者信息以及學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)來進(jìn)行學(xué)習(xí)分析等[1]。學(xué)習(xí)分析技術(shù)的運(yùn)用將使教育者不再僅僅是一個(gè)“教師”，同時(shí)承擔(dān)了分析師的角色，尤其在大數(shù)據(jù)時(shí)代下的學(xué)習(xí)分析技術(shù)有助于成人教育者嘗試更多的混合教學(xué)模式，教育者所做的教學(xué)改革將不再依附于經(jīng)驗(yàn)式判斷，而是以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的科學(xué)決策[2]。學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用于教育的多個(gè)方面，但是目前在成人教育領(lǐng)域內(nèi)的研究還缺乏一個(gè)清晰、可實(shí)施的分析數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

三、本體技術(shù)的核心理念

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同Gruber關(guān)于本體的定義：“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”，所以構(gòu)成本體的四個(gè)要素分別是：概念模型、共享、形式化和規(guī)范說明。所謂概念模型通常是指在認(rèn)知世界中人們對(duì)客觀存在的主體及關(guān)聯(lián)現(xiàn)象進(jìn)行闡述得到的相關(guān)概念而建立的模型，概念模型應(yīng)和所存在的環(huán)境狀態(tài)息息相關(guān)；本體中的共享指的是公認(rèn)的、存在在客觀世界的、本體所能反映的知識(shí)體系，即在某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的概念集；形式化是指對(duì)客觀世界的實(shí)體及關(guān)系進(jìn)行描述和表達(dá)，既能被使用者統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，又能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，是使用者與計(jì)算機(jī)之間的橋梁；規(guī)范說明是指某領(lǐng)域本體內(nèi)知識(shí)表達(dá)格式的統(tǒng)一表示，也可以理解為領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)概念及關(guān)系的解釋說明，規(guī)范說明為特定領(lǐng)域提供了一個(gè)共享通用的理解，所以無論是使用者還是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都能夠語(yǔ)義識(shí)別并能夠進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用。在對(duì)本體技術(shù)的研究過程中，絕大多數(shù)的學(xué)者都認(rèn)同將本體劃分為五個(gè)基本的建?；謩e是：類（Class）或概念（Concept）、關(guān)系（relations）、函數(shù)（functions）、公理（axioms）和實(shí)例（instances），同時(shí)概念之間的關(guān)系表示包含有四種：part-of、kind-of、attribute-of和 instance-of，他們分別表示了整體和局部的關(guān)系、概念之間的繼承關(guān)系、某個(gè)概念是另外概念的屬性和概念與概念的實(shí)例關(guān)系。

本體論的研究越來越得到學(xué)者們的關(guān)注并應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，隨著近幾年互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，互聯(lián)網(wǎng)+產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，本體論在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域的研究越來越成熟。但是面對(duì)巨大的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)量，基于關(guān)鍵詞和簡(jiǎn)單分類的網(wǎng)絡(luò)檢索結(jié)果逐漸無法滿足使用者的需求，尤其是需要一些決策支持，所以利用領(lǐng)域概念及概念之間關(guān)系進(jìn)行建模的本體論，被認(rèn)為是最有效的辦法之一。將本體應(yīng)用在成人教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)分析過程中可以抽象形成成人教育學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)核心，利用本體抽象的知識(shí)表示及關(guān)系描述，可以清晰的構(gòu)建成人教育領(lǐng)域的知識(shí)管理結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的本體可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，構(gòu)建開發(fā)本體過程中可以使本體成為一種多個(gè)體系的基礎(chǔ)，通過本體共享同一種術(shù)語(yǔ)，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)共享和重用[3]。

四、成人教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)分析中本體技術(shù)的應(yīng)用

本體的構(gòu)建與知識(shí)庫(kù)在知識(shí)表示方面存在相似的地方，都是對(duì)客觀世界存在的實(shí)體進(jìn)行具體的、抽象的定義，并通過某種關(guān)系進(jìn)行語(yǔ)義組織，其主要區(qū)別在于知識(shí)庫(kù)是在特定領(lǐng)域?qū)μ囟ㄖR(shí)進(jìn)行分類歸納，而本體是對(duì)實(shí)體本身進(jìn)行概念化的描述，從概念層次上對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的術(shù)語(yǔ)及其之間的關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化的說明。本體技術(shù)的應(yīng)用從功能層面和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)有些類似，但是本體技術(shù)從知識(shí)構(gòu)建到應(yīng)用推理方面要比數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用范圍更廣。本體技術(shù)無論是從語(yǔ)義表達(dá)還是語(yǔ)法解析，到推理機(jī)制的建立都要比數(shù)據(jù)庫(kù)所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息要復(fù)雜的多，最主要的是本體所體現(xiàn)的是某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)表示，不僅僅是單純的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，本體更注重的是領(lǐng)域內(nèi)實(shí)體、屬性及相互關(guān)系的聯(lián)系，并進(jìn)行規(guī)范化的表述，這種規(guī)范性的說明可成為一種體系應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域[4]。

基于本體技術(shù)的成人學(xué)習(xí)分析主要應(yīng)用在兩個(gè)方面，一是對(duì)不同成人學(xué)習(xí)者的教育環(huán)境等學(xué)情分析進(jìn)行本體構(gòu)建，二是對(duì)相應(yīng)的課程資源進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)分類和語(yǔ)義描述，通過本體建模及合理的推理機(jī)制，對(duì)成人學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行綜合的學(xué)習(xí)分析[5]，如圖1所示。

圖1 成人學(xué)習(xí)分析結(jié)構(gòu)圖

（一）成人學(xué)習(xí)分析的本體構(gòu)建

在成人教育領(lǐng)域內(nèi)，將本體技術(shù)應(yīng)用于教育者、學(xué)習(xí)者、課程教學(xué)資源以及三者之間的關(guān)系的理論研究，主要在于構(gòu)建成人學(xué)習(xí)分析本體的基本通用框架，這種理論上的構(gòu)建與不斷更新完善，能夠使將來的基于本體技術(shù)的學(xué)習(xí)分析研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更加智能化的教、學(xué)匹配系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用。在成人教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)分析過程中，從學(xué)習(xí)者、教育者和課程資源知識(shí)組成等方面的本質(zhì)概念及關(guān)系著手，以信息技術(shù)類課程為實(shí)例研究教育者、學(xué)習(xí)者與教學(xué)資源之間的聯(lián)系，構(gòu)建成人教育領(lǐng)域內(nèi)信息技術(shù)類課程資源知識(shí)庫(kù)，利用預(yù)測(cè)模型和知識(shí)庫(kù)構(gòu)建研究教師、成人學(xué)習(xí)者、信息技術(shù)課程資源及三者概念之間關(guān)系的本體（簡(jiǎn)稱成人學(xué)習(xí)分析本體ALA-Onto），如圖2所示為利用protégé工具搭建ALA-Onto。

圖2 protégé工具搭建ALA-Onto

ALA-Onto是一個(gè)成人學(xué)習(xí)分析本體，則有：

定義1：稱Ω={a|a是ALA-Onto中的概念}是本體的概念集。

假定a，b，c∈Ω，則有：

定義2：符號(hào)P代表ALA-Onto中概念之間的part-of關(guān)系，P（a，b）表示概念b是概念a的一部分，例如在成人學(xué)習(xí)分析本體中P（計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)）。

圖3 ALA-Onto中kind-of關(guān)系示例圖

定義3：符號(hào)K代表ALA-Onto中概念之間的kind-of關(guān)系，K（a，b）表示概念b是概念a的子概念，例如在成人學(xué)習(xí)分析本體中K（信息技術(shù)類課程，計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)），如圖3所示。

定義4：符號(hào)A代表ALA-Onto中概念之間的attribute-of關(guān)系，A（a，b）表示概念b是概念a的一個(gè)屬性，例如在成人學(xué)習(xí)分析本體中A（學(xué)習(xí)者，性別），如圖4所示。

圖4 ALA-Onto中attribute-of關(guān)系示例圖

定義5：符號(hào)I代表ALA-Onto中概念之間的instance-of關(guān)系，I（a，b）表示概念b是概念a的一個(gè)實(shí)例，例如成人學(xué)習(xí)分析本體中（學(xué)習(xí)者，張三），如圖5所示。

圖5 ALA-Onto中instance-of關(guān)系示例圖

定義6：本體ALA-Onto內(nèi)的代數(shù)M=（Ω，R，Ωp）定義為：

Ω是ALA-Onto上的概念集；R是Ω中概念之間的關(guān)系集合；Ωp是Ω中概念的操作集合。

（二）基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的成人學(xué)習(xí)分析本體推理機(jī)制

本體技術(shù)應(yīng)用到學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域最主要的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)通過對(duì)學(xué)習(xí)者的教育環(huán)境建模，科學(xué)合理的描述課程資源、教育者、學(xué)習(xí)者及其三者之間的聯(lián)系，使計(jì)算機(jī)在語(yǔ)義層次上表示學(xué)習(xí)者真正的教育環(huán)境及學(xué)習(xí)需求，讓學(xué)習(xí)者得到合理的個(gè)性化的學(xué)習(xí)分析結(jié)果。而利用本體及相關(guān)技術(shù)對(duì)課程資源、學(xué)習(xí)者受教環(huán)境進(jìn)行客觀描述組織及分析，能夠減少或消除成人教育領(lǐng)域相關(guān)概念及術(shù)語(yǔ)上的混亂，更好地表達(dá)實(shí)體的特征，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在知識(shí)層面上對(duì)相關(guān)實(shí)體的推理。

本體的推理機(jī)制一般主要有兩種方式，一是本體推理機(jī)的使用，二是使用一種基于概率的不確定性推理網(wǎng)絡(luò)——貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理計(jì)算，這種網(wǎng)絡(luò)推理主要是利用變量集合連接概率來構(gòu)建圖形模型，也可理解為變量間概率依賴關(guān)系的有向無環(huán)圖，通過變量概率網(wǎng)絡(luò)圖展示因果信息來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的潛在關(guān)系。例如在成人學(xué)習(xí)分析過程中，設(shè)M是事件適合計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行繼續(xù)教育，Ni是適合計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行繼續(xù)教育（M）事件發(fā)生的所有可能因素，已知它們的概率為P（Ni），這些概率作為證據(jù)，被稱為先驗(yàn)概率。又設(shè)Ni在隨機(jī)試驗(yàn)中不能或者沒有被直接觀察到，只能觀察到與之聯(lián)系的適合計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行繼續(xù)教育（M）事件的發(fā)生，那么要在此條件下，對(duì)事件Ni發(fā)生的可能性做出判斷，即求出它們關(guān)于適合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的條件概率P（Ni|M），又稱為Ni的后驗(yàn)概率。同時(shí)，可通過全概率公式計(jì)算，在考慮到所有適合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)因素的情況下，適合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的概率，再依據(jù)設(shè)定的規(guī)則，來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者對(duì)適合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的評(píng)估。整個(gè)過程滿足了貝葉斯定理，因此，在本體的不確定性推理過程中采用了如下公式：

五、結(jié)論

成人教育進(jìn)行全方位的學(xué)習(xí)分析有助于深化和推進(jìn)成人學(xué)習(xí)成就評(píng)價(jià)制度的研究。長(zhǎng)期以來，我國(guó)嘗試進(jìn)行各種改革不斷地改進(jìn)教育評(píng)價(jià)體系，無論是中小學(xué)義務(wù)階段，普通教育階段，高等教育還是成人在職業(yè)余教育。在我國(guó)無論是普通高等教育還是成人高等教育領(lǐng)域，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)都未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)形式也主要以終考的筆試或是口試等成績(jī)?yōu)橹?，缺乏一系列過程性的評(píng)價(jià)[6]。本體從客觀意義上講，它所描述的知識(shí)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求和系統(tǒng)所要達(dá)到目的是沒有聯(lián)系的，然而我們利用本體進(jìn)行研究是需要有一定的領(lǐng)域背景和任務(wù)需求，借鑒知識(shí)空間理論聯(lián)合本體技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行科學(xué)合理的組織描述分類，依仗本體的語(yǔ)義優(yōu)勢(shì)及推理技術(shù)，系統(tǒng)能根據(jù)不同學(xué)習(xí)者特點(diǎn)自動(dòng)推理生成適合該學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)性化學(xué)習(xí)。在未來的研究中，還需要建立一個(gè)合理的成人學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)W習(xí)分析體系，不斷的嘗試建立科學(xué)規(guī)范的學(xué)習(xí)分析機(jī)制，最終構(gòu)建基于本體技術(shù)的信息技術(shù)類課程成人學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)。