面向深度學(xué)習(xí)的個人知識圖譜構(gòu)建

史玉石 路紅

摘? 要 從深度學(xué)習(xí)理論出發(fā)，結(jié)合“以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，研究在課程學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建服務(wù)于學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程的個人知識圖譜的方法，從而實現(xiàn)學(xué)生對知識的意義建構(gòu)。同時，以Web程序設(shè)計課程為例，分析個人知識圖譜的構(gòu)建方法。試驗結(jié)果表明，通過個人知識圖譜的構(gòu)建可促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí);知識圖譜;MOOC課程;Web程序設(shè)計;具身學(xué)習(xí);Web程序設(shè)計

中圖分類號：G642? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0001-04

Abstract Based on the theory of deeper learning and the teaching idea of “student-centered and teacher-led”， this paper studies the method of constructing personal knowledge graph for serving the students deeper learning during their curriculum learning， so as to

realize the construction of students meaning to knowledge. Mean-while， the Web Program Design course is used as an example to ana-

lyze the construction method of personal knowledge graph with the proposed method in this paper. The experimental results show that the proposed approach on constructing personal knowledge graph can promote students deeper learning， stimulate students leaning interest and improve their curriculum learning effect.

Key words deeper learning; knowledge graph; MOOC course; Web program design; embodied learning; web program design

1 引言

在知識經(jīng)濟時代，培養(yǎng)具有終身學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才是教育教學(xué)改革的重要研究課題。相對于淺層學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)（Deeper Learning）是一種能夠促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立自主解決實際問題和提升創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)方式，已成為促進當(dāng)前教育理念與學(xué)習(xí)方式變革的重要學(xué)習(xí)理論[1]。為培養(yǎng)新時代社會所需的高素質(zhì)人才，《教育信息化2.0行動計劃》指出，應(yīng)強化以能力為先的人才培養(yǎng)理念，推動教育理念和教學(xué)模式變革，重構(gòu)新的教育教學(xué)體系[2]。

傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)模式以教師講授為主，學(xué)生被動地接受知識。隨著教育信息技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)合信息技術(shù)的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)镻PT和多媒體音視頻等形式的多媒體課件播放，出現(xiàn)課堂上教師自問自答，學(xué)生有的聽講、有的睡覺、有的刷手機等問題。

另外，有很多學(xué)生用筆記方式記錄教師上課所指出的重點、難點，但大多數(shù)僅僅通過機械性地記憶課件上所寫內(nèi)容，以順利通過期末考試，屬于淺層學(xué)習(xí)，無法將所學(xué)知識點遷移到實際問題中，也很難實現(xiàn)獨立解決問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，即無法實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)。隨著在線課程數(shù)量的急劇增加和知識產(chǎn)生與更新速度的不斷加快，如何為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的深度學(xué)習(xí)服務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、問題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力，成為當(dāng)前教育信息化亟待解決的關(guān)鍵問題。

2 深度學(xué)習(xí)與知識圖譜

深度學(xué)習(xí)是一種高水平的認知方式，國內(nèi)外學(xué)者對其從不同的視角進行界定。Biggs從深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)存在的學(xué)習(xí)目標(biāo)差異進行闡述，指出深度學(xué)習(xí)以知識遷移應(yīng)用與創(chuàng)新作為學(xué)習(xí)目標(biāo)[3]。景紅娜等強調(diào)，深度學(xué)習(xí)是能夠?qū)W(xué)習(xí)內(nèi)容進行批判性的高階思維以及主動的知識建構(gòu)過程[4]。何克抗界定深度學(xué)習(xí)為動態(tài)的知識建構(gòu)，強調(diào)具身學(xué)習(xí)，并指出達到深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)需采用多種教與學(xué)的策略，通過學(xué)生自身認知來提升問題解決能力與創(chuàng)新能力[1]。王亮界定深度學(xué)習(xí)是一種基于理解和應(yīng)用的持續(xù)學(xué)習(xí)過程，以知識建構(gòu)與遷移、問題解決和能力發(fā)展為目標(biāo)，強調(diào)學(xué)習(xí)結(jié)果的應(yīng)用和遷移[5]。

本文以具身學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，將深度學(xué)習(xí)界定為：深度學(xué)習(xí)是一種學(xué)生能夠?qū)χR進行深度理解和建構(gòu)自身認知結(jié)構(gòu)的過程，并能夠遷移到不同的應(yīng)用情境中，以解決現(xiàn)實問題并逐步形成創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)過程。在課程教學(xué)中，這要求學(xué)生具備以下能力。

1）具有批判性思維能力。學(xué)生在知識接受的過程中，不要滿足于對知識的表面理解和機械性記憶，而是要學(xué)會用批判性的眼光審視知識，達到對知識點的深層理解。

2）具有建構(gòu)自身知識結(jié)構(gòu)的能力。學(xué)生在對新知識點深層理解之后，能夠建立新舊知識點的關(guān)聯(lián)，力圖建構(gòu)自身認知結(jié)構(gòu)。

3）具有解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生在對知識深度理解和自身認知建構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)能夠?qū)⒅R遷移到不同的實際應(yīng)用情境中，以解決現(xiàn)實問題并逐步形成創(chuàng)新能力。為此，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中必須親身去實踐、去體驗、去探索，去反思，在親身經(jīng)歷解決問題的過程中獲得對知識的重新認識和理解，以此完善已有的認知結(jié)構(gòu)，從而提升解決實際問題的能力。此外，學(xué)生在探索解決問題過程中必定會發(fā)現(xiàn)一些問題和創(chuàng)新點，以此提升創(chuàng)新能力。

知識圖譜具有關(guān)聯(lián)性、結(jié)構(gòu)性和導(dǎo)航性，為學(xué)生提供了一種以非線性方式建構(gòu)認知結(jié)構(gòu)的方法，幫助學(xué)生建立對新舊知識的理解和關(guān)聯(lián)，可視化記錄對自身認知有幫助的學(xué)習(xí)資源，避免因知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜而迷失學(xué)習(xí)方向甚至終止學(xué)習(xí)過程。劉紅晶等提出一種基于教師視角的SPOC課程知識地圖的構(gòu)建方法，以利用知識地圖解決SPOC課程資源線性組織、課程知識體系不清晰等問題[6]。

本文以解決實際問題的每個知識點的核心概念作為知識實體的識別標(biāo)準，每個知識實體包含多個屬性，如MOOC視頻、學(xué)習(xí)博客、問題討論及反思等。知識實體間的關(guān)聯(lián)用關(guān)系表示，如前后關(guān)系、父子關(guān)系、同級關(guān)系。這樣就構(gòu)成“知識實體—關(guān)系—知識實體”三元組，用這些三元組構(gòu)建相應(yīng)的個人知識圖譜。

3 個人知識圖譜構(gòu)建方法

無論是傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)，還是線上直播教學(xué)或線上線下混合式教學(xué)，從知識認知的角度來看，教師需要將所學(xué)課程內(nèi)容教授給目標(biāo)學(xué)生，使學(xué)生能夠掌握相應(yīng)課程的知識內(nèi)容。這樣，教師需講授的課程內(nèi)容與學(xué)生現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)之間的知識鴻溝，就是學(xué)生課程學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容。課程知識學(xué)習(xí)的過程，就是學(xué)生在教師指導(dǎo)下不斷縮小相應(yīng)知識鴻溝的認知過程。

為了能夠讓學(xué)生對知識實體達到深度學(xué)習(xí)的三個能力目標(biāo)，本研究著眼于深度學(xué)習(xí)理論，以學(xué)生為中心，運用多種教與學(xué)的方式，提出一種由知識發(fā)現(xiàn)、知識應(yīng)用和知識創(chuàng)新三個階段所組成的個人知識圖譜構(gòu)建方法（如圖1所示），通過具身認知來動態(tài)構(gòu)建個人知識圖譜，實施深度學(xué)習(xí)。該模式的設(shè)計以學(xué)生構(gòu)建個人知識圖譜為基準、以學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)為主線，并將教師作為整個學(xué)習(xí)活動的設(shè)計者與引導(dǎo)者，將學(xué)習(xí)過程分為知識發(fā)現(xiàn)、知識應(yīng)用和知識創(chuàng)新三個階段。

知識發(fā)現(xiàn)? 知識發(fā)現(xiàn)階段主要是教師依據(jù)已有的知識圖譜，通過MOOC視頻或者課堂講授知識實體，引導(dǎo)學(xué)生去理解知識圖譜所呈現(xiàn)的知識實體以及各個實體屬性。學(xué)生在知識發(fā)現(xiàn)階段是被動機械式接受知識，盡可能構(gòu)建接近教師所呈現(xiàn)的知識圖譜，構(gòu)建獲取到的個人知識圖譜。

知識應(yīng)用? 知識應(yīng)用階段是在教師的引導(dǎo)和指引下，學(xué)生在課堂外通過已構(gòu)建的個人知識圖譜或豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達到對知識發(fā)現(xiàn)階段的知識圖譜的理解、遷移、探索和重構(gòu)的目標(biāo)。對于教師來說，需要設(shè)計符合已有知識圖譜結(jié)構(gòu)的開放性課題，能夠讓學(xué)生對所學(xué)知識形成高級認知，并有可能把創(chuàng)意通過各種技術(shù)手段轉(zhuǎn)化成各種物質(zhì)性或精神性的實體作品。對于學(xué)生來說，為了完成教師所布置的課題，通過各種豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源進行自主學(xué)習(xí)，將所學(xué)理論知識遷移到解決實際問題的課題中，在完成課題任務(wù)的過程中體會知識點的深層含義，糾正自己對知識點的錯誤理解，并且對該過程中出現(xiàn)的問題進行記錄并探索其解決方法，創(chuàng)新性地完成課題并反思知識圖譜中存在的問題，從而完善個人知識圖譜。

知識創(chuàng)新? 深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生對知識點能夠用批判性眼光去看待知識點。在知識創(chuàng)新階段，學(xué)生以已生成的個人知識圖譜，通過學(xué)生間、學(xué)生與教師間的知識共享與交流，建立不同知識點以及不同課程知識圖譜的關(guān)聯(lián)，從中發(fā)現(xiàn)新知識、新應(yīng)用，形成內(nèi)容更加準確、豐富的個人知識圖譜，以達到深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)。該階段，學(xué)生已有自己認為較為完善的知識圖譜，共享交流階段在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生間通過反饋、討論、交流，實現(xiàn)知識和技能的深化和提升，從而修正個人的知識圖譜。此外，教師可以借助該階段對學(xué)生自主學(xué)習(xí)進行的合適的監(jiān)督和評價，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

4 個人知識圖譜構(gòu)建方法在Web程序設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用

為分析本文所提出的個人知識圖譜構(gòu)建方法，這里以Web程序設(shè)計課程為例，探究其在課程教學(xué)中的實踐應(yīng)用。在教學(xué)JSP內(nèi)置對象時，教師以知識圖譜的方式逐步講解每個內(nèi)置對象的作用以及各個接口的使用方法。在學(xué)生接受知識圖譜相關(guān)的知識點后，教師布置實驗任務(wù)——注冊登錄功能的設(shè)計與實現(xiàn)。學(xué)生在實驗過程中深入理解知識圖譜中每個內(nèi)置對象的作用以及各個接口中參數(shù)的含義。

教學(xué)內(nèi)容分析? Web程序設(shè)計是一門實用性與實踐性很強的課程，教學(xué)任務(wù)一般分為兩部分：一部分為基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)，主要讓學(xué)生通過微視頻和課堂授課方式對相關(guān)知識點和資源進行學(xué)習(xí)，并輔以練習(xí)和測試，實現(xiàn)對知識點的淺層學(xué)習(xí);另一部分為作品設(shè)計實踐，以開放性課題的形式發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，且學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計要充分考慮教學(xué)目標(biāo)、任務(wù)總量，要充分考慮學(xué)生的認知負荷，在設(shè)計內(nèi)容上要難易得當(dāng)，內(nèi)容可擴展，避免持續(xù)難度帶來的松懈或挫敗。

學(xué)生分析? 本研究以南京理工大學(xué)紫金學(xué)院2018級計算機相關(guān)專業(yè)兩個班級共計203名本科生為研究對象，這兩個班級的學(xué)生分別來計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)。該年級學(xué)生通過一年的課程學(xué)習(xí)，對計算機類專業(yè)有了初步認識，并具備學(xué)習(xí)該課程的先前知識和技能。在智能方面，他們的思維具有更高程度的抽象性，具備自主學(xué)習(xí)、獨立思考的能力以及團隊協(xié)作精神。

教學(xué)過程? 以JSP知識模塊中的內(nèi)置對象——Request的接口使用為例，在Web開發(fā)中經(jīng)常會用到客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求信息，服務(wù)器端首先獲取客戶端的請求信息，然后依據(jù)其請求信息做出相應(yīng)處理并返回給客戶端。基于Web程序設(shè)計的特點，圍繞Request對象接口使用的教學(xué)目標(biāo)，依據(jù)第3節(jié)所提出的個人知識圖譜構(gòu)建方法，構(gòu)建如表1所示的個人知識圖譜。

1）教師通過事先準備好的知識圖譜，講解和演示每個內(nèi)置對象的作用以及各個接口的使用方法。學(xué)生在接受知識圖譜相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容后，還原出教師所演示的應(yīng)用示例。

2）教師布置開放性實驗任務(wù)——注冊登錄功能的設(shè)計與實現(xiàn)，不限制注冊與登錄時所需要的信息、輸入信息的類型和Web頁面的數(shù)量等，旨在于讓學(xué)生在實驗過程中深入理解知識圖譜中每個內(nèi)置對象的作用以及各個接口中參數(shù)的含義，建立與已學(xué)知識點關(guān)聯(lián)，從中發(fā)現(xiàn)新知識，以達到深度學(xué)習(xí)的目的。

教學(xué)效果分析? 認可度方面，課程實施之后，對參與實驗的203名本科生進行問卷調(diào)查，問卷包含10個封閉式問題和兩個開放性問題，即：你喜歡這樣的學(xué)習(xí)模式嗎？你是否還愿意繼續(xù)用這種學(xué)習(xí)模式學(xué)習(xí)其他課程？從問卷結(jié)果來看，有93.63%的學(xué)生喜歡這種學(xué)習(xí)模式，有87.65%學(xué)生愿意繼續(xù)用這種學(xué)習(xí)模式學(xué)習(xí)其他課程。

此外，在10個封閉式問題中，大部分學(xué)生認為通過構(gòu)建個人知識圖譜這種學(xué)習(xí)路徑激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，并且學(xué)會了匯報研究成果，提升了自主探索和自主創(chuàng)新能力。由此可見，大部分學(xué)生對構(gòu)建個人知識圖譜的學(xué)習(xí)模式認可度很高，也愿意繼續(xù)使用這種學(xué)習(xí)模式。

5 結(jié)語

深度學(xué)習(xí)作為近些年來學(xué)習(xí)方式變革的主要方向，是學(xué)生實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。深度學(xué)習(xí)作為一種高級認知加工過程，離不開學(xué)生親自去感受、去體會、去探索、去反思，最后對知識進行建構(gòu)。本研究提出一種構(gòu)建個人知識圖譜的學(xué)習(xí)模式。實驗分析表明，學(xué)生對這種學(xué)習(xí)模式認可度較高。同時，該模式提高了學(xué)生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中，學(xué)生獲得了成就感，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。此外，通過構(gòu)建個人知識圖譜，對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源進行有效標(biāo)注，對利用人工智能實現(xiàn)課程重構(gòu)帶來一定的幫助。接下來，將利用學(xué)生和教師共同完成的個人知識圖譜，對網(wǎng)絡(luò)上豐富的課程資源進行重構(gòu)，為在線學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)路徑推薦服務(wù)。

參考文獻

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