微課網(wǎng)絡(luò)化及可視化的建模*

李沛智，路 綱

（陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062）

微課網(wǎng)絡(luò)化及可視化的建模*

李沛智，路 綱

（陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062）

本文通過(guò)分析現(xiàn)行微課的系統(tǒng)化、體系化程度的不足，說(shuō)明知識(shí)點(diǎn)與微課之間的關(guān)系，提出借用知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理念和思想構(gòu)建相應(yīng)的微課網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)微課網(wǎng)絡(luò)的可視化問(wèn)題提出了解決方案，從而幫助學(xué)習(xí)者在利用微課學(xué)習(xí)時(shí)建立完整的知識(shí)體系，也使微課更好地為教育教學(xué)服務(wù)提供相應(yīng)的理念指導(dǎo)和技術(shù)支持。

知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；微課；系統(tǒng)化；微課網(wǎng)絡(luò)；可視化

一、研究現(xiàn)狀

體系是一個(gè)科學(xué)術(shù)語(yǔ)，泛指一定范圍內(nèi)或同類事物按照一定的秩序或聯(lián)系組合而成的整體，而體系化就是使之成為體系的過(guò)程。微課體系化就是將同類微課按照一定的秩序或聯(lián)系組合使之成為一個(gè)體系的過(guò)程，與之相對(duì)應(yīng)的是碎片化，即將完整的事物體系進(jìn)行分割的過(guò)程。微課是針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)或者問(wèn)題而展開的教學(xué)活動(dòng)，其包括微教學(xué)設(shè)計(jì)、微練習(xí)、微反思等。從微課的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，微課經(jīng)歷了認(rèn)識(shí)、開發(fā)、運(yùn)用的階段，并且在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生了良好的效果，這種效果是微課將完整的知識(shí)碎片化的結(jié)果，是圍繞教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)小問(wèn)題進(jìn)行集中說(shuō)明和解決的過(guò)程。學(xué)習(xí)者雖然提高了學(xué)習(xí)效率，但是很難將大量的微課知識(shí)點(diǎn)重新系統(tǒng)化并形成一個(gè)完整的知識(shí)體系，而能否建立完整的知識(shí)體系意味著是否能夠在解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)得心應(yīng)手、左右逢源，所以研究微課體系化和系統(tǒng)化對(duì)學(xué)習(xí)者具有重要意義。

可視化就是將所研究的對(duì)象資源進(jìn)行視覺(jué)呈現(xiàn)，如數(shù)據(jù)可視化、知識(shí)可視化、科學(xué)可視化等。微課網(wǎng)絡(luò)的可視化是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件將微課之間的關(guān)系進(jìn)行視覺(jué)呈現(xiàn)，這需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)作為支撐。正如前面所述：微課的系統(tǒng)化和體系化程度不足，而利用微課網(wǎng)絡(luò)可以很好地解決這一問(wèn)題，微課網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建為學(xué)習(xí)者建立系統(tǒng)、體系化的知識(shí)提供了相應(yīng)的支撐，但是目前還鮮有關(guān)于微課網(wǎng)絡(luò)可視化方面的研究，微課網(wǎng)絡(luò)可視化是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)平臺(tái)之間交互的基石，只有將微課網(wǎng)絡(luò)視覺(jué)呈現(xiàn)才能為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

二、基于知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的微課系統(tǒng)化和微課網(wǎng)絡(luò)可視化

知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系是復(fù)雜的，學(xué)習(xí)者要掌握一個(gè)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)A需要有相應(yīng)的前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)B作為支撐，而學(xué)習(xí)前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)B又需要相應(yīng)的元知識(shí)點(diǎn)C作為基礎(chǔ)知識(shí)，這樣知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間可能就會(huì)形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種若干個(gè)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)由于其內(nèi)在的聯(lián)系而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱之為知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)。如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)表示知識(shí)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的連線表示知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，學(xué)生學(xué)習(xí)完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)后還需要了解該知識(shí)點(diǎn)前后左右的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，從而建立該知識(shí)點(diǎn)的位置標(biāo)記，使學(xué)生能夠體會(huì)知識(shí)點(diǎn)之間存在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)意識(shí)。這種網(wǎng)絡(luò)意識(shí)使學(xué)習(xí)者能更好地理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)系，從網(wǎng)絡(luò)中的任意路徑出發(fā)都可以構(gòu)建相應(yīng)的知識(shí)體系。

圖1 知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖

知識(shí)體系是知識(shí)點(diǎn)按照一定的秩序或聯(lián)系組合成的整體，這種組合可以是線性的，也可以是非線性的，在知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和秩序就是知識(shí)體系構(gòu)建的紐帶，知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成使知識(shí)體系的構(gòu)建更加明朗化，學(xué)習(xí)者按網(wǎng)絡(luò)中的任何一條路徑學(xué)習(xí)都可以構(gòu)成一個(gè)相應(yīng)的知識(shí)體系，這個(gè)知識(shí)體系就是運(yùn)用非線性的組織方式構(gòu)建的。同理，由微課之間的關(guān)系構(gòu)成的微課網(wǎng)絡(luò)中也存在著到達(dá)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的多條路徑，學(xué)習(xí)者從任意一條路徑出發(fā)所形成的學(xué)習(xí)軌跡就可以歸結(jié)為相應(yīng)的微課體系。相比傳統(tǒng)的線性的資源組織方式而言，這種非線性的資源組織方式更加適合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)。如圖2所示，到達(dá)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)A的路徑可以是EDBA或者EDCA或者EDCBA或者EDBCA，不同的學(xué)習(xí)路徑都可以為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)一個(gè)完整的知識(shí)體系。

圖2 目標(biāo)知識(shí)A的路徑圖

知識(shí)點(diǎn)和微課之間既有區(qū)別又有聯(lián)系：微課是針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)或者問(wèn)題而展開的教學(xué)活動(dòng)，而知識(shí)點(diǎn)是構(gòu)成知識(shí)本身的一個(gè)集合，一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能對(duì)應(yīng)多堂微課，一堂微課卻只能對(duì)應(yīng)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。微課是圍繞知識(shí)點(diǎn)而開展教學(xué)活動(dòng)，知識(shí)點(diǎn)是構(gòu)成微課的必備元素，在空間上它們形成包含與被包含的關(guān)系。運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系能夠構(gòu)成知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，那么圍繞知識(shí)點(diǎn)展開的教學(xué)活動(dòng)——微課也必定會(huì)形成相應(yīng)的微課網(wǎng)絡(luò)。從二者的聯(lián)系出發(fā)，借用知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系來(lái)表征微課之間的關(guān)系是可行的，但是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)多堂微課，而一堂微課只能對(duì)應(yīng)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，所以微課對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成一對(duì)一的關(guān)系，而知識(shí)點(diǎn)對(duì)微課形成一對(duì)多的關(guān)系，如圖3所示，知識(shí)點(diǎn)E和微課1形成了一對(duì)一的關(guān)系，知識(shí)點(diǎn)A、B、C與微課形成一對(duì)多的關(guān)系。

若想把微課網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)系進(jìn)行視覺(jué)呈現(xiàn)就需要一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)支持可視化，通過(guò)分析知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)屬性來(lái)概括微課所具有的屬性，進(jìn)而利用微課的屬性來(lái)描述微課之間的關(guān)系，這是微課網(wǎng)絡(luò)可視化的重要組成部分。

圖3 微課與知識(shí)點(diǎn)關(guān)系圖

知識(shí)點(diǎn)之間由于其內(nèi)在的關(guān)系而構(gòu)成了相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，而構(gòu)成這種內(nèi)在關(guān)系的正是知識(shí)點(diǎn)本身的屬性，知識(shí)點(diǎn)可以有若干個(gè)屬性進(jìn)行描述，這種屬性是知識(shí)點(diǎn)本身所具有的性質(zhì)、作用以及相互的關(guān)系，一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以用一個(gè)12元組來(lái)表示：知識(shí)點(diǎn)=｛知識(shí)點(diǎn)編號(hào)、名稱、類型、說(shuō)明、關(guān)鍵詞、程度級(jí)別、描述數(shù)據(jù)、導(dǎo)航、測(cè)試、評(píng)價(jià)、進(jìn)入閾值、通過(guò)閾值｝

知識(shí)點(diǎn)編號(hào)：知識(shí)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符，具有唯一性，用于調(diào)用該知識(shí)點(diǎn)。

名稱：知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容名稱。

類型：將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行劃分，知識(shí)點(diǎn)的類型可以分為元知識(shí)點(diǎn)和復(fù)合知識(shí)點(diǎn)，元知識(shí)點(diǎn)是不可再分的知識(shí)點(diǎn)，而復(fù)合知識(shí)點(diǎn)是多個(gè)元知識(shí)點(diǎn)的集合。

說(shuō)明：知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容特點(diǎn)以及學(xué)習(xí)本知識(shí)點(diǎn)的重要程度。

關(guān)鍵詞：用于檢索該知識(shí)點(diǎn)。

程度級(jí)別：對(duì)于本知識(shí)點(diǎn)所要達(dá)到的認(rèn)知能力層次，按照布魯姆的目標(biāo)分類理論分為知道、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)六個(gè)層次。

導(dǎo)航：本知識(shí)點(diǎn)與其他知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，分為父子關(guān)系、依賴關(guān)系、兄弟關(guān)系、平行關(guān)系。

測(cè)試：對(duì)通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)進(jìn)行測(cè)試的試題。

評(píng)價(jià)：對(duì)學(xué)習(xí)完本知識(shí)點(diǎn)后的反饋。

進(jìn)入閾值：用于內(nèi)容呈現(xiàn)控制，不同的內(nèi)容對(duì)應(yīng)不同層次的內(nèi)容呈現(xiàn)。

通過(guò)閾值：學(xué)習(xí)完相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的成績(jī)不小于該閾值時(shí)才能被認(rèn)可的情況。

微課是圍繞知識(shí)點(diǎn)展開的教學(xué)活動(dòng)，微課也會(huì)因?yàn)槠鋬?nèi)在的聯(lián)系而構(gòu)成微課網(wǎng)絡(luò)，而構(gòu)成這種內(nèi)在聯(lián)系的正是微課本身的屬性，微課也可以有若干個(gè)屬性進(jìn)行描述，這種屬性也是微課本身所具有的性質(zhì)、作用及相互作用的關(guān)系，較微課與知識(shí)點(diǎn)二者的聯(lián)系而言，微課可以借用知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)屬性。

三、微課網(wǎng)絡(luò)以及可視化建模

微課是圍繞知識(shí)點(diǎn)而展開的教學(xué)活動(dòng)，知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系也必定是微課之間的內(nèi)在聯(lián)系，所以微課網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)是要構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

如上所述，知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系是復(fù)雜的，這種復(fù)雜的關(guān)系最終會(huì)形成一種一對(duì)一或一對(duì)多的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。研究表明，在人的大腦中，知識(shí)的存儲(chǔ)是一種知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，人們?cè)诜治鰡?wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中并不是順序的搜索人腦中所有的知識(shí)點(diǎn)，而是根據(jù)問(wèn)題本身的啟示聯(lián)想起某些知識(shí)點(diǎn)，這種聯(lián)想可以視為在知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行搜索的過(guò)程。若能采用人腦聯(lián)想思維的方式來(lái)組織各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的話，那么將對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)起到事半功倍的效果。

采用語(yǔ)義網(wǎng)技術(shù)來(lái)組織知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是符合人腦思維聯(lián)想方式的，語(yǔ)義網(wǎng)是一種智能網(wǎng)絡(luò)，他不但能夠理解詞語(yǔ)的概念，而且能夠理解他們之間的邏輯關(guān)系，可以使交流變得更有效率和價(jià)值。在語(yǔ)義網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)是各個(gè)知識(shí)點(diǎn)（可以是理論、原理、概念、定義），弧表示知識(shí)點(diǎn)之間的某種聯(lián)系或關(guān)系，語(yǔ)義網(wǎng)將知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系用縱向和橫向的方式進(jìn)行組織和排列，前驅(qū)關(guān)系和后繼關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行縱向排列，兄弟關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行橫向排列，而父子關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行空間上的包含排列，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)通過(guò)其鏈接關(guān)系可以相互跳轉(zhuǎn)，這樣所有的知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系就構(gòu)成了一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。如圖4所示，A是B、C的后繼知識(shí)點(diǎn)，而B、C既是A的前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)又是D的后繼知識(shí)點(diǎn)，并且B、C之間是兄弟關(guān)系，同理，D既是B、C的前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)又是E的后繼知識(shí)點(diǎn)。基于語(yǔ)義網(wǎng)模型構(gòu)建的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)習(xí)者可以以任意路徑進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式靈活，學(xué)習(xí)者不需要按傳統(tǒng)線性的方式逐個(gè)查找知識(shí)，可以從縱向或橫向空間出發(fā)形成相應(yīng)的學(xué)習(xí)路徑，這就是一種非線性的、聯(lián)想式的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

圖4 基于語(yǔ)義網(wǎng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建模

一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)一堂或者多堂微課，若是多堂微課則又可以依據(jù)各個(gè)微課之間的關(guān)系形成一個(gè)小型的微課網(wǎng)絡(luò)。總而言之，用微課來(lái)代替相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)就是微課網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示知識(shí)點(diǎn)A、D、E與微課形成一對(duì)一關(guān)系，知識(shí)點(diǎn)B、C與微課形成一對(duì)多關(guān)系。

圖5 基于語(yǔ)義網(wǎng)的微課網(wǎng)絡(luò)建模

可視化的實(shí)現(xiàn)需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)作為支撐，通過(guò)微課的屬性來(lái)表征微課之間的關(guān)系進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可視化。

微課網(wǎng)絡(luò)是由微課之間內(nèi)在的聯(lián)系而構(gòu)成的，而構(gòu)成這種內(nèi)在聯(lián)系的正是微課本身的屬性，前面已經(jīng)提到微課是圍繞知識(shí)點(diǎn)而展開的教學(xué)活動(dòng)，知識(shí)點(diǎn)的屬性可以由一個(gè)12元組來(lái)表示：知識(shí)點(diǎn)=｛知識(shí)點(diǎn)編號(hào)、名稱、類型、說(shuō)明、關(guān)鍵詞、程度級(jí)別、描述數(shù)據(jù)、導(dǎo)航、測(cè)試、評(píng)價(jià)、進(jìn)入閾值、通過(guò)閾值｝，鑒于微課和知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系而借用知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)屬性。微課=｛微課編號(hào)、名稱、類型、說(shuō)明、關(guān)鍵詞、程度級(jí)別、描述數(shù)據(jù)、測(cè)試、評(píng)價(jià)、導(dǎo)航、進(jìn)入閾值、通過(guò)閾值｝，其各個(gè)屬性代表的含義與知識(shí)點(diǎn)屬性的含義相似。相比知識(shí)點(diǎn)而言，微課是以視頻的形式來(lái)承載知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)活動(dòng)信息的，學(xué)習(xí)者根據(jù)自己測(cè)試時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)可以重復(fù)觀看視頻。根據(jù)微課之間的關(guān)系我們定義了兩個(gè)數(shù)據(jù)表：微課表、微課關(guān)聯(lián)表，如表1、表2所示：

表1 微課表（Micro-lecture）

G434

A

1673-8454（2015）11-0043-04

*項(xiàng)目資助：陜西師范大學(xué)教師教育研究專項(xiàng)資助成果（項(xiàng)目編號(hào)：JSJY2012YB13）；2014年陜西師范大學(xué)信息化示范課程建設(shè)項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”和雙語(yǔ)示范課程建設(shè)項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理”。