基于微課的開放教育資源知識管理研究

唐勇敏+李文劍+謝滿飛+楊莉莉+趙進軍

【摘要】對知識可視化進行了研究，構建了微課知識管理系統，用以幫助教師和學生更方便、更高效地組織Internet海量信息，也有助于學習者從眾多微課學習資源中找到適合自己學習的信息資源。該研究嘗試通過知識地圖實現知識的導航，在虛擬知識組織內實現學習者共同目標，從學習者需要出發，創造知識共享環境的關聯，使組織成員——學習者能更有效地學習。

【關鍵詞】微課；知識地圖；知識管理；本體

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】A【文章編號】10018794（2016）04005708

【基金項目】全國教育信息技術研究“十二五”規劃2014年度課題“基于主題圖的微課知識管理研究”，編號為146231890；國家開放大學2014—2015年度科研課題“基于微課開放教育資源的知識管理研究”，編號為G14A1702Y；浙江省現代遠程教育學會2014年度重點課題“基于學習者特征的開放大學支持服務體系構建研究”，編號為DES14Z04；余姚市社科聯2014年度社科立項課題“微課開發與人文社科知識普及應用研究”，編號為2014sk013

【作者簡介】唐勇敏（1963—），女，湖南湘潭人，碩士研究生，副教授，研究方向為神經網絡、人工智能導航、遠程教育；李文劍（1980—），男，浙江余姚人，碩士，講師，研究方向為遠程教育；謝滿飛（1981—），女，浙江寧波人，講師，研究方向為電大與成人教育英語及教學；楊莉莉（1963—），女，浙江諸暨人，高級經濟師，研究方向為教學研究和改革；趙進軍（1971—），男，陜西咸陽人，中學一級教師，研究方向為電大與成人教育英語教學。隨著微革命浪潮的到來，微課程得到關注，微課將教學內容拆成微小知識單元，讓知識承載較為離散。學習者可利用的知識非常有限，那么，怎樣讓開放教育“微課” 滿足學習者微型學習、按需學習、聚焦學習、個性化學習的期望呢？這要求微課采用新的組織和管理方式，而采用知識管理思想來建立微課知識組織，利用知識地圖可以將課程知識轉化為個人知識網絡，實現個人知識管理，運用知識本體思想實現知識共享和知識創新，通過面向語義的微課程知識本體的構建，可以有效地表現概念層次結構及知識的理解和描述。本文以余姚地域文化課程為例，構建了一個微課知識管理體系，可以更好地幫助學習者有效深入地學習。該方法具有普適性。

一、概念的提出

（一）微課程與知識呈現

微課Microlecture，即微課程，[1]以闡述某一知識點為目標，以短小精悍的在線視頻為表現形式，以學習或教學應用為目的的在線教學視頻。2008年秋美國新墨西哥州胡安學院在線服務經理戴維·彭羅斯（David Penrose）正式提出了微課這一概念，他認為，微課是一種以建構主義為指導思想，[2]以在線學習或移動學習為目的，基于某個簡要明確的主題或關鍵概念為教學內容，通過聲頻或視頻音像錄制的六十秒課程。這將提供一個知識挖掘平臺，并告訴學習者如何根據學習所需，搜索相應資源，允許學習者對自己的學習有更多的主動權，自主挖掘知識點，有針對性地學習。他把微課程稱為“知識脈沖”。

在國內提出微課概念的廣東胡鐵生從教育信息資源角度闡述“微課”，認為微課是按照新課程標準及教學實踐要求，教師在課堂教學過程中針對某個知識點或教學環節展開的教與學活動，是各種教學資源的組合，主要載體是教學視頻。[3]

綜合國內外的研究我們認為：微課在教與學中應是生動的、動態的交互，要提供學習路徑。海量的學習資源呈現在學習者面前，要避免內容零散、學習者迷失搜索路徑。呈現方式需要微課程資源網絡，資源關聯需要系統性。學習者可以個性化學習，教師可以專業發展。因此，知識管理就很重要。

（二）知識管理

1知識管理概念

大衛·沙凱米（David.J.Skyme）認為，知識管理是對知識及其創造、組織、傳播、利用與宣傳等過程的管理。[4]有人提出了 “教育知識管理”概念。蘇新寧等提出教育知識管理是使用現代信息技術，捕捉、處理、組織教育知識及相關知識，從而轉化為個體的知識和智慧；借助網絡，傳播和共享教育知識；并采取有效的措施提高教育工作者的創新能力，增強教育組織傳播知識的功能。

2知識地圖

（1）知識的可視化。可視化（Visuazliation）就是數據、信息和知識用可視的形式表示的過程，將可視化手段引入知識建模過程，成為知識管理的主要手段之一。[5]

（2）知識地圖概念。“知識地圖”一詞由英國著名情報學家 B·C·布魯克斯在其經典著作《情報學基礎》中提出。[6]布氏提出的“知識地圖”相當于人類的體外大腦。

基于布氏提出的“知識地圖”理念，結合遠程開放教育現有學習資源，本文提出基于微課的開放教育資源知識地圖構建設想。

二、微課本體知識地圖理論模型

目前，我國網絡課程建設普遍存在重復建設、缺乏統一規范、缺乏互操作性和重用性、缺乏知識關聯性、資源形式單一、針對性和實用性差、無法提供個性化服務和隱形知識等問題。這些也是微課程建設所面臨的棘手問題。運用知識地圖可以更好地規范微課程知識網絡的建設。

具體來說，微課是緊扣單一知識點來設計的，任何的學習都存在認知的順序，我們可以讓知識點具有關聯性，對知識點進行排序，將知識變成有組織的結構。對知識序列的設計，可以按照課程學科分類體系來進行設計排序，也可以按知識點設計知識地圖，讓知識具有網狀結構，通過知識可視化工具，利用知識地圖可以將知識可視化，構建微課程知識管理系統，幫助教師和學生更方便、更高效地組織Internet微課程海量信息，也有助于學習者從眾多微課資源中，找到自己需要的信息，實現個性化學習和自主學習。但傳統的知識地圖，缺乏共享、缺乏統一，且操作性不強。如果引入本體思想，[7]可以讓知識地圖賦予語義含義，這就形成了微課本體知識地圖（見圖1）。下面我們先構建微課本體知識地圖理論模型。以下是本體知識地圖的四層理論模型，簡稱“四元模型”。[8]

（一）用戶交互層即知識服務層

通過知識可視化過程結合檢索引擎，[9]為學習者提供資源檢索的接口。對學科知識庫進行語義推理和解析， 利用編程接口實現知識檢索的頁面化。

（二）知識地圖層

主要呈現本體關系中的知識節點、知識鏈接和知識關聯關系，知識可視化將隱性知識顯性化，它是語義表示的本體知識結構。

應用知識本體使本體和數據間建立聯系，構成立體知識網絡，[10]并使資源按照知識網絡中的不同屬性，或同一屬性的不同編碼體系，呈現出規范有序的知識地圖，供瀏覽和檢索。

（三）知識本體構建

本體的定義由格魯伯（Gruber）給出，[11]是“概念模型的明確的規范說明” ，包括本體主要功能、信息交換和互操作性等內容，使用某個領域內公認的詞匯，實現語義級上的信息集成。

本體的思想原屬哲學范疇，在數字信息環境下，被賦予全新的含義，它所關注的是概念以及概念之間的內在語義聯系，它具有良好的概念層次結構和邏輯推理的支持，[12]本體的本質是領域知識的共享以及復用，通過對某領域的知識進行組織， 構成基于本體領域的知識組織系統。[13]

對于開放教育資源來說，[14]知識其實是由眾多知識因子所組成的，用它們的節點聯系起來的語義網絡，能夠充分表達知識元素的內容以及他們間的關系。

微課學習應用知識地圖，[15]從本體概念出發，圍繞中心主題列出相關概念，由概念引出子概念，在用線把這些概念連接起來，線上加連接字，以表達互屬關系。

本研究使用文獻分類法，利用本體構建工具，建立領域本體。

（四）信息層

微課程的內容，[16]微課程的知識單元來源于網絡和教材等，如開放教育資源，它的形式為web頁面、論壇、博客、微博、微信等。這些可以看作“資源庫”是一個信息儲藏地。包括微課PPT（講課提要、微課課程設計）、微課視頻（微課分鏡頭畫面設計、微課腳本設計、配音、配樂）、微課作業設計、學習者筆記內容作業內容分享，學習者反饋、教學反思等（見圖2）。

三、“余姚地域文化”領域本體知識分析

根據以上分析，可看出本體層是核心，下面我們以“余姚地域文化”為例，對該領域知識本體進行構建。（見圖3）

領域本體知識（Ontology of domain）架構分為以下部分：

Ontology of domain={domain，category，class，title， attribute，relation}

領域domain：所代表的是特定的領域，本文以余姚地域文化為主體。

知識分支category：為domain以下的分支，由數個concepts組成。Category用c1、c2、……表示。

知識單元Class：為 Ontology中最主要的單元，可以用來描述說明領域中的概念。

title：由一系列微課標題組成，可具體到的知識點，也可以是數據字典表示，在本研究中指知識認知導向、學生學習導向、需求導向。title后面加標號來表示序列，即微課知識點系列t1、t2、……等。

Instance：用來描述class或concept的特性或屬性及關系。Attribute：用來描述屬性。

這部分主要考慮層次體系、需要定義的概念屬性以及屬性分面。一個屬性由多個分面組成，分面描述類型、容許的取值、有關屬性取值的其他特征。

（一）領域本體概念模型

本體領域主題面的提煉，由本地文化專家抽出領域概念詞，[17]進行概念語義檢索，具體主題概念提煉，篩選。[18]數據來源應最大限度地保證資源的權威性，需查相關文獻、權威流通量大的著作、詞典。我們重點參照了美國KBSI公司（Knowledge Based Systems Inc） “IDEF”“IDEF5”圖表語言開發的用于描述和獲取企業本體的方法，“IDEF” “IDEF5”是英文“Integration Definition for Function Modelling”縮寫，是指KBSI開發的一系列“面向功能建模的集成定義”項目和斯坦福大學“七步法”，[19]主要用于領域本體的構建。采用自頂向下，自底向上法，兼顧與國外頂層本體復用、嫁接。自頂借助領域專家知識，從通用概念出發再將概念進一步細化；自底從資源出發，最小級別的類開始，向上合并更大的類。知識本體構建法，如果把每一個知識領域抽象成一套概念體系，那么，就形成了概念化層次結構，構成了領域本體概念模型。

根據文獻以及對知識可視化的知識聚類，“地域文化”領域本體包括了時間、人物、事件、地區、物產、文化等要素。領域本體專注于領域知識的抽象，較為具體，容易進行形式化和共享，通過構建領域本體，實現知識框架描述模型的統一，知識的互操作，利于知識點拆分、合并、推理。

為了便于計算機理解和處理，可以使用計算機編碼語言（RDF/OWL）法，作為資源描述框架，為知識擴展打下了基礎。在（RDF/OWL）中，可以明確表述詞表、詞表關系、關系約束、公理、推理規則等。地域文化知識本體展現錯綜復雜的人物、物產、地區的錯綜復雜個體的關系，可以用條目化詞表知識表示，構成地域文化本體知識體系。主要包括：

（1）確定地域文化本體專業領域和范疇這一領域的問題；

（2）考察“地域文化”相關學科頂層，如其他學科的復用和嫁接問題，根據與之類似的問題對接入口判斷分析；

（3）結合領域專家意見，根據核心概念進行概念延伸，如舜文化、儒家文化、傳統文化、江南文化、越文化、河姆渡文化、歷山文化、稻作文化等；

（4）對概念詞表的填充、關系迭代，對概念屬性添加說明；

（5）底層概念加入類的實例，并進行實例屬性值的填充；

（6）進行一致性檢查等。

（二）微課知識單元

知識單元是微課知識點具體內容的設計。這里我們使用模版詞條詞表，進行模版化開發。輸入開發微課的相關信息，微課構成要素詞表。可參照胡鐵生的模版來設置屬性：系列名詞、本微課名詞、知識點描述、知識點來源、聽本微課需要了解的知識、教學類型、適應對象、教師、畫面設計等，除此之外，在屬性設置里也有圖3領域本體層內容。

在這里微課設計可以片段化、條目化，相當于卡片。微課詞條可以列出所有重要主題或概念術語清單。比如舜文化的條目，可以用三個條目來概括，即齊家、治國和平天下。這三個條目暗合儒家思想，又解讀了舜的一生。也可以用百孝之首、道德之祖、文明之元這三個詞條概括。

微課知識單元是根據某個知識點或教學主題建立起來的，[20]各知識模塊間松散獨立，呈現出課程學習的結構特點，知識單元需按路徑進行編碼。

（三）知識關系

知識關系即知識點的關系：一是知識點認知的順序關系。我們把知識點的關系按照認知順序關系可以分為前導、后繼和相關三種類型，每個知識點都有相應的前導知識點集合、后繼知識點集合和相關知識點集合。二是知識點之間包含或引用關系，而知識點之間包含和引用與知識粒度有關，例如，一個抽象概念可能包含或應用了多個相關的名詞或術語，反過來，一些簡單的名詞、術語和概念經常被相對復雜的概念所引用，同時，與認知結構有關。我們選擇微課第一個主題是舜文化研究和他衍生的關聯知識。例如：從舜t1、t2、t3和t4衍生到江南文化c6，從舜衍生到儒家c5為主體的傳統文化c7，從舜衍生到王陽明c11。

在舜故事三階段中，即齊家、治國、平天下這三階段里，第一階段包含兩個知識因子t1和t2，第二和第三階段分別對應了t3和t4知識因子。我們依據讀者程度不同，按知識點難易程度擴充讀者的知識面，這樣，（見圖4）我們設計了四個主題和四個知識因子相對應，即“齊家”是舜的開始，反映他的童年少年的一些故事，從童年少年的“孝文化”開始，在讀本設計上用了舜故事1.0版本，接著舜的成長里又有很多敬業故事，即為舜故事2.0版本，后面舜故事展開為舜故事3.0版本，即是堯舜時代，為舜治國的故事，最后為舜故事4.0版本是舜平天下舜禪位的故事。這里每一部分故事版本都是獨立的，讀者可根據需要選讀。在舜故事三階段齊家t1和t2、治國和平天下t3和t4的知識因子里，加上江南文化c6， 再加入越文化c8與舜知識因子契合，提升了余姚地域特色。這個知識因子還可由氏族社會向父系社會擴展，還可以擴展到余姚的河姆渡文化c9，再擴展到江南的稻作文化c10。使用敘詞法表示簡單語義關系，如“用、代、屬、分、參、族”。這樣就自然形成了知識的前后關系（見圖3和圖4）。

通過這樣的微課知識組織結構的開發，凸顯了地域文化的知識脈絡，又依據學習者需求實現一些模塊化功能，在微課設計上，加入一個模版，反映開發者信息等本體要素。通過知識本體關系聯系，組成知識鏈。從這張圖我們可以看出知識的關系：一個是知識分層次。不同水平的人，需要不同知識內容，本文根據需求或難度來設計，用模塊來規劃，比如舜1.0到4.0版本 ，就是如前所述，依知識點的深淺程度進行設計。另一個是知識分順序。領域知識需要背景，他是研究領域起點。比如儒家文化的背景之一就是借舜故事來闡述它的思想觀點，達到教化目的。領域知識還需要了解前沿即未來發展，需要知識的延伸。

（四）知識地圖

知識地圖是知識粒度的抽象層。本文通過微課資源的微信微博平臺建設，積累相關語料，先采取人工方式建立“地域文化”的領域本體，以建立微課“知識庫”和微課“信息資源庫”的關聯機制。雖然，我們建立的僅僅是該領域“知識庫”和“信息資源庫”的關聯機制，但對領域和主題資源數字化建設仍有指導意義和參考價值。

建立微課知識點的關系：兩微課主題之間的關聯，即知識關聯；還有資源的指引關系，即知識點和資源的URL地址，即知識鏈接；微課主題和信息資源的聯系通常是URL。信息資源可以是文本、圖片、聲音、動畫、視頻（見圖5）。

根據四元知識模型，[21]我們設計的平臺上面是地域文化知識地圖，即可視化知識庫，便于學習者選擇路徑，下面則是微課程或微課程元素。

知識地圖構成可以有兩種方式。用本體和模塊結合方式建立知識地圖，就某一功能模塊或知識單元，以本體思維法，依據語義關系按知識點先后順序排序，構建概念間相互聯系的本體知識網絡。再將這些模塊串聯起來，組成更大的本體知識網絡，實現知識擴展，完成本體知識建構過程。這部分可由領域專家、知識工程師和計算機教師來制作完成。另一方面也可從學習者認知角度出發，按知識的難易程度排序，讓學生選擇學習路徑。通過知識地圖學習者很容易把領域知識結構加入到個體知識體系中。

根據以上分析， 我們可以在地域文化微課的節點中，每節加入知識管理元素。由此構成地域文化知識管理的微課體系。這樣碎片化的微課就成為一個新的知識組織體系。

四、基于微課的知識管理系統的構成

我們選擇主題是余姚地域文化某節點“舜傳說”開始為線索，衍生知識關聯，建立“資源庫”和“信息庫”的關聯。我們在設計模塊時，從CSILE/KF（計算機規劃的學習環境）有關文獻中得到啟發，[22]本系統主要規劃以下幾個模塊：領域專家模塊、知識可視化（知識地圖）模塊、學生條目化知識貢獻（指學生的條目化知識的提供與制作）創作推送模塊和教學反饋模塊（見圖6）。可視化的web瀏覽方式見圖7。

（一）領域專家模塊和知識可視化模塊

知識網絡化（見圖7），由微課知識管理系統中的領域專家模塊實現此功能，它由領域專家完成。系統登錄我們先設置的兩個角色，學生和教師。然后，教師或領域專家角色先進行初步的本體知識地圖構建，完成知識脈絡的設計。教師完成知識點排序，展示一些微課資源，學習任務布置，對概念設置難度色彩標簽，并對核心概念或某主題進行深入挖掘展開，構成本體知識網絡。[23]這里的可視化開發工具可以是springgraph，Flex組件，對知識點信息封裝，對知識點前后連接。

（二）知識地圖

學習者開展有助于自己的知識建構的學習。學生根據知識的前驅或后驅搜索，進入某一節點微課程，看教學視頻，還可看教師分配任務，完成學習任務并開始貢獻條目知識。

（三）學生條目化知識貢獻的創作模塊

在這里教師可以以“地域文化”的某個知識點為模塊對學習者進行分組，通過任務布置，讓學習者集體對某些感興趣的知識進行條目化制作，這里創作模式選擇仿照維基百科的樣式，或以微信平臺工具、或微博方式，發送給教師。這里的工具也可用JSPwiki引擎，但是需要定制好wiki引擎文本編輯器與MYSQL數據庫環境。這里的文件編輯系統應具有多媒體文件功能，支持文本、圖片、視頻創作。比如也可以是微信，具有超鏈接功能。同時學習者可以設置知識點難度。

（四）教學反饋模塊

有領域專家和教師構成。教師根據任務看學習者貢獻條目。使用工具是柱狀圖，根據學習者對條目貢獻數、質量、深度、難度打分，完成對學習者該知識點測評。看學習者學習興趣集中點、學習難點，使用柱狀圖看學習者難度序列，最后進行問卷調查看該設計是否合理。

這里的評價是對本體的正確性、完整性、一致性可擴展性的檢驗。本體庫的完善以手工構建為主，這里也用專門的工具進行檢驗。通過評價的，進入本體庫中存儲下來。這里知識地圖的知識節點由web頁面呈現它們的關系， 提升了用戶對知識獲取的直觀體驗。

這樣，我們按知識本體思想設計了微課知識管理系統（見圖6），[24]進行了概念的規范化描述，具有本體明確化、形式化、可共享的特征。尤其有利于地域文化陳述性知識的學習。系統設計我們使用了CSILE/KF的思想，讓系統更趨合理。在知識建構上， 我們采用了知識地圖的方式來進行。而學生可以在教師設計的框架指導下自建知識結構，可以以維基網為參考，使知識條目化，也可自行發布知識，完成知識點的師生共建，[25]實現個人知識管理過程。這樣，知識地圖具有語義網絡檢索特征。完成了本體知識構建，具有概念體系設計，概念級的修改、編輯、發布以及評價體系。也可讓概念到概念具有推理過程。

知識地圖解決了開放資源里微課存在的知識管理的一些問題：

（1）學科學習知識點固定，無法更新問題。通過本系統可以實現當學習知識點更新或創造知識點時，可自動地更新。

（2）資源共享共建問題。由于不同的人員開發課程，共享較難。學習者提供知識上傳時，由于沒有很好的知識管理系統對其知識點進行更新，就很難看到他發的作業帖子。對知識點及時進行更新管理，如前所述，設計細節，貢獻的知識條目和筆記就能夠看到了。知識點很難看見，可以設計細節，完成知識擴展，達到知識共享的目的。

（3）學習者尋找相關知識困難，尤其跨學科知識覆蓋問題。通過本系統知識點導航，可以實現知識點鏈接，也就是學生學習知識的先后順序的鏈接。通過引入本體，對某種有意義或相關聯的知識節點，實現可視化知識管理；教師，可以依據需求、認知難易、知識或意義相關的微課程集合，設計模塊，在面上完成一種知識地圖設計。

（4）開放教育資源微課碎片化問題。由于網絡的碎片化讓學習者很難找到相關知識點，因此，本研究提出了微課本體知識地圖理論模型，這有助于形成新的知識組織結構。頂層本體是課程體系的核心概念，也是一些概念詞匯的聚焦，就是知識地圖的頂層，下層結構是相關概念。把頂層和下層結合在一起就形成了知識模塊。[26]這里，知識本體酷似數據詞典，[27]但包含了語法和一個控制領域內概念關系的模型。這就是本研究的“本體知識地圖的四層理論模型”。

（5）學習者的知識查詢問題，即知識線索問題。這里，可選取知識地圖中的內容，從某微課知識點進入，通關，完成知識擴展，也可選取個人感興趣的內容，對個人知識進行動態更新，讓個人知識網狀結構化，即形成知識地圖結構，隱形知識顯化，實現對個人知識進行管理的目標。

所以說，建立良好的知識結構就是繪制一份優秀的知識地圖，就是建造一座設計好的城市。每學習一個新概念都會自動地與其他知識相聯系，這樣，通過知識地圖，學習者就會獲得要點突出、記憶深刻、邏輯性強的知識，無疑對知識的印象也是深刻的。通過知識地圖學生很容易把領域知識結構加入到個體知識體系中。當學習者知識積累到一定程度，就會產生分享的欲望，該知識管理系統即是量化的也是質化的。通過知識地圖實現知識管理，將自己的有質量的筆記分享到知識地圖網絡中，形成了有用的智慧資本。

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（編輯/樊霄鵬）