基于知識地圖的微課程學習體系構建分析

任遠紅

摘 要：目前，各微課程學習平臺存在課程知識結構化差、學習者學習過程掌控缺乏可視化數據支撐、學習結果評價不全面等問題，而知識地圖能夠實現知識點及其關系的可視化表示，促進隱性知識顯性化表征，為在線學習活動分析及學習效果評估提供有效保證。鑒于知識地圖的上述特點，提出了基于知識地圖構建微課程學習體系的解決思路，并詳細分析了知識地圖在可視化學習各個環節中的具體應用，以期為微課程學習可視化設計提供參考。

關鍵詞：知識地圖；微課程；在線學習評估；可視化

中國分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）06-0023-03

一、引言

隨著互聯網信息技術的發展和智能移動終端的普及，微課、MOOC、SPOC等新型網絡教學模式極大地改變了我們傳統的教學模式，其中，微課以其短小精悍、適合碎片化學習等特點受到越來越多的關注。眾多不同行業的學者給出了各自關于微課的定義[1]，本文中采用蘇州市電教館原館長金陵關于微課程的定義：微課程是將原課程按照學生學習規律，分解成為一系列具有目標、任務、方法、資源、作業、互動與反思等在內的微型課程體系。

對目前在線學習平臺上的微課程進行研究，發現大多數微課程只是單個或多個零碎知識點的視頻及其組合資源的堆積，課程知識點缺乏結構性組織，整個教學過程缺乏可視化數據來指導學習者的“學”和教師的“教”。在這種模式下，學習者的學習行為缺乏引導，不利于知識的重構和應用；教師缺乏可視化的數據為個性化學習指導和進一步的決策提供參考，而知識地圖正好彌補了以上缺點，為可視化學習和個性化學習提供了一種有效的途徑。

二、 知識地圖簡介

英國情報學家布魯克斯基于情報學理論首次提出知識地圖（Knowledge Map）的概念[2]。許多專家學者從不同的角度對知識地圖進行了分類和定義，本文中的知識地圖參考了文獻[3]的描述：知識地圖是一種以可視化方式展現的顯性化、結構化的知識關系網絡，具有知識管理、學習導航和學習評估等功能。有研究表明，在學習文本材料時，使用知識地圖在客觀認知和主觀情感方面都優于傳統的學習方式[4]；Shaw研究在e-learning的學習方式下獲取知識和技能以完成特定的ADO.NET程序，通過兩組實驗結果對比發現：基于知識地圖的實驗組在學習分數、學習滿意度和計算機自我效能方面都勝過基于瀏覽器方式學習的實驗組[5]。

目前，在在線學習領域，知識地圖的研究已由探討性的方法研究轉向實際構建技術。可汗學院基于Google地圖的接口對其練習題系統進行優化，生成了二維知識地圖。學生的答題數、正確數、錯誤數、連續正確數以及答題總時長都記錄在單元格中，教師能夠直觀地了解到學生遇到的困難，從而進行個性化的輔導。

三、 基于知識地圖的微課程學習體系構建

1.學科知識地圖構建

ODonnell（1994） 指出垂直的知識地圖能更好的提升學習成績[6]。鑒于目前國內微課平臺開設的課程基本是針對中小學的，本文以初中物理新人教版八年級課本為例，嘗試給出構建基于垂直方向知識地圖的微課程學習體系的思路。

知識地圖的構建有三步構建法、四步構建法、五步構建法等多種方法，其中最關鍵的幾個環節：知識點的確定、知識點之間關系的建立、知識地圖的可視化設計以及知識地圖的動態更新[7]。構建微課程的知識地圖時應遵循如下幾個原則：（1）充分考慮學習者的需求；（2）體現“微”特征：從微課程的本質出發，以“微”角度來進行總體分析和設計；（3）個性化：根據學習者的知識背景、學習風格及學習過程數據，構建基于學習者的個性化學習地圖；（4）動態性、可擴展性：能夠實時更新學習者學習進度、掌握情況等可視化數據，方便教師根據學習者的反饋數據進行課程內容的優化與調整。

知識點需要該知識領域內的專家團隊協助該課程的授課教師一起對本課程進行研究后提取出來，可參考教材的章、節、知識點進行概念抽取，同時全面把握各個知識點在整個課程體系中的定位以及各知識點之間的關系，因此，先要建立整個學科的知識地圖。如圖1為初中物理學科體系知識地圖示例，包含如下幾個基本要素：

（1）知識點的結構化展示。根據學科、教材、章、節、聚合知識點、基本知識點的形式展現整個學科領域知識點全貌。點擊某個知識點左上角的 + 可展開該知識點。同時，通過類似Google地圖的分層展示方式，實現對知識點的局部放大與縮小以及知識點的拖動。

（2）知識點屬性的描述。知識地圖中應能顯示知識點的具體信息，例如學習者鼠標停留在某個知識點上時，顯示該知識點的相關屬性（名稱、描述、重要度、學習目標、關鍵字、主要內容等）。可根據關鍵字進行全局知識點的搜索和定位。知識點的重要度可通過節點的邊框顏色來區分。

（3）知識點之間的內在聯系。根據知識點之間的聯系，提取出四種關系：包含、類型、前驅、關聯。例如學習“速度”知識點時最好先了解其前驅知識點“長度和時間的測量”，“運動”和“速度”這兩個關聯的知識點最好參照學習。跨章節的知識點之間也可能存在一定的聯系。通過知識點之間關系的構建和展示，指導學習者有選擇性地進行知識點的學習，更好的梳理學習路徑，減少學習過程中的迷茫與焦慮。

（4）知識點相關的資源素材。知識地圖上還應提供學習資源的鏈接，方便學習者快速進入知識點的學習。點擊知識點下方的 ，可以進入視頻的學習，視頻時間按照微課設計原則控制在8-10分鐘以內。點擊 和 ，可分別進入知識點的討論和測驗。教師可根據實際教學需要，將其它形式的學習活動嵌入到知識點的學習環節中。

2.學習過程數據的挖掘

課程知識包括顯性課程資源（視頻、學習素材、題庫等）與隱性課程信息（學習者學習動機、學習策略、學習經驗等），知識地圖不僅可以用于顯性知識的管理，還可用于隱性知識的管理。學習者的學習進度數據，可以通過分析挖掘學習者學習過程中產生的數據，例如登錄次數、學習時間積累、作業測驗的完成情況等得出，其計算規則由教師確定，例如對于葉子節點（即基本知識點），學習進度100% = 完成視頻的學習+參與討論的有效次數不少于3次+完成作業+完成測驗；對于聚合知識點，根據該知識點及其各子節點的學習完成情況確定。學習者可查看知識點學習詳情，根據提示繼續未完成的學習。

對于教師，需要了解每個學習者在各個知識點的學習狀態，以便對班級所有學習者的學習情況進行整體分析與評估。教師知識地圖與學習者知識地圖類似，這里的進度是本班所有學習者完成該知識點的學習情況。如圖2所示，教師可以查看某個知識點上的具體學習進度數據。通過該表，教師可以發現學習進度較慢的學習者，有針對性的采取相應措施如學習督促、單獨輔導等。

除了上述學習進度相關數據外，通過跟蹤挖掘學習者的其它學習行為可以獲得一些潛在的信息，例如可參考陳方華等[8]在其文章中提到的Sheard等開發的ViSION可視化學習工具，對web日志中導航行為記錄進行分析，生成學習者基于整個課程的知識點學習軌跡。根據學習者的個性化學習特征，結合知識點學習軌跡以及知識點之間的內在聯系，實現學習資源、自適應學習路徑的精確推送。

3.學習結果評價體系

在微課程學習中，學習者在學習時間、知識點學習順序的選擇、學習資源的利用方式等方面存在很大的自由空間，在這種不同于傳統課堂的學習方式下，學習者往往不清楚自己對于知識的掌握情況。目前，大多數在線學習平臺通過測驗來了解學習者的學習效果，這種方式的缺點一是評價主體單一，往往僅限于教師；二是評價結果不能精確到知識點。在基于知識地圖的微課程學習體系中，借助已建立的知識地圖框架，可以建立基于知識點的多元化評價系統。

首先，評價主體應當包括學習者自身、同伴、授課教師團隊；其次，評價內容也應是多元化的，除了傳統的包括作業、測驗得分等在內的學習成績評價模塊外，還應包括其它維度的評價模塊，例如學習態度評價模塊：包括學習者登錄系統次數、知識點累計學習時間等評價項；學習活動評價模塊：包括學習內容完成情況、參與討論交流的情況、提問以及主動答疑情況等評價項；學習貢獻評價模塊：學習者對學習內容的反饋建議、學習資源的分享與傳播等評價項。評價項數據的來源是多層次的，包括來自學習系統采集的數據以及同伴、學習者自身、教師等多角度的主動或被動反饋的信息。

教師選定評價模塊，制定各模塊的評價規則，構成知識點及整個課程的評價體系。可以借鑒萬海鵬等[9]提出的知識點掌握狀態計算公式來構建學習評價體系。學習者在知識地圖上的每個知識點的學習得分為與該知識點關聯的各個評價模塊的得分總和，而每個評價模塊的得分為該模塊各評價項的得分之和。具體的計算公式如下：

Score（Ki）=（Score（Mj）*Mwj）（1）

Score（Mi）=（Score（Ik）*Mwk）（2）

其中，Score（Mj）為學習者在基本知識點Ki上的評價模塊Mj上的得分，Mωj為該評價模塊的權重；Score（Ik）為學習者在評價模塊Mj上的評價項目Ik上的得分，Iωk為該評價項目的權重。用上述公式計算出各單個知識點的得分后，對于學習者在聚合知識點上的學習得分，用其本身及其子節點的加權得分之和來計算，其計算公式類似公式（1）。

學習者的學習評價結果需要直觀地展示在知識地圖上，將學習者對于知識點的掌握水平根據上述計算的分數進行分類，比如分成三類：較好（分數大于80分）、一般（成績介于60-80分之間）、較差（成績低于60分），然后以三種不同的顏色來填充學習者知識地圖上對應的節點，以便學習者及時了解學習過程中的薄弱環節。同時，將學習者在某個知識點上的掌握情況數據進行匯總后以餅圖或柱形圖等方式展現在教師知識地圖上，方便教師反思教學設計。

四、結語

知識地圖能夠實現隱性認知結構的顯性化表征、顯性知識的結構化及可視化表示，基于知識地圖將微課程學習中的用戶模型、學習過程數據及學習結果可視化，可以幫助學習者梳理知識點之間的關系，有效實現認知結構的重構。同時，教師對學習者的學習情況把握有了具體、細節的可視化數據支撐，有利于其做出客觀、全面的評價。如何基于知識地圖構建協作性可視化學習環境，促使學習者、教師共同參與知識的構建，充分發揮學習者在學習中的主體地位，挖掘學習過程中產生的隱性數據并結合可視化工具進行展示，以更加有效的方式促進知識的記憶、理解、重組、建構、應用和創新，仍是值得研究的課題。

參考文獻：

[1] 胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發展的三個階段及其啟示[J].遠程教育雜志，2013，（4）：36-42.

[2]Brookes B C. The foundation of information science[J]. Journal of Information Sciences，1981，（1）：3-12.

[3]Lee，J.H.， & Segev， A.. Knowledge maps for e-learning[J]. Computers & Eduacation， 2012，59（2）： 353-364.

[4]Hall， R.h.， & ODonnell， A. M. Cognitive and affective outcomes of learning from knowledge maps[J]. Contemporary Educational Psychology，1996，21（1）：94-101.

[5]Shaw， R. S.. A study of learning performance of e-learning materials design with knowledge maps[J]. Computers & Education， 2010，54（1）：253-264.

[6]ODonnell， A.M.. Learning from knowledge maps：The effects of map orientation[J]. Contemporary Educational Psychology，1994（19）：33-44.

[7] [9]萬海鵬，李威，余勝泉.大規模開放課程的知識地圖分析——以學習元平臺為例[J].中國電化教育，2015（5）：30-39.

[8]陳方華，趙蔚，姜強. 可視化技術在e-learning系統中應用的國外研究現狀及啟示[J].現代遠距離教育，2015（2）：67-73.

（編輯：郭桂真）