基于知識(shí)地圖的微課程學(xué)習(xí)體系構(gòu)建分析

任遠(yuǎn)紅（鄖陽(yáng)師范高等專科學(xué)校 信息技術(shù)部，湖北十堰 442000）

?

基于知識(shí)地圖的微課程學(xué)習(xí)體系構(gòu)建分析

任遠(yuǎn)紅
（鄖陽(yáng)師范高等專科學(xué)校 信息技術(shù)部，湖北十堰 442000）

目前，各微課程學(xué)習(xí)平臺(tái)存在課程知識(shí)結(jié)構(gòu)化差、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程掌控缺乏可視化數(shù)據(jù)支撐、學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)不全面等問(wèn)題，而知識(shí)地圖能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)點(diǎn)及其關(guān)系的可視化表示，促進(jìn)隱性知識(shí)顯性化表征，為在線學(xué)習(xí)活動(dòng)分析及學(xué)習(xí)效果評(píng)估提供有效保證。鑒于知識(shí)地圖的上述特點(diǎn)，提出了基于知識(shí)地圖構(gòu)建微課程學(xué)習(xí)體系的解決思路，并詳細(xì)分析了知識(shí)地圖在可視化學(xué)習(xí)各個(gè)環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用，以期為微課程學(xué)習(xí)可視化設(shè)計(jì)提供參考。

知識(shí)地圖；微課程；在線學(xué)習(xí)評(píng)估；可視化

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展和智能移動(dòng)終端的普及，微課、MOOC、SPOC等新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式極大地改變了我們傳統(tǒng)的教學(xué)模式，其中，微課以其短小精悍、適合碎片化學(xué)習(xí)等特點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。眾多不同行業(yè)的學(xué)者給出了各自關(guān)于微課的定義[1]，本文中采用蘇州市電教館原館長(zhǎng)金陵關(guān)于微課程的定義：微課程是將原課程按照學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，分解成為一系列具有目標(biāo)、任務(wù)、方法、資源、作業(yè)、互動(dòng)與反思等在內(nèi)的微型課程體系。

對(duì)目前在線學(xué)習(xí)平臺(tái)上的微課程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)微課程只是單個(gè)或多個(gè)零碎知識(shí)點(diǎn)的視頻及其組合資源的堆積，課程知識(shí)點(diǎn)缺乏結(jié)構(gòu)性組織，整個(gè)教學(xué)過(guò)程缺乏可視化數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的 “學(xué)”和教師的“教”。在這種模式下，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為缺乏引導(dǎo)，不利于知識(shí)的重構(gòu)和應(yīng)用；教師缺乏可視化的數(shù)據(jù)為個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)和進(jìn)一步的決策提供參考，而知識(shí)地圖正好彌補(bǔ)了以上缺點(diǎn)，為可視化學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了一種有效的途徑。

二、知識(shí)地圖簡(jiǎn)介

英國(guó)情報(bào)學(xué)家布魯克斯基于情報(bào)學(xué)理論首次提出知識(shí)地圖（Knowledge Map）的概念[2]。許多專家學(xué)者從不同的角度對(duì)知識(shí)地圖進(jìn)行了分類和定義，本文中的知識(shí)地圖參考了文獻(xiàn)[3]的描述：知識(shí)地圖是一種以可視化方式展現(xiàn)的顯性化、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，具有知識(shí)管理、學(xué)習(xí)導(dǎo)航和學(xué)習(xí)評(píng)估等功能。有研究表明，在學(xué)習(xí)文本材料時(shí)，使用知識(shí)地圖在客觀認(rèn)知和主觀情感方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式[4]；Shaw研究在e-learning的學(xué)習(xí)方式下獲取知識(shí)和技能以完成特定的ADO.NET程序，通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)：基于知識(shí)地圖的實(shí)驗(yàn)組在學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)、學(xué)習(xí)滿意度和計(jì)算機(jī)自我效能方面都勝過(guò)基于瀏覽器方式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)組[5]。

目前，在在線學(xué)習(xí)領(lǐng)域，知識(shí)地圖的研究已由探討性的方法研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H構(gòu)建技術(shù)。可汗學(xué)院基于Google地圖的接口對(duì)其練習(xí)題系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，生成了二維知識(shí)地圖。學(xué)生的答題數(shù)、正確數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)、連續(xù)正確數(shù)以及答題總時(shí)長(zhǎng)都記錄在單元格中，教師能夠直觀地了解到學(xué)生遇到的困難，從而進(jìn)行個(gè)性化的輔導(dǎo)。

三、基于知識(shí)地圖的微課程學(xué)習(xí)體系構(gòu)建

1.學(xué)科知識(shí)地圖構(gòu)建

O’Donnell(1994)指出垂直的知識(shí)地圖能更好的提升學(xué)習(xí)成績(jī)[6]。鑒于目前國(guó)內(nèi)微課平臺(tái)開(kāi)設(shè)的課程基本是針對(duì)中小學(xué)的，本文以初中物理新人教版八年級(jí)課本為例，嘗試給出構(gòu)建基于垂直方向知識(shí)地圖的微課程學(xué)習(xí)體系的思路。

知識(shí)地圖的構(gòu)建有三步構(gòu)建法、四步構(gòu)建法、五步構(gòu)建法等多種方法，其中最關(guān)鍵的幾個(gè)環(huán)節(jié)：知識(shí)點(diǎn)的確定、知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系的建立、知識(shí)地圖的可視化設(shè)計(jì)以及知識(shí)地圖的動(dòng)態(tài)更新[7]。構(gòu)建微課程的知識(shí)地圖時(shí)應(yīng)遵循如下幾個(gè)原則：（1）充分考慮學(xué)習(xí)者的需求；（2）體現(xiàn)“微”特征：從微課程的本質(zhì)出發(fā)，以“微”角度來(lái)進(jìn)行總體分析和設(shè)計(jì)；（3）個(gè)性化：根據(jù)學(xué)習(xí)者的知識(shí)背景、學(xué)習(xí)風(fēng)格及學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)地圖；（4）動(dòng)態(tài)性、可擴(kuò)展性：能夠?qū)崟r(shí)更新學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)進(jìn)度、掌握情況等可視化數(shù)據(jù)，方便教師根據(jù)學(xué)習(xí)者的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行課程內(nèi)容的優(yōu)化與調(diào)整。

知識(shí)點(diǎn)需要該知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)的專家團(tuán)隊(duì)協(xié)助該課程的授課教師一起對(duì)本課程進(jìn)行研究后提取出來(lái)，可參考教材的章、節(jié)、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行概念抽取，同時(shí)全面把握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)在整個(gè)課程體系中的定位以及各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，因此，先要建立整個(gè)學(xué)科的知識(shí)地圖。如圖1為初中物理學(xué)科體系知識(shí)地圖示例，包含如下幾個(gè)基本要素：

（1）知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化展示。根據(jù)學(xué)科、教材、章、節(jié)、聚合知識(shí)點(diǎn)、基本知識(shí)點(diǎn)的形式展現(xiàn)整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)全貌。點(diǎn)擊某個(gè)知識(shí)點(diǎn)左上角的+可展開(kāi)該知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)類似Google地圖的分層展示方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的局部放大與縮小以及知識(shí)點(diǎn)的拖動(dòng)。

（2）知識(shí)點(diǎn)屬性的描述。知識(shí)地圖中應(yīng)能顯示知識(shí)點(diǎn)的具體信息，例如學(xué)習(xí)者鼠標(biāo)停留在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)上時(shí)，顯示該知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)屬性（名稱、描述、重要度、學(xué)習(xí)目標(biāo)、關(guān)鍵字、主要內(nèi)容等）。可根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行全局知識(shí)點(diǎn)的搜索和定位。知識(shí)點(diǎn)的重要度可通過(guò)節(jié)點(diǎn)的邊框顏色來(lái)區(qū)分。

（3）知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，提取出四種關(guān)系：包含、類型、前驅(qū)、關(guān)聯(lián)。例如學(xué)習(xí)“速度”知識(shí)點(diǎn)時(shí)最好先了解其前驅(qū)知識(shí)點(diǎn)“長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量”，“運(yùn)動(dòng)”和“速度”這兩個(gè)關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)最好參照學(xué)習(xí)。跨章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)之間也可能存在一定的聯(lián)系。通過(guò)知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系的構(gòu)建和展示，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者有選擇性地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，更好的梳理學(xué)習(xí)路徑，減少學(xué)習(xí)過(guò)程中的迷茫與焦慮。

（4）知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的資源素材。知識(shí)地圖上還應(yīng)提供學(xué)習(xí)資源的鏈接，方便學(xué)習(xí)者快速進(jìn)入知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。點(diǎn)擊知識(shí)點(diǎn)下方的，可以進(jìn)入視頻的學(xué)習(xí)，視頻時(shí)間按照微課設(shè)計(jì)原則控制在8-10分鐘以內(nèi)。點(diǎn)擊和，可分別進(jìn)入知識(shí)點(diǎn)的討論和測(cè)驗(yàn)。教師可根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，將其它形式的學(xué)習(xí)活動(dòng)嵌入到知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中。

圖1　初中物理微課程體系知識(shí)地圖示例

2.學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)的挖掘

課程知識(shí)包括顯性課程資源（視頻、學(xué)習(xí)素材、題庫(kù)等）與隱性課程信息（學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)等），知識(shí)地圖不僅可以用于顯性知識(shí)的管理，還可用于隱性知識(shí)的管理。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度數(shù)據(jù)，可以通過(guò)分析挖掘?qū)W習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時(shí)間積累、作業(yè)測(cè)驗(yàn)的完成情況等得出，其計(jì)算規(guī)則由教師確定，例如對(duì)于葉子節(jié)點(diǎn)（即基本知識(shí)點(diǎn)），學(xué)習(xí)進(jìn)度100%=完成視頻的學(xué)習(xí)+參與討論的有效次數(shù)不少于3次+完成作業(yè)+完成測(cè)驗(yàn)；對(duì)于聚合知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)該知識(shí)點(diǎn)及其各子節(jié)點(diǎn)的學(xué)習(xí)完成情況確定。學(xué)習(xí)者可查看知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)詳情，根據(jù)提示繼續(xù)未完成的學(xué)習(xí)。

對(duì)于教師，需要了解每個(gè)學(xué)習(xí)者在各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便對(duì)班級(jí)所有學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行整體分析與評(píng)估。教師知識(shí)地圖與學(xué)習(xí)者知識(shí)地圖類似，這里的進(jìn)度是本班所有學(xué)習(xí)者完成該知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況。如圖2所示，教師可以查看某個(gè)知識(shí)點(diǎn)上的具體學(xué)習(xí)進(jìn)度數(shù)據(jù)。通過(guò)該表，教師可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)度較慢的學(xué)習(xí)者，有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施如學(xué)習(xí)督促、單獨(dú)輔導(dǎo)等。

圖2　教師知識(shí)地圖中學(xué)習(xí)者知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)進(jìn)度示例

除了上述學(xué)習(xí)進(jìn)度相關(guān)數(shù)據(jù)外，通過(guò)跟蹤挖掘?qū)W習(xí)者的其它學(xué)習(xí)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(kāi)發(fā)的Vi‐SION可視化學(xué)習(xí)工具，對(duì)web日志中導(dǎo)航行為記錄進(jìn)行分析，生成學(xué)習(xí)者基于整個(gè)課程的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)軌跡。根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)特征，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)軌跡以及知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源、自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑的精確推送。

3.學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)體系

在微課程學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)間、知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)順序的選擇、學(xué)習(xí)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(tǒng)課堂的學(xué)習(xí)方式下，學(xué)習(xí)者往往不清楚自己對(duì)于知識(shí)的掌握情況。目前，大多數(shù)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)通過(guò)測(cè)驗(yàn)來(lái)了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，這種方式的缺點(diǎn)一是評(píng)價(jià)主體單一，往往僅限于教師；二是評(píng)價(jià)結(jié)果不能精確到知識(shí)點(diǎn)。在基于知識(shí)地圖的微課程學(xué)習(xí)體系中，借助已建立的知識(shí)地圖框架，可以建立基于知識(shí)點(diǎn)的多元化評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

首先，評(píng)價(jià)主體應(yīng)當(dāng)包括學(xué)習(xí)者自身、同伴、授課教師團(tuán)隊(duì)；其次，評(píng)價(jià)內(nèi)容也應(yīng)是多元化的，除了傳統(tǒng)的包括作業(yè)、測(cè)驗(yàn)得分等在內(nèi)的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模塊外，還應(yīng)包括其它維度的評(píng)價(jià)模塊，例如學(xué)習(xí)態(tài)度評(píng)價(jià)模塊：包括學(xué)習(xí)者登錄系統(tǒng)次數(shù)、知識(shí)點(diǎn)累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間等評(píng)價(jià)項(xiàng)；學(xué)習(xí)活動(dòng)評(píng)價(jià)模塊：包括學(xué)習(xí)內(nèi)容完成情況、參與討論交流的情況、提問(wèn)以及主動(dòng)答疑情況等評(píng)價(jià)項(xiàng)；學(xué)習(xí)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)模塊：學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的反饋建議、學(xué)習(xí)資源的分享與傳播等評(píng)價(jià)項(xiàng)。評(píng)價(jià)項(xiàng)數(shù)據(jù)的來(lái)源是多層次的，包括來(lái)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以及同伴、學(xué)習(xí)者自身、教師等多角度的主動(dòng)或被動(dòng)反饋的信息。

教師選定評(píng)價(jià)模塊，制定各模塊的評(píng)價(jià)規(guī)則，構(gòu)成知識(shí)點(diǎn)及整個(gè)課程的評(píng)價(jià)體系。可以借鑒萬(wàn)海鵬等[9]提出的知識(shí)點(diǎn)掌握狀態(tài)計(jì)算公式來(lái)構(gòu)建學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。學(xué)習(xí)者在知識(shí)地圖上的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)得分為與該知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的各個(gè)評(píng)價(jià)模塊的得分總和，而每個(gè)評(píng)價(jià)模塊的得分為該模塊各評(píng)價(jià)項(xiàng)的得分之和。具體的計(jì)算公式如下：

其中，Score(Mj)為學(xué)習(xí)者在基本知識(shí)點(diǎn)Ki上的評(píng)價(jià)模塊Mj上的得分，Mωj為該評(píng)價(jià)模塊的權(quán)重；Score(Ik)為學(xué)習(xí)者在評(píng)價(jià)模塊Mj上的評(píng)價(jià)項(xiàng)目Ik上的得分，Iωk為該評(píng)價(jià)項(xiàng)目的權(quán)重。用上述公式計(jì)算出各單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的得分后，對(duì)于學(xué)習(xí)者在聚合知識(shí)點(diǎn)上的學(xué)習(xí)得分，用其本身及其子節(jié)點(diǎn)的加權(quán)得分之和來(lái)計(jì)算，其計(jì)算公式類似公式(1)。

學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)結(jié)果需要直觀地展示在知識(shí)地圖上，將學(xué)習(xí)者對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握水平根據(jù)上述計(jì)算的分?jǐn)?shù)進(jìn)行分類，比如分成三類：較好(分?jǐn)?shù)大于80分)、一般(成績(jī)介于60-80分之間)、較差(成績(jī)低于60分)，然后以三種不同的顏色來(lái)填充學(xué)習(xí)者知識(shí)地圖上對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，以便學(xué)習(xí)者及時(shí)了解學(xué)習(xí)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。同時(shí)，將學(xué)習(xí)者在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)上的掌握情況數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后以餅圖或柱形圖等方式展現(xiàn)在教師知識(shí)地圖上，方便教師反思教學(xué)設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語(yǔ)

知識(shí)地圖能夠?qū)崿F(xiàn)隱性認(rèn)知結(jié)構(gòu)的顯性化表征、顯性知識(shí)的結(jié)構(gòu)化及可視化表示，基于知識(shí)地圖將微課程學(xué)習(xí)中的用戶模型、學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)結(jié)果可視化，可以幫助學(xué)習(xí)者梳理知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，有效實(shí)現(xiàn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。同時(shí)，教師對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況把握有了具體、細(xì)節(jié)的可視化數(shù)據(jù)支撐，有利于其做出客觀、全面的評(píng)價(jià)。如何基于知識(shí)地圖構(gòu)建協(xié)作性可視化學(xué)習(xí)環(huán)境，促使學(xué)習(xí)者、教師共同參與知識(shí)的構(gòu)建，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中的主體地位，挖掘?qū)W習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的隱性數(shù)據(jù)并結(jié)合可視化工具進(jìn)行展示，以更加有效的方式促進(jìn)知識(shí)的記憶、理解、重組、建構(gòu)、應(yīng)用和創(chuàng)新，仍是值得研究的課題。

［1］胡鐵生，黃明燕，李民.我國(guó)微課發(fā)展的三個(gè)階段及其啟示［J］.遠(yuǎn)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 elearning［J］.Computers&Eduacation，2012，59（2）：353-364.

［4］Hall，R.h.，&O'Donnell，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］O'Donnell，A.M..Learning from knowledge maps：The effects of map orientation［J］.Contemporary Educational Psychology，1994（19）：33-44.

［7］［9］萬(wàn)海鵬，李威，余勝泉.大規(guī)模開(kāi)放課程的知識(shí)地圖分析——以學(xué)習(xí)元平臺(tái)為例［J］.中國(guó)電化教育，2015（5）：30-39.

［8］陳方華，趙蔚，姜強(qiáng).可視化技術(shù)在e-learning系統(tǒng)中應(yīng)用的國(guó)外研究現(xiàn)狀及啟示 ［J］.現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2015（2）：67-73.

（編輯：郭桂真）

中國(guó)分類號(hào)：G434A

1673-8454（2016）06-0023-03