多模態知識圖譜的個性化MOOC課程構建與應用

伍宏玨

摘 ?要：文章以MOOC在線平臺為依托，提出多模態知識圖譜理念，即利用知識實體和基層之間的關聯關系構建的“知識實體—關系—知識實體”三元組。針對多模態數據資源的融合最終完成個性化MOOC課程搭建。通過具體教學實踐來證明，要想提高學生在MOOC上的學習積極性、學習效率，利用多模態知識圖譜對MOOC課程進行個性化建設是很好的選擇。

關鍵詞：知識圖譜;多模態;MOOC課程;個性化

中圖分類號：G642.4 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2021）47-0064-03

隨著信息時代的飛速發展，MOOC已在全球成為一種教育流行趨勢。它打破了傳統的課堂以教師為中心、學生被動學習的填鴨式教學模式，并且MOOC也因開放性、教學元素多元化等優點影響著各國教育產業再一次重大革新。

我國教育部出臺的《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》要求嚴格本科教育教學過程管理，淘汰“水課”，打造“金課”[1]。全國高校也都正積極推廣，借助MOOC等多種教學平臺讓越來越多的學生可以真正實現自主選課、自主學習。后疫情時代，未來教育方式將會發生翻天覆地改變，教育改革變得迫在眉睫。未來學習者有更多的話語權，他們可以根據自己的具體情況任意選擇所需要聽的課程和喜歡的教師，還可以合理安排適合自己的教學進度和學習推薦方案。這才是一種學習者想要的學習模式。教學平臺需要能夠通過協同過濾等算法為每個學習者提供更加個性化的學習路徑推薦。

當前隨著MOOC的推廣和普及，人們會發現在平臺上某些熱門課程有時會達十幾種之多，不但沒有滿足學習者深度學習的需要，還會出現完成率降低、課程資源重復開發，跨平臺銜接難度增加，在線學習效率低下等眾多問題。這主要是由于：（1）很多在線學習者選擇某一門課的單個MOOC課程學習，只關注它上面提供的有限學習資源，而無法做到學習更深層面的擴展;（2）很多在線學習者在線學習時間不長，有些人甚至中途放棄學習，是因為目前很多學習平臺上的MOOC課程只是把關鍵的知識點連接起來，但并沒有提供有效的引導和課程資源推薦，這對剛入門學習這門課程的在線學習者來說，很難選擇適合的學習路徑進行學習;（3）沒有相應的評價體制，很多MOOC課程的制作者僅僅把自己已有的資源發布在平臺，而不去考慮平臺重復率、高質量問題，更沒有配套的評價體制來衡量在線學習者最終學習情況，在線學習者不能通過平臺獲取想要的考評結果，也會直接影響學習者對MOOC課程學習的效率[2-3]，降低學習熱情。

知識圖譜是一種用實體、實體屬性、實體關系來描述知識體系，所有數據被制作成一副有前后關聯的有向圖。確切來說，知識圖譜就是一門交叉學科，把復雜的知識域用數學算法、圖形圖像處理、信息可視化分析等技術來分析，挖掘知識域中所蘊含的規律，還能通過專業軟件繪制并展示知識領域里的發展過程與領域內外一些關系組織結構圖。如果能把知識圖譜的教學思想理念融入MOOC課程在線學習平臺中，就可以把不同課程當作一個個節點，課程的先修、后修關系用課程與課程之間的有向邊來表示連接，這就可以形成一個完成的課程知識圖譜。它就像一張課程導圖，在線學習者通過它從全局的角度來了解整個專業的知識體系、發展方向以及課程之間的關聯關系。它還能為在線學習者提供良好的引導作用，在線學習者可以根據它，結合自己曾經學習過的課程、正在學習的課程及自己的個人興趣愛好，來規劃下一步的學習。幫助在線學習者更好地掌握專業內容，提高學習效率[4]。

利用多模態知識圖譜來協助個性化MOOC課程構建，可以用圖譜的表達方式很好地展現課程與課程之間，或者某門課程內部眾多知識點之間的關聯關系。

一、多模態知識圖譜

多模態知識圖譜[5]具有導航、關聯、框架結構等特性，能夠為MOOC課程構建提供以知識實體為核心、非線性組織方式的多模態課程資源。以多模態知識圖譜作為MOOC在線課程的基礎資源，通過課程知識實體、實體與實體之間的關系來構建MOOC課程組織結構，從而實現多模態課程資源的跨平臺檢索與融合是個性化MOOC課程建設的精髓。它使在線學習者在海量課程資源里得到多模態學習資源，達到精準的個性化學習。因此，對MOOC在線平臺課程進行個性化構建的核心正是要構建多模態知識圖譜。

在線平臺中的MOOC課程設計成由視頻、圖像、文本等多模態方式構成，由在線測試、在線作業、在線討論、微視頻等部分組成。面向多模態MOOC課程的知識圖譜，是以抽取課程資源中的知識實體為節點，根據課程相關的知識實體間層級關系，融合多媒體知識實體生成的“知識實體—關系—知識實體”三元組，依據這些三元組生成表示MOOC課程知識實體間相互關系的多模態知識圖譜[6]。MOOC課程中不同知識實體之間的層級關系是以課程名為起始節點，以各知識實體所在的節點與起始節點及其相關節點之間的關系來表示。

（1）課程中主要知識點用知識圖譜形式呈現關聯關系，形成條理清晰、準確完整、專業系統的網狀圖形。這種網狀圖形可以讓在線學習者迅速理清課程知識點間的關聯，有助于熟悉學習課程的框架結構。

（2）多模態知識圖譜不局限傳統的文字元素，融入視頻、文字、圖片等多種形式，使課程內容變得更加豐富、多樣化，方便在線學習者更容易理解和接受。

（3）多模態知識圖譜增加了課程建設者與在線學習者的多模態在線學習互動環節，包括有課程建設者與學習者的互動、學習者與學習內容的互動和課程建設者之間的教學互動。這樣會留給課程建設者更大創作空間，讓在線學習者的學習熱情高漲。

二、多模態知識圖譜的MOOC課程構建

在對構建多模態知識圖譜的主要步驟熟悉后，就可以理順多模態知識圖譜中的節點與知識實體在MOOC課程平臺資源中的關系，還可以把不同課程里檢索到的多種資源進行整合，最終可以得到一個由相同或者相似課程聚集在一起有關系網的MOOC新課程。

文章以軟件工程課程為例，構建多模態知識圖譜的MOOC新課程，其中以課本、教學大綱和MOOC中的平臺資源作為主要信息來源。（如圖1所示）

為了構建一個完整的軟件工程課程多模態知識圖譜，首先需要針對該課程進行獨立知識點的羅列，定義相關屬性;再針對屬性值進行多模態資源的抽取，針對有關聯關系的知識點進行挖掘，找出它們之間的內部關系，構建一張關系圖后，就能完成完整多模態知識圖譜的構建。

（一）知識點圖譜構建

知識圖譜具有知識檢索和可視化的功能，基于多模態的資源學習，可以將各個知識點的屬性和相互之間的前后關聯關系以有向圖形式體現出來，在檢索某個特定知識點時，還可以將與該知識點相關的信息、資源以及與之關聯的其他知識點也展示出來[7]。假設要為軟件工程課程構建知識圖譜，可以首先把軟件工程教材里的知識點羅列出來作為核心，結合教學大綱和培養計劃要求，理順軟件工程課程知識圖譜的主心骨，進一步構建知識圖譜中的知識點主干。為了方便概括知識點和相應屬性值進行下一步知識抽取及多模態資源數據的整理，還需要采用教學目標、教學重難點、難易程度和教學背景等作為知識點的附加屬性。

（二）知識抽取及多模態資源數據整理

個性化教學需要做到個性化培養，因材施教，數據收集整理需要體現出來。以軟件工程課程為例，該門課程以知識圖譜為基礎，多模態資源數據包括：（1）文字性數據資料。這些數據主要從課本、教學大綱、教學計劃等方面獲取。（2）案例項目資源。由于課程的特殊性，開發項目案例是課程的精髓，占重要地位，可以從課本、網絡中獲取項目資源。（3）多模態數據。不僅僅包括文本數據，包括與知識點相關的圖片、音頻和視頻等文件。這些可以直接從網絡中下載提供給學生使用，也可以由教師制作成微視頻或者音頻文件，發布在相應的MOOC平臺中。另外平臺上收集到的考題資料放在試題庫中，根據部分知識點匯總而形成的課堂練習試卷需要以教學內容和考核目標為前提要求。為了讓教師進一步掌握在線學習者的在線答題情況，方便今后的有針對性教學，也為了方便在線學習者更深入了解自己的學習情況，系統復習薄弱環節，學習平臺需要在學習者每次作答完成后，及時給出分數和每道題的講解，盡可能地根據每位同學答題情況給出反饋，總結歸納知識點的掌握情況。

（三）知識點關聯關系深度挖掘

學好一門課程，要挖掘每個知識點的前后關聯關系，例如前序課程、后續課程、相近知識點和易混淆知識點等，這對構建層次的知識點結構圖很關鍵。個性化課堂教學就需要根據指定的教學目標和教學內容，以整體知識圖譜為依托，生成對應的某章節網狀圖，該網狀圖形的中心知識點是主要講解內容，根據知識點之間的前后關系（前序課程、后序課程、相近知識點、易混淆等）組織課堂教學內容[8-11]。對于相近知識點的內容可以在MOOC教學平臺上放一起對比學習，讓學生對這類問題進行強化練習;而易混淆的知識點，則可以幫學生羅列出來，以便學生學習時區分，通過MOOC資源弄清易混淆知識點間的不同之處和相互之間的關聯，提高學生的區分能力。知識圖譜中的多模態信息可以鏈接到課程對應的知識點目錄下，在線學習者在自主學習時可把圖譜作為主線索，查找相應資源，為線上線下教學提供豐富資源。

三、結語

本文以“軟件工程”課程為例，將知識圖譜應用到教學過程中，以學科知識點為實體，從課本、教學大綱及網絡上抽取的相關屬性信息以及多媒體資源，構建多模態知識圖譜的個性化MOOC建設。在實踐教學過程中，將270名選修“軟件工程”課程的同學按班級分成兩組進行測試比較。第一組學生通過重新構建的多模態知識圖譜個性化MOOC課程在線學習，另一組學生采取老式方式隨機在線學習。通過實驗比較證明，第一組同學的輟學率明顯降低，在線學習時間增長，課程考核通過率明顯提高。進一步證明了新型多模態知識圖譜的個性化MOOC學習可以實現個性化學習，能夠幫助學習者更方便收集所需課程資源，優化個性化學習的路徑，快速提高學習者的學習效率和學習效果。

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（薦稿人：姜火文，江西科技師范大學教授）

（責任編輯：汪旦旦）