基于语义技术的微课资源建设初探

岳俊芳+陈逸

【摘 要】

碎片化、微型化学习资源是基于移动通信技术和智能终端设备的泛在学习发展的需要。微课是基于单个知识点、微型、完整的教学单位。基于语义本体技术和语义关联技术构建微课，使微型学习资源具有内在的逻辑关系，既迎合了现代人快节奏生活和碎片化、非正式学习的需要，又使海量的碎片知识网络化、系统化，成为在职成人继续学习的重要组成部分。文献调研表明，国内对基于本体技术的微课研究尚处于起步阶段。围绕基于语义本体技术构建学科领域知识本体库、以本体为基础构建微课、基于语义关联技术将碎片化资源系统化这几方面展开论述，在此基础上以“西方经济学”这门课程为例进行了相关实践，以期促进行业的发展和思考。

【关键词】 泛在学习；碎片化学习；微课；语义技术；知识本体

【中图分类号】 G434 【文献标识码】 B 【文章编号】 1009-458x（2017）07-0051-07

一、泛在學习对微型学习资源的需求

移动通信技术的迅猛发展和智能终端的大规模普及使人们的学习方式发生了较大改变。利用移动互联网和智能终端设备，可以在任何时间、任何地点学习或获取所需的任何信息，这种学习方式强调学习与日常工作和生活的无缝结合，被称为泛在学习（Ubiquitous Learning， UL）。根据二八定律，人类80%的知识是通过非正式学习获取的，由具体问题或情境引发的泛在学习方式是可持续终身的非正式学习方式（杨欣， 2010）。泛在学习最大的特点是泛在性和适时性，所以资源必须短小、精悍，适合小屏化的移动终端展现，以满足人们随时随地碎片化学习需求。微型学习资源正是遵循低认知负荷原则建设的小粒度学习内容，有助于维持学习者在零碎时间里进行非正式学习的学习兴趣和连续注意力，真正实现学习与生活无缝结合（余胜泉， 2009）。

二、语义本体技术与微课

主题单一、粒度较小的微型学习资源能适应碎片化非正式学习的需要，但海量微型资源的组织与管理直接影响着泛在学习的效率与效果。现有e-Learning资源多是非结构化的信息资源，资源描述不规范，缺乏内部关联性，不能自动识别，存在检索准确率低等问题（杨现民， 2014）。语义 Web 强调对网络资源附加可供机器理解和处理的语义信息，并形式化地定义领域内相关知识之间的关系。基于语义建设资源可将海量的碎片化学习资料通过内部的语义关系关联起来，便于学习者在碎片化时间里系统地学习和掌握整体学习内容。

（一） 基于本体技术的微课研究现状

基于CNKI数字论文库，以“微课”为关键词检索，检索到从2011年微课这一概念诞生至今相关论文7，427篇，可见微课已成为近几年的研究热点。以“本体”为关键词，检索到2003年以来的8，989篇文献，可见，有关本体技术的研究也进行得如火如荼。但以“微课”和“本体”作为共同关键词，仅检索到1篇发表于2016年的论文，主题是通过本体构建知识地图实现微课知识管理形式的变革；以“微课”相近的概念“微型学习资源”和“本体”共为关键词，没有检索到相关论文；以“学习元”为关键词，检索到相关论文58篇，以北京师范大学余胜泉教授及其团队基于语义技术的学习元相关研究为主。该类文献与本主题相关，都是通过本体技术构建微型学习资源及相互关系，以适应移动学习、泛在学习等碎片化学习的需要，但学习元的研究主要是理论框架的搭建，具体的实践案例较少。可见，虽然本体与微课都已成为相关领域的研究热点，但把二者结合起来进行研究还很少，处于起步阶段。基于本体技术可以方便地建构微课知识点之间的内部逻辑关联，将碎片化的知识整合成知识网络。

（二）本体与社会化协同建构

本体技术是语义Web的核心技术。所谓本体是指领域概念的结构化规范，是概念及概念间关系的形式化定义与规范说明，是从客观世界中抽象出来的相关概念，每个概念都被明确定义且以计算机能读取的方式形式化和标准化，更易于共享（杨现民， 2014）。简言之，本体是某一领域的公共词条，由若干概念及其关联关系构成的、反映事物的本质和公众共同认可的知识。

学科领域知识本体库的构建是一项非常庞大的工程，必须遵循行业标准和规范，计算机才能理解其中的关键性概念，实现知识的重用和共享。本体一般通过类型（概念或原理）、属性（数字或文本）、关系和实例形式化地表示出来（谢明凤， 2012）。构建学科领域本体包括确定本体域和范围、考虑已有本体复用、列举术语、定义类和等级结构、定义属性、定义约束、生成实例（顾宗连， 2009）。定义类和等级结构，即抽取本体的概念并确定概念间关系的过程，先是自上而下建立领域知识的层级结构，然后建立事物和数据类型关联，使计算机可以通过逻辑推理判断某个体是否属于某子类。为保证本体的语义描述规范和逻辑关系正确，一般需要引入学科领域专家对本体进行修正，因为只有对学科领域知识体系及内部逻辑关系全面把握才能保障学科知识本体库的有效建设（谢明凤， 2012）。

由于知识的爆炸性增长，为满足各类学习者的个性化需求，社会化学习资源构建鼓励所有用户参与和共享。语义网领域的学者提出了领域本体知识库的社会化协同构建思想，倡导用户和专家协同创建学科领域本体库。基本思路是创设知识本体的协同创作环境、提供知识本体构建工具（如Protégé）、开放本体编辑创建权限、所有用户均可参与创作、多终端数据共享、系统实时监控以及领域专家审核管理（张媛， 2007）。由于知识背景不同，不同用户创建的知识本体良莠不齐，需要学科专家的审核、修正与规范，不合格的本体不断被淘汰，趋于稳定的公认知识本体不断被补充，使领域知识本体库不断丰富和完善（杨现民， 2014）。

（三）基于本体构建的微课结构图

微课是将教学内容拆分成微小的知识点，针对单个知识点或单一主题开展教学活动的微型课程。基于本体构建的微课知识点来源于学科领域知识本体库，一个微课可能对应一个概念或原理，再辅之以学习策略和学习活动，即构成完整的微型教学单位。源于本体库单个或若干本体构建的微课，一般由课程知识本体层、学习策略层、学习活动层、人际关系网络层和资源拓展层共同构成（如图1所示）。endprint

·课程本体层：单个或多个本体构成微课知识点，本体间存在逻辑关联，可用于学习导航。

·学习策略层：学习指导层，阐述微课目标、内容、学习方式、考核方式等内容。

·学习活动层：包含文本、音视频、作业、测试等，构建学习路径。

·人际关系网络层：师生、生生互动交流层，提供实时沟通工具。

·资源拓展层：对应学科领域本体库，是微课知识内容的补充与拓展。

由于学科知识体系庞大，基于知识分割与知识本体的微课是海量的。要从海量微课中获取所需内容，需要利用微课知识点之间的逻辑关联来准确定位。微课的精准语义描述及基于本体的语义关联必不可少。

（四） 微课的关联与聚合

现有e-Learning 资源主要通过超链接形成外部关联，缺乏内在的逻辑关联性。微课承载的知识点来自知识本体，由于本体之间存在内在逻辑关系，所以基于本体的微课之间存在着基于语义的逻辑关联，具有相同或相似主题、语义上高度相关的多个微课可以通过关联与聚合构建更大的主题单元（杨现民， 2012）。每个微课仅是整个知识网络结构中的一个节点，学习者可以利用本体概念之间的关系实现微课的精确检索、推荐与聚合。

余胜泉（2014）指出，通过语义聚合，将承载知识零散、不成体系的多个微课联系起来可形成包含素材、微课、微课群和微课云四层次学习资源（如图2所示）。素材是指基于语义技术构建的学科领域知识本体；微课是以本体知识点为核心、配备教学活动而成的微型教学单元。单个微课可由若干素材构成，多个小粒度的微课基于内部的语义关系聚合成微课群，多个微课群又可聚合成更大的主题单元——微课云。根据本体之间的逻辑关系，微课之间也可形成平行、前驱、后续、相关等语义关系。具有明显前驱、后续语义关系的微课聚合成了有序知识链，一般需要学完前驱的微课知识才能转入后续的内容学习。微课之间的逻辑关系在一定程度上起到知识导航的作用，有助于减少网络学习中的“迷航”（杨现民， 2014）。微课基于语义的关联与聚合实现了资源内容从线性、树状组织到网状关联的重大转变，知识点通过内部的逻辑关系关联起来，散而不乱，既迎合了碎片化泛在学习需要，又有助于学习者系统、全面地进行知识建构。

三、网上人大基于语义本体技术的微课建设

（一）“西方经济学”学科领域本体库建设

网上人大在综合分析各学科特点与性质之后，选定“西方经济学”这门课程来构建学科领域知识本体库，该学科与社会科学其他分支比较接近，具有复杂性、依赖性、主观性、难验证性等特征。文献调研表明，国内外在经济学领域本体的建模和应用，因具体的目的不同，差异很大，大多处于理论探索和初步实验阶段，尚无成熟、稳定的应用案例可资借鉴（顾宗连， 2009）。

网上人大选择了社会化本体编辑工具web protégé自建课程知识本体库，由熟练掌握本学科知识且熟悉本体构建过程的领域专家主导，开放了用户编辑权限，专家与辅导教师等多人协同创作实现其进化。本体的生长和完善属于自顶向下的本体构建过程。其中类（概念）、实例、属性是本体共同的基本元素，基本步骤是先列出本体中的重要术语，接着定义类（Class）和类的等级体系（Hierachy），再定义类的属性，最后创建每个类的实例，并添加其属性值。经济学领域的本体一级概念如图3所示，thing代表根目錄。

第一步，列出“西方经济学”课程的重要术语——公认概念集，包含了数百个概念知识点。运用protégé构建的本课程主要知识概念及关系如图4所示。例如“市场”这一本体术语，与“供给”“需求”“产品市场”“要素市场”“垄断”“完全竞争市场”“市场失灵”等都存在逻辑关系，部分属于“市场”的子类，部分与“市场”可能属于平行或后续的逻辑关系。

第二步，创建单个知识本体 ，以“消费者行为理论”这个知识点为例，运用protégé本体构建工具进行的本体描述如图5所示，要列出本概念与其他概念的逻辑关系，例如该理论是“价值理论”的子类（subclass），或者说“价值理论”是“消费者行为理论”的上一层级，而“消费理论”“失业理论”“投资理论”“货币理论”等又是本概念的子类。Equivalent等位关系描述表明，该理论可用于“分析部分消费者”，也可用于“分析买方”和“分析需求方”；“价值”和“偏好”等members则是本体概念的具体实例。通过这种概念及其关系的描述和界定，计算机能自动识别概念间的逻辑关系，学习者可以精准定位学习内容和学习路径。

本课程数百个概念知识点都采用此方法进行本体构建和属性描述，形成了本课程的概念本体及相互关系知识库，为基于语义本体构建微课奠定了基础。

（二）“西方经济学”微课建设

以“西方经济学”课程知识本体库为基础，围绕单个概念本体，结合相应的教学策略和教学活动，即可构建具有内在语义关系的微课程。例如“消费者行为理论”微课以“消费者行为理论”这个本体为基础，提供学前指导，建设音视频讲解和对应文字介绍，提供相应的作业、练习、拓展资源和便捷的师生、生生移动沟通交流工具，即具备基本的微课雏形。网上人大的“西方经济学”微课主要包含了学前指导、课程学习、作业中心、资源中心、交流园地和考试中心六个栏目。根据课程本体知识的关联聚合程度，若干存在内在关系的微课还可组合成模块——“微课群”或“微课云”。如图6所示，根据主题聚合程度，“西方经济学”课程共包含十个模块，若干微课群的组合构成了这门学科的完整知识体系，既满足了学习者移动碎片化学习的需要，又保证了知识学习的全面性、系统性，不仅可用于非正式学习，在基于网络的远程学历教育中也可广泛应用。

（三）基于语义的微课知识地图

泛在学习环境中，海量微课的呈现需要一种新型的资源组织形式。知识地图是一种智能化的知识管理工具，以可视化的方式展现知识的结构和内在关系，将资源及其关系连接起来形成一种动态可变的网络结构，给用户提供一个知识结构概貌，起到知识导航的作用。基于语义Web技术和本体库构建的微课，单个微课呈现的是碎片化、单一知识，通过本体知识点的语义关联有助于学习者把碎片化知识点串联起来，达到系统学习的目的。微课知识地图正是将微课及其关系可视化展现的良好工具。常用方法是运用protégé或相关工具生成OntuoGraf图，可以按照任意粒度来可视化本体中的概念及关系。学习者可根据兴趣爱好、学习水平或需要，从微课知识地图中任一粒度开始，选择个性化学习路径和学习策略，从单个本体进入相应微课的学习。以“效用论”为例，本体及其代表的微课知识点之间的关系如图7所示。endprint

（四）学习者评价

“西方经济学”微课还在研发阶段，在正式投入使用前，笔者将“消费者行为分析”这一模块在北京地区的近千名经济学专业学习者中进行了试验推介，试验两周结束后进行了随机问卷调查，调查主题是“该类微课给你带来了怎样的学习体验”，收集有效问卷93份。学习者反馈数据如表1所示。

从表1的数据可以看出，学习者整体体验良好，91%学习者认同此类微课满足了碎片化学习需求，学习可随时发生；78%学习者肯定了知识地图将微课化整为零；67%的学习者认为导航给力，微课知识点再多也不会迷航；仅有43%学习者认为课内搜索精确。

针对开放式问题“本微课哪些功能需要改进”，学习者的反馈如图8所示。57%的学习者认为课内搜索还需要更精准定位。目前，输入关键词后，相关的微课、学前必备知识、下一步学习内容都一一呈现，但跟微课相关的背景资料、作业、练习等却未在搜索结果中呈现；49%的学习者希望此类微课形式在所有课程推广；37%的学习者希望提供手机实时答疑功能。

总的来说，基于语义网开发微课的实践能实现基本预想，满足碎片化泛在学习的需要，且将线性的知识网络化、可视化。由于整个学科领域的知识本体库建设还不够成熟，知识地图、语义检索及相关功能都还需要进一步完善。

四、小结

微课作为一种学习主题集中、微型化、碎片化学习资源，适于在智能终端设备呈现，主要应用于以手机等移动设备为支撑的移动学习、泛在学习领域。通过语义技术构建微课，实现了微课知识的内部逻辑关联，促进了语义搜索的精准化和碎片知识的网络化和条理化，不仅适用于各类非正式学习场合，也可广泛应用于成人继续教育的正式学习领域，成为现有网络远程教育的补充与延续。本文是基于语义技术构建微课资源的浅显思考与初步实践探索，自主研发的案例课程还在实践进程中，实践效果还有待进一步评价。对基于语义技术构建的微课教学效果评价将是本课题下一步的研究方向。

[参考文献]

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张媛，孙新. 2007. SOBM中社会化本体协同开发机制研究[C]. 北京：全国语义Web与本体论学术研讨会.

收稿日期：2016-11-10

定稿日期：2017-05-08

作者简介：岳俊芳，博士，副教授，副院长；陈逸，在读硕士，网教部研究专员。中国人民大学继续教育学院（100083）。

责任编辑 韩世梅endprint