顏慧

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；知識(shí)圖譜；個(gè)性化學(xué)習(xí)；Java程序設(shè)計(jì)

0 引言

混合式教學(xué)的開(kāi)展與實(shí)施依托于線上課程教學(xué)資源，全面提高課程質(zhì)量、優(yōu)化課程知識(shí)體系的設(shè)計(jì)、構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的線上課程教學(xué)資源是有效提升混合式教學(xué)實(shí)施效果的關(guān)鍵。在混合式教學(xué)中，建設(shè)線上課程資源是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，使用優(yōu)質(zhì)的線上課程資源及良好的課程資源組織方式能較好地提升教學(xué)效果。傳統(tǒng)的課程資源通常包括微課視頻、課件、習(xí)題及相關(guān)的文檔等，課程資源的組織模式通常是按照教材章節(jié)進(jìn)行劃分和組織，然后再在對(duì)應(yīng)的章節(jié)下面進(jìn)行課程資源的建設(shè)，是一種扁平化的資源組織模式。

這種傳統(tǒng)的扁平化的資源組織模式，存在以下問(wèn)題：

1） 學(xué)習(xí)者較難構(gòu)建出完整的知識(shí)體系

在傳統(tǒng)的線上資源的建設(shè)和組織模式中，由于知識(shí)點(diǎn)按樹(shù)形結(jié)構(gòu)或線性結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，所有的知識(shí)點(diǎn)都從屬于某一章節(jié)，知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系呈現(xiàn)出一種平面化的結(jié)構(gòu)。而實(shí)際上，有些知識(shí)點(diǎn)不僅和本章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)之間存在聯(lián)系，也可能與其他章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)存在聯(lián)系，而傳統(tǒng)的這種扁平化的知識(shí)點(diǎn)的組織方式，無(wú)法將知識(shí)點(diǎn)之間的這種錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系呈現(xiàn)出來(lái)。而知識(shí)點(diǎn)的扁平化，也導(dǎo)致了與知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)資源的扁平化，使得課程教學(xué)資源比較零散，無(wú)法建立彼此間的聯(lián)系，從而不利于學(xué)生構(gòu)建完整的課程知識(shí)體系。

2） 不便于學(xué)習(xí)者在海量的資源中精準(zhǔn)搜索所需要的資源

傳統(tǒng)線上課程資源的粒度較粗，沒(méi)有細(xì)化到每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課程資源的建設(shè)；而且課程資源較為零散，也沒(méi)有提供良好的檢索方式，學(xué)生較難從大量、雜亂的資源中去快速并且精準(zhǔn)地獲取到自己所需要的知識(shí)點(diǎn)課程資源。

3） 不能很好地滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)、因材施教的要求

例如，學(xué)生某個(gè)知識(shí)點(diǎn)沒(méi)掌握好，可能是因?yàn)槠淝爸弥R(shí)點(diǎn)沒(méi)掌握好而導(dǎo)致的，但在傳統(tǒng)的課程資源組織方式中，學(xué)生無(wú)從得知某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的前置知識(shí)點(diǎn)是什么，從而無(wú)法自行進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的查缺補(bǔ)漏，從而就談不上自主學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)和因材施教。

因此傳統(tǒng)的課程資源建設(shè)方式，存在一定的弊端。隨著時(shí)代的發(fā)展，迫切需要有一種新型的課程教學(xué)資源建設(shè)的新模式，來(lái)滿足學(xué)生對(duì)于自主學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)的新需求?；谝陨咸岢龅膯?wèn)題，近年來(lái)提出的教育知識(shí)圖譜能較好地解決上述教學(xué)痛點(diǎn)。

1 課程知識(shí)圖譜

1.1 知識(shí)圖譜

知識(shí)圖譜是人工智能及大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，最早由谷歌于2012年提出[1]。知識(shí)圖譜是一種知識(shí)表示、管理和組織的模型，本質(zhì)是一種語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，使用圖結(jié)構(gòu)來(lái)表示知識(shí)，圖中的節(jié)點(diǎn)表示實(shí)體或者概念，邊表示實(shí)體或者概念之間的關(guān)系。知識(shí)圖譜將知識(shí)使用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，使用可視化技術(shù)描述知識(shí)及它們之間的關(guān)系，建立知識(shí)體系并挖掘和展示知識(shí)的隱形關(guān)系，給人類(lèi)提供了一種更易于組織、管理和理解知識(shí)的模式。知識(shí)圖譜是人工智能的基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用場(chǎng)景包括搜索引擎、智能推薦、智能問(wèn)答等。知識(shí)圖譜可以分為通用知識(shí)圖譜和領(lǐng)域知識(shí)圖譜，通用知識(shí)圖譜由百科知識(shí)和常識(shí)知識(shí)等構(gòu)成，領(lǐng)域知識(shí)圖譜則是由專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)構(gòu)成，在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活等各方面起著重要的作用。

1.2 課程知識(shí)圖譜

教育知識(shí)圖譜是知識(shí)圖譜在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。

教育知識(shí)圖譜將大量零散的、多模態(tài)的各類(lèi)教育資源與各實(shí)體關(guān)聯(lián)起來(lái)構(gòu)建語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，它側(cè)重實(shí)現(xiàn)知識(shí)與教育資源之間的關(guān)聯(lián)，展示了知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。沈紅葉[2]等人歸納了教育知識(shí)圖譜的應(yīng)用場(chǎng)景，包括學(xué)習(xí)者畫(huà)像構(gòu)建、學(xué)情分析與評(píng)價(jià)診斷、學(xué)習(xí)資源推薦、個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、智能化管理、知識(shí)問(wèn)答系統(tǒng)等。

教育知識(shí)圖譜是教育資源的載體，是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的技術(shù)手段，可以更好地輔助教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。教育知識(shí)圖譜的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1） 網(wǎng)狀的資源組織模式，可以將零散的教學(xué)資源與知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)在一起，并整合了多種模態(tài)的教學(xué)資源，包括視頻、課件、習(xí)題等多種類(lèi)的教學(xué)資源。

2） 其語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的形式，能將知識(shí)點(diǎn)之間、知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)資源之間的關(guān)系準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，能夠構(gòu)建出完整的學(xué)科或課程知識(shí)框架。

3） 教育知識(shí)圖譜是實(shí)現(xiàn)教育智能化的先進(jìn)技術(shù)，提供了用戶畫(huà)像、個(gè)性化推薦、行為預(yù)測(cè)、精準(zhǔn)分析、決策支持等技術(shù)手段。

教育知識(shí)圖譜的常見(jiàn)形式有學(xué)科知識(shí)圖譜和課程知識(shí)圖譜。學(xué)科知識(shí)圖譜是以可視化的形式揭示學(xué)科發(fā)展歷程與學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[3]，可用于輔助學(xué)科建設(shè)，也可以用于學(xué)科教學(xué)和學(xué)習(xí)。而課程知識(shí)圖譜則用于展示單門(mén)課程的知識(shí)脈絡(luò)，主要用于輔助課程教學(xué)和學(xué)習(xí)。

2 課程知識(shí)圖譜的構(gòu)建

2.1 構(gòu)建方法

知識(shí)圖譜的構(gòu)建的關(guān)鍵步驟包括命名實(shí)體識(shí)別取、關(guān)鍵詞抽取、概念關(guān)系抽取三個(gè)步驟[4]。命名實(shí)體一般是代表人名、地名、機(jī)構(gòu)名稱等的單詞或者短語(yǔ)，命名實(shí)體識(shí)別就是從語(yǔ)料庫(kù)中通過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析、挖掘等方法識(shí)別出有哪些命名實(shí)體。關(guān)鍵詞抽取是提取出用于描述命名實(shí)體的一組具有代表性的短語(yǔ)，一般用于表示命名實(shí)體的屬性。概念關(guān)系抽取是對(duì)命名實(shí)體之間的關(guān)系進(jìn)行識(shí)別和判定。

在構(gòu)建課程知識(shí)圖譜時(shí)，命名實(shí)體對(duì)應(yīng)課程中的知識(shí)點(diǎn)，也就是課程中的概念、術(shù)語(yǔ)等實(shí)體。課程概念的抽取來(lái)源主要包括教材、課程教學(xué)大綱、授課視頻、課件、習(xí)題等教學(xué)資源，以及維基百科等外部知識(shí)庫(kù)。概念關(guān)系抽取則是提取課程知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，主要包括先修關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系等。

知識(shí)圖譜的構(gòu)建方法有自底向上、自頂向下以及二者混合的方法。自底向上的方式是指從海量的信息中抽取實(shí)體、屬性及實(shí)體之間的關(guān)系，先構(gòu)造數(shù)據(jù)層；再逐步向上抽象進(jìn)行本體的構(gòu)建形成模式層。自頂向下的方法是先構(gòu)建知識(shí)圖譜的模式層，通過(guò)本體學(xué)習(xí)，從最頂層的概念開(kāi)始構(gòu)建頂層本體，再通過(guò)實(shí)體學(xué)習(xí)將通過(guò)知識(shí)抽取得到的實(shí)體與模式層本體進(jìn)行融合。

構(gòu)建課程知識(shí)圖譜，可以采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化或半自動(dòng)構(gòu)建，也可以通過(guò)領(lǐng)域?qū)＜胰斯みM(jìn)行構(gòu)建。黃超[5]通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行課程知識(shí)圖譜中課程概念的抽取，并使用算法進(jìn)行課程關(guān)系抽取。黃煥[6]等人在構(gòu)建Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程知識(shí)圖譜時(shí)，采用了自頂向下的方式構(gòu)建課程知識(shí)圖譜，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了分析，定義“課程”“章”“節(jié)”“知識(shí)點(diǎn)”四種類(lèi)，并定義了“包含”“相關(guān)”“邏輯依存”三種關(guān)系，構(gòu)建了Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程知識(shí)圖譜。

本文在構(gòu)建Java程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)圖譜時(shí)，采用了自頂向下的方式進(jìn)行構(gòu)建，但并沒(méi)有直接按照章節(jié)來(lái)劃分知識(shí)點(diǎn)，而是將教學(xué)內(nèi)容按照模塊來(lái)進(jìn)行劃分，先將內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)劃分為一個(gè)模塊，再劃分知識(shí)點(diǎn)，然后建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，最后建立課程教學(xué)資源與知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)。

2.2 具體構(gòu)建流程

具體構(gòu)建流程如下：

1）資源及工具準(zhǔn)備

首先要建設(shè)好課程知識(shí)圖譜所需要用到的學(xué)習(xí)資源，包括課程微視頻、課件、習(xí)題庫(kù)、參考資料文檔等，將學(xué)習(xí)資源部署在線上教學(xué)平臺(tái)上；其次要選擇構(gòu)建課程知識(shí)圖譜的工具。本文使用超星智慧教學(xué)平臺(tái)來(lái)部署教學(xué)資源，統(tǒng)一在超星平臺(tái)上建設(shè)了各類(lèi)教學(xué)所需的線上資料，并選擇了超星教學(xué)平臺(tái)中的知識(shí)圖譜工具作為構(gòu)造Java程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)圖譜的工具。

2） 梳理知識(shí)層次結(jié)構(gòu)

參照多本教材目錄，梳理Java程序設(shè)計(jì)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，厘清概念的層級(jí)關(guān)系，按照內(nèi)容的聚合度劃分模塊，共劃分出“Java 語(yǔ)言概述”“Java 語(yǔ)言基礎(chǔ)”“Java面向?qū)ο蠡A(chǔ)”“Java高級(jí)特性”“異常處理”“輸入輸出流”“常用工具類(lèi)”等7大模塊，作為最上層的概念；然后在各模塊內(nèi)再梳理出各知識(shí)點(diǎn)，先以思維導(dǎo)圖的形式將各知識(shí)點(diǎn)及各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系以樹(shù)形結(jié)構(gòu)展示出來(lái)。

在梳理課程知識(shí)點(diǎn)時(shí)，知識(shí)點(diǎn)分解的粒度要較細(xì)，并且做到對(duì)教學(xué)大綱涉及的內(nèi)容全覆蓋。

3） 創(chuàng)建各級(jí)知識(shí)點(diǎn)

根據(jù)之前梳理的知識(shí)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建所有的知識(shí)點(diǎn)。在創(chuàng)建知識(shí)點(diǎn)時(shí)，知識(shí)點(diǎn)的命名要簡(jiǎn)明扼要，不宜命名太長(zhǎng)。本課程在課程知識(shí)圖譜中一共創(chuàng)建了172個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

4） 建立知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系

構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)之后，在課程知識(shí)圖譜中建立知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系有“前置”“后置”和“關(guān)聯(lián)”三種。前置關(guān)系指的是某個(gè)知識(shí)點(diǎn)是另外一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的先修知識(shí)點(diǎn)；后置關(guān)系指的是某個(gè)知識(shí)點(diǎn)是另一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的后修知識(shí)點(diǎn)；關(guān)聯(lián)關(guān)系指的是兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間不存在先修和后修的關(guān)系，而是知識(shí)點(diǎn)之間存在一定的相關(guān)性。

5） 關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)與學(xué)習(xí)資源

在課程知識(shí)圖譜中構(gòu)建完知識(shí)點(diǎn)及知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系后，接著是將各類(lèi)教學(xué)資源掛載到相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)上。常見(jiàn)的教學(xué)資源包括課程視頻、課件、習(xí)題、各類(lèi)文檔等，只需選擇相應(yīng)的教學(xué)資源和知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)在一起即可。

構(gòu)建出的課程知識(shí)圖譜部分展示如圖1所示。

3 混合式教學(xué)中知識(shí)圖譜的應(yīng)用及效果

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景

課程知識(shí)圖譜是智能教育的基礎(chǔ)設(shè)施，為混合式教學(xué)提供了一種新的技術(shù)手段。課程知識(shí)圖譜的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

1） 輔助開(kāi)展混合式教學(xué)活動(dòng)

在混合式教學(xué)中，可以使用課程知識(shí)圖譜輔助開(kāi)展日常教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生可自主通過(guò)課程知識(shí)圖譜去學(xué)習(xí)課程知識(shí)點(diǎn)，規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)路徑；還可以通過(guò)知識(shí)圖譜中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、探索等各類(lèi)學(xué)習(xí)活動(dòng)。通過(guò)課程知識(shí)圖譜，還可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

2） 輔助教師進(jìn)行精準(zhǔn)決策

通過(guò)課程知識(shí)圖譜可以得到學(xué)生群體畫(huà)像，包括整個(gè)班級(jí)的總體掌握情況、平均完成率、平均掌握率等數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)使用了可視化的形式進(jìn)行展示，使得教師能夠從整體上較為客觀且直觀地掌握學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，輔助教師從整體上對(duì)下一步教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行精準(zhǔn)決策和優(yōu)化。

通過(guò)課程知識(shí)圖譜還統(tǒng)計(jì)出學(xué)生個(gè)人對(duì)于某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的具體掌握情況，包括完成情況、完成率和掌握率，從而教師能夠精準(zhǔn)掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而可以針對(duì)每個(gè)學(xué)生的情況進(jìn)行精準(zhǔn)督學(xué)、助學(xué)和促學(xué)。

3） 輔助構(gòu)建科學(xué)的評(píng)價(jià)體系

通過(guò)課程知識(shí)圖譜，可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出每個(gè)學(xué)生對(duì)于課程中每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，為學(xué)生的考核評(píng)價(jià)提供了客觀、科學(xué)、精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)，助力構(gòu)建多元化的、形成性的學(xué)生考核評(píng)價(jià)體系。

3.2 應(yīng)用效果

通過(guò)使用課程知識(shí)圖譜輔助教學(xué)過(guò)程，促使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中做到“隨學(xué)隨查”，使得學(xué)生能夠達(dá)到“無(wú)師自學(xué)”。通過(guò)對(duì)使用了課程知識(shí)圖譜的同學(xué)進(jìn)行調(diào)研，普遍反饋課程知識(shí)圖譜易學(xué)易用、知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)、檢索知識(shí)點(diǎn)方便快捷精確、知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)習(xí)題易于復(fù)習(xí)、對(duì)學(xué)習(xí)有一定的促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

課程知識(shí)圖譜是一種新型教學(xué)資源，但在建設(shè)的過(guò)程中還存在一定的問(wèn)題有待解決。目前課程知識(shí)圖譜主要是由任課教師手工構(gòu)建，由人工來(lái)梳理知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，并將各類(lèi)資源關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)上。首先，知識(shí)點(diǎn)的完整性、一致性以及劃分的粒度等，受限于構(gòu)造課程知識(shí)圖譜的專家，不同的專家劃分出的知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量及粒度存在一定的偏差，從而導(dǎo)致了知識(shí)圖譜的質(zhì)量不可控；其次，教育知識(shí)圖譜需要大量的資源來(lái)支撐，如果單純依靠專家手工構(gòu)造知識(shí)圖譜，搜集到的資源相對(duì)有限，無(wú)法滿足大量多模態(tài)資源掛載的要求。因此，教育知識(shí)圖譜的進(jìn)一步發(fā)展還有待研究，通過(guò)新一代信息技術(shù)的發(fā)展，使用機(jī)器輔助人工的方式更好地構(gòu)造出高質(zhì)量的知識(shí)圖譜；教學(xué)工作者也有待進(jìn)一步研究如何利用教育知識(shí)圖譜推進(jìn)教育智能化，推進(jìn)教育教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合。