基于概念图的SPOC辅助学习系统研究与设计

丁建英

摘 要：SPOC将MOOC资源与课堂教学有机结合起来，实现了对MOOC的完善与超越，其所倡导的“以信息技术带动教学结构变革”与教育信息化要义“通过在教育领域全面深入地运用现代化信息技术来促进教育变革和发展”相互契合。文章从SPOC的内涵入手，在分析探讨的基础上，提出SPOC课程的运行模式，并设计出基于概念图的SPOC辅助学习系统，以期为我国实现教育模式创新、学生全面发展提供一些借鉴。

关键词：SPOC；MOOC；概念图；辅助学习系统

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）11-0093-04

一、引言

大规模网络开放课程MOOC的出现使数以万计的学生在网络环境下自由选择课程主题、自定学习进度、自由分享观点、即时练习反馈、参加考试、获取证书，实现了开放教育资源应用从单纯资源到以人为本课堂的转变，它的出现在一定意义上实现了因材施教，改变了全日制高校“一刀切”的教育方式，对全日制高校教育造成极大的冲击，但它在学习管理、交互存在体验、科研实训和人脉拓展等整体性学习成长方面却无法与全日制高校教育媲美。由伯克利大学Armando Fox教授提出的SPOC为MOOC与全日制高校教育的融合和互补提供了新的契机，它将MOOC资源与课堂教学有机结合起来，重构知识教学和知识内化的流程，创新高校的信息化教学方式。本文在分析探讨SPOC概念的基础上，提出了SPOC课程的运行模式，并设计出基于概念图的SPOC辅助学习系统，引导学生在个性化概念圖下开展智能学习，真正实现 “因材施教”，以期为我国实现教育模式创新、学生全面发展提供一些借鉴。

二、SPOC概念及运行模式

SPOC（Small Private Online Course）即小规模限制性在线课程的简称，其中“Small”代表着同步注册学习课程的学生规模较小，一般为几十个人到几百个人，“Private”代表着要对参加课程的学生设置限制性准入条件。[1]SPOC是对MOOC理念的改进与延伸，它将MOOC课程资源引入到全日制高校教育当中，采用翻转课堂的模式开展教学，通过设置准入条件、缩小注册选课人数、强化课程制度管理等方式解决MOOC课程存在的学习保持率低、交互存在体验薄弱等问题，同时提高高校的个性化互动教学水平。[2]即在现行高校课程的教学过程中颠倒“知识教学”和“知识内化”流程，在课前，教师提供MOOC学习环境，组织小规模学生自主观看教学微视频、参与在线讨论、完成检测练习，主动建构新知识意义；而回到课堂面对面交互环境中，教师则针对学生课前认知过程存在的问题，设计系统化教学活动，组织学生通过问题探讨和知识总结归纳等活动实现知识的吸收内化和整体融合，与此同时拓宽其创新实践经验、人际交往经验等整体性的成长经验，SPOC课程的运行过程如图1所示。

1.课程组织

课程组织者提前公布课程的基本描述信息，如课程名称、授课教师、课程持续时间、适用专业、所需选修条件等等，以吸引学习者进行注册选课。而教师则依据一定的限制性条件筛选确定课程学习者，课程开始后，课程组织者按照知识模块间的认知顺序设定学习主题，发布知识模块资源。

2.课程知识教学

教师借鉴MOOC课程建设理念，设计制作相对独立完整的教学微视频、教学课件、教学案例和即时反馈的交互式练习，安排学习活动和讨论主题，发布到课程教学平台供学习者课下自主学习。学习者通过以BYOD（Bring Your Own Device）为主的各种社会性学习工具参与到学习中，在教师的指导下依据自己的认知水平自主控制观看视频的速度、次数以及要点，参与在线交互和自测练习，个性化建构知识意义。在整个“知识教学”过程中，学生的学习数据都会被系统记录下来，并通过数据挖掘手段分析其中蕴藏的规律反馈给教师，从而使教师确定学生的学习“盲点区”，有针对性地调整教学资源、提供个性化教学服务，并且明确课堂创设的问题情境以帮助学生深层次地领悟内化知识，实现灵活应用。

3.课程知识内化

针对课程教学平台所反馈的学生学习薄弱点和知识重难点，教师要定期组织课堂教学，以促进学生深度理解和内化知识。一方面，提炼学生在课前自主学习过程中的共同疑惑，有针对性地开展共同探讨，此外，在课堂时间充裕的情况下，教师也可以对学生进行个性化辅导。另一方面，系统性地总结归纳课程知识点，培养学生知识的全面性和系统性，促进学生的知识内化和应用。

4.课程考试

课程所有内容结束时，教师会安排课程考试，学习者要在规定的时间内参加考试，获得考试成绩和相应的学分。

三、概念图及其教学作用

1.概念图内涵

概念图（Concept Map）最初是由美国康奈尔大学诺瓦克（JosephD.Novak）教授等人依据有意义学习理论开始研究的，1984年诺瓦克出版的专著《学会学习》首次形成了系统化的概念图理论，概念图就是依据概念之间的内在逻辑关联将一个概念与其它概念连接组织在一起，并以空间网络结构可视化表征。它主要包含概念节点、连线及连接说明词三个基本要素，对应于教学意义，概念图中的概念节点表示知识点，它既可以表示综合性的复合知识点，也可以表示元知识点，其中概括知识点位于概念图的最上层，从属复合知识点在下面，具体元知识点位于最底层，这样就构成了概念图的层次结构；连线表示两个知识点之间的逻辑联系，有效地呈现出学生学习的思维过程；连接说明词则表示知识点之间是通过何种方式建立关联的，如“属于”、“是基础”等等，两个知识点之间通过连接说明词形成一个命题。知识概念图模型如图2所示，它以“概念-连接-命题”构成的层次结构精确、形象地表征出知识网络体系。

2.概念图的教学作用

概念图作为一种展示概念、要素、实例之间相互关系的工具，将其应用于教学过程中，可以作为先行组织者、知识建构支架、思维交流支架和评价反思支架，有效支持学生的学习认知过程，帮助学生快速定位学习目标、理解新知识与认知结构中已有概念的逻辑关联和异同点、直观诊断认知状态，从而改变传统网络学习的随意模式，促进学生在烦琐复杂的知识体系中开展有意义的系统学习。

（1）概念图作为先行组织者

奥苏贝尔（Ausubel）提倡使用先行组织者来促进有意义学习，先行组织者就是对所要学习的材料的全面浏览。概念图表征的宏观知识体系结构，可以作为教学指南在学习开始时呈现，使学习者清晰把握知识框架脉络，明确已掌握的知识和应该学习的知识，强化自我驱动的主动学习方向。

（2）概念图作为知识建构支架

研究表明概念图表征的知识网络结构和学习者头脑当中的认知结构非常相似，因此可以将概念图作为实现学习者外显知识和内隐知识相互转化的一栋桥梁。[3]利用概念图，学习者可以清晰明确地了解知识的整体结构，发现新旧知识之间的关联，并依据自身当前的认知状态选择最优的个性化学习路径，同化和理解新旧知识，有效促进知识的理解和意义建构。

（3）概念图作为思维交流支架

学科概念图表征了知识的框架脉络，而整合学生认知思想的概念图则代表了群体的思想，这类概念图就可以作为学生交流思想、开展头脑风暴的辅助工具。

（4）概念图作为评价反思支架

概念图能够以图形化形式可视化地揭示出学习者的认知结构，通过概念图学习者可以更加直观、准确地了解自己对知识点及其逻辑关联的理解情况，及时诊断出认知缺失部分，从而有针对性地修正下一步教学计划。[4]

四、基于概念图的SPOC辅助学习系统设计

SPOC课程教学主要分为课前知识教学和课堂知识内化，在教师的指导下，学生能够很好地规划课堂时间进行有效的知识内化，但是课前的知识学习过程完全由学生自己控制，由于缺乏针对性引导，学生学习的盲目性较大，学习效率和保持率都不高。而现有的网络学习系统表现出一定的集体性和广播性等缺点，忽略了學生的个体差异性，只能单向记录学生的学习过程，不能根据学生的特征个性化引导学习过程。[5]因此，搭建基于概念图的SPOC辅助学习系统，通过个性化概念图引导、优化学生的学习过程，真正实现“因材施教”是师生共同的需求。

1.系统总体设计

本系统主要分为四大模块——资源中心、学习中心、交互中心和个性化管理。系统旨在以学生为中心，通过采集用户学习信息构建个性化学生概念图，在此基础上为其调度针对性的相关模块服务，促进学生在明确认知结构状态的基础上开展个性化学习，基于概念图的辅助学习模型如图3所示。

2.系统功能模块详细设计

（1）资源中心：SPOC课程资源具有一定的“零散性”，将“零散的”微型课程资源进行结构化管理能够提高学习者的资源检索效率和应用效果。因此系统在知识概念图的基础上根据学科知识点对课程资源进行管理，即在知识概念图的基础上添加资源层，将资源与知识点相关联，教师是教学资源的直接管理者，负责在系统上发布提前录制好的教学视频以及相关开放资源，供学生下载学习，形成结构化的知识网络。[6]学生在学习过程中若寻找到更加有益的信息资源，也可以上传到平台中，经教师审核成功后发布，与其他同伴共享。

（2）学习中心：知识概念图是一个庞大繁复的系统化网络结构图，这就使学习者即使明白当前的认知状态，也难以在短时间内确定到达目标知识节点的最佳学习路径。因此，个性化认知学习功能从两个方面实现：一是学习者自定义认知路径；二是系统自识别认知路径，具体的流程如图5所示。

自定义认知路径是由学习者在个性化概念图中查看各知识节点的学习情况，依据学习目标，自主选择将要学习的知识节点序列，系统根据学习者自定义序列为其合成课程资源。

自识别认知路径实质上是一个基于学生认知水平的个性化智能学习服务，学习者在概念图中选择某个知识点，系统会自动提取该知识点的描述信息呈现给学习者，如果该知识点符合学习者的当前需求，可将其定为学习目标。当自识别模型接收到学习者的目标节点时，判断该节点是否存在前驱关联节点，如果不存在则直接推荐学生学习该节点资源，如果存在则提取该节点的所有前驱知识节点，然后从用户学习数据库中读取前驱节点的认知状态值S，确定S<5的前驱知识节点为个性化学习范围，最终通过相关运算确定学习节点的层级关系，对其进行遍历排序，实现依据学习目标与用户认知状态生成特定的个性化认知路径。

（3）交互中心：SPOC教学理念强调的人机交互是以计算机作为媒介，为用户提供专门而深入的多样化、个性化交互方式，因此在交互中心模块中包括同步和异步的交流。同步交流包括主题论坛（主题创建、留言区和讨论区）和校园认知网络，而异步交流则是邮件方式。

校园认知网络实质上是个在线帮助机制，它是由知识点和学习者共同构成的网络，知识点是认知网络的中心节点，学习者是实体节点，所有的学习者都能够通过知识点来建立学习联接。学习者登录进入模块后，确定认知网络中心节点，系统将会对该知识节点的相关学习者进行整合，自动建立连接，同时搜集学习者关于该知识节点的认知笔记和共享资源，最终生成一张以学习者为终结点的知识节点资源网，这样用户不仅可以找到物化资源，也能定位相关联的学习同伴等人力资源，展开在线交互，具体如图6所示。

（4）评价中心：包括自我评价、同伴评价和教师评价，每种评价方式的侧重点不同，通过评价可以促进学生不断进行反思、获取教师与同伴对自己的认识，以便改进学习过程行为与学习结果。

五、结语

信息技术的快速发展以及移动终端的普及，使个性化、互动化教育成为可能，SPOC课程在高校课程教学体系中必将占据越来越重要的地位，有效组织和引导学生开展SPOC课程教学将有利于提升高校的个性化互动教学水平，促进信息技术与教育的深度融合。

参考文献：

[1]康叶钦.在线教育的“后MOOC时代”——SPOC解析[J].清华大学教育研究，2014（1）：86-89.

[2]张颖星，费先宏.从MOOC到SPOC：实践任职培训与军事类研究生教育融合式培养的新途径[J].继续教育，2015（2）：47-49.

[3]李红梅，刘宁，李世改.利用概念图减轻远程学习者认知负荷的策略探析[J].中国远程教育，2007（8）：31-34.

[4]Tarek Hegazy，Abdelbaset Ali，Mohamed Abdel-Monem.Prospects of Mind Maps for Better Visualization of Infrastructure Literature[J]. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice， 2011， 137（4）： 239-247.

[5]钟诚.智能化网络学习系统关键技术研究与开发[D].南宁：广西大学，2010.

[6]李浩君，项静，吴亮亮.概念图理论在移动学习资源设计中的应用研究[J].中国远程育，2013（7）：78-80.

（编辑：王天鹏）