联通主义下知识图谱混合式教学平台的研究设计

李仕阳 唐万梅

摘 要：“互联网+教育”背景下，混合式教学呈现出常态化应用的趋势。国内越来越多的学校和教育机构都在进行基于数字资源的混合式教学改革。而在混合式教学实践过程中存在教学平台不能为多种教学模式提供完善的支持的问题。本文先探讨了网络教学平台研究现状，总结出现有平台的功能模块，并分析了混合式教学的概念和实施模式。然后，在此基础上设计平台功能模块，将混合式教学平台分为六大模块，并着重对资源模块和教学支持模块进行设计。资源模块按照联通主义学习观的思想，应用知识图谱技术进行设计。教学支持模块则通过归纳、总结不同教学模式下的典型活动形式进行设计，以提高对多种教学模式的支持。最后，针对系统功能框架对部分师生进行访谈，以期为混合式教学提供更完善的支撑平台。

关键词：联通主义  知识图谱  混合式教学  资源建设  教学平台

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2020）03-0032-06

一、背景

2005年，乔治.西蒙斯提出联通主义，表述了“在关系中学”和“分布式认知”的观念，认为学习不再是一个人的活动，而强调与外部知识源的联结。甘健侯等人总结了西蒙斯提出的联通主义学习的相关特点：一是知识存在于多种观点中;二是学习是关联节点或信息来源的过程;三是为了便于学习，需要培育和保持关联[1]。由此可见，联通主义强调与外部的知识和人的联结与交互，而知识图谱则能加强学习者与外部知识联结环境的建设。它能够通过可视化技术形象地展示整体的知识架构，尤其是随着互联网的快速发展，网络中的内容呈现爆炸式的增长趋势。在教育领域，各大学校、教育机构平台都积累了大量分布式学习资源，学生难以在短时间内获取和利用所需的资源。因此，如何将海量的数字资源进行组织和呈现，以便于学习者搜索和学习，具有现实意义。知识图谱在信息组织和呈现方面的优势，不仅能为学习者在线学习建立顺畅的学习路径，使其快速找到所需资源，还能帮助学习者建立知识脉络，将零散的知识点连接成知识网络，进行更系统的学习。

近年来，随着国内精品课、慕课等资源的出现和快速发展，越来越多的学校和教育机构都在进行基于数字资源的混合式教学改革。教育部在《2016年教育信息化工作要点》中提到要推动高校利用在线课程探索混合式教学、翻转课堂等教学方式改革。将联通主义学习观应用于混合式教学模式中，凸显了学习者的主体地位，强调了网络学习的重要性，通过开放网络将教学要素联结在一起，学习则是学习者利用网络中的各种信息和资源建构自身知识的过程。

二、网络教学平台研究现状

混合式教学的开展依赖教学平台提供的支持，目前网络学习平台主要分为两类：一是具有丰富课程资源的MOOC类平台，二是强调学习支持的学习管理平台。刘和海对学堂在线、爱课程两个典型的MOOC平台和网络教学平台进行了比较分析，发现爱课程更适合学习者的自我学习和管理，学堂在线则以课程为主导，侧重于教师的角度[2]。韩锡斌等人对国内外MOOC类平台与典型网络教学平台进行分析，发现MOOC平台在功能完善性上落后于网络教学平台，并指出两种平台会出现融合发展的趋势，预测未来网络学习平台将支持多种课程教学模式，并利用开放课程资源创建学习社区，形成强交互、重体验的学习环境[3]。通过CNKI检索平台，以“网络教学平台设计”为关键词检索2012—2019年相关文献共1528篇，通过筛选选取了196篇文献，利用内容分析法进行分析，发现现有网络教学平台一般包括用户模块、课程及资源模块、教学管理模块、交互及答疑模块、作业模块、考试测验模块、教学评价模块等。尽管具有相对系统的功能模块，但单一平台的功能模块仍不够全面，模块中的具体功能不完善的问题仍然存在。对部分师生进行访谈时发现，多数教师和学生在利用网络平台展开教与学实践的过程中发现平台提供的教学支持并不完善。

而混合式教学经过多年的发展，已经成为一种更复杂的、混和多种元素的教学方式。贝茨总结了线上、线下学习混合的不同程度和类型：面对面学习、课堂辅助学习、翻转学习、复合式学习、全在线学习[4]。穆肃等人基于课堂教学和在线学习混合的不同复杂度，提出了四种层次的混合学习实施二维框架[5]。叶荣荣等人认为不同的教学模式有不同的价值取向和教学功效，并提出了多种教学模式混合的混合式教学[6]。总结发现，混合式教学宏观上包括在线学习和面对面学习，而具体实施又可基于不同教学理论的教学模式进行混和。在混合式教学开展过程中，可先根据课堂教学和在线学习内容之间的关系，选择线上、线下不同复杂程度的混合式教学形式。再对教学目标、教学环境、教学内容特点、学生特征等因素进行分析，选择适合具体情境的多样化教学模式来开展具体的教学活动。

本研究将分析现有教学模式及其活動序列，从六大功能模块来研究混合式教学平台的设计。

三、混合式教学平台功能模块设计

在对网络教学平台相关文献进行研究分析后，结合对部分师生的访谈，团队将混合式教学平台分成了以下六大功能模块：资源模块、交互模块、教学支持模块、教学评价模块、教学管理模块、其他模块。

（一）资源模块

混合式教学的学习资源来自开放的网络，应是多模态的，能支持不同学习风格的学习者，满足个性化教学的需求，并且基于知识点粒度，利用知识图谱组织和呈现课程内容，可帮助学习者形成知识脉络，方便获取与问题相关的多模态教学资源，有利于精准教学。而课程图谱导航则能有效聚合多平台的教育资源，为学习者建立顺畅的学习路径。

1.课程体系知识图谱设计

联通主义学习观认为知识是以节点的形式存在于学习网络中，学习者在学习过程中，需要在复杂的知识网络体系中建立知识通道，以促进知识的建构。以Python语言程序设计课程为例，按联通主义思想对其课程知识体系进行重构，以知识点形式构建课程目录，如图1所示（仅展示部分）。

根据“章—节—知识点”的层次和前后顺序对课程的知识体系进行设计。选择Python作为开发语言，实现知识图谱可视化的混合式教学平台。知识图谱的构建需要进行数据获取、实体识别、关系抽取、数据库存储及可视化。课程体系知识图谱中的数据来源于构建完善的课程知识体系目录中，包含规范、精确的章、节、知识点等实体以及它们之间的关系，因此将构建的课程知识体系目录导入数据库并进行可视化，即可完成课程知识图谱的建构。知识图谱的存取采用Neo4j等图数据库，而用户及其他信息则采用MySQL数据库存取。利用Echarts框架对图谱进行可视化处理，构建的课程知识体系图谱如图2所示。

知识图谱能呈现清晰的知识网络，为学生提供学习路径，并且以知识点为组织粒度的数字资源便于教师建设和维护更新。学生在平台进行学习时，教师可发布测验，检测学生某一章节是否通过，可生成相应章节的学生个人知识图谱，如图3所示。点击个人知识图谱中未通过的知识节点，学生可跳转到相应的资源链接，并且这些资源是多形态的，如PPT、微课等，满足不同风格学习者的需要。通过图4代码可实现由知识图谱中的节点跳转到相应资源界面。基于学生个人知识图谱，教师不仅能了解每个学生的知识掌握情况，还可以查询哪些同学在某一知识点存在问题，有利于对疑难知识点的遴选，从而更好地开展混合式教学。

2.课程图谱设计

联通主义课程观倡导在开放教育资源下构建学习网络。学习者根据需求检索相关资源，海量资源分布于各大课程平台中，导致检索效率和体验降低，影响学习路径的顺畅。基于Webdriver+Selenium框架编写爬虫，获取课程资源信息，如开课平台、学科类别、课程名、开课机构、课程链接、课程简介、开课时间等，按学科门类（以计算机为例）进行整理和存储。采用模糊查询的方式，构建课程图谱模块。学习者可同时检索多平台的相似课程，检索结果是基于多平台课程的，可扩大搜索范围，提高搜索效率，为学习者建立顺畅的学习路径，如图5所示（见下页）。通过课程图谱导航模块能把散布于网络中的课程资源进行聚合，构建学习者与各类资源的通道，形成统一的开放资源网络，构建以学习者为中心的学习环境，更好地支持学习者的线上学习。

（二）交互模块

混合式教学中包括学生与老师、学生、平台的交互。在众多混合式教学满意度的研究中，都将交互作为满意度的重要影响因素。联通主义学习观下的混合式教学活动开展过程中，更需注重学生与其他教学要素的交互，因此，对交互模块进行改进，能更好地支持混合式教学中的交互行为。学生在混合式学习过程中，可利用邮件联系课程团队教师，获取教师的指导，也可通过私聊或班级聊天室实时向同学请教，若班级范围内无法解决，可向论坛求助更多的人。为促进学生进行更深入的交互学习行为，设置群组功能，支持视频、语音以及文字协作，并且群组具有传送文件、分享屏幕等功能，能够更好地促进小组协作式学习的开展。

（三）教学支持模块

通过对教学模式相关文献和书籍的阅读和分析，并结合团队多年的教学经验，归纳总结出现有教学模式如下：基于问题的学习、基于资源的学习、基于案例的学习、项目教学、游戏化教学、传统讲授法、WebQuest教学、协作式学习、情景化教学、概念地图教学、基于电子学档的教学、个性化教学、讲座式教学、探究式学习、示范式教学等。依据这些教学模式的活动序列设计平台功能模块，可在具体层面更好地支持具有丰富内涵的混合式教学的开展。总结的多种教学模式下的活动如表1所示。基于各种典型教学活动，构建了混合式教学平台的教学支持模块，形成活动支持、数据收集、网络研修三大功能。

1.活动支持

根据总结的混合式教学模式下的多种活动形式，从活动的角度对教学支持模块进行设计，包括教学设计、公告板、教学活动地图、情境创设、日历任务、课程学习、学情查询、电子白板、讨论区、提问及答疑、演示工具、个人学习、作业提交、作品展示区、视频服务、考试测试、自动评分、试题分析、错题记录、调查投票、协同编辑、资源推送、智能考勤等模块。教学支持模块应能支持教师的教学设计，通过公告板发布教学目标和教学任务，利用学情查询了解学习者的学习情况。日历任务能显示学生的学习任务。通过教学活动地图引导学生利用平台资源和活动序列逐步完成预设的学习进程。情境创设模块支持运用本机和云主机服务实现问题情境、游戏化情境、虚拟现实情境、实验环境创设等。教师可利用考试测试、自动评分及试题分析模块对学生学习情况进行测试，利用可视框架展示分析测验结果。学习者在学习课程资源时，可通过讨论区或交互模块进行互动，学习结束后可提交作业作品至作品展示区。作品展示区能支持生成性资源的呈现和共享。利用个人学习模块和错题记录模块能为学生提供个人学习空间，帮助学生进行学习反思，固强补弱。视频服务模块能支持教师进行视频教学和在线辅导答疑。电子白板能克服信息输入及展示不便的弊端。利用实体识别设计辅导答疑功能，在教师面对大量提问时，能快速识别涉及的知识点，提高教学效率。

2.数据收集

数据收集功能能收集学生学习过程中的数据，包括线上和线下数据。如学生学习行为数据、学习成果数据、成绩数据，将这些数据存储到档案，供学习评价、学习反思、学情查询、决策评估用。

3.网络研修

教师教育是提升教育质量的工作源泉。教育部在《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》中指出要利用新技术，推进教师教育信息化平台的建设与应用，建设教师教育在线开放课程。设立网络研修模块，能促进信息技术与教师教育的融合，打通“线上+线下”的混合式教师发展通道。

（四）教学评价模块

教学评价模块能利用收集到的学习行为数据、学习成果数据展开多元评价和过程性评价。多元评价支持評价主体和评价内容多元。评价主体多元能满足师生互评、生生互评、小组互评的需求;评价内容多元可根据测验成绩、学习参与度、作业作品、期末考试等内容进行综合评价，同时可利用数据分析技术基于多元的数据进行学业预警。基于此模块，能实现从结果导向的评价扩展到过程性的综合评价。

（五）教学管理模块和其他模块

教学管理模块包括班级管理、课程管理、题库管理、档案管理，能支持以班级为单位的教育教学管理。家校互动和校企合作功能则能联通学校与家庭和企业，家长能查询学生学情、与老师和学校管理者交流沟通。企业能更好地与学校建立联系和合作，促进资源的融合，体现开放共享的理念。

通过分析和设计，形成的最终平台功能框架如图6所示。

四、访谈

构建出系统功能框架后，针对归纳的教学活动形式和系统功能模块对师生进行了二次访谈。通过访谈发现，信息技术手段被广泛用于教与学环节，但师生对混合式教学内涵的理解大多停留在“线上+线下”教学层面上。接受访谈的教师和学生大部分接触过混合式教学活动，可能与专业背景有关。对于网络教学平台的现状，大部分师生认为现有教学平台仍存在不足，如教学监管、信息交互功能不足及不具个性化等。对于团队总结的多种教学模式，在师生认知范围内是完善的，并且多个师生表示构建的系统功能模块能较好地支持其混合式教与学，但也有个别学生指出系统功能设计没有凸显对学生的支持。

五、结论

本研究首先探讨了混合式教学的丰富内涵，归纳总结出不同教学模式下的典型活动形式。再分析现有网络教学平台现状，利用知识图谱等技术设计混合式教学平台，旨在提高混合式教学满意度和教学支持效果。系统功能框架基本能涵蓋《网络学习空间建设与应用指南》中指出的空间基本构成。考虑到总结不全面的情况，采取功能模块化设计，而非教学流程式设计，后续可对相应功能模块进行修正。

参考文献

[1]甘健侯，赵波，李艳红.善用MOOC：“互联网+教育”视域下的应用模式[M].北京：科学出版社，2016：12-13.

[2]刘和海，李起斌，张舒予.基于Edutools评价体系的中文MOOC平台现状与优化策略[J].电化教育研究，2016（1）：84-90.

[3]韩锡斌，葛文双，周潜，等.MOOC平台与典型网络教学平台的比较研究[J].中国电化教育，2014（1）：61-68.

[4][5]穆肃，温慧群.适应学生的学习：不同复杂度的混合学习设计与实施[J].开放教育研究，2018，24（6）：60-69.

[6]叶荣荣，余胜泉，陈琳.活动导向的多种教学模式的混合式教学研究[J].电化教育研究，2012，33（9）：104-112.

（责任编辑 孙兴丽）