基于知识网格的教师知识管理系统的设计

刘景宜

【摘要】立足于面向信息化的教师专业发展，文章设计了基于知识网格的教师知识管理系统，该系统包括基于本体的知识资源库系统、知识交互平台、个性化的知识管理工具和系统管理平台四个模块，并对模块的具体功能进行了详细阐述。

【关键词】教师专业发展；教师实践知识；知识网格；知识管理系统

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2009）04—0063—04

教育的信息化发展加快了教师的专业化发展，如何使教师顺应这种趋势，提高自己的专业知识水平，是目前教师教育的一个重要课题。

一 面向信息化的教师专业发展亟需教师知识管理

专业发展，是保持职业所需知识、技能和态度的根本。教师专业化问题，是新世纪世界各国中小学教师队伍建设的逻辑起点[1]，也是教师教育研究的新课题。那么教师专业有什么独特的性质？什么是面向信息化的教师专业的基础知识和能力呢?这是伴随教师专业化运动出现的重要问题。

1 教师的专业化发展：从实践中学习

随着社会的发展，教师职业的性质与功能发生了变化，由原来的单纯传授知识，发展演化为通过激发和调动学生的主观能动性，引导学生全面发展。教师的教育教学能力，不仅指为达到预设的工具目的或满足社会规范文化的精神需求而具备的技术和技巧，还指对原有知识如何建构、建构成什么样的新知识的能力。这要求教师在使学生掌握原有学科知识的同时，要把知识置于某种条件中，把各种问题置于其未来情景中，从而使学生能在其答案和更广泛的问题之间建立一种联系。教师教学的目的是要引起学生的质疑、反思，培养学生的创新意识和探索学习的能力。这些变化促使人们深刻认识到教师职业已经发展成为一种专业。教师队伍的专业化是社会发展和教育发展的客观需要，是提高教育质量的有效途径和必要条件。

教师专业化发展的核心是教师知识的发展。在我国对教师知识的研究中，林崇德、申继亮、辛涛（1996）提出了包含三种成分的教师知识结构并由此开展过若干实证研究，这三类知识是本体性知识、条件性知识和实践性知识。本体性知识是教师关于所教学科的知识；条件性知识是关于如何教的知识，涉及教育学和心理学；实践性知识是教师在其经验中积累的、在处理实际问题时用到的知识。本体性知识与条件性知识是课堂教学能力发展的前提和基础，是教学专长发展的必要条件；实践性知识是教师在教学实践中不断积累的关于课堂教学内容与教学活动的组织与管理等方面的教学经验[2]。

从教师专业特性分析，教学实践活动是复杂的、动态的、情境化的，教师遇到的是大量的实际问题。要解决问题，教师真正运用是实践知识，教师的其他知识（如本体性知识和条件性知识）不能独立地发挥作用，只有与教师实践知识相结合，融入到真实的教学实践中，才能真正地作用于教师的教学行为。另外，教师实践知识具有较强的整合性和包容性，有助于教师对其他知识的理解和内化[3]。实践性知识强调了教学实践对于教师专业知识形成的作用，反过来，实践性知识的应用又对教学实践产生着根本的影响。基于这种知识的运用，资深教师在课堂中表现出与初任教师不同的思维特点：①应对时刻变化的即兴思维；②对于问题情境主体式的感性的探究式参与；③问题表象中的多元视点的统整；④对教学事件的背景化思考；⑤实践过程中问题的不断建构与再建构[4]。资深教师在对课程知识的表征方面，一般都是以命题网络或图式的形式予以表征的，更注重教材知识的重点和难点，对这些知识的掌握有很高的熟练程度。资深教师在课堂组织和对学生的控制方面也表现出比初任教师更有效的独特方式。所以教师知识的核心是教师实践知识，教师知识管理的核心也应是实践知识。

2 信息化教育的要求：深度课程整合的信息素养

教育信息化是目前正在进行着的最为显著的教育变革。那么，在教育信息化的进程中，教师需要发展哪些知识和能力，才能适应教育信息化的要求?或者说，面向信息化教育的教师专业发展，需要关注的是教师哪些方面的知识和能力?这是教师教育信息化的核心目标。

信息化教育，是与传统教育相对而言的现代教育的一种表现形态，它以信息技术的支持为显著特征，表现为教材多媒化、资源全球化、教学个性化、学习自主化、活动合作化、管理自动化和环境虚拟化[5]。信息化教学的内在实质是整合了技术和新的学习理论的革新教学模式，这要求教师必须具备基本的信息素养。此外，革新的教学，不同于传统的课程设计与实施，要求教师不仅要知道如何运用技术，而且更要知道在什么时候、怎么样有效地将技术整合到他们的学科课程教学中去，以及运用到专业实践中去。因此，教师的专业知能可从四个维度进行阐释[6]：应该具备基本的信息素养，能理解和应用技术；应该能够利用信息技术开展教学，更好地支持学生的学习；应该能够利用信息技术处理课程和资源，帮助学生适应信息社会的新挑战；应该能够利用信息技术开展新的专业实践，开展信息技术条件下的合作与交流，成为信息化条件下的终身学习者。

教师面向信息化的专业知能的发展是有阶段性的，可表述为了解、应用、整合和创新四阶段。①了解阶段：教师开始认识技术、学习使用技术，但技术的应用没有对教学的常规造成影响。②应用阶段：教师逐渐获得了技术应用的自信，掌握了一些技术应用的方法，出现了新的课堂组织形式。③整合阶段：技术开始改变常规的教学组织和课堂结构，教师开始调整自己的角色，更多地作为学习的帮促者而不是知识的灌输者。④创新阶段：教师对技术可以说是应付自如，能够根据自己的教学实践创造性地应用技术，设计技术整合的教学活动和学习环境。这种阶段性发展的一层深刻含义是：信息技术整合到课程中，将破坏传统的稳定课程结构，代之以面向过程的课程框架。在这种框架中，以学生为中心设计教学，信息技术通过对学习资源的支撑、对学习过程的支持和对贯穿于整个学习过程的评价的支持，来真正实现与课程的整合[7]。

综上可知，在教育信息化进程中，教师必须具有深度进行信息技术与学科课程整合的信息素养，而这种信息素养的养成更需要教师在实践中去锤炼。

3 教师知识管理的紧迫性

由教师专业性、知识特点和信息化教学对教师的要求可以看出，教师知识具有完整的结构，是理论知识和实践知识的统一，是显性知识和隐性知识的统一，是各类性质的知识有机构成的整体。教师知识以实践知识方式存在，在实践活动中建构，是一种开放的，不断变化更新、充实的知识。教师要能随时获取新的信息、知识和成果，不断地更新和完善自己的知识状态，同时也要通过反思性学习，不断体悟和总结自己的经验和理论，充实和提升自己的知识，从而达到专业化发展的目的。如何帮助教师更快得到专业化的发展，实现教育教学的信息化？学校作为知识型组织，必须建立有效的教师知识管理体系。

二 教师知识管理系统的建构

一般而言，知识管理系统主要包括知识资源库系统、知识交互平台、个性化的知识管理工具和系统管理平台四个模块，前三个模块彼此之间相互独立但又密切配合，系统管理平台为三个模块提供协调服务，如图1所示。构建教师知识管理系统就要对三个模块进行有效的系统总体规划和开发。这里将教师知识管理系统建设在学校校园网格上。

1 知识资源库系统

知识资源库系统是以知识库为核心，用于实现知识共享的系统。知识资源应该包括学科知识、关于学科知识教学方法的知识和学科知识使用对象的知识以及关于学科知识学习环境的知识。知识库可以划分为学科领域知识库，教学实践策略库，教学对象类型库，教学情境应用库。

知识资源库系统的建模采用KADS（Knowledge Aided Design System）方法，该方法把求解特定任务的知识划分成三个不同的层次：领域层、推理层和任务层，分别对应着知识库系统静态视图、功能视图和动态视图。其中，领域层包含了求解问题所需要的特定领域内的知识和对领域概念的描述，可以对应到学科领域知识库。推理层指明了求解问题采用的方法，包含了推理步骤和领域知识在其中所起的作用，可以对应到教师的教学实践策略库。任务层则把所需要求解的问题分解成若干个子任务，并为每一个子任务确定目标，同时明确对子任务的控制。任务层可以对应教师不同的教学情境和教学任务，对应教学对象类型库，教学情境应用库。知识模型如图2所示[８]。

要实现系统的重用，需要一种有效的机制来实现各层次间的协调，使相互独立的层次紧密地联系在一起，共同组成一个完整的系统，这个机制的核心就是“本体（Ontology）”。基于本体的知识库系统，为知识资源提供了语义交互基础，从而更有效实现知识发现、共享和应用集成。这里知识资源库的知识本体分成6类本体：概念本体、领域知识本体、教学策略本体、教学对象模型本体、教学任务本体和教学应用本体。根据研究和应用的需要，教师知识资源本体可以进一步扩展。各本体的含义如下：

①概念本体是按分类法来组织的领域概念及其客观关系。概念本体作为一类独立的本体存在，由领域专家或教师进行定义。它可以作为本体资源发布，作为搜索的依据，也可以被使用者下载并按照自己的需要修改，修改后作为资源查找和集成的依据。

②领域知识本体是知识对象集合，描述知识对象和知识对象之间的关系，而且通过对知识对象的集成分级，实现精细粒度的知识组织和表现。比如5级划分：原子级（Atom），是最小集成粒度；可以是一个图片或文档等最小的知识片断；原子的集合，形成学习单元（Process Unit）；学习单元的集合，形成知识单元（Knowledge Unit）；知识单元的集合，形成课程（Course）；课程的集合，形成知识体系（System）。

③教学策略本体是教学方法中教学元素的集合，并描述教学元素之间的教学策略关系。该本体的定义比较灵活，不同类型的知识可以定义不同的教学策略本体，即使相同的类型的知识也可以定义不同类型的教学策略本体。该类本体定义依赖于学习理论研究的不断发展和计算机智能技术的进步。

④教学对象模型本体描述资源使用者的特性，是教学对象建模元素的集合，并描述这些元素之间的关系。

⑤教学任务本体是任务本体，描述的是提供某类教学任务中的概念术语及其之间的关系，这些术语包括在调度任务时需要的一般名称、谓词和描述修饰词。它的功能类似软件组件。

⑥ 教学应用本体是根据教学策略本体或具体的知识集成和知识应用模型并与领域知识本体结合、在教学对象模型本体上定义实现的应用本体。领域知识本体、教学策略本体和教学对象模型本体以及教学任务本体通过本体内部具有相同含义的相关属性描述建立联系，教学应用本体依赖于其他几种本体，不同的本体为其提供不同侧面的描述内容[9]。

知识资源库系统可以在以往教育领域教学资源库的基础上建立，汇集整理教师在教学中常用的一些优秀素材和应用软件，共享优秀的课件、教案以及教学心得和学术论文等，但它不同于教学资源库，能提供获取隐性知识资源的渠道，如优秀的知识社区、在该学科领域中成绩比较突出的专家、教师的联系方式等，让网络上可以共享的人力资源得到有效的利用。更重要的区别是有效实现知识发现、共享和应用集成。

2 建立知识管理子平台和交互子平台

管理子平台是一个知识网格服务平台，知识交互子平台构建在管理子平台上。知识网格（Knowledge Grid）是 Fran Berman于2001年11月在“Communications of the ACM”上发表的短文 “From TeraGrid to Knowledge Grid”中首次提出，指出知识网格研究的主要内容是：利用网格、数据挖掘、推理等技术从大量在线数据集中抽取和合成知识，使搜索引擎能够智能地进行推理和回答问题，并从大量数据中得出结论。中国科学院计算机研究所诸葛海研究员领导的研究组认为知识网格是一个智能互联的环境，能使用户（或虚拟角色）有效地获取、发布、共享和管理知识资源，并为用户和其他服务提供所需的知识服务，辅助实现知识创新、协同工作、问题解决和决策支持[10]。

基于知识网格的知识管理系统体系结构如图3所示。学校知识门户的具体功能包括：

①一次性信息获取：随着数字化的教学信息资源的增多，师生希望从统一的入口，同时查找学校内网、Internet公网上的信息。知识门户系统可以集成已有的信息系统与应用软件，这种集成不是简单地在页面上增加网页链接，而是通过集成化的方法把原有应用通过一个核心组件服务器集成在一起，用户可以访问所有的信息。

②个性化服务：每个使用知识门户系统的师生都可以对自己所需要的信息进行个性化定制，过滤获得自己需要的信息。也就是说，知识门户针对师生的角色和兴趣对页面上所应呈现的内容进行组织，这种个性化特点节省了师生的时间。

③信息推送：门户系统可以根据师生在信息中心订阅的内容或管理员的指定将内容推送到师生界面，降低师生检索常用信息的复杂性。

④知识地图：指明了知识的位置和来源，为师生建立良好的知识导航图，帮助师生快速准确地寻找到所要查找的知识。知识地图中的知识标记与知识仓库中的知识通过主题词或关键词建立链接，当师生命中知识地图中某一个主题词时就可以访问到知识仓库中与该主题词相关的知识的详细内容。知识地图也可以指向人。有些知识特别是隐性知识往往不易显性化，需与知识拥有者直接交流才能实现知识共享。将拥有知识的人如同显性知识一样标注在知识地图中，通过知识地图迅速找到咨询专家，进行交流共享[11]。知识网格服务的目的是获取、使用、检索、发布和维护知识，帮助用户达到特定目的。包括以下服务：

①可视化服务：可视化抽取的知识模型。

②评价服务：与输入的要求或者是与已存在的知识模型进行对比，判定知识发现的有效性。

③工作流服务：用图表示数据源、抽取工具、数据挖掘工具与可视化工具间的数据流以及交互关系，它定义了资源应用的基本结构以及使用约束。

④规则与算法服务：负责查找、选择、下载数据挖掘工具、算法及规则。

⑤数据访问服务：负责搜索、选择、抽取、转换以及发布所需要挖掘的数据[12]。

知识网格高级应用利用网格知识服务来构建各种应用，以便于更好地满足用户的各种知识需求。这些应用往往与某个特定的研究课题或研究领域相关。

基于OGSA的语义网格服务是在OGSA网格服务的基础上通过服务应用本体技术对不同结构、不同技术以及不同领域的知识进行统一语义定义，并且通过服务实现对分布式的知识与数据进行统一的组织、执行以及协调，以便有效的管理语义、数据元、数据挖掘工具以及可视化工具的语义描述。

资源层主要包括数据库、信息库以及知识库，这里的知识库包括由专家录入的知识、从知识使用者学到的知识以及经过知识发现过程的发掘的知识等。

3 提供个性化的知识管理工具

知识管理系统的个性化管理工具主要协助记录及管理师生个体的注册信息，查看知识管理行为记录和权限设置，并实现师生对知识管理系统的个性化定制管理、个性化学习、个性化应用。例如，独立的个人知识资源和账户管理功能，能帮助师生个体记事，还能收藏知识资源内容、专家渠道、知识渠道以及知识资源类别等，记录参与的交流社区、个人的成功案例、失败教训、创意构想、向他人提问求解、为他人答疑解惑、推荐给学校知识资源库的知识资源等。

知识管理工具可以选用博客（Blog）、维基（Wiki）、RSS（Really Simple Syndication）、社会性书签（Social Bookmark）、 Tag（大众分类或Folksonomy）、SNS（Social Networking Service）、IM（即时聊天）等一系列技术及其应用来实现。

三 结束语

在教育信息化发展的背景下，新教师如何加快自己的成长过程，老教师如何更好的提升自己，关键是如何管理自己的知识。通过对教师专业知识特点和教师信息素养的分析，知识管理系统的建立就显得非常重要。为了实现知识的交流,消除知识间的孤岛，知识管理系统建立在了校园知识网格基础之上，这样可以为教师知识共享和交流提供更便利的条件，推动教师的持续性学习。系统还为教师提供个性化的定制服务，提高获取知识资源的效率和学习的效率。鉴于网格理论以及知识管理的理论与实践仍在不断进步，因此一个有效的知识管理系统还有许多问题需要在实践中逐步充实和完善。

参考文献

[1] 刘捷.专业化:挑战21世纪的教师[M].教育科学出版社,2002:9.

[2] 张学民,申继亮,林崇德.小学教师课堂教学能力构成的研究[J].心理发展与教育,2003,(3):68-70.

[3] 申燕,符太胜.教师知识的核心:教师实践知识[J].教学与管理,2007,(5):27-28.

[4]〔日〕佐藤学.课程与教师[M].钟启泉译.北京:教育科学出版社,2003:243.

[5] 祝智庭.教育改革与教育信息化[J].教育信息报(理论研究),2002,(12):4.

[6] 顾小清.面向信息化的教师专业发展研究[D].上海:华东师范大学,2004:45-47.

[7] 顾小清.面向信息化的教师专业发展研究[D].上海:华东师范大学,2004:62-63.

[8] 王晓东.基于ontology知识库系统建模与应用研究[D].上海:华东师范大学,2003:29.

[9] 刘晓强.E-Learning知识共享与适应性应用环境研究[D].东华大学博士,2003:44-46.

[10] 夏火松,陈国栋,范昭岩,章伟.知识网格研究综述[J].情报学报,2007,(6):869-876.

[11] 孙永丽. 信息化教育中的知识管理[D].2004,(4):44.

[12] 李映兵.基于知识网格的知识管理模式设计[J].信息化与网络建设2007,(2):62-65.