基于语义wiki的网络课程设计与开发*

□ 李艳燕 王 丽 梁 妙

基于语义wiki的网络课程设计与开发*

□ 李艳燕 王 丽 梁 妙

目前我国大多数网络课程侧重在界面和美工方面的改进，而网络课程的核心要素即学习资源却相对静态固定，组织不灵活，重复利用率不高，缺乏语义关联信息。学生的学习更多只是对资源进行浏览和简单交互，缺乏深度互动，对资源建设的参与度低，主动学习的动机不高，学习效果不理想。针对这些问题，我们引入Web2.0群建群享的思想，提出了一种基于语义wiki的开放、灵活、可扩性网络课程设计思想，强调网络课程资源的群建、联通、共享的特性，并开发了一门网络课程进行探索性案例研究。实验结果表明，基于语义wiki的网络课程能促进师生、生生之间的协作交互，提高学生协作学习意识，并能在一定程度上提高学习效果。

语义wiki；网络课程；协作学习

一、引言

网络课程作为互联网教育领域应用的主要形式之一，其设计与开发越来越受到高校的重视和推广。综观我国的网络课程，其中不乏优秀的数字化学习资源，但也存在一些共性问题，归纳起来有以下几点：

（1）资源组织方式生硬，缺乏语义关联。这就对学习者的学习能力有了较高要求。

（2）学习资源相对静态固定，重复利用率不高，这造成资源重叠，同时也增加了网络课程的开发成本。

（3）界面不够友好，缺乏真正涉及学习内容或学习活动的深入研讨与交流互动，使得教师无法准确追踪学习者的学习过程，从而无法提供及时有效的指导，导致学生学习效果欠佳。

（4）从网络课程的实际应用情况来看，大部分网络课程都是学习者自主参与，导致大部分学习者动机不足，积极性不高。

以上种种问题要求我们将注意力更多地放在网络课程的可用性上，尽可能开发出以学习者为中心、操作界面友好、协作气氛浓厚的网络课程。可用性意味着将学习者和学习者真正的需求放在重要位置，它是评价e-learning系统的一个基本参数[1]。学习资源作为网络课程的核心要素，是建设一门网络课程至关重要的设计环节。同时，学习者的动机严重影响到网络课程的学习效果，如何激发动机和学习积极性也是在建设网络课程时需要关注的问题。

二、从wiki到语义wiki的网络课程设计概述

现有网络课程的基本设计要素可以分为三种：课程的内容设计和组织方式、学习者的学习方式、课程的媒体表现形式[2]。本研究重点关注网络课程的内容设计和组织方式。

Wiki作为一种协作式的超文本编辑环境，其本身面向社群协作式编辑的特点，恰恰支持了教育领域中的“协作学习”、“资源共建共享”的理念，为实现学生与资源、学生与教师、学生与学生之间的深度交互提供了广阔的空间。国内一些学者也进行了一些实证研究。梁斌等人进行了基于wiki专题学习网站的设计与实现的相关研究，他们在内容设计方面打破了传统的按章节顺序排列的方式，采用以专题为核心，结构化重组学习资源，利用wiki的技术特点，实现了学习者自主学习过程中进行知识扩充[3]。薛红果设计实践了基于wiki的协作式大学英语写作教学模式，该课程以建构主义作为理论支持，以wiki为平台支持，实现了学习资源和学习思路的共享，以及作品的相互评阅，通过记录每一次的修改操作及内容，实现了学生写作的过程性评价[4]。调研中我们发现虽然wiki的使用可以将“知识建构”、“多用户协作”“师生、生生交互”这些基本教学活动运用在教学情境中，同时使知识建构的过程透明化，但也存在不足：① Lee指出，wiki这样的在线文本缺乏“清晰的结构来支持读者去建构意义”，给学生理解和建构知识造成一定的障碍[5]；② 信息重用仍然困难重重[6]；③ 缺乏资源的语义关联信息，机器无法理解，进一步限制了检索能力。

语义wiki是将语义网技术与wiki相结合，极大地丰富和增强了普通wiki协作内容管理功能，它能够获取和判断与wiki页面相关的知识以及知识之间的关系，方便对信息进行聚类与检索。语义wiki除了继承wiki的优点外，还具有自身独特的三大亮点：① 知识结构化，通过本体组织wiki内容。随着本体链接起来的知识越来越多，wiki知识结构被清晰地呈现出来；② 知识可重用。wiki本体的数据表示方式与语义网兼容，大多能够实现本体的导入、导出；③ 知识机器可理解，使用特定结构来表示语义wiki的知识内容，使得机器能够进行检索与推理[7]。Schaffert等人，在语义wiki应用于本体工程方面做了相关研究[8]，并首次将语义wiki作为一种学习工具进行了探索研究，他在文中指出语义wiki应用于学习情境，其潜力是显著的[9]。语义wiki的这些优点为我们解决传统网络课程中存在的资源可用性差、缺乏语义关联、信息重用困难等问题提供了思路。它不仅为教授者和受教者提供了一个学习资源共建的平台，实现了学习内容的协同构建，还提供学习资源重组的功能，使教师可以根据学习者的不同需求来组织学习资源。语义标注还可以用来帮助检索和查询相关内容、匹配课程的学习材料，以及为一个新课程创建课程结构[10]。

三、基于本体的课程资源组织框架

（一）课程本体

本网络课程的开发主要基于黄荣怀等学者提出的“网络课程开发三五模型”，即以学习活动为中心，开展教学设计，从项目的角度分析网络课程开发过程，此过程分为规划、设计、开发、测试和发布五个阶段[11]。基于此，我们以学习活动为中心设计定义网络课程本体，图1显示了课程本体的一部分。

如图所示，我们定义了学习单元、学习活动、学习对象、用户等几个主要的类。同时，每个类定义了相应的属性，属性分为两种，一种说明了类的属性取值的数据类型，例如学习活动的开始时间和结束时间属性是日期型；另一种是说明了类与类之间关系的属性，例如学习对象之间的并列关系、顺序关系，学习对象与学习活动之间的组成关系，学习活动与学习单元之间的组成关系，用户、讨论组与学习活动之间的参与关系等。

图1 网络课程本体

（二）课程资源的结构化组织框架

以设计好的学习活动为基础，我们将每一个单元的学习内容以学习对象为基本单元进行组织，学习对象[12]是一种可重用的、独立于媒体的信息块，是e-learning学习内容的结构化模块。图2显示了基于本体的课程资源组织框架。我们将具体的学习对象作为“学习对象”类的实例，存储在知识库中。通过继承类间“并列”、“顺序”以及“复合”等的关系，学习对象实例之间就有了各种语义关系。具有顺序关系的学习对象之间是线性关系，在学习过程中有先后顺序；并列的学习对象则可以不考虑先后顺序，它们之间是网状导航。原子对象可以复合成复合对象，不同粒度的学习对象满足以不同粒度进行知识重用的需求，促进知识共享。建好的学习对象存储在知识库中，依据应用情境的不同，我们可以对学习内容进行灵活的组织与重构。这样就建立起了具有语义的结构化的学习内容，这种课程组织结构能够有效地促进检索、导航和其他功能的实现。

图2 课程资源的结构化组织框架示意图

四、网络课程平台开发

基于前面提出的语义wiki网络课程的设计思想，我们开发了一门《人工智能导论》网络课程（http://114.255.218.78/ai）。该平台设置了课程学习、名词术语、互动社区等模块，所有课程资源都是在课程本体基础上实例化，可以动态更新和聚集。如果需要增设新的功能模块，通过简单编辑脚本语言就可以实现，体现了课程的灵活性和可扩性。特别的是，平台提供了语义关联导航、课程共建和课程管理等几个功能，为方便学生学习以及资源共享和共建提供了有效支持。

（一）语义关联导航

传统的网络课程导航大多是将学习内容以树形目录方式显示在页面上，通过预先定义的页面超链为学生提供导航。当学习资源增多或删除时，都需要人工添加或修改超链。在基于语义wiki的网络课程平台中，每个具体的学习对象都是学习对象类的实例，并对应于一个页面，每个学习对象的属性和值都显示在页面右上方的浮动面板上。所有页面之间的链接是通过上层本体类之间的关系建立语义关联，而不是通过人工设定超链方式，从而实现了学习对象的自动化语义关联。图3显示了三个语义链接的页面。在学习过程中，学生可以顺序浏览每个页面实现传统的线性学习，即按照老师既定学习路径开展学习。同时，学生也可以点击页面右上方浮动面板中的蓝色文字跳转到其他页面学习相关的内容，比如关键概念、前一个任务、后一个任务等，这为学生的个性化自主学习提供了支持和帮助。

此外，本网络课程提供两种搜索方式，一种是常规的关键字搜索；另一种是语义wiki自带的直接查询自身知识库的搜索方式，其搜索语言的语法结构是基于语义wiki的标记语言，用这种查询方式搜索“李晓明”的相关活动信息，查询语句是：[[Category:activity]][[Performer::user::李晓明]]，即可查出李晓明参与的所有活动，包括他参与活动的角色。此外，学生还可以选择搜索结果的显示项，如：活动状态、开始时间、结束时间等。关键字搜索的结果只能显示该活动的标题或内容中明确带有“李晓明”的项，而语义所搜方式可以通过本体自动关联出与“李晓明”有关的所有活动，如：参与的项目、上传的资源等等。

图3 关联导航

（二）课程共建

基于语义wiki的网络课程特别地为学习者提供了协同编辑的功能。通过权限分配，学生可以进行页面编辑、修改等操作，协同共建课程内容。上传资源时系统会自动将正在上传的资源标题与资源库中已有的资源进行匹配，如果已经存在相同标题的资源，学习者就不能上传此资源，系统自动推送资源库中的已有资源供学生进行编辑。如果没有找到相同标题的资源，系统自动跳转到与标题匹配度最高的资源界面，学生可以对该界面的资源进行编辑。如果没有找到匹配的学习资源，系统跳转到资源上传界面。同时，网络课程提供的历史记录功能可以保存操作历史以避免恶意修改。

《人工智能导论》网络课程允许学生在每个页面上进行协同编辑和评论。为了激发学生进行协作学习，我们通过设计不同类型的学习活动让学生参与到资源共建和协同编辑中。例如，本课程的期末作业是设计一个智能教学系统，共分三个阶段：第一个阶段，个人独立设计；第二个阶段，同学间互相评价；第三个阶段，个人根据评价进行修改。图4展示了一个学生的期末作业及学生之间就该作业进行的讨论。

图4 学生活动中的协作讨论

（三）课程管理

教师对课程的合理管理，可以为学生的自主学习和协作学习提供有效的指引。教师管理课程需要有效的数据支持，通过分析数据，教师才能掌握学生的学习进展、协作学习的动向，以及学生对资源共建的参与度。课程管理模块的设计满足了教师的这一需求，教师和课程管理员具有课程管理的权限。该模块提供用户帐户管理、资源管理和用户行为统计等主要功能。通过记录用户的操作（如页面编辑、浏览等），可以计算出每个用户的贡献度，并实现降序查看，如图5所示。因此，教师可以了解每个学习者的表现，及时给予引导和帮助，同时也为期末学生评价提供依据，弥补了传统单一评价方式的不足。此外还可根据关注度对页面进行降序显示，帮助教师定位热点页面，追踪学习者协作讨论的动向以及讨论过程。

图5 教师获得学习者参与度信息

五、实验研究与结论

该课程在2009年夏季开设，是教育技术学专业大三学生的选修课。我们采用任务驱动的协作学习作为主要教学策略，整个课程划分成九个学习单元，每个学习单元包含二到四个学习活动，每一个学习活动包含一系列学习步骤。除了每周三个学时的课堂授课时间外，要求学生们课后登陆平台针对每个学习单元完成一到两个学习活动。本实验旨在了解学生对使用基于语义wiki的网络课程平台的态度，以及调查学生参与协作编辑的次数对其学习效果产生的可能影响。因此本研究提出两个研究问题：① 学生对该网络课程平台的态度；② 该网络课程平台对学生学习效果的影响。

（一）学生对该网络课程平台的态度

我们在课程结束后就学生对网络课程平台的态度进行了问卷调查，共发放问卷22份，其中20份有效，有效率91%。调查问卷是以李克特量表形式设计的，其中包括十三道问题。问题的设置分为四个维度：① 网络课程平台的有用性；② 网络课程平台的易用性；③ 使用网络课程平台学习的满意度；④ 参与wiki支持的协作学习的意愿。这个问卷最早是由Davis提出[13]，之后Addison等对此问卷进行修改，用于评价学生对于他们开发的一个协作标注系统（PAMS2.0）的接受和使用情况[14]。同样，针对该网络课程平台，我们基于这四个维度对问卷进行了相应修改。同时在问卷设计过程中，我们请了四位心理学和计算机方面的专家来评估这些问题的有效性，并根据专家给出的意见删除、修改了一些含糊不清的问题。三个月之后我们采用相同问卷对学生进行了重测，再测信度r等于0.816，说明该问卷的高可信度。

表1 是问卷调查的结果。问题1表明100%的学生认为该课程平台对他们协作学习有帮助。问题2表明85%的学生认为课程平台对他们管理个人和小组内部知识有帮助。问题3的统计结果表明95%的学生认为该课程平台对他们分享自己的知识与想法有帮助。有65%的学生认为关联导航对学习有帮助，如问题4所示。原因是有些学生认为任务驱动的层级导航模式导航太深，使用不便。关于平台的易用性，得到了大部分学生的认可。需要指出的是，问题7中有25%的学生对平台的易用性不太确定是因为他们很少使用或从未使用过该平台。学习满意度方面，100%的学生对该课程平台提供的讨论功能感到满意。大部分学生对平台的互动功能满意，并且认为该平台适合用来协作学习。对于将来是否愿意继续使用基于语义wiki的网络课程平台，有80%的学生回答是肯定的，20%中立。至于最后一个问题，有15%的学生不确定，10%的学生不愿意继续使用该平台。通过访谈几个学生，我们了解到不同的任课老师要求学生使用不同的网络课程平台，这增加了学生的负担，也降低了学生在正式学习中使用课程平台的热情。不过，他们表示在非正式学习中愿意使用基于语义wiki的网络课程平台。

表1 问卷调查结果（N=20）

两次调查的数据统计结果显示，学生对协作学习持积极态度，并且能够投入到基于语义wiki的网络课程中，有意愿通过协同编辑与同学交流信息、共建知识。语义wiki协同编辑、语义关联导航、自适应性组织学习内容的特点也显示出对学生学习的较大辅助，学生对基于语义wiki的网络课程给予了较高的评价。

（二）该网络课程平台对学生学习效果的影响

通过对学生在网络课程中的表现与其学习效果之间的相关度分析，我们可以了解基于语义wiki的网络课程是否能够促进学生学习。学生在网络课程中的表现以活跃度作为评价指数，活跃度主要参考学生创建的网络课程页面数以及对页面的编辑次数。学习者的活跃度的计算公式为：

学习效果采用最终的学习成绩来反映，也就是学生在这门课程中的最终成绩，通过学生互评、教师评价的方式共同决定。将学生活跃度（behavior）和学习效果(grade)进行斯皮尔曼相关分析得：

grade behavior Spearman's rho grade Correlation Coefficient 1.000 .548*Sig.(2-tailed) .012 N 20 20 behavior Correlation Coefficient .548* 1.000 Sig.(2-tailed) .012 N 20 20

学生的活跃度和学习效果之间的斯皮尔曼相关系数为0.548，这两个变量之间呈正相关，p=0.012＜0.05，即在0.05水平上显著相关。这就是说，学生在语义wiki网络课程中的活跃度可以在一定程度上解释学生的最终学习效果，活跃度越高，学习成绩相应也越高。

但是我们从以上分析结果也可以看出，活跃度与学习成绩之间的相关系数为0.548，属于中度相关，即活跃度并不能作为学生学习效果高低的全部解释。这一点与实际情况是相符合的，我们知道学生的学习效果还会受到其他诸多因素的影响，这些因素并不在本次的研究的范围内，所以在这里不展开讨论。

（三）结果与讨论

基于语义wiki的网络课程可以对学习内容进行结构化、连贯灵活的组织，其友好的操作界面和对协作学习的支持，促进学生积极地参与知识的共同建构。利用网络课程关联导航及检索功能，学生可以便捷的访问站内资源，促进学生与资源、学生与学生之间的深度交互。通过后期的效果评估，我们发现，学生的协作学习意识比较强烈，对基于语义wiki的网络课程评价较高，学生在协作学习过程中的参与度越高，其学习效果相应地也越好。但同时，我们在进行课程开发和实际教学的过程中也发现了一些问题：

1.课程页面导航不能太深，信息量不能太大，否则容易造成信息迷航。信息量过大、导航过深对学生的信息技术素养要求就越高，学生必须具备良好的信息检索与鉴别能力，才能顺利地实现对信息的筛选与组织。实际教学中我们发现，学生的信息技术素养并没有预期的那么高。在教学的过程中有部分同学反应信息太多，不知道该如何进行学习；导航太深，在通过网络课程学习的时候就会模糊学习目标。

2.学生协作学习意识强烈，但是主动进行协作学习的积极性不够。从我们对学生的观察来看，由于深受传统教学方式的影响，学生还是比较习惯于被动地接受，只有在任务和要求都比较明确的情况下才能显示出较高的学习热情和积极性，这就要求教师在进行教学设计时要张弛有道，既给学生一定的方向与方法的指导，又给他们自由发挥的空间，培养其创造力。

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Designing an Online Course Based on Semantic Wiki

Li Yanyan,Wang Li and Liang Miao

Outstanding issues in most of the online courses in China are currently two-faceted:on the one hand,most attention is given to interface design and layout whereas the key component,the learning content itself,is not regularly updated,not flexibly organized,not used repeatedly enough,and short of semantic association and cross reference;on the other hand,students’learning remains at merely browsing the materials and simple interaction,without contributing to creating the learning materials,with low motivation and unsatisfactory learning result.An open,flexible and extendable web course design principle is adopted in a case study based on web 2.0,with emphasis on everybody-contributes,cross-referencing and sharing.The results show that online courses based on semantic Wiki can strengthen both teacher-to-student and student-to-student collaboration and interaction,enhancing students’learning collaborative learning consciousness,hence,to a certain extent,improving learning effectiveness.

semantics; wiki; online courses; collaborative learning

G40-057

B

1009—458x（2012）02—0071—06

*本文受国家自然科学基金项目“基于语义上下文的知识服务关键技术研究” (项目编号：61075048)、北京师范大学文科青年教师发展培育项目“社会交互语义的理论与方法研究”、中央高校基本科研业务费专项北京师范大学重点项目“泛在学习环境中的学习资源设计与共享研究”（项目编号：2009SD-9）资助。

2011－10－30

李艳燕，副教授，博士；王丽，硕士研究生；梁妙，硕士研究生。北京师范大学教育技术学院知识工程研究中心（100875）。

责任编辑 三 川