联结型微课程在知识展示与建构中的作用分析

2017-07-07曾立胜

黑龙江教育·高校研究与评估 2017年7期

曾立胜

摘要：学习过程可以理解为神经元间新联结产生的过程。人脑中上亿的神经元相互联结形成巨大的知识网络。神经元的联结不是机械式的强化，而是通过不断尝试和意义来激发和拓展大脑中复杂的神经元通路，进而促成知识的学习。联结型微课程可以有效展示知识间的关联，帮助学习者建构知识。

关键词：联结；微课程；知识

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）07-0030-03

现行课堂实录式的网络视频教学资源，很多只是教材内容的另外一种展示形式。同时由于其信息容量大，难以在基于移动平台的学习中直接使用。微课程具有容量小、时间短、内容精、模块化等特点，正好可以满足人们通过移动终端设备随时随地学习的愿望，实现处处可学、时时可学的学习愿景。加涅将知识分为五个大类，它们分别是言语信息、智力技能、认知策略、动作技能、态度。其中重点的智力技能又细分为四个小类：辨别、概念、规则、高级规则，这些小类相互联系，较复杂的技能学习以较简单技能的学习为前提条件。联结型微课程可以帮助学生建构概念和规则知识。

一、微课程的主要特点

美国新墨西哥州圣胡安学院的教学设计师戴维·彭罗斯（David Penrose）率先提出了“微课程”的理念，即“一分钟视频微课程（Microlecture）”，其核心是在微课程中把教学内容与教学目标紧密联系起来，期望产生一种聚焦式的学习体验，即知识脉冲（Knowledge Burst）。微课程能够为学生提供自选形式的学习资源，在短时间内将学生的注意力集中在某一知识单元上，让学习者在较短的时间内掌握所关注的内容，进一步给学习者带来满足感和成就感。

现行微课程的主要特点如下：（1）时间短，一般5—10分钟。（2）媒体的多样性，可以是文本、图片、视频、动画等。（3）内容精，重点突出某个概念和规则。（4）信息容量小，适合移动设备的在线学习。（5）自主选择，学生根据自己的学习需要，可以自主选择关心的学习内容，有针对性地学习。（6）制作简便，有多种途径和设备方法，上手快。（7）情景化，可以提供具体的、典型的案例示范。微课程的优点在于自助餐式移动自主学习，不足在于：（1）内容的碎片化，缺乏知识间的关联性；（2）知识的单向传播，缺乏交互性。在微课程的应用方面，黄建军等指出要对微课程适用的知识对象进行描述[1]；寻素华认为应该对学习对象进行分析[2]；不少学者指出录制微课程时不但要有清晰的对象，也定义了微课程制作的技术要素，如图像的分辨率、内容、文字、声音以及时间要求等。

二、知识的内涵及表示方法

知识是对信息提炼和推理而获得的正确结论，是对自然、社会、思维规律的认识与掌握，是大脑重新组合和系统化的信息集合。知识表示就是对知识约定和描述的数据结构，以利于计算机的存储和处理，因此知识表示可以定义为数据结构+处理机制。适合概念和规则知识的表示方法有：（1）框架[3]：是明斯基提出的处理视觉、自然语言及行为的理论，认为人对现实世界中事务的理解是一种类似于框架的结构存储在记忆中。当遇到一个新事务时，就从记忆中搜寻一个合适的框架，并根据新的情况对框架的细节进行修改和补充，以形成对新事务的理解和认知。框架可以描述为把某事务的所有知识储存在一起的数据结构。框架主体表示某个固定的事务、概念、对象或事件，其下层由一些槽组成，表示主体每个方面的属性。框架是一种层次的数据结构，框架下层的槽可以看成一种子框架，子框架本身还可以进一步分层为侧面。槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值，槽值可以是程序、条件、默认值或是子框架。相互关联的框架连接起来组成框架系统，也称框架网络。其优点：结构性，可以把知识的内部结构关系及知识间的特殊联系表示出来。继承性，下层框架可以继承上层框架的槽值，能较好地保证知识的一致性。自然性，框架通过把与某个事物相关联的特性集中在一起，可以很好地模拟人脑对事物多层次、多角度的存储结构。不足：语义结构不明晰，缺乏明确的推理机制。

（2）语义网表示法[4]：语义网络是奎廉在研究人类联想记忆时提出的一种心理模型，认为记忆是由概念间的联系实现的。语义网络可以理解为一种实体及其语义关系来表达知识的有向图。语义网络可用三元组表示：（结点1，弧，结点2），结点描述事件、概念、状况、动作等实体，弧表示实体间的关系。其优点：结构性，实体间的联系可以显示地表示出来，下层结点可以继承、新增、变异上层结点的属性。联想性，强调实体间的联系，体现了联想思维的过程。自索引性，通过与结点相关联的弧可以快速搜索关联的信息，避免查询整个知识库，能有效避免盲目搜索时的组合爆炸问题。不足：非唯一性，同一个问题可以有不同的语义网络来表示和理解，因此通过语义网络所实现的推理不能保证其正确性。

（3）面向对象的表示方法：采用對象法对客观世界的具体事物及事物间的联系进行抽象，符合人们认知问题和分析问题的思维方式。软件实现时以对象为中心，每一个对象是由一组属性、关系和方法的集合组成。一个对象的属性集和关系集描述了该对象所具有的知识，操作在属性集和关系集上的方法表示知识处理，包括知识的获取方法、推理方法、消息传递方法以及知识的更新方法等。优点：代码重用和可维护性好。

（4）知识地图法：知识地图是结合基模和概念图的知识表示。基模是一种认知机制，可储存、综合、归纳及提取经验，能让个体组织和积累相似的经验，也可以协助辨识额外的经验。知识地图包含概念属性和关系属性，既具有概念图的方便呈现概念间关系的优点，同时具有基模的方便呈现概念属性的功能。知识地图也可以理解为知识资源目录，通过目录可以存取相关知识，同时知识地图还可以定义目录内各资源的关系，有利于知识的快速定位。知识地图主要功能是知识的组织管理，具体功能包括：指示知识位置的导航功能，揭示隐性知识，揭示知识的关系，整合不同的知识资源。

（5）本体表示法[5]：本体采用显式、形式化的方式来表示语义，用以提高异构系统之间的互操作性，促进知识共享。用本体来表示知识的目的是统一某应用领域的概念，构建本体层级概念间的语义关系，实现人类、计算机对知识的共享和重用。本体建模的五个基本要素是：类、关系、函数、公理和实例。本体知识库中的知识，不仅通过纵向类属分类，而且通过本体的语义关联进行组织和联结，同时推理机利用这些知识进行推理，从而提高检索的查全率和查准率。

以上的知识表示方法各有特色，适合不同领域知识的存储和使用，其最重要的共同点是强调描述事物间的联系。知识不是孤立的，知识相互间的复杂联系才能展示纷繁的客观世界。不同教材描述不同领域的复杂知识结构，网络课件也是描述知识关系的一种形式。微课程的重点不应该是展示知识点的内容，重要的是展示各个知识点的关联，帮助学习者建构知识。

三、联结型微课程在知识展示与建构中的作用

研究表明，人类大脑拥有神经胶质和神经元两种脑细胞，神经胶质的主要作用是隔离各神经元并输送营养。神经元由细胞体、树突、髓鞘和轴突组成，一个神经元的轴突只与另一个神经元的树突联系，见图1。神经元只沿单方向传递信息，树突接受来自其他轴突输入的信息并传递到细胞体，细胞体处理信息后，再通过轴突传递给其他的神经细胞。脑神经系统并不像传统计算机那样拥有一个集中的CPU，而是由数量多达1010—1011个神经元按网络的形式互相联结并协同工作，每一个神经元又与其他103—104个神经元相连。当一个轴突偶然碰到临近神经元的树突时，新的联结就产生了，这也是学习产生的机制[6]。简化的神经元信息传递见图2。

图1 神经元的结构

图2 神经元信息传递

学习产生的基本阶段有准备、获得、精细加工、形成记忆、整合应用。获得的神经学定义为轴突和树突新联结的形成，即神经元之间的联结是学习产生的物质基础。学习者在参加讨论、听课、环境刺激、角色示范、亲身体验、自我反思、看视频录像等过程中都能获得知识，建构联结。形成记忆的关键步骤是精细加工。精细加工不是机械式的记忆，而是以有意义的方式在大脑中拓展复杂的神经元通路的过程。

根据加涅的理论（1985），概念分为具体概念和定义性概念。具体概念是可以通过其知觉特点进行区分、通过名称加以识别的客体、特征或事件，如月亮、课桌、红色等。定义性概念是指不能根据其物理属性得到的识别，如家庭、民主、国家等。规则是概念间关系的陈述，包括原理和问题解决的高级规则。定义性概念和规则是学校学习的主要知识。因此，微课程应重点展示概念及概念间的联系，帮助学习者快速建构知识。

在联结型微课程中，概念可以表示为六元组：编号、概念名称、概念描述、属性值、关联行为、关联概念编号。定义中以关联行为为核心，重点表示概念间的关系，即规则的應用，见图3、图4。

图3 概念六元组

图4 概念间的关联

微课程要展示的概念间的关联行为主要有以下几种。

（1）整体和部分的关系。用于描述一个概念与其他概念之间的组成关系或某个概念是由另外一些概念组装而成的，这也被称为“a-part-of”关系。如数据结构概念包含逻辑结构、存储结构和算法三个概念。（2）一般和特殊的关系。这也被称为“a-kind-of”关系，具有继承性质。如C语言中，整数是一种变量。（3）限定关系。某（些）概念是另一个概念的条件、结果、环境、工具、方法、目的等限定关系。如递归是算法设计的方法之一。（4）创新关系。即某些关联的概念联结产生一个新的概念。如数据结构中线性结构和顺序存储形成顺序表的概念。（5）函数关系。一个概念的值可以由多个概念的值通过某一公式（算术表达式）计算而成。如三角形的面积（S）等于三角形的底（a）乘以三角形的高（h），即函数关系为S=a*h。因为概念通过编号唯一区别，因此上述的函数关系的计算可以表示为：面积（编号）.属性值=底（编号）.属性

值*高（编号）.属性值。算术表达式的翻译可以采用自顶向下的递归方法或LL（1）翻译方法，也可以采用属性文法翻译[7]。

联结型微课程的设计和开发：

（1）软件类微课程适合采用框架或面向对象的方法。

（2）微课程可以只涉及相关联的几个概念。

（3）微课程可以包含一门课程的所有概念，并提供概念的搜索，搜索到某一个概念后，与概念相关联的其他概念一并展示。

（4）可以提供概念属性的赋值功能。

（5）可以提供概念的编辑功能。

（6）视频类微课程可以采用可汗学院模式，即屏幕录像软件+概念图工具（或手写板）。

四、结语

学习过程可以理解为神经元间新联结产生的过程，通过不断尝试和意义激发可以拓展大脑中复杂的神经元通路，促成知识的学习。同时，随着网络技术和移动设备的发展，学习也进入微时代，通过随时随地碎片化学习，能有效地拓展知识学习的途径。联结型微课程可以借助移动设备有效展示知识间的关联，帮助学习者建构知识。

参考文献：

[1]黄建军，郭绍青.论微课程的设计与开发[J].现代教育