基于COOC和知识图谱的在线教学资源建设新模式

侯 霞，郝保水，崔展齐

（北京信息科技大学 计算机学院，北京 100101）

0 引言

教育是立国之本、强国之基。我国对于高等教育建设非常重视，每年投入大量的人力物力进行教学资源的建设。各高校都已在本校本专业本课程范围内积累了大量的优质教学资源，但是各高校间的教学资源并没有形成有效充分的资源利用和共享机制。另一方面，传统教材类资源存在出版周期过长、信息滞后等情况。

随着互联网信息技术的发展和教育教学模式的变革，新型教学手段和资源形式正在被大量用于传统课堂中[1]。近些年来，一些学者开始利用信息技术帮助和改进教学内容与方式。例如，慕课（Massive Open Online Course，MOOC）就 是将信息技术用于教育的典型案例[2]。兰州大学周庆国教授提出基于互联网的协作式开放在线教程（Collaborative Open Online Course，COOC）则是MOOC 概念在教材编写环节中的延伸[3]。信息技术帮助营造了全新的学习环境，对于教育教学有很大的帮助和推进[4]。

1 教学资源建设存在的主要问题

经过大量的教学研究和积累，各高校的教学资源日趋丰富。同时，各出版社也都在争取优质教师和资源，完成越来越多的优秀教材。但是，从整体层面上分析，教学资源的建设和共享还存在一些问题，主要体现在以下几方面。

1）教学资源重复建设，造成浪费。

目前，国内众多高校开设了很多相同或类似的课程，通过各类教育教学项目的支持，对课程的授课内容、授课形式、辅助资源等进行了深入探讨和研究，在本校本专业本课程范围内获得了不少收获。但是，由于各高校是独立开展教学工作的，很难形成有效充分的资源利用和共享。各个高校各自进行课程建设，其中很大一部分基础内容是重复的，这种重复建设造成了人力物力的极大浪费。

2）教学资源没有形成共享和互补机制。

各高校相同或相似课程的基础部分内容虽然差异不大，但是各有侧重，特别是目前在领域的案例教学方面，各高校由于授课教师和教学资源各有所长，授课使用的教学案例各有特色。如果各校资源能够共享，取长补短，则可以成为一套非常完整的优质资源，但是目前并没有这种共享和互补机制。

3）教学内容很难及时地随技术同步更新。

技术发展速度较快，特别是信息技术的发展日新月异，对非基础类课程的专业课程来说，其授课内容和教学资源难以紧跟技术发展。

例如，移动应用开发课程就是一门实践性很强的专业课程。Android版本几乎每年升级，开发集成环境也在更新换代。要想在课程中及时体现Android移动应用开发的最新发展和软硬件环境，教师需要频繁更新课程教案和相关资源，非常辛苦，甚至任课教师可能受到时间精力的限制，很难保证教学内容总是与技术发展同步更新。

4）出版的教材无法保证技术的新颖性。

公开出版的教材需要一定的审批、校对和出版流程，而技术更新速度非常快，因此，教材正式出版时，可能已有新技术出现，这导致任课教师无法找到非常合适的教材。

2 教学资源建设新模式

2.1 基于COOC的在线教学资源建设

COOC是兰州大学周庆国教授提出的一种教学资源建设理念。该方式的教学资源建设，便于多用户同时进行教材编写，可有效提高效率，缩短教材的开发周期。周庆国教授基于gitbook搭建了一个COOC平台，通过这种模式可以有效集成多种形式的教学资源。

基于COOC平台建设在线课程教学资源时，需要统筹规划知识体系和资源形式。对于实践性较强的技术类课程，建议遵循如下原则进行教学资源建设。

1）以知识点为基础展开内容。

开始编写教材之前统筹规划知识体系，确定知识点列表，构建较为完整的知识体系。各点之间应相对独立，便于梳理知识点之间的关联与差异，便于学习者定制化学习。

姐妹俩默默地、默默地相对而坐，一会儿同时望望灵床上的亡人，一会儿两两相望，眼睛就渐渐地潮湿模糊了；梨花抹了下眼睛，手上水水的。不知从什么时候开始，她已经会流泪了。眼泪一旦决了堤，就如潮涌一般不可收拾；但梨花无心收拾，任由泪水蒙住了眼睛。对她而言，眼泪可以洗涮一些东西；但更多的是撒上伤口的盐巴，让她感到痛。更痛。

2）以实验为补充强化训练。

针对特定的一个或几个知识点设计实验内容，给出实验指导过程，用于强化对特定知识点的训练。

3）以案例为手段培养综合能力。

案例的设计应覆盖特定的知识点集合，能体现和说明知识点之间的关联与衔接，用于培养学习者解决实际问题的能力。案例的选取应注重多样化和实用性，案例集应尽量保证能覆盖常用知识点。

4）以问题列表为补充完善实践体系。

技术类课程除了对理论知识的掌握之外，在实践方面总会遇到这样那样的问题，这些问题和解决方案对知识的学习有很大帮助，是很有应用价值的资源。传统教材中很难包含这部分资源，但是在线资源可以更加多样和丰富。

基于上述原则，北京信息科技大学联合北京大学、中原工学院、青岛工学院、长沙学院共同建设了移动开发课程的在线教学资源。该课程资源已发布在开放的COOC平台 。

在课程建设阶段， COOC在线协作的特点被充分利用和体现。

（2）问题列表则在授课过程中由学生收集和撰写，给出了Android开发实践中的常见问题及解决方案。学生提交的问题列表由主讲教师审核并发布。

这种在线协作方式可以包含丰富的资源形式，如文本、图片、视频等，该方式还极大地提高了教学资源建设的效率。该课程包含14章常规内容（内含实验）、5个典型案例和200多个常见问题，这在传统教材建设中是很难实现的。其阅读界面见图1，左边是目录，方便导航。

2.2 基于知识图谱技术的知识体系

在学习传统教材时，很难实现知识之间的导航，这个问题可以借助信息技术加以解决。

知识图谱是一种非常合适的技术。知识图谱涉及模型构建、信息抽取、可视化等关键过程，涉及大量的人工智能技术[5]。

在完成课程内容的编写工作后，采用信息抽取技术可以将零散的知识点关联在一起形成课程的知识体系图，从中可以清晰地体现知识点之间的前驱后继关系，便于知识梳理和学习。

为了形成知识图谱，在撰写教案的过程中除了讲述本部分知识内容之外，需要明确标明该部分与其他知识点的关联。例如，图1中右侧是知识点的内容，其中有“编号”和“前驱知识点编号”。后期可以通过编写程序自动提取这两个信息，从而构建知识点之间的关联关系并存储。最终，可以将所有的知识点串起来形成课程的知识图谱。

通过信息技术将知识图谱可视化，可有效改善学习者的交互体验。例如，图2中左侧就是前述移动开发课程整体知识图谱的可视化结果。该图谱直观地描述了知识点及其之间的关系、一个实验或案例涉及的知识点等，这些是传统教材不能体现的内容。点击左图中的任意一个点，右侧显示该知识点所有关联的知识点关系，且点击右上角的链接可以直接跳转到在线教程的相关章节。

图1 基于COOC的移动开发课程资源

图2 移动开发课程的知识图谱

通过这种知识导航的方式，学习者可以按照从部分到整体的方式，即先学习基础知识，到实验，到案例；也可以从整体到部分学习，从实验或案例入手，产生整体感知，再导航到具体的知识点。

2.3 融入信息技术的在线教学资源建设优势

通过COOC和知识图谱建设教学资源的模式是一种教学改革尝试，有下述优势。

1）优质的教学资源聚集和及时更新。

基于COOC平台构建教学资源，可以充分发挥协作的特点，集成多个教师、专业、高校的优势，形成优质的资源池，最终有助于形成内容全面、形式丰富的教学资源，可实现资源共建、共享、取长补短的目的。同时，开放的在线协作建设方式，更有利于用户协作维护课程资源，以保证内容及时更新。

2）关联紧密的课程知识体系。

知识点的学习是必备基础，但是数量巨大，难以实现对不同程度学习者的个性化知识体系构建和学习进展的安排。同时，学习者仅学习知识点，也难以建立完整的知识体系，难以有效地组织知识用于解决实际问题。在传统知识点的基础上，基于知识图谱技术可以细致地刻画知识点之间的关联性，从而形成一个知识体系图谱。图谱可以帮助学习者理解知识的关联性，理解和掌握知识条理，便于知识导航。

3）交互式的学习环境。

基于知识图谱的可视化技术有助于提供交互式学习资源。在该环境下，学习者可以完成从知识点与实验或案例之间的双向导航，实现从点到面或从面到点的学习方式。这种交互式学习可以提供更具吸引力的环境，改善学习者的体验和提升学习兴趣。

4）定制化的资源使用配置。

不同的学校由于其教学背景、教学对象、教学方式等方面的不同，需要根据各自的需要使用教学资源。现有的网络化学习都是基于已有的固定知识结构，难以为使用者提供定制化的学习安排，也难以进行个性化的交流。而通过课程的知识图谱可以由使用者自主进行知识点的连接性构建并使用相应的资源，从而建立起符合需要的个性化知识体系和资源结构。同时，由于有大量的协同者，各种资源及其使用的问题也更容易解答。

3 结语

基于COOC和知识图谱技术的在线教学资源建设模式，充分利用信息技术改善现有教学资源建设的问题。该模式可实现资源共建、共享、取长补短的目的，通过协作维护课程资源以保证技术内容的及时性和完整性。这种模式特别适用于技术更新速度快的课程建设。同时，模块化建设的课程资源便于学习者根据自己情况定制化学习内容和方式。

移动开发课程资源建设的案例验证了此种模式的有效性，但是该种模式的推广和应用还需要教育界的大力支持，通过打破区域壁垒来协调共建更多的优质教育资源。