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摘 要：目前，各微课程学习平台存在课程知识结构化差、学习者学习过程掌控缺乏可视化数据支撑、学习结果评价不全面等问题，而知识地图能够实现知识点及其关系的可视化表示，促进隐性知识显性化表征，为在线学习活动分析及学习效果评估提供有效保证。鉴于知识地图的上述特点，提出了基于知识地图构建微课程学习体系的解决思路，并详细分析了知识地图在可视化学习各个环节中的具体应用，以期为微课程学习可视化设计提供参考。
关键词：知识地图；微课程；在线学习评估；可视化
中国分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）06-0023-03
一、引言
随着互联网信息技术的发展和智能移动终端的普及，微课、MOOC、SPOC等新型网络教学模式极大地改变了我们传统的教学模式，其中，微课以其短小精悍、适合碎片化学习等特点受到越来越多的关注。众多不同行业的学者给出了各自关于微课的定义[1]，本文中采用苏州市电教馆原馆长金陵关于微课程的定义：微课程是将原课程按照学生学习规律，分解成为一系列具有目标、任务、方法、资源、作业、互动与反思等在内的微型课程体系。
对目前在线学习平台上的微课程进行研究，发现大多数微课程只是单个或多个零碎知识点的视频及其组合资源的堆积，课程知识点缺乏结构性组织，整个教学过程缺乏可视化数据来指导学习者的“学”和教师的“教”。在这种模式下，学习者的学习行为缺乏引导，不利于知识的重构和应用；教师缺乏可视化的数据为个性化学习指导和进一步的决策提供参考，而知识地图正好弥补了以上缺点，为可视化学习和个性化学习提供了一种有效的途径。
二、 知识地图简介
英国情报学家布鲁克斯基于情报学理论首次提出知识地图（Knowledge Map）的概念[2]。许多专家学者从不同的角度对知识地图进行了分类和定义，本文中的知识地图参考了文献[3]的描述：知识地图是一种以可视化方式展现的显性化、结构化的知识关系网络，具有知识管理、学习导航和学习评估等功能。有研究表明，在学习文本材料时，使用知识地图在客观认知和主观情感方面都优于传统的学习方式[4]；Shaw研究在e-learning的学习方式下获取知识和技能以完成特定的ADO.NET程序，通过两组实验结果对比发现：基于知识地图的实验组在学习分数、学习满意度和计算机自我效能方面都胜过基于浏览器方式学习的实验组[5]。
目前，在在线学习领域，知识地图的研究已由探讨性的方法研究转向实际构建技术。可汗学院基于Google地图的接口对其练习题系统进行优化，生成了二维知识地图。学生的答题数、正确数、错误数、连续正确数以及答题总时长都记录在单元格中，教师能够直观地了解到学生遇到的困难，从而进行个性化的辅导。
三、 基于知识地图的微课程学习体系构建
1.学科知识地图构建
O’Donnell（1994） 指出垂直的知识地图能更好的提升学习成绩[6]。鉴于目前国内微课平台开设的课程基本是针对中小学的，本文以初中物理新人教版八年级课本为例，尝试给出构建基于垂直方向知识地图的微课程学习体系的思路。
知识地图的构建有三步构建法、四步构建法、五步构建法等多种方法，其中最关键的几个环节：知识点的确定、知识点之间关系的建立、知识地图的可视化设计以及知识地图的动态更新[7]。构建微课程的知识地图时应遵循如下几个原则：（1）充分考虑学习者的需求；（2）体现“微”特征：从微课程的本质出发，以“微”角度来进行总体分析和设计；（3）个性化：根据学习者的知识背景、学习风格及学习过程数据，构建基于学习者的个性化学习地图；（4）动态性、可扩展性：能够实时更新学习者学习进度、掌握情况等可视化数据，方便教师根据学习者的反馈数据进行课程内容的优化与调整。
知识点需要该知识领域内的专家团队协助该课程的授课教师一起对本课程进行研究后提取出来，可参考教材的章、节、知识点进行概念抽取，同时全面把握各个知识点在整个课程体系中的定位以及各知识点之间的关系，因此，先要建立整个学科的知识地图。如图1为初中物理学科体系知识地图示例，包含如下几个基本要素：
（1）知识点的结构化展示。根据学科、教材、章、节、聚合知识点、基本知识点的形式展现整个学科领域知识点全貌。点击某个知识点左上角的 可展开该知识点。同时，通过类似Google地图的分层展示方式，实现对知识点的局部放大与缩小以及知识点的拖动。
（2）知识点属性的描述。知识地图中应能显示知识点的具体信息，例如学习者鼠标停留在某个知识点上时，显示该知识点的相关属性（名称、描述、重要度、学习目标、关键字、主要内容等）。可根据关键字进行全局知识点的搜索和定位。知识点的重要度可通过节点的边框颜色来区分。
（3）知识点之间的内在联系。根据知识点之间的联系，提取出四种关系：包含、类型、前驱、关联。例如学习“速度”知识点时最好先了解其前驱知识点“长度和时间的测量”，“运动”和“速度”这两个关联的知识点最好参照学习。跨章节的知识点之间也可能存在一定的联系。通过知识点之间关系的构建和展示，指导学习者有选择性地进行知识点的学习，更好的梳理学习路径，减少学习过程中的迷茫与焦虑。
（4）知识点相关的资源素材。知识地图上还应提供学习资源的链接，方便学习者快速进入知识点的学习。点击知识点下方的 ，可以进入视频的学习，视频时间按照微课设计原则控制在8-10分钟以内。点击 和 ，可分别进入知识点的讨论和测验。教师可根据实际教学需要，将其它形式的学习活动嵌入到知识点的学习环节中。
2.学习过程数据的挖掘
课程知识包括显性课程资源（视频、学习素材、题库等）与隐性课程信息（学习者学习动机、学习策略、学习经验等），知识地图不仅可以用于显性知识的管理，还可用于隐性知识的管理。学习者的学习进度数据，可以通过分析挖掘学习者学习过程中产生的数据，例如登录次数、学习时间积累、作业测验的完成情况等得出，其计算规则由教师确定，例如对于叶子节点（即基本知识点），学习进度100% = 完成视频的学习 参与讨论的有效次数不少于3次 完成作业 完成测验；对于聚合知识点，根据该知识点及其各子节点的学习完成情况确定。学习者可查看知识点学习详情，根据提示继续未完成的学习。 对于教师，需要了解每个学习者在各个知识点的学习状态，以便对班级所有学习者的学习情况进行整体分析与评估。教师知识地图与学习者知识地图类似，这里的进度是本班所有学习者完成该知识点的学习情况。如图2所示，教师可以查看某个知识点上的具体学习进度数据。通过该表，教师可以发现学习进度较慢的学习者，有针对性的采取相应措施如学习督促、单独辅导等。
除了上述学习进度相关数据外，通过跟踪挖掘学习者的其它学习行为可以获得一些潜在的信息，例如可参考陈方华等[8]在其文章中提到的Sheard等开发的ViSION可视化学习工具，对web日志中导航行为记录进行分析，生成学习者基于整个课程的知识点学习轨迹。根据学习者的个性化学习特征，结合知识点学习轨迹以及知识点之间的内在联系，实现学习资源、自适应学习路径的精确推送。
3.学习结果评价体系
在微课程学习中，学习者在学习时间、知识点学习顺序的选择、学习资源的利用方式等方面存在很大的自由空间，在这种不同于传统课堂的学习方式下，学习者往往不清楚自己对于知识的掌握情况。目前，大多数在线学习平台通过测验来了解学习者的学习效果，这种方式的缺点一是评价主体单一，往往仅限于教师；二是评价结果不能精确到知识点。在基于知识地图的微课程学习体系中，借助已建立的知识地图框架，可以建立基于知识点的多元化评价系统。
首先，评价主体应当包括学习者自身、同伴、授课教师团队；其次，评价内容也应是多元化的，除了传统的包括作业、测验得分等在内的学习成绩评价模块外，还应包括其它维度的评价模块，例如学习态度评价模块：包括学习者登录系统次数、知识点累计学习时间等评价项；学习活动评价模块：包括学习内容完成情况、参与讨论交流的情况、提问以及主动答疑情况等评价项；学习贡献评价模块：学习者对学习内容的反馈建议、学习资源的分享与传播等评价项。评价项数据的来源是多层次的，包括来自学习系统采集的数据以及同伴、学习者自身、教师等多角度的主动或被动反馈的信息。
教师选定评价模块，制定各模块的评价规则，构成知识点及整个课程的评价体系。可以借鉴万海鹏等[9]提出的知识点掌握状态计算公式来构建学习评价体系。学习者在知识地图上的每个知识点的学习得分为与该知识点关联的各个评价模块的得分总和，而每个评价模块的得分为该模块各评价项的得分之和。具体的计算公式如下：
Score（Ki）=（Score（Mj）*Mwj）（1）
Score（Mi）=（Score（Ik）*Mwk）（2）
其中，Score（Mj）为学习者在基本知识点Ki上的评价模块Mj上的得分，Mωj为该评价模块的权重；Score（Ik）为学习者在评价模块Mj上的评价项目Ik上的得分，Iωk为该评价项目的权重。用上述公式计算出各单个知识点的得分后，对于学习者在聚合知识点上的学习得分，用其本身及其子节点的加权得分之和来计算，其计算公式类似公式（1）。
学习者的学习评价结果需要直观地展示在知识地图上，将学习者对于知识点的掌握水平根据上述计算的分数进行分类，比如分成三类：较好（分数大于80分）、一般（成绩介于60-80分之间）、较差（成绩低于60分），然后以三种不同的颜色来填充学习者知识地图上对应的节点，以便学习者及时了解学习过程中的薄弱环节。同时，将学习者在某个知识点上的掌握情况数据进行汇总后以饼图或柱形图等方式展现在教师知识地图上，方便教师反思教学设计。
四、结语
知识地图能够实现隐性认知结构的显性化表征、显性知识的结构化及可视化表示，基于知识地图将微课程学习中的用户模型、学习过程数据及学习结果可视化，可以帮助学习者梳理知识点之间的关系，有效实现认知结构的重构。同时，教师对学习者的学习情况把握有了具体、细节的可视化数据支撑，有利于其做出客观、全面的评价。如何基于知识地图构建协作性可视化学习环境，促使学习者、教师共同参与知识的构建，充分发挥学习者在学习中的主体地位，挖掘学习过程中产生的隐性数据并结合可视化工具进行展示，以更加有效的方式促进知识的记忆、理解、重组、建构、应用和创新，仍是值得研究的课题。
参考文献：
[1] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013，（4）：36-42.
[2]Brookes B C. The foundation of information science[J]. Journal of Information Sciences，1981，（1）：3-12.
[3]Lee，J.H.，
关键词：知识地图；微课程；在线学习评估；可视化
中国分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）06-0023-03
一、引言
随着互联网信息技术的发展和智能移动终端的普及，微课、MOOC、SPOC等新型网络教学模式极大地改变了我们传统的教学模式，其中，微课以其短小精悍、适合碎片化学习等特点受到越来越多的关注。众多不同行业的学者给出了各自关于微课的定义[1]，本文中采用苏州市电教馆原馆长金陵关于微课程的定义：微课程是将原课程按照学生学习规律，分解成为一系列具有目标、任务、方法、资源、作业、互动与反思等在内的微型课程体系。
对目前在线学习平台上的微课程进行研究，发现大多数微课程只是单个或多个零碎知识点的视频及其组合资源的堆积，课程知识点缺乏结构性组织，整个教学过程缺乏可视化数据来指导学习者的“学”和教师的“教”。在这种模式下，学习者的学习行为缺乏引导，不利于知识的重构和应用；教师缺乏可视化的数据为个性化学习指导和进一步的决策提供参考，而知识地图正好弥补了以上缺点，为可视化学习和个性化学习提供了一种有效的途径。
二、 知识地图简介
英国情报学家布鲁克斯基于情报学理论首次提出知识地图（Knowledge Map）的概念[2]。许多专家学者从不同的角度对知识地图进行了分类和定义，本文中的知识地图参考了文献[3]的描述：知识地图是一种以可视化方式展现的显性化、结构化的知识关系网络，具有知识管理、学习导航和学习评估等功能。有研究表明，在学习文本材料时，使用知识地图在客观认知和主观情感方面都优于传统的学习方式[4]；Shaw研究在e-learning的学习方式下获取知识和技能以完成特定的ADO.NET程序，通过两组实验结果对比发现：基于知识地图的实验组在学习分数、学习满意度和计算机自我效能方面都胜过基于浏览器方式学习的实验组[5]。
目前，在在线学习领域，知识地图的研究已由探讨性的方法研究转向实际构建技术。可汗学院基于Google地图的接口对其练习题系统进行优化，生成了二维知识地图。学生的答题数、正确数、错误数、连续正确数以及答题总时长都记录在单元格中，教师能够直观地了解到学生遇到的困难，从而进行个性化的辅导。
三、 基于知识地图的微课程学习体系构建
1.学科知识地图构建
O’Donnell（1994） 指出垂直的知识地图能更好的提升学习成绩[6]。鉴于目前国内微课平台开设的课程基本是针对中小学的，本文以初中物理新人教版八年级课本为例，尝试给出构建基于垂直方向知识地图的微课程学习体系的思路。
知识地图的构建有三步构建法、四步构建法、五步构建法等多种方法，其中最关键的几个环节：知识点的确定、知识点之间关系的建立、知识地图的可视化设计以及知识地图的动态更新[7]。构建微课程的知识地图时应遵循如下几个原则：（1）充分考虑学习者的需求；（2）体现“微”特征：从微课程的本质出发，以“微”角度来进行总体分析和设计；（3）个性化：根据学习者的知识背景、学习风格及学习过程数据，构建基于学习者的个性化学习地图；（4）动态性、可扩展性：能够实时更新学习者学习进度、掌握情况等可视化数据，方便教师根据学习者的反馈数据进行课程内容的优化与调整。
知识点需要该知识领域内的专家团队协助该课程的授课教师一起对本课程进行研究后提取出来，可参考教材的章、节、知识点进行概念抽取，同时全面把握各个知识点在整个课程体系中的定位以及各知识点之间的关系，因此，先要建立整个学科的知识地图。如图1为初中物理学科体系知识地图示例，包含如下几个基本要素：
（1）知识点的结构化展示。根据学科、教材、章、节、聚合知识点、基本知识点的形式展现整个学科领域知识点全貌。点击某个知识点左上角的 可展开该知识点。同时，通过类似Google地图的分层展示方式，实现对知识点的局部放大与缩小以及知识点的拖动。
（2）知识点属性的描述。知识地图中应能显示知识点的具体信息，例如学习者鼠标停留在某个知识点上时，显示该知识点的相关属性（名称、描述、重要度、学习目标、关键字、主要内容等）。可根据关键字进行全局知识点的搜索和定位。知识点的重要度可通过节点的边框颜色来区分。
（3）知识点之间的内在联系。根据知识点之间的联系，提取出四种关系：包含、类型、前驱、关联。例如学习“速度”知识点时最好先了解其前驱知识点“长度和时间的测量”，“运动”和“速度”这两个关联的知识点最好参照学习。跨章节的知识点之间也可能存在一定的联系。通过知识点之间关系的构建和展示，指导学习者有选择性地进行知识点的学习，更好的梳理学习路径，减少学习过程中的迷茫与焦虑。
（4）知识点相关的资源素材。知识地图上还应提供学习资源的链接，方便学习者快速进入知识点的学习。点击知识点下方的 ，可以进入视频的学习，视频时间按照微课设计原则控制在8-10分钟以内。点击 和 ，可分别进入知识点的讨论和测验。教师可根据实际教学需要，将其它形式的学习活动嵌入到知识点的学习环节中。
2.学习过程数据的挖掘
课程知识包括显性课程资源（视频、学习素材、题库等）与隐性课程信息（学习者学习动机、学习策略、学习经验等），知识地图不仅可以用于显性知识的管理，还可用于隐性知识的管理。学习者的学习进度数据，可以通过分析挖掘学习者学习过程中产生的数据，例如登录次数、学习时间积累、作业测验的完成情况等得出，其计算规则由教师确定，例如对于叶子节点（即基本知识点），学习进度100% = 完成视频的学习 参与讨论的有效次数不少于3次 完成作业 完成测验；对于聚合知识点，根据该知识点及其各子节点的学习完成情况确定。学习者可查看知识点学习详情，根据提示继续未完成的学习。 对于教师，需要了解每个学习者在各个知识点的学习状态，以便对班级所有学习者的学习情况进行整体分析与评估。教师知识地图与学习者知识地图类似，这里的进度是本班所有学习者完成该知识点的学习情况。如图2所示，教师可以查看某个知识点上的具体学习进度数据。通过该表，教师可以发现学习进度较慢的学习者，有针对性的采取相应措施如学习督促、单独辅导等。
除了上述学习进度相关数据外，通过跟踪挖掘学习者的其它学习行为可以获得一些潜在的信息，例如可参考陈方华等[8]在其文章中提到的Sheard等开发的ViSION可视化学习工具，对web日志中导航行为记录进行分析，生成学习者基于整个课程的知识点学习轨迹。根据学习者的个性化学习特征，结合知识点学习轨迹以及知识点之间的内在联系，实现学习资源、自适应学习路径的精确推送。
3.学习结果评价体系
在微课程学习中，学习者在学习时间、知识点学习顺序的选择、学习资源的利用方式等方面存在很大的自由空间，在这种不同于传统课堂的学习方式下，学习者往往不清楚自己对于知识的掌握情况。目前，大多数在线学习平台通过测验来了解学习者的学习效果，这种方式的缺点一是评价主体单一，往往仅限于教师；二是评价结果不能精确到知识点。在基于知识地图的微课程学习体系中，借助已建立的知识地图框架，可以建立基于知识点的多元化评价系统。
首先，评价主体应当包括学习者自身、同伴、授课教师团队；其次，评价内容也应是多元化的，除了传统的包括作业、测验得分等在内的学习成绩评价模块外，还应包括其它维度的评价模块，例如学习态度评价模块：包括学习者登录系统次数、知识点累计学习时间等评价项；学习活动评价模块：包括学习内容完成情况、参与讨论交流的情况、提问以及主动答疑情况等评价项；学习贡献评价模块：学习者对学习内容的反馈建议、学习资源的分享与传播等评价项。评价项数据的来源是多层次的，包括来自学习系统采集的数据以及同伴、学习者自身、教师等多角度的主动或被动反馈的信息。
教师选定评价模块，制定各模块的评价规则，构成知识点及整个课程的评价体系。可以借鉴万海鹏等[9]提出的知识点掌握状态计算公式来构建学习评价体系。学习者在知识地图上的每个知识点的学习得分为与该知识点关联的各个评价模块的得分总和，而每个评价模块的得分为该模块各评价项的得分之和。具体的计算公式如下：
Score（Ki）=（Score（Mj）*Mwj）（1）
Score（Mi）=（Score（Ik）*Mwk）（2）
其中，Score（Mj）为学习者在基本知识点Ki上的评价模块Mj上的得分，Mωj为该评价模块的权重；Score（Ik）为学习者在评价模块Mj上的评价项目Ik上的得分，Iωk为该评价项目的权重。用上述公式计算出各单个知识点的得分后，对于学习者在聚合知识点上的学习得分，用其本身及其子节点的加权得分之和来计算，其计算公式类似公式（1）。
学习者的学习评价结果需要直观地展示在知识地图上，将学习者对于知识点的掌握水平根据上述计算的分数进行分类，比如分成三类：较好（分数大于80分）、一般（成绩介于60-80分之间）、较差（成绩低于60分），然后以三种不同的颜色来填充学习者知识地图上对应的节点，以便学习者及时了解学习过程中的薄弱环节。同时，将学习者在某个知识点上的掌握情况数据进行汇总后以饼图或柱形图等方式展现在教师知识地图上，方便教师反思教学设计。
四、结语
知识地图能够实现隐性认知结构的显性化表征、显性知识的结构化及可视化表示，基于知识地图将微课程学习中的用户模型、学习过程数据及学习结果可视化，可以帮助学习者梳理知识点之间的关系，有效实现认知结构的重构。同时，教师对学习者的学习情况把握有了具体、细节的可视化数据支撑，有利于其做出客观、全面的评价。如何基于知识地图构建协作性可视化学习环境，促使学习者、教师共同参与知识的构建，充分发挥学习者在学习中的主体地位，挖掘学习过程中产生的隐性数据并结合可视化工具进行展示，以更加有效的方式促进知识的记忆、理解、重组、建构、应用和创新，仍是值得研究的课题。
参考文献：
[1] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013，（4）：36-42.
[2]Brookes B C. The foundation of information science[J]. Journal of Information Sciences，1981，（1）：3-12.
[3]Lee，J.H.，