【摘 要】

從數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的變革看，微型化、可視化和可組合是其發(fā)展趨勢(shì)?；谶@一趨勢(shì)，本文引入一種新的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源形態(tài)——知識(shí)元，從數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的角度探討什么是知識(shí)元、知識(shí)元與微課的異同、知識(shí)元的分類和特點(diǎn)等，提出作為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的知識(shí)元的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用途徑，以期為知識(shí)元這一新形式的教育資源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供研究依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 知識(shí)元；知識(shí)本體；微課；數(shù)字化學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】 G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1009—458x（2015）11—0030—04

一、引言

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)日益普及。數(shù)字化學(xué)習(xí)有賴于數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和教學(xué)支持服務(wù)，其中數(shù)字化學(xué)習(xí)資源是支撐數(shù)字化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵要素。從開(kāi)放課件、視頻公開(kāi)課、微課程、MOOC和反轉(zhuǎn)式學(xué)習(xí)等備受關(guān)注的熱潮中，我們可以初步判斷數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的發(fā)展趨勢(shì)，即微型化、可視化和可組合?；谶@一趨勢(shì)，本文試圖引入并分析一種新的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源形態(tài)——知識(shí)元，探討知識(shí)元的構(gòu)成、特點(diǎn)及其在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中的應(yīng)用。

二、什么是知識(shí)元

有研究者指出：“人類社會(huì)的知識(shí)管理活動(dòng)大致經(jīng)歷了三個(gè)重要的發(fā)展階段，即以文獻(xiàn)（知識(shí)的載體）為基本單元的知識(shí)管理時(shí)期、以信息（知識(shí)的某種屬性特征，如主題概念、關(guān)鍵詞概念和數(shù)據(jù)等）為基本單元的知識(shí)管理時(shí)期和以知識(shí)本體（知識(shí)內(nèi)容本身）為基本單元（即知識(shí)元）的知識(shí)管理時(shí)期?！盵1]20世紀(jì)70年代后期，美國(guó)情報(bào)學(xué)家弗拉基米爾斯拉麥卡教授首先提出“知識(shí)元”的概念，隨后知識(shí)元的相關(guān)研究逐漸成為知識(shí)管理領(lǐng)域的熱點(diǎn)。朱曉蕓1993年提出“原子知識(shí)元”的概念，可視為國(guó)內(nèi)有關(guān)知識(shí)元研究的肇始。

什么是知識(shí)元？圖書(shū)館學(xué)和情報(bào)學(xué)研究者從不同角度進(jìn)行了闡述。溫有奎等（2003）提出，“知識(shí)元是構(gòu)造知識(shí)結(jié)構(gòu)的基元，是知識(shí)系統(tǒng)的最小元 素”。[2]柳長(zhǎng)華（2004）將知識(shí)元定義為知識(shí)系統(tǒng)中可以表達(dá)一個(gè)完整概念的不可再分解的最小知識(shí)單位。[3]文庭孝（2007）認(rèn)為：“知識(shí)元是文獻(xiàn)中相對(duì)獨(dú)立的表征知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)元素，它可以是一段文字、一幅圖表、一個(gè)公式、一段動(dòng)畫、一個(gè)程序等。”[4]由此可以看出，知識(shí)元的概念還比較抽象、模糊，尚未完全界定清楚。此外，在實(shí)踐領(lǐng)域，與知識(shí)元相關(guān)的產(chǎn)品還比較少，目前能夠檢索到的有CNKI概念知識(shí)元庫(kù)和科技數(shù)值知識(shí)元庫(kù)。其中，概念知識(shí)元庫(kù)將文獻(xiàn)中的學(xué)術(shù)定義提取出來(lái)，科技數(shù)值知識(shí)元庫(kù)則將文獻(xiàn)中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)單獨(dú)提取出來(lái)，以供開(kāi)展研究需要，可以說(shuō)是在知識(shí)元產(chǎn)品化方面進(jìn)行的有益嘗試。

本文力圖在上述研究的基礎(chǔ)上，從數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的角度引入知識(shí)元的概念，使之成為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源知識(shí)組織中最具獨(dú)立性、可靈活組合應(yīng)用的可視化實(shí)體資源。我們認(rèn)為知識(shí)元作為表征教學(xué)中知識(shí)內(nèi)容的基本單元，描述的只是知識(shí)內(nèi)容，而不包含教學(xué)要素，如教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略等；一般圍繞知識(shí)點(diǎn)“就事論事”，不進(jìn)行相關(guān)比較和推論；通常以圖形化和圖像化的媒介形式予以表達(dá)，時(shí)長(zhǎng)在1-5分鐘之間。

需要指出的是，在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的建設(shè)中，知識(shí)元不同于微課程。單從凱[5]（2013）把微課程定義為：“有明確的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和教學(xué)評(píng)價(jià)，圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，集中說(shuō)明一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或解決一個(gè)教學(xué)問(wèn)題，學(xué)習(xí)時(shí)間在5-15分鐘以內(nèi)的小課程?！辈⑻岢?，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的緊密關(guān)聯(lián)是微課程的核心?？梢?jiàn)，盡管知識(shí)元與微課程都是不可分割的、獨(dú)立的和完整的知識(shí)單位，但兩者最大的不同是：知識(shí)元不是課，不包含教學(xué)要素；而微課程是課，必須包含目標(biāo)、策略和評(píng)價(jià)等教學(xué)要素。

數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中的知識(shí)元，是指運(yùn)用可視化的方式把人類知識(shí)體系中最關(guān)鍵的“知識(shí)基因”給予客觀化的表現(xiàn)，而微課程則是以可視化的方式將最小的教學(xué)課程單元予以主觀化的呈現(xiàn)。知識(shí)是相對(duì)客觀的，而任何教學(xué)都是教師在一定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)理念和教學(xué)方法指導(dǎo)下，針對(duì)不同學(xué)習(xí)者，對(duì)人類知識(shí)體系進(jìn)行有選擇的主觀化演繹。微課程旨在教會(huì)學(xué)習(xí)者某一知識(shí)點(diǎn)，而知識(shí)元旨在以恰當(dāng)?shù)拿浇閷⒖陀^知識(shí)內(nèi)容表達(dá)得更加直觀和形象。

此外，知識(shí)元與知識(shí)單元也并非同義詞，知識(shí)元通過(guò)不同的排列組合構(gòu)成不同的知識(shí)單元，不同的知識(shí)單元構(gòu)成了知識(shí)系統(tǒng)。劉植惠提出的“知識(shí)基因”理論為我們解構(gòu)知識(shí)的構(gòu)成層次和進(jìn)化規(guī)律提供了參考：“① 科學(xué)概念是知識(shí)“遺傳”與“變異”的基本單位——知識(shí)基因；② 知識(shí)基因構(gòu)成知識(shí)DNA，知識(shí)DNA是科學(xué)遺傳和變異的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——公式、法則、定律和規(guī)律；③ 知識(shí)DNA組成知識(shí)細(xì)胞，知識(shí)細(xì)胞是學(xué)科理論體系的基本單元；④ 知識(shí)細(xì)胞凝聚成理論體系，理論體系構(gòu)成人類的科學(xué)大廈；⑤ 知識(shí)基因有學(xué)校教育、自學(xué)和科普活動(dòng)三種遺傳方式；⑥ 知識(shí)變異有三種途徑：實(shí)踐、移植和綜合?！盵6]可以說(shuō)，知識(shí)元就是知識(shí)基因，探討如何以可視化的手段將知識(shí)元表現(xiàn)為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中的一個(gè)類或是整個(gè)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中的“學(xué)習(xí)資源基因”，一方面可以有效提升目前數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)的效率和質(zhì)量，另一方面可以為信息時(shí)代的知識(shí)組織和知識(shí)管理提供新的思路和可能。

三、作為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的知識(shí)元的分類

如果從龐大的知識(shí)體系中抽取和建設(shè)用作數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的知識(shí)元，知識(shí)元的數(shù)量必然是海量的，如何對(duì)這些海量的知識(shí)元進(jìn)行科學(xué)分類，是其在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)中能夠被充分共享和應(yīng)用的基本前提。

1. 按學(xué)科分類

中華人民共和國(guó)學(xué)科分類與代碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《學(xué)科分類與代碼》（GB/T 13745-2009）對(duì)學(xué)科進(jìn)行了系統(tǒng)劃分。我們可以借鑒此標(biāo)準(zhǔn)，按學(xué)科對(duì)知識(shí)元進(jìn)行科學(xué)分類。例如，建設(shè)“電子技術(shù)”學(xué)科知識(shí)元、“機(jī)器人控制”學(xué)科知識(shí)元，等等。

2. 按知識(shí)類型分類

克拉克（Ruth Colvin Clark）和梅耶（Richard E.Mayer）將知識(shí)分為五種類型，分別是事實(shí)、概念、過(guò)程、程序和原理。[7]同理，可將知識(shí)元?jiǎng)澐譃槭聦?shí)型、概念型、過(guò)程型、程序型和原理型。例如，簡(jiǎn)述“李時(shí)珍生平”的視頻是事實(shí)型知識(shí)元，介紹“居住面積”概念的動(dòng)畫是概念型知識(shí)元，描述“萬(wàn)噸大橋高空轉(zhuǎn)體”的視頻是過(guò)程型知識(shí)元。

3. 按媒體類型分類

同一知識(shí)元，可以通過(guò)不同的媒體類型予以表達(dá)。從理論上講，知識(shí)元可以分為文本型、圖片型、動(dòng)畫型、視頻型和音頻型。當(dāng)然，這五種媒體的劃分是相對(duì)機(jī)械的，各種媒體之間必然存在著交叉和融合，文字中可能有圖片、音頻、視頻和動(dòng)畫，就是說(shuō)除了這五種媒體的劃分外，必然存在綜合運(yùn)用以上各種媒體的多媒體知識(shí)元。人類在長(zhǎng)期的知識(shí)生產(chǎn)和積累過(guò)程中，已經(jīng)產(chǎn)生了海量的知識(shí)元，這些知識(shí)元基本上是以詞典和百科全書(shū)等文本形式呈現(xiàn)的。從數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)的需要出發(fā)，我們一方面需要對(duì)已有的文本形式知識(shí)元進(jìn)行數(shù)字化改造，另一方面需要大力開(kāi)發(fā)可視化的知識(shí)元，即以圖形和圖像化形式表現(xiàn)的知識(shí)元，使之成為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源開(kāi)發(fā)的最基本素材。

四、作為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的知識(shí)元的特點(diǎn)

1. 不可再分

知識(shí)元是表征知識(shí)內(nèi)容的基本單元，是“原子”層次的知識(shí)點(diǎn)。它不可再分，是能夠被標(biāo)記、使用和管理的最小知識(shí)單位。目前，在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)和管理的過(guò)程中，普遍以視頻課程、網(wǎng)絡(luò)課程和移動(dòng)課程形式呈現(xiàn)資源，這些課程整體性強(qiáng)，不便于拆分和復(fù)用。當(dāng)一門課程的生命周期過(guò)后，只能重起爐灶，重新開(kāi)發(fā)。為了解決資源復(fù)用的問(wèn)題，大部分?jǐn)?shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)以文本、視頻、音頻和動(dòng)畫等媒體類型對(duì)資源進(jìn)行分類。但是，不同媒體類型之間缺乏統(tǒng)一的粒度標(biāo)準(zhǔn)，所謂的最小粒度不是由知識(shí)本質(zhì)屬性決定，而是由媒體特性決定。在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的建設(shè)和管理中引入知識(shí)元的概念，就可以根據(jù)知識(shí)本身的粒度而不是媒體的屬性開(kāi)發(fā)和管理知識(shí)元，從而有效解決教學(xué)素材的粒度標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，避免資源的重復(fù)開(kāi)發(fā)。因其不可再分，也就能充分實(shí)現(xiàn)可重用性。

2. 完整性

知識(shí)元是關(guān)于某個(gè)知識(shí)內(nèi)容的完整表達(dá)，任何部分或割裂的知識(shí)表達(dá)都不是知識(shí)元。關(guān)于知識(shí)元構(gòu)成元素的研究結(jié)論不一，從二元論、三元論到七元論不等[8]。也有研究者寬泛地描述知識(shí)元的構(gòu)成：任一粒度大小的知識(shí)都由內(nèi)部屬性、外部屬性以及情景屬性三部分構(gòu)成，內(nèi)部屬性主要是該粒度知識(shí)內(nèi)部關(guān)聯(lián)的描述，外部屬性是該粒度知識(shí)與其他知識(shí)關(guān)聯(lián)的描述，情景屬性是在特定環(huán)境下與外部情景關(guān)聯(lián)的描述。[9]內(nèi)部屬性即知識(shí)元的構(gòu)成要素及其關(guān)系，外部屬性和情境屬性是該知識(shí)元存在或發(fā)揮作用所必須依賴的其他要素和環(huán)境等。

3. 關(guān)聯(lián)性

在強(qiáng)調(diào)知識(shí)元不可再分性和完整性的同時(shí)，還必須認(rèn)識(shí)到知識(shí)的整體性。知識(shí)元與知識(shí)元之間必然具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，每個(gè)知識(shí)元都是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，知識(shí)元一旦脫離知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)僅僅是知識(shí)元，難以發(fā)揮其在知識(shí)生產(chǎn)和教與學(xué)中的作用。因此，知識(shí)元與知識(shí)組織是不可分的。

五、作為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的

知識(shí)元的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

在互聯(lián)網(wǎng)被廣泛應(yīng)用之前，人類積累的知識(shí)主要存儲(chǔ)在書(shū)本中，學(xué)校教育特別是大學(xué)教育常常承擔(dān)著儲(chǔ)存、傳遞和創(chuàng)造知識(shí)的重要使命。在教學(xué)活動(dòng)中，教師需要不斷從動(dòng)態(tài)知識(shí)體系中概括歸納教學(xué)材料，即教科書(shū)。所以，學(xué)校教育滯后于人類的知識(shí)生產(chǎn)是必然的。進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人類知識(shí)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和傳播方式發(fā)生了根本變化，一切都基于互聯(lián)網(wǎng)，一切都基于數(shù)字化。與此同時(shí)，教育也必將由傳統(tǒng)的學(xué)校教育轉(zhuǎn)變成數(shù)字化學(xué)習(xí)。我們不能將這場(chǎng)變革膚淺地理解為從書(shū)本到比特的教學(xué)媒介的變革，而忽視其中最關(guān)鍵的人類第一次有可能將知識(shí)生產(chǎn)和教育、學(xué)習(xí)同步進(jìn)行，甚至合二為一。這將是一次歷史變革。

1. 作為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的“基礎(chǔ)構(gòu)件”

文本、圖片、視頻、音頻和動(dòng)畫是任何數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的基本構(gòu)成元素。文字描述是一切知識(shí)傳承的基礎(chǔ)。迄今為止，文字仍然是人類知識(shí)的最主要載體，對(duì)于人類抽象思維、邏輯思維等的發(fā)展具有不可替代的作用。然而研究表明，我們的大腦對(duì)圖像的處理要比文本快得多，大腦可同時(shí)處理圖片中的數(shù)據(jù)，而處理文本采用的是線性方式。[10]以可視化形式表現(xiàn)的知識(shí)元直觀、生動(dòng)，在表達(dá)抽象事物、不可見(jiàn)過(guò)程和宏微觀世界等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是一類非常有益的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。而這類資源具有“原子特性”，可以靈活組合，因而有著非常廣闊的使用空間，它是各類數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的基礎(chǔ)構(gòu)件。例如，基于知識(shí)元進(jìn)行二次編輯，增加教學(xué)要素，可以形成一門微課程；對(duì)知識(shí)元進(jìn)行重組可以使之納入網(wǎng)絡(luò)課程、移動(dòng)課程、全媒體數(shù)字教材和MOOC中。

2. 作為問(wèn)題解決系統(tǒng)中的“知識(shí)字典”

教育的目的是培養(yǎng)人才，問(wèn)題解決能力是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。盡管現(xiàn)實(shí)教學(xué)中知識(shí)傳遞的痕跡仍然明顯，但不容否認(rèn)，問(wèn)題解決式教學(xué)會(huì)逐漸成為未來(lái)教學(xué)方式的主流，而知識(shí)元可以有力地支撐問(wèn)題解決學(xué)習(xí)。例如，學(xué)習(xí)者在一個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，需要解決某個(gè)非良構(gòu)的綜合問(wèn)題，而要解決這一問(wèn)題，學(xué)習(xí)者需要具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)。系統(tǒng)提供若干知識(shí)元（通常多于解決該問(wèn)題所需要的知識(shí)元），學(xué)習(xí)者先學(xué)習(xí)知識(shí)元，并對(duì)其包含的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行選擇、組合和排序，才能建構(gòu)出問(wèn)題解決所需的知識(shí)。在該系統(tǒng)中，眾多的知識(shí)元組成了一套數(shù)字化的“知識(shí)字典”，供學(xué)習(xí)者查閱、分析。

3. 作為學(xué)科知識(shí)元地圖中的“知識(shí)坐標(biāo)”

單個(gè)的知識(shí)元如同一個(gè)個(gè)知識(shí)孤島，其應(yīng)用不能脫離知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在開(kāi)發(fā)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的時(shí)候，可以建立“學(xué)科知識(shí)元地圖”，將某個(gè)學(xué)科的知識(shí)元提取出來(lái)，并以線段連接以表明知識(shí)元關(guān)系和知識(shí)序列，建構(gòu)出學(xué)科知識(shí)元地圖庫(kù)。該庫(kù)支持動(dòng)態(tài)語(yǔ)義搜索，搜索任一知識(shí)元，系統(tǒng)都會(huì)呈現(xiàn)以該知識(shí)元為圓心的語(yǔ)義概念網(wǎng)絡(luò)。在該系統(tǒng)中，知識(shí)元就像數(shù)字地圖中的一個(gè)個(gè)“坐標(biāo)”，通過(guò)搜索和導(dǎo)航的方式引導(dǎo)使用者和學(xué)習(xí)者建立自己的知識(shí)坐標(biāo)。

六、知識(shí)元研究中尚待解決的問(wèn)題

把知識(shí)元應(yīng)用到數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)中，有非常廣闊的前景，但也有若干關(guān)鍵問(wèn)題，如客觀知識(shí)提取、知識(shí)元邊界確定、知識(shí)元的可視化和知識(shí)元應(yīng)用等問(wèn)題，需要我們深入研究。

1. 客觀知識(shí)的提取

數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中的知識(shí)元是對(duì)客觀知識(shí)的可視化表達(dá)，從廣博的知識(shí)體系中提取知識(shí)元，首先需判斷哪些是客觀知識(shí)。通常，文、史、哲、管理、經(jīng)濟(jì)和教育等學(xué)科具有明顯的主觀性，數(shù)理化和計(jì)算機(jī)等理工類學(xué)科具有明顯的客觀性。但人文學(xué)科也包含客觀知識(shí)，理工學(xué)科也包含主觀知識(shí)。如何快速有效地辨識(shí)主觀知識(shí)和客觀知識(shí)，是數(shù)字知識(shí)元建設(shè)過(guò)程中面臨的首要問(wèn)題。

2. 知識(shí)元邊界的確定

由于知識(shí)本身存在著連續(xù)性和不可分割性，而知識(shí)元又具有獨(dú)立性和不可分割性，這兩者的矛盾使對(duì)知識(shí)元邊界的確定具有一定的主觀性。因此，對(duì)知識(shí)元構(gòu)成的研究無(wú)疑是重要的。

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收稿日期：2015-04-15

定稿日期：2015-09-05

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)螐膭P，研究員，國(guó)家開(kāi)放大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源中心主任（100081）。

責(zé)任編輯 石 子