吳鵬飛，余勝泉

(北京師范大學(xué) 教育學(xué)部 教育技術(shù)學(xué)院，北京 100875)

學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系及其可視化研究*

吳鵬飛，余勝泉

(北京師范大學(xué) 教育學(xué)部 教育技術(shù)學(xué)院，北京 100875)

學(xué)習(xí)資源間豐富的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)資源的語義化組織，為智能化、個(gè)性化資源推薦提供知識基礎(chǔ)，對于增加資源重用性、促進(jìn)學(xué)習(xí)資源進(jìn)化和提升學(xué)習(xí)有效性具有重要作用。然而，目前學(xué)習(xí)資源之間普遍缺乏關(guān)聯(lián)，如何構(gòu)建資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系是值得研究的問題。目前已有的學(xué)習(xí)對象關(guān)系模型如SCORM關(guān)系模型、基于教學(xué)設(shè)計(jì)理論和基于修辭結(jié)構(gòu)理論的關(guān)系模型都是從單一的維度去描述學(xué)習(xí)對象間的關(guān)系，還未考慮到開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶的多樣化、個(gè)性化資源組織實(shí)際需求，更缺乏可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺。該文在系統(tǒng)梳理國內(nèi)外學(xué)習(xí)資源間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，綜合考慮開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶實(shí)際學(xué)習(xí)資源關(guān)聯(lián)需求，提出一種學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，分為兩大關(guān)系維度：面向結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系和面向教學(xué)語義型關(guān)系，共集成了30種關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)Web可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺，并在學(xué)習(xí)元平臺中實(shí)現(xiàn)?？梢暬Z義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建為后續(xù)學(xué)習(xí)資源的快速進(jìn)化和智能化、個(gè)性化資源推薦服務(wù)提供一定的語義基礎(chǔ)。

可視化；語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型；關(guān)系構(gòu)建；個(gè)性化資源推薦；學(xué)習(xí)元

一、引言

泛在學(xué)習(xí)需要從海量的學(xué)習(xí)資源中快速準(zhǔn)確地獲取最合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這就要求支撐平臺具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和智能性。要實(shí)現(xiàn)這種智能適應(yīng)性功能，一方面需要改進(jìn)和完善系統(tǒng)檢索算法，另一方面需要改進(jìn)目前海量學(xué)習(xí)資源的組織和描述方式，附加語義關(guān)系數(shù)據(jù)，以提升系統(tǒng)的智能性和適應(yīng)性[1]。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺如Moodle、Blackboard、Sakai等作為重要的在線海量學(xué)習(xí)資源組織和管理系統(tǒng)，為泛在學(xué)習(xí)提供了平臺環(huán)境支撐。但是，目前主要的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對于海量學(xué)習(xí)資源的組織管理多采用靜態(tài)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如學(xué)習(xí)對象模型(Learning Object Metadatay)、多柏林元數(shù)據(jù)DC等，側(cè)重于單一元數(shù)據(jù)層面的學(xué)習(xí)資源的組織和管理，學(xué)習(xí)內(nèi)容的生成是靜態(tài)的、一次性的[2]，并且采用線性、樹狀分類組織體系不能對海量多樣化的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行有效靈活地多維度標(biāo)注。這樣的資源組織方式忽視了學(xué)習(xí)資源自身間動態(tài)的、橫向多維度的語義關(guān)系構(gòu)建，不利于后續(xù)系統(tǒng)的智能化、適應(yīng)性和個(gè)性化學(xué)習(xí)資源推薦服務(wù)的提供。

學(xué)習(xí)資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)資源的語義化組織，為智能化、個(gè)性化資源推薦提供知識基礎(chǔ)，不僅可以提升學(xué)習(xí)的有效性和增加資源的重用性，同時(shí)也可以增強(qiáng)資源個(gè)體間的聯(lián)通和聚合，促進(jìn)學(xué)習(xí)資源的快速進(jìn)化[3]。學(xué)習(xí)資源間的語義關(guān)聯(lián)和知識聚合能為學(xué)習(xí)者智能化、情境性、自適應(yīng)和個(gè)性化地獲取、檢索和利用提供新的知識環(huán)境支撐[4]。然而，目前學(xué)習(xí)資源之間普遍缺乏關(guān)聯(lián)[5]，如何構(gòu)建學(xué)習(xí)資源之間的各種語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)資源智能化、個(gè)性化推薦服務(wù)和資源的“按需推送”[6]等亟需解決的重要問題。

學(xué)習(xí)資源間的關(guān)系是語義關(guān)聯(lián)構(gòu)建的基礎(chǔ)，目前學(xué)術(shù)界對于學(xué)習(xí)資源間的關(guān)系雖然有許多相關(guān)研究，但是還未考慮到開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶的多樣化資源組織需求，對于關(guān)系沒有區(qū)分具體維度，更缺乏可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建的平臺研發(fā)。本研究在系統(tǒng)梳理學(xué)習(xí)資源間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建研究的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，綜合考慮用戶實(shí)際學(xué)習(xí)資源關(guān)聯(lián)需求，試圖提出一種新的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，并在學(xué)習(xí)元平臺中設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Web可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)以便用戶對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系進(jìn)行可視化的編輯，從而提升系統(tǒng)的友好性和實(shí)用性。

二、研究現(xiàn)狀分析

針對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的組織問題，IEEE最早提出了學(xué)習(xí)對象模型(Learning Object Metadata，LOM)。然而，雖然學(xué)習(xí)對象模型簡單易于實(shí)現(xiàn)，但是對于學(xué)習(xí)資源間的橫向的、多維度語義關(guān)系并沒有給出詳細(xì)的描述和定義。許多研究者基于不同的理論基礎(chǔ)從不同視角對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系作了深入研究，主要分為三大類。

(一)SCORM定義的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系

為了實(shí)現(xiàn)分布于不同學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)中學(xué)習(xí)對象共享與重用的問題，高級分布式學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)(Advanced Distributed Learning Initiative，ADL)在學(xué)習(xí)對象模型基礎(chǔ)上提出了可共享內(nèi)容對象參考模型(Sharable Content Object Reference Model，SCORM)[7]。其中，SCORM中的內(nèi)容聚合模型(Content Aggregation Model，CAM)定義了描述學(xué)習(xí)資源間的關(guān)系字段——“RELATION”，用于描述不同學(xué)習(xí)對象之間的關(guān)系[8]。SCORM推薦的關(guān)系有12種，如表1所示。

表1 SCORM推薦的12種關(guān)系

SCORM推薦的12種學(xué)習(xí)資源間的關(guān)系，這12種關(guān)系彼此互逆，如IspartOf和Haspart是互逆關(guān)系，可以將其分為6對關(guān)系：整體部分關(guān)系、版本進(jìn)化關(guān)系、樣式類型關(guān)系、參考引用關(guān)系、基于依賴關(guān)系、需求依賴關(guān)系。SCORM推薦的關(guān)系主要是從面向資源結(jié)構(gòu)關(guān)系角度定義學(xué)習(xí)資源語義關(guān)系，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)對象在不同學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)中的共享與重用。

(二)基于IDT的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系

基于IDT的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系是指基于教學(xué)設(shè)計(jì)理論(Instruction Design Theory)[9]的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系。Ullrich和Karger等人[10-12]認(rèn)為SCORM中定義的資源關(guān)系元數(shù)據(jù)僅能描述面向結(jié)構(gòu)組織的關(guān)系，卻無法有效地描述資源間內(nèi)容語義層面的關(guān)系。而基于教學(xué)設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)資源組織需要滿足教師利用相關(guān)學(xué)習(xí)資源實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)而從教學(xué)設(shè)計(jì)視角構(gòu)建了一個(gè)教學(xué)對象本體(Ontology of Instructional Objects，OIO)，其包括兩種類型的教學(xué)對象：一是基礎(chǔ)學(xué)習(xí)對象，用于展示學(xué)習(xí)主題的核心內(nèi)容；另一種是輔助學(xué)習(xí)對象，用于進(jìn)一步描述基礎(chǔ)學(xué)習(xí)對象包含的概念，定義的教學(xué)對象本體實(shí)現(xiàn)了對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系描述，如表2所示。

表2 教學(xué)對象本體中定義的23種關(guān)系

其中，表2中的第一行和第二行定義的8種關(guān)系主要是描述基礎(chǔ)學(xué)習(xí)對象間關(guān)系，其他的15種關(guān)系用于描述輔助學(xué)習(xí)對象間關(guān)系；23種關(guān)系在語義上又存在相關(guān)接近關(guān)系，關(guān)系組“Law、Law of Nature、Theorem”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間的原理性關(guān)系，關(guān)系組“Process、Policy、Procedure”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間的程序性關(guān)系，關(guān)系組“Interactivity、Exploration、Real World Problem、Invitation、Exercise”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間活動性關(guān)系，關(guān)系組“Illustration、Example、Counterexample”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間的示例性關(guān)系，關(guān)系組“Evidence、Proof、Demonstration”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間的證據(jù)性關(guān)系，關(guān)系組“Explanation、Introduction、Conclusion、Remark”主要用來描述學(xué)習(xí)對象間的解釋性關(guān)系。

與SCORM定義的面向結(jié)構(gòu)組織的關(guān)系不同，教學(xué)對象本體中定義的學(xué)習(xí)資源間關(guān)系是基于教學(xué)設(shè)計(jì)理論，從學(xué)習(xí)對象內(nèi)容教學(xué)語義層面構(gòu)建的關(guān)系，描述了學(xué)習(xí)資源間深層次的內(nèi)容語義關(guān)系。

(三)基于RST的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系

基于RST的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系是指基于修辭結(jié)構(gòu)理論(Rhetorical Structure Theory，RST)[13]的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系。RST主要是研究文章內(nèi)容的修辭結(jié)構(gòu)的理論，一些研究者如Sddik[14]、Fischer[15]、Steinacker[16]等將RST理論應(yīng)用于學(xué)習(xí)對象間關(guān)系的擴(kuò)展，基于RST設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)對象間的關(guān)系，如表3所示。

表3 RST定義的9種關(guān)系

Lu等人[17]在概括分析SCORM、IDT和RST定義的關(guān)系元數(shù)據(jù)研究成果的基礎(chǔ)上，認(rèn)為當(dāng)前定義的有一些關(guān)系是比較牽強(qiáng)的，并且不同的定義存在使用相同詞匯來描述不同關(guān)系，存在語義不清晰現(xiàn)象，定義的關(guān)系對于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)是否易用和可用還沒有得到驗(yàn)證。針對上述問題，Lu等在IDT和RST提出的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系融合基礎(chǔ)上，精煉出24種關(guān)系元數(shù)據(jù)，并開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Web學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)，支持學(xué)習(xí)對象間關(guān)系手工建立，并通過調(diào)查方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了已有關(guān)系的有效性，并提出了包含17種學(xué)習(xí)對象間關(guān)系元數(shù)據(jù)[18]，如表4所示。

表4 Lu等人提出的17種關(guān)系元數(shù)據(jù)

從上述研究可以發(fā)現(xiàn)，許多研究者已經(jīng)基于IDT和RST理論對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系元數(shù)據(jù)進(jìn)行了擴(kuò)展描述，進(jìn)而豐富學(xué)習(xí)資源間多種關(guān)系建立，還有研究者如Lu等也開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)版的學(xué)習(xí)對象間關(guān)系編輯系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)證效果驗(yàn)證。然而，目前的研究還存在如下問題：

1.關(guān)系的定義維度不完備，未能考慮到開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶的多樣化資源組織需求。上述關(guān)系模型基于不同理論定義了不同的關(guān)系，但是關(guān)系的描述維度比較單一，例如SCORM推薦的關(guān)系模型僅從資源結(jié)構(gòu)語義的角度來對學(xué)習(xí)對象間關(guān)系進(jìn)行描述，基于IDT和RST理論構(gòu)建的關(guān)系模型僅從教學(xué)的維度來描述學(xué)習(xí)對象間的深層次語義關(guān)系，同時(shí)已有的關(guān)系模型都沒有涉及到開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教師用戶的教研資源組織需求。在開放性、網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中，面向不同的用戶組織學(xué)習(xí)資源，定義維度應(yīng)符合不同用戶的實(shí)際使用需求，并且要有擴(kuò)展更新機(jī)制；

2.采用人工方式構(gòu)建學(xué)習(xí)對象間關(guān)系需要網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持，但目前開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)對象關(guān)系編輯系統(tǒng)雖然能滿足關(guān)系編輯需要，但是已有的系統(tǒng)在關(guān)系的定義上沒有做分組設(shè)計(jì)，向用戶展示的關(guān)系在組織方面不友好，這加重了用戶的認(rèn)知負(fù)荷。另外，已有的系統(tǒng)也不能支持可視化的關(guān)系構(gòu)建，用戶友好性支持方面還不夠完善。

三、學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型

學(xué)習(xí)資源是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的核心組成部分，貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過程，學(xué)習(xí)資源的有效組織對于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果的提升起著非常重要的作用。特別是在泛在化、開放性的網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境下，一方面學(xué)習(xí)資源的組織需要滿足結(jié)構(gòu)化組織的需要，大量、零散、無序的學(xué)習(xí)資源會給造成學(xué)習(xí)者的迷失和迷航，加重學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷；另一方面，學(xué)習(xí)資源的組織需要滿足實(shí)際教學(xué)組織需要，學(xué)習(xí)資源承載著不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容在學(xué)習(xí)過程中扮演著不同的服務(wù)角色，例如教師在開始講授新的學(xué)習(xí)內(nèi)容的時(shí)候，需要首先為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)背景知識或引言性資源，使得學(xué)習(xí)者先回顧舊知，在此基礎(chǔ)上呈現(xiàn)新知，從而更加容易建立聯(lián)系，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。另外，教師研修和教研活動是教師成長的重要環(huán)節(jié)，教研性的學(xué)習(xí)資源的組織需求也非常迫切。

因此，基于上述國內(nèi)外學(xué)習(xí)資源間關(guān)系元數(shù)據(jù)研究和開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶的多樣化資源組織需求，綜合借鑒已有研究成果，根據(jù)學(xué)習(xí)資源時(shí)間、空間上的邏輯結(jié)構(gòu)和相關(guān)教學(xué)資源組織理論，將關(guān)系進(jìn)行了分組和梳理，并考慮實(shí)際用戶需求，筆者設(shè)計(jì)了一種新的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，該模型分為兩個(gè)大的關(guān)系維度：面向結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系和面向教學(xué)語義型關(guān)系，如下頁圖1所示。

學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型共包含兩個(gè)大的關(guān)系維度組，集成了30種關(guān)系，具體描述如下。

(一)面向結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系

面向結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系主要是根據(jù)開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的不同用戶資源組織需求，從學(xué)習(xí)資源的時(shí)間結(jié)構(gòu)關(guān)系、空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系定義和描述學(xué)習(xí)對象間的結(jié)構(gòu)語義關(guān)系，滿足用戶的結(jié)構(gòu)性的資源組織需要。面向結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系共包含9種語義關(guān)系，具體為：

1.時(shí)間結(jié)構(gòu)關(guān)系：包括是前驅(qū)和是后繼兩種關(guān)系，主要描述學(xué)習(xí)對象在學(xué)習(xí)時(shí)間上的先后邏輯關(guān)系，與RST中定義的Continues在語義上是相似的。

2.空間結(jié)構(gòu)關(guān)系：包括包含、屬于和繼承3種空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，主要描述學(xué)習(xí)對象間的整體部分隸屬關(guān)系，與SCORM中定義的關(guān)系isPartOf、hasPart是相同的，繼承關(guān)系主要描述學(xué)習(xí)對象間的父子上下位關(guān)系。

圖1 學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型

3.內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系：包括等價(jià)(相同)、相似、相關(guān)和引用4種內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系。等價(jià)關(guān)系主要描述學(xué)習(xí)對象間在內(nèi)容上的相同一致性關(guān)系，在SCORM中定義的關(guān)系Isformatof、Hasformat和RST中定義關(guān)系A(chǔ)lternative是用來表達(dá)相同意義的，即相同內(nèi)容的學(xué)習(xí)對象有不同的表現(xiàn)形式，例如學(xué)習(xí)對象“小馬過河1”和“小馬過河2”在內(nèi)容上是相同的或者等價(jià)的同一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，但是采用不同的格式，學(xué)習(xí)對象“小馬過河1”是用文本的方式來呈現(xiàn)的，學(xué)習(xí)對象“小馬過河2”是用動畫方式來呈現(xiàn)的。相似和相關(guān)關(guān)系主要描述學(xué)習(xí)對象在內(nèi)容結(jié)構(gòu)語義上的接近程度和相關(guān)程度。引用參考和借鑒了SCORM中定義的關(guān)系References、Isreferencesby，是補(bǔ)充內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系。

(二)面向教學(xué)語義型關(guān)系

面向教學(xué)語義型關(guān)系主要參考和借鑒了基于IDT定義的關(guān)系和Lu等研究者驗(yàn)證過的可用關(guān)系，并新增了面向教研組織目標(biāo)的6種關(guān)系，圍繞著開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教師的“教”、學(xué)生的“學(xué)”和教師自我成長中的“研”三個(gè)方面的資源內(nèi)容組織需求，為開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的不同用戶資源組織提供了21種語義關(guān)系。

1. 教學(xué)內(nèi)容關(guān)系

教學(xué)內(nèi)容關(guān)系主要包括是引言、是定義、是事實(shí)、是理論、是原理、是實(shí)驗(yàn)、是實(shí)例、是反例、是證據(jù)、是練習(xí)、是總結(jié)、是評論、是試題、是拓展和是深化15種關(guān)系，用來描述學(xué)習(xí)對象間圍繞著教學(xué)目標(biāo)在教學(xué)資源內(nèi)容組織方面上的不同類型的關(guān)系。

是引言、是定義、是事實(shí)、是理論、是原理、是實(shí)例、是反例、是證據(jù)、是總結(jié)、是評論這10種關(guān)系主要借鑒了基于IDT定義的關(guān)系和Lu等研究者驗(yàn)證過的可用關(guān)系，但是由于Lu等研究者驗(yàn)證過的可用關(guān)系存在語義上的上下位關(guān)系(如Explanation、Demonstration)和相近關(guān)系(如Evidence與Proof、Guideline與Process)，容易造成理解上的語義模糊，因此對上述關(guān)系進(jìn)行了去除和精簡。是拓展和是深化主要描述學(xué)習(xí)對象間的學(xué)習(xí)內(nèi)容廣度和深度上的語義關(guān)系，主要參考借鑒了RST定義的關(guān)系A(chǔ)mplify/Extension和Deepen/Intensification。

是實(shí)驗(yàn)、是練習(xí)、是試題關(guān)系是新增關(guān)系，主要描述學(xué)習(xí)對象間的在教學(xué)過程中存在的語義關(guān)系，是對基于IDT定義的關(guān)系的補(bǔ)充和完善。

2. 教研內(nèi)容關(guān)系

教研內(nèi)容關(guān)系主要包括是教學(xué)設(shè)計(jì)、是教學(xué)課件、是教學(xué)反思、是研究報(bào)告、是研究論文和是著作6種關(guān)系，主要用來描述學(xué)習(xí)對象間圍繞著相關(guān)教研內(nèi)容上的不同類型的關(guān)系，例如學(xué)習(xí)對象《日月潭》是人教版小學(xué)語文二年級一篇課文，學(xué)習(xí)對象“人教版小學(xué)語文二年級《日月潭》教學(xué)課件”與學(xué)習(xí)對象《日月潭》之間的關(guān)系為“是教學(xué)課件”，而學(xué)習(xí)對象“《日月潭》教學(xué)設(shè)計(jì)方案”與學(xué)習(xí)對象《日月潭》之間的關(guān)系為“是教學(xué)設(shè)計(jì)”。教研內(nèi)容關(guān)系核心目標(biāo)是滿足教師教研方面資源的組織需要，更加有利于教師科研資源的組織和利用。

由于SCORM中定義的關(guān)系僅能描述資源間結(jié)構(gòu)化關(guān)系，并且比較泛化和粗粒度化，缺乏針對性，因此只少量借鑒了其推薦的關(guān)系；由于基于RST定義的關(guān)系和基于IDT定義的關(guān)系中存在著許多重復(fù)定義，因此本研究中定義的關(guān)系部分參考和借鑒了二者共有的關(guān)系。另外，本研究也添加了一些的新的關(guān)系，如等價(jià)型關(guān)系(體現(xiàn)學(xué)習(xí)對象在學(xué)習(xí)內(nèi)容上的共指性和一致性)、繼承關(guān)系(體現(xiàn)學(xué)習(xí)對象間語義上的上下位關(guān)系)，還有教研語義關(guān)系等。由于英文定義在中文環(huán)境下會產(chǎn)生意義模糊現(xiàn)象，因此本研究中定義的關(guān)系采用了中文詞匯進(jìn)行描述，從而使得用戶更容易理解關(guān)系的真正含義，降低用戶的認(rèn)知負(fù)荷。上述提出的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系模型既吸收和借鑒了已有的研究成果，又新增了部分關(guān)聯(lián)關(guān)系，并從滿足開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的用戶實(shí)際需求出發(fā)對學(xué)習(xí)對象間關(guān)系劃分出了區(qū)分維度，使用戶更好地理解關(guān)聯(lián)關(guān)系的真正語義，加速關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建的進(jìn)程。

四、可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(一)系統(tǒng)的需求分析

根據(jù)人類信息獲取的一般規(guī)律，與文字相比，圖形能以更加直觀和便于理解的方式揭示數(shù)據(jù)的聯(lián)系和本質(zhì)，人們也更傾向于從圖形中獲取信息[19]。因此，可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺的設(shè)計(jì)目標(biāo)是對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺中的學(xué)習(xí)資源間關(guān)系進(jìn)行可視化地組織和利用，針對用戶(教師和學(xué)生)的實(shí)際使用需求，提供更加直觀、更加清晰和更加便捷的學(xué)習(xí)資源間關(guān)系組織和利用。針對上述目標(biāo)，本文認(rèn)為可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺的功能需求應(yīng)包含以下兩個(gè)方面：

1.可視化的關(guān)系編輯。語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺提供可視化的關(guān)聯(lián)關(guān)系編輯方式，允許用戶利用鼠標(biāo)拖動的方式對關(guān)系進(jìn)行編輯，具體包括關(guān)系增加、關(guān)系刪除與關(guān)系修改。

2.可視化的關(guān)系結(jié)果呈現(xiàn)。語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺提供的可視化的關(guān)系結(jié)果呈現(xiàn)，應(yīng)能夠通過可視化的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)資源間的語義關(guān)聯(lián)結(jié)果。

(二)系統(tǒng)的體系架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)元平臺[20]是以學(xué)習(xí)元理念為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，集成了內(nèi)容管理系統(tǒng)(CMS)和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)的功能，支持正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)，具體包括學(xué)習(xí)元、知識群、學(xué)習(xí)社區(qū)、學(xué)習(xí)工具、個(gè)人空間等五大功能模塊?？梢暬恼Z義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)是作為學(xué)習(xí)元平臺的一個(gè)子系統(tǒng)，采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，由上到下分為三層：用戶界面層、可視化關(guān)系引擎層和語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層，平臺架構(gòu)如圖2所示。

圖2 可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺功能架構(gòu)

(1)用戶界面層

用戶界面層主要面向不同角色的用戶提供用戶接口服務(wù)：可視化關(guān)系編輯窗口和可視化關(guān)系展示窗口。本系統(tǒng)面向的用戶角色主要分為兩種：教師和學(xué)生。對于教師來說，利用可視化關(guān)系編輯窗口編輯關(guān)系，從而建立學(xué)習(xí)資源間的語義關(guān)聯(lián)；對于學(xué)生來說，利用可視化關(guān)系展示窗口可以瀏覽學(xué)習(xí)資源間的多維度的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，更好地、更清晰地認(rèn)識和學(xué)習(xí)資源間的邏輯關(guān)系，從而更有利于知識的建構(gòu)和生成。

(2)可視化關(guān)系引擎層

可視化關(guān)系引擎層的主要作用是提供可視化的關(guān)系處理：學(xué)習(xí)資源節(jié)點(diǎn)添加與刪除，學(xué)習(xí)資源間關(guān)系添加、修改與刪除，學(xué)習(xí)資源網(wǎng)絡(luò)圖的動態(tài)性交互與顯示，以及語義關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)存儲和讀取。

(3)語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層

語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層的主要作用是存儲學(xué)習(xí)資源間的各種關(guān)系數(shù)據(jù)，并為可視化關(guān)系引擎層提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。

2. 系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主要功能模塊包括以下兩個(gè)部分：可視化關(guān)系編輯模塊和可視化關(guān)系展示模塊。

(1)可視化關(guān)系編輯模塊

可視化關(guān)系編輯模塊的主要功能是提供可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系編輯，具體包括：知識節(jié)點(diǎn)的添加與刪除，節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的添加、修改與刪除。在關(guān)系定義上，系統(tǒng)為用戶提供預(yù)定義的30種語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，另外還提供了開放關(guān)系的建立，如果系統(tǒng)預(yù)定義的關(guān)系不能滿足用戶關(guān)系編輯需求，用戶可以輸入新的關(guān)系。在關(guān)系編輯的資源節(jié)點(diǎn)選擇上，為用戶提供增加節(jié)點(diǎn)功能，并提供學(xué)習(xí)資源的搜索功能。

(2)可視化關(guān)系展示模塊

可視化關(guān)系展示模塊的主要功能是提供可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系展示和交互操作。展示方面提供不同的視圖展示形式：樹形可視化圖和網(wǎng)絡(luò)可視化圖，并支持節(jié)點(diǎn)和關(guān)系的隱藏和顯示；交互操作主要具體包括：對可視化圖的拖動、放大、縮小、上移、下移、左移、右移和圖的展示窗口的自適應(yīng)復(fù)原(全景展示)。

(三)可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

考慮到平臺的適應(yīng)性與通用性，既要能滿足電腦端使用需求，又能在移動端、客戶端中使用，因此用戶界面層利用HTML5 Canvas技術(shù)作為前端的展示技術(shù)。對于用戶界面層、可視化關(guān)系引擎層和語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層之間的數(shù)據(jù)交換采用標(biāo)準(zhǔn)的JSON格式數(shù)據(jù)，利用JQuery將用戶界面層數(shù)據(jù)傳遞給可視化關(guān)系引擎層，同時(shí)可視化關(guān)系引擎層利用JQuery將該層數(shù)據(jù)傳遞給語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)存儲，這樣可以提高系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換效率?？梢暬恼Z義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)是基于學(xué)習(xí)元平臺實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括：服務(wù)器端利用Tomcat作為Web服務(wù)器，Mysql數(shù)據(jù)庫作為語義關(guān)聯(lián)關(guān)系存儲層的數(shù)據(jù)存儲，J2EE技術(shù)實(shí)現(xiàn)后臺服務(wù)控制處理，可視化關(guān)系引擎層基于開源可視化Vis.js二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

1.關(guān)系編輯模塊的可視化實(shí)現(xiàn)

教師首先在實(shí)現(xiàn)的可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)初始原型界面中點(diǎn)擊“開始可視化語義關(guān)系編輯”按鈕，然后點(diǎn)擊“語義關(guān)系添加”按鈕，可以通過鼠標(biāo)拖動的方式對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系進(jìn)行編輯。根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)通過選擇合適的關(guān)系構(gòu)建學(xué)習(xí)資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，語義關(guān)系分為2組展示：結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系和教學(xué)語義型關(guān)系，如圖3所示，學(xué)習(xí)資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系動態(tài)構(gòu)建與顯示，同時(shí)可以對學(xué)習(xí)資源間關(guān)系進(jìn)行刪除操作。

不同的用戶可以根據(jù)不同的實(shí)際使用需求進(jìn)行關(guān)系選擇，例如用戶只需要利用結(jié)構(gòu)語義型關(guān)系如相似、相關(guān)、等價(jià)等組織簡單的主題型資源。另外，如果用戶的角色是教師，可以利用教學(xué)語義型關(guān)系組織教學(xué)內(nèi)容，例如學(xué)習(xí)資源“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)實(shí)例”是學(xué)習(xí)資源“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)”的實(shí)例，所構(gòu)建的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系原型界面圖的可視化效果如圖4所示。從圖4中可以清晰地反映學(xué)習(xí)資源間不同的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，為學(xué)習(xí)者提供更加直觀、更加清晰的資源關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以有效降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，從而加速知識建構(gòu)的進(jìn)程，提升其學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

圖3 語義關(guān)系添加

圖4 構(gòu)建的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系示例

另外系統(tǒng)提供了學(xué)習(xí)資源的查找模塊，利用查找模塊便于教師快速查找學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建學(xué)習(xí)資源間關(guān)系。

2.關(guān)系瀏覽結(jié)果的可視化實(shí)現(xiàn)

為了使學(xué)生對可視化的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系有更加直觀、清晰地了解，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了面向?qū)W生角色的學(xué)習(xí)資源語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建結(jié)果的可視化展示。例如，構(gòu)建的學(xué)習(xí)資源“教育測量方法”相關(guān)的學(xué)習(xí)資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系示例圖如下頁圖5所示，可以很清晰地展示“教育測量方法”相關(guān)的學(xué)習(xí)資源間豐富的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系，學(xué)生可以從下頁圖5中發(fā)現(xiàn)資源間的邏輯語義關(guān)系。

五、結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源數(shù)量飛速增長，如何有效地進(jìn)行資源組織以便更好地滿足學(xué)習(xí)者多樣化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源需求已成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺中亟需解決的問題。學(xué)習(xí)資源自身間動態(tài)的、橫向多維度的語義關(guān)系構(gòu)建是資源有效組織和利用的基礎(chǔ)和條件，而可視化語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建對于提升用戶友好性、降低其認(rèn)知負(fù)荷等方面具有積極作用，構(gòu)建的資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系可為后續(xù)學(xué)習(xí)資源的快速進(jìn)化和智能化、個(gè)性化資源推薦服務(wù)提供語義基礎(chǔ)。

圖5 學(xué)習(xí)資源間語義關(guān)聯(lián)關(guān)系示例

利用構(gòu)建的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)資源多維關(guān)系的可視化導(dǎo)航，為學(xué)習(xí)者全方位展示學(xué)習(xí)資源間的多維度的語義聯(lián)系，使學(xué)習(xí)者更加清晰地了解資源間的內(nèi)在邏輯關(guān)系和彼此之間形成的知識體系；在構(gòu)建的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)器的智能推理計(jì)算，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)化、個(gè)性化的智能資源推薦服務(wù)；同時(shí)，借助已有的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行多維度聚合，使得海量、分散、無序的學(xué)習(xí)資源聚合成能滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)的資源包，從而大大減少學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)資源檢索過程中所花費(fèi)的搜索時(shí)間，實(shí)現(xiàn)提升學(xué)習(xí)的質(zhì)量和效果的目的。如何評價(jià)Web可視化的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建平臺在學(xué)習(xí)資源大數(shù)據(jù)環(huán)境下的有效性，如何利用構(gòu)建的語義關(guān)聯(lián)關(guān)系提升學(xué)習(xí)資源的智能化、個(gè)性化資源推薦服務(wù)效率和水平等將是后續(xù)研究和開發(fā)的重點(diǎn)問題。

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吳鵬飛：在讀博士，館員，研究方向?yàn)檎Z義網(wǎng)教育應(yīng)用、知識本體、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)與開發(fā)(wupengfei_2000@163.com)。

余勝泉：教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橐苿优c泛在學(xué)習(xí)、教育信息化、學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)、信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)用(yusq@bnu.edu.cn)。

2015年8月28日

責(zé)任編輯：趙興龍

Research on Semantic Linked Relations and Visualization of Learning Resources

Wu Pengfei, Yu Shengquan
(School of Educational Technology, Faculty of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875)

The rich semantic relations between the learning resources can enhance the learning effectiveness and the increase of the resource reuse, and also help to promote the evolution of learning resources. However, at present, there are some models such as SCORM model, instructional design theory and relational model based on rhetorical structure theory that describe the relationship between learning objects from only a single dimension and lack of consideration of the actual needs of users under the open network environment. On the basis of the research on the relationship between the learning resources, this study proposes a model of the relationship between the learning resources, which is divided into two dimensions: the structural semantic oriented model and the semantic oriented teaching model. On the basis of this, the web visual platform of construction of the semantic relations is designed and implemented in the learning cell platform. The visual semantic relationships are semantic basis for the rapid evolution and intelligent personalized resource recommendation service.

Visualization; Semantic Linked Relation Model; Relationship Building; Personalized Recommendation; Learning Cell

G434

A

1006—9860(2015)12—0097—08

* 本文系教育部高校科技戰(zhàn)略(教育信息化)研究課題“教育信息化對教育革命性影響的內(nèi)涵、標(biāo)志和路徑研究”(項(xiàng)目編號：2014XX03)研究成果。