曾立勝

摘 要：學習過程可以理解為神經元間新聯(lián)結產生的過程。人腦中上億的神經元相互聯(lián)結形成巨大的知識網絡。神經元的聯(lián)結不是機械式的強化，而是通過不斷嘗試和意義來激發(fā)和拓展大腦中復雜的神經元通路，進而促成知識的學習。聯(lián)結型微課程可以有效展示知識間的關聯(lián)，幫助學習者建構知識。

關鍵詞：聯(lián)結；微課程；知識

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）07-0030-03

現(xiàn)行課堂實錄式的網絡視頻教學資源，很多只是教材內容的另外一種展示形式。同時由于其信息容量大，難以在基于移動平臺的學習中直接使用。微課程具有容量小、時間短、內容精、模塊化等特點，正好可以滿足人們通過移動終端設備隨時隨地學習的愿望，實現(xiàn)處處可學、時時可學的學習愿景。加涅將知識分為五個大類，它們分別是言語信息、智力技能、認知策略、動作技能、態(tài)度。其中重點的智力技能又細分為四個小類：辨別、概念、規(guī)則、高級規(guī)則，這些小類相互聯(lián)系，較復雜的技能學習以較簡單技能的學習為前提條件。聯(lián)結型微課程可以幫助學生建構概念和規(guī)則知識。

一、微課程的主要特點

美國新墨西哥州圣胡安學院的教學設計師戴維·彭羅斯（David Penrose）率先提出了“微課程”的理念，即“一分鐘視頻微課程（Microlecture）”，其核心是在微課程中把教學內容與教學目標緊密聯(lián)系起來，期望產生一種聚焦式的學習體驗，即知識脈沖（Knowledge Burst）。微課程能夠為學生提供自選形式的學習資源，在短時間內將學生的注意力集中在某一知識單元上，讓學習者在較短的時間內掌握所關注的內容，進一步給學習者帶來滿足感和成就感。

現(xiàn)行微課程的主要特點如下：（1）時間短，一般5—10分鐘。（2）媒體的多樣性，可以是文本、圖片、視頻、動畫等。（3）內容精，重點突出某個概念和規(guī)則。（4）信息容量小，適合移動設備的在線學習。（5）自主選擇，學生根據(jù)自己的學習需要，可以自主選擇關心的學習內容，有針對性地學習。（6）制作簡便，有多種途徑和設備方法，上手快。（7）情景化，可以提供具體的、典型的案例示范。微課程的優(yōu)點在于自助餐式移動自主學習，不足在于：（1）內容的碎片化，缺乏知識間的關聯(lián)性；（2）知識的單向傳播，缺乏交互性。在微課程的應用方面，黃建軍等指出要對微課程適用的知識對象進行描述[1]；尋素華認為應該對學習對象進行分析[2]；不少學者指出錄制微課程時不但要有清晰的對象，也定義了微課程制作的技術要素，如圖像的分辨率、內容、文字、聲音以及時間要求等。

二、知識的內涵及表示方法

知識是對信息提煉和推理而獲得的正確結論，是對自然、社會、思維規(guī)律的認識與掌握，是大腦重新組合和系統(tǒng)化的信息集合。知識表示就是對知識約定和描述的數(shù)據(jù)結構，以利于計算機的存儲和處理，因此知識表示可以定義為數(shù)據(jù)結構+處理機制。適合概念和規(guī)則知識的表示方法有：（1）框架[3]：是明斯基提出的處理視覺、自然語言及行為的理論，認為人對現(xiàn)實世界中事務的理解是一種類似于框架的結構存儲在記憶中。當遇到一個新事務時，就從記憶中搜尋一個合適的框架，并根據(jù)新的情況對框架的細節(jié)進行修改和補充，以形成對新事務的理解和認知?？蚣芸梢悦枋鰹榘涯呈聞盏乃兄R儲存在一起的數(shù)據(jù)結構?？蚣苤黧w表示某個固定的事務、概念、對象或事件，其下層由一些槽組成，表示主體每個方面的屬性?？蚣苁且环N層次的數(shù)據(jù)結構，框架下層的槽可以看成一種子框架，子框架本身還可以進一步分層為側面。槽和側面所具有的屬性值分別稱為槽值和側面值，槽值可以是程序、條件、默認值或是子框架。相互關聯(lián)的框架連接起來組成框架系統(tǒng)，也稱框架網絡。其優(yōu)點：結構性，可以把知識的內部結構關系及知識間的特殊聯(lián)系表示出來。繼承性，下層框架可以繼承上層框架的槽值，能較好地保證知識的一致性。自然性，框架通過把與某個事物相關聯(lián)的特性集中在一起，可以很好地模擬人腦對事物多層次、多角度的存儲結構。不足：語義結構不明晰，缺乏明確的推理機制。

（2）語義網表示法[4]：語義網絡是奎廉在研究人類聯(lián)想記憶時提出的一種心理模型，認為記憶是由概念間的聯(lián)系實現(xiàn)的。語義網絡可以理解為一種實體及其語義關系來表達知識的有向圖。語義網絡可用三元組表示：（結點1，弧，結點2），結點描述事件、概念、狀況、動作等實體，弧表示實體間的關系。其優(yōu)點：結構性，實體間的聯(lián)系可以顯示地表示出來，下層結點可以繼承、新增、變異上層結點的屬性。聯(lián)想性，強調實體間的聯(lián)系，體現(xiàn)了聯(lián)想思維的過程。自索引性，通過與結點相關聯(lián)的弧可以快速搜索關聯(lián)的信息，避免查詢整個知識庫，能有效避免盲目搜索時的組合爆炸問題。不足：非唯一性，同一個問題可以有不同的語義網絡來表示和理解，因此通過語義網絡所實現(xiàn)的推理不能保證其正確性。

（3）面向對象的表示方法：采用對象法對客觀世界的具體事物及事物間的聯(lián)系進行抽象，符合人們認知問題和分析問題的思維方式。軟件實現(xiàn)時以對象為中心，每一個對象是由一組屬性、關系和方法的集合組成。一個對象的屬性集和關系集描述了該對象所具有的知識，操作在屬性集和關系集上的方法表示知識處理，包括知識的獲取方法、推理方法、消息傳遞方法以及知識的更新方法等。優(yōu)點：代碼重用和可維護性好。

（4）知識地圖法：知識地圖是結合基模和概念圖的知識表示?；Ｊ且环N認知機制，可儲存、綜合、歸納及提取經驗，能讓個體組織和積累相似的經驗，也可以協(xié)助辨識額外的經驗。知識地圖包含概念屬性和關系屬性，既具有概念圖的方便呈現(xiàn)概念間關系的優(yōu)點，同時具有基模的方便呈現(xiàn)概念屬性的功能。知識地圖也可以理解為知識資源目錄，通過目錄可以存取相關知識，同時知識地圖還可以定義目錄內各資源的關系，有利于知識的快速定位。知識地圖主要功能是知識的組織管理，具體功能包括：指示知識位置的導航功能，揭示隱性知識，揭示知識的關系，整合不同的知識資源。

（5）本體表示法[5]：本體采用顯式、形式化的方式來表示語義，用以提高異構系統(tǒng)之間的互操作性，促進知識共享。用本體來表示知識的目的是統(tǒng)一某應用領域的概念，構建本體層級概念間的語義關系，實現(xiàn)人類、計算機對知識的共享和重用。本體建模的五個基本要素是： 類、關系、函數(shù)、公理和實例。本體知識庫中的知識，不僅通過縱向類屬分類，而且通過本體的語義關聯(lián)進行組織和聯(lián)結，同時推理機利用這些知識進行推理，從而提高檢索的查全率和查準率。

以上的知識表示方法各有特色，適合不同領域知識的存儲和使用，其最重要的共同點是強調描述事物間的聯(lián)系。知識不是孤立的，知識相互間的復雜聯(lián)系才能展示紛繁的客觀世界。不同教材描述不同領域的復雜知識結構，網絡課件也是描述知識關系的一種形式。微課程的重點不應該是展示知識點的內容，重要的是展示各個知識點的關聯(lián)，幫助學習者建構知識。

三、聯(lián)結型微課程在知識展示與建構中的作用

研究表明，人類大腦擁有神經膠質和神經元兩種腦細胞，神經膠質的主要作用是隔離各神經元并輸送營養(yǎng)。神經元由細胞體、樹突、髓鞘和軸突組成，一個神經元的軸突只與另一個神經元的樹突聯(lián)系，見圖1。神經元只沿單方向傳遞信息，樹突接受來自其他軸突輸入的信息并傳遞到細胞體，細胞體處理信息后，再通過軸突傳遞給其他的神經細胞。腦神經系統(tǒng)并不像傳統(tǒng)計算機那樣擁有一個集中的CPU，而是由數(shù)量多達1010—1011個神經元按網絡的形式互相聯(lián)結并協(xié)同工作，每一個神經元又與其他103—104個神經元相連。當一個軸突偶然碰到臨近神經元的樹突時，新的聯(lián)結就產生了，這也是學習產生的機制[6]。簡化的神經元信息傳遞見圖2。

圖1 神經元的結構

圖2 神經元信息傳遞

學習產生的基本階段有準備、獲得、精細加工、形成記憶、整合應用。獲得的神經學定義為軸突和樹突新聯(lián)結的形成，即神經元之間的聯(lián)結是學習產生的物質基礎。學習者在參加討論、聽課、環(huán)境刺激、角色示范、親身體驗、自我反思、看視頻錄像等過程中都能獲得知識，建構聯(lián)結。形成記憶的關鍵步驟是精細加工。精細加工不是機械式的記憶，而是以有意義的方式在大腦中拓展復雜的神經元通路的過程。

根據(jù)加涅的理論（1985），概念分為具體概念和定義性概念。具體概念是可以通過其知覺特點進行區(qū)分、通過名稱加以識別的客體、特征或事件，如月亮、課桌、紅色等。定義性概念是指不能根據(jù)其物理屬性得到的識別，如家庭、民主、國家等。規(guī)則是概念間關系的陳述，包括原理和問題解決的高級規(guī)則。定義性概念和規(guī)則是學校學習的主要知識。因此，微課程應重點展示概念及概念間的聯(lián)系，幫助學習者快速建構知識。

在聯(lián)結型微課程中，概念可以表示為六元組：編號、概念名稱、概念描述、屬性值、關聯(lián)行為、關聯(lián)概念編號。定義中以關聯(lián)行為為核心，重點表示概念間的關系，即規(guī)則的應用，見圖3、圖4。

圖3 概念六元組

圖4 概念間的關聯(lián)

微課程要展示的概念間的關聯(lián)行為主要有以下幾種。

（1）整體和部分的關系。用于描述一個概念與其他概念之間的組成關系或某個概念是由另外一些概念組裝而成的，這也被稱為“a-part-of”關系。如數(shù)據(jù)結構概念包含邏輯結構、存儲結構和算法三個概念。（2）一般和特殊的關系。這也被稱為“a-kind-of”關系，具有繼承性質。如C語言中，整數(shù)是一種變量。（3）限定關系。某（些）概念是另一個概念的條件、結果、環(huán)境、工具、方法、目的等限定關系。如遞歸是算法設計的方法之一。（4）創(chuàng)新關系。即某些關聯(lián)的概念聯(lián)結產生一個新的概念。如數(shù)據(jù)結構中線性結構和順序存儲形成順序表的概念。（5）函數(shù)關系。一個概念的值可以由多個概念的值通過某一公式（算術表達式）計算而成。如三角形的面積（S）等于三角形的底（a）乘以三角形的高（h），即函數(shù)關系為S=a*h。因為概念通過編號唯一區(qū)別，因此上述的函數(shù)關系的計算可以表示為：面積（編號）.屬性值=底（編號）.屬性

值*高（編號）.屬性值。算術表達式的翻譯可以采用自頂向下的遞歸方法或LL（1）翻譯方法，也可以采用屬性文法翻譯[7]。

聯(lián)結型微課程的設計和開發(fā)：

（1）軟件類微課程適合采用框架或面向對象的方法。

（2）微課程可以只涉及相關聯(lián)的幾個概念。

（3）微課程可以包含一門課程的所有概念，并提供概念的搜索，搜索到某一個概念后，與概念相關聯(lián)的其他概念一并展示。

（4）可以提供概念屬性的賦值功能。

（5）可以提供概念的編輯功能。

（6）視頻類微課程可以采用可汗學院模式，即屏幕錄像軟件+概念圖工具（或手寫板）。

四、結語

學習過程可以理解為神經元間新聯(lián)結產生的過程，通過不斷嘗試和意義激發(fā)可以拓展大腦中復雜的神經元通路，促成知識的學習。同時，隨著網絡技術和移動設備的發(fā)展，學習也進入微時代，通過隨時隨地碎片化學習，能有效地拓展知識學習的途徑。聯(lián)結型微課程可以借助移動設備有效展示知識間的關聯(lián)，幫助學習者建構知識。

參考文獻：

[1]黃建軍，郭紹青.論微課程的設計與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育

技術，2013，（5）.

[2]尋素華.淺析微課程開發(fā)在校內外的應用研究[J].中國

電化教育，2013，（9）.

[3]徐寶祥，葉培華.知識表示的方法研究[J].情報科學，

2007，（5）.

[4]劉建煒，燕路峰.知識表示的方法比較[J].計算機系統(tǒng)

應用，2011，（3）.

[5]董堅峰，胡鳳.基于OWL本體的知識表示研究[J].信息

系統(tǒng)，2010，（9）.

[6][美]Eric Jensen；梁平譯.基于腦的學習：教學與訓練

的新科學[M].上海：華東師范大學出版社，2008.

[7]孫悅紅.編譯原理及實現(xiàn)：第2版[M].北京：清華大學出

版社，2011.

[責任編輯 包玉紅]