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摘要：信息化的快速发展对教育信息化产生了巨大影响。比如产生了新的如移动式学习模式，该模式对学习资源提出了更高的要求。在此过程中，微课课程学习模式具有学习时间短等特点，它符合教育信息化对学习资源的要求。目前国内的微课程主要以单一课程形式呈现，并没有较好地考虑课程间、课程内的关联和联系。因此，必须对微课课程体系和结构进行改进和优化。鉴于此，本文首先对微课课程的相关概念进行了分析，概括得出了相关概念、特点以及实现技术。而后，利用知识图谱技术对微课课程内容进行组织和关联，进而给出微课课程体系架构和知识图谱的建构原则。再运用知识可视化技术对学科知识图谱进行分析和归纳，得到基于知识图谱的微课课程关联性结构。然后，根据微课课程建设的实际需求，提出以学习者为中心的微课课程设计流程，并对微课的开发技术作出分析与说明。最后，本文将设计制作的部分微课课程应用到淮阴师范学院相关专业的操作系统原理及应用的课堂中，对微课学习的实施效果进行分析和评价。希望该微课课程设计能对教学效果的提升产生积极作用，同时能够为从事相关研究和高校一线教学人员提供一定的参考价值。
关键词：微课；知识图谱；课程设计；微课管理；操作系统原理及应用
本文引用格式：王宪莲，等.基于优慕课平台与知识图谱的微课课程设计及应用[J].教育现代化,2019,6(79):195-201.
Design and Application Research of Mobile hybrid Teaching Mode Based on WeChat Public Platform
WANG Xian-lian 1,AN Feng-ping2,3,CHEN Gui-bin2
(1.Huaiyin Normal university,Huaian;2.School of Physics and Electronic Electrical Engineering,Huaiyin Normal university,Huaian;3.School of Information and Electronics,Beijing Institute of Technology,Beijing)
Abstract:The rapid development of information technology has had a tremendous impact on education informationization.For example,a new mobile learning model has been created,which puts higher demands on learning resources.In this process,the micro-curriculum learning mode has the characteristics of short learning time,etc.It is in line with the requirements of educational informationization for learning resources.At present,the domestic micro-curriculum is mainly presented in the form of a single course,and the associations and connections within the courses,the courses are not well considered.Therefore,the micro-course curriculum system and structure must be improved and optimized.In view of this,this paper first analyzes the related concepts of the micro-curriculum curriculum,and summarizes the related concepts,characteristics and implementation techniques.Then,the knowledge map technology is used to organize and correlate the content of the micro-courses,and then the construction principles of the micro-course curriculum system and knowledge map are given.Then the knowledge visualization technology is used to analyze and generalize the subject knowledge map,and the relevance structure of the micro-course based on the knowledge map is obtained.Then,according to the actual needs of the micro-course construction,the learner-centered micro-course design process is proposed,and the development technology of the micro-course is analyzed and explained.Finally,this paper applies some of the micro-courses designed and produced to the operating system principles and applications of the relevant majors of Huaiyin Normal University,and analyzes and evaluates the implementation effect of micro-class learning.It is hoped that the design of the micro-course will have a positive effect on the improvement of teaching effect,and at the same time provide a certain reference value for those engaged in relevant research and front-line teaching staff.
Key words:Micro-course;Knowledge map;Curriculum design;Micro-class management;Operating system principles and applications
一引言
近年来，随着互联网等载体的快速发展，各类新的开放式教学、视频式教学不断涌现，对传统教育的发展产生了巨大的影响。当前的教育已经不再是刻板的教授式、填鸭式教学模式，而是呈现了多种多样的教学模式。此时，利用互联网可以实现学习者的及时、随时学习，从而使得移动学习、片刻学习成为可能，也使得该学习模式得到了快速发展[1-3]。正由于此类模式的发展，使得各类教育、培训等机构开发了种类繁多的学习资源，在如此多的学习资源当中，并没有一个可供学习者借鉴和参考的学习架构或组织架构，也就是说学习者不能快速地找到自身所需的学习资源，从而浪费大量的资源搜索时间，影响学习效率。如何对现有各类微课资源进行梳理、归纳和分类，已然成为一个最重要的教育研究课题和难点问题[3-5]。
在国外，对于微课，2008年美国学者PENG提出了利用短视频的方式对教学内容进行讲授，从而产生了一种新的授课模式，它视为微课的初始版本，也可以称之为微课的雏形。该授课模式的出现，受到了广大学生和相关学习者的欢迎，该学者被相关研究人员称之为短视频教授[5-7]。正由于该教学模式的广受欢迎，可罕学院通过网络平台构建了一个资源数据库，让更多的微课资源通过该平台向广大学习者提供。这些微课资源，不仅增加了课程内容，而且在一定程度上提高了微课资源的时长，该平台所提供的微课资源受到了来北美及世界其他地区学生及学习的广泛好评[8,9]。与此同时，新加坡国立大学的教育学院在已有的微课课程资源的基础上，引入互动性极高的学生参与相应微课课程的设计与研发，从而产生了新一代的微课课程资源，此类微课课程资源具有内容更加丰富、互动更加频繁和知识构建更加丰满等特点[10,11]。
在国内，2009年中山大学胡铁生教授首先对微课资源进行了阐述，他认为在当前新形势、新教育环境下，必须依托视频资源开展相关教学活动，重点突出教师在课程重要环境的作用。通过视频资源这个核心点开展相应的教学活动，比如教学设计、教学目标、教学内容和教学反馈等待。与此同时，黎加厚教授认为，所谓的微课就是在时间少于10分钟，有更加具体的教学目标和内容的小课程知识点。焦健利教授认为，微课是一种短小精炼的课程知识点的凝练。西南大学徐正涛提出了基于Moodle的微课建设模式，他认为该模式的核心是微课，并给予该核心构建相应的资源建设模型，给出了相应的分析过程，并完善了基于Moodle的微课资源整合模式[12-16]。综上可知，国内对微课的研究主要集中在以下几个方面：一是围绕微课这一基本概念、定义开展相关研究；二是对微课本身的特点、类型进行深入研究并着手相应课程设计与开发；三是根据微课前人研究成果，搭建微课课程资源平台。
综上可知，现有的微课课程往往只注重单一知识内容的讲解，知识过于零散破碎、缺乏关联性，学习者无法获得系统化认识。其次，在当前的教育信息化快速发展的过程中，自主学习、移动学习已然成为一种主流学习方式，但是学习者往往由于自律性较低，不能根据微课课程设计要求开展相应学习，从而无法得到初始设定的学习目标。鉴于此，本文认为有必要以知识图谱的形式显示知识点的结构关系以及课程内知识点的分布情况，用可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系根据知识图谱显示的关系，将与当前学习资源有着直接或者间接关系的其他的资源进行推荐，使得学习者不需要按照传统的在线学习方式按部就班的学习知识点，而是更加注重对应资源之间的结构关系，同时也更丰富了资源的可选择性。
二 知识图谱的建构过程
（一）基于知识图谱的微课资源组织合理性分析
为了更好地对微课资源库进行分析、归纳和总结，本文尝试利用知识图谱方法对微课资源进行组织和关联，通过知识图谱将具有一定逻辑特性的微课资源进行关联，充分展示不同知识点和不同课程间的关联性，帮助学习者快速找到知识点之间、课程之间的逻辑联系，也可以快速找到自身所需要的微课资源。
1.呈现课程体系
由于微课课程之间、课程内部都存在着不同的对应关系，为此本文根据认知结构方法对知识的学习过程进行分类，它可以分为上位、下位和并列学习三种模式，因为学习者是有一定心理诉求和心理特点的。通过分类进行学习可以满足不同学习者的不同层次学习过程或模式。因而，通过知识图谱将微课课程之间、课程内知识点进行关联和逻辑化，非常有利于学习者进行自主移动学习和寻找想要的课程知识，从而帮助学习者完成自身学习逻辑和结构的完善。
2.提供学习路径
知识图谱是根据微课课程涉及知识的内部结构将知识关联起来的，因此具有知识索引功能，它也可以指向任一所需知识，快速定位，从而将知识到达路径清晰地描绘出来。
（二）知识图谱的构建原则
由于知识图谱具有较好的关联、组织、归纳等特性，所以必须利用它对相关知识进行关联，但必须以微课课程涉及的内容作为中心进行构建。如此，它不仅可以提供组织、归纳等能力，而且可以更好地对知识点结构、课程结构进行一个深入的内容了解，从而更全面地刻画知识点的关联特性，摸清知识间的逻辑性，如此才能实现清晰、科学、可靠和合理的知识图谱构建。所以，它在构建过程必须满足以下五个基本原则：
1.明确性。
2.完整性。
3.适用性与启发性。
4.可获取性。
5.可扩展性。
（三）知识图谱的基本架构
本文利用知识图谱的可视化对微课课程的知识点进行关联，进而形成类似专辑的微课课程资源。学习者或学生只需通过进入专辑，也就可以进行相应的学习，完成相应的知识学习过程。而后，再利用知识图谱使得学生直观感受到各个知识点的关联性，最终完成学习体系的构建。基于知识图谱的微课课程资源组织结构如图1所示。
基于知识图谱的微课课程资源分为两个部分，分别是微课资源和知识图谱。通过图1可知，整个微课资源组织结构分为四个层次：
1.学科课程
该层次主要涵盖所有涉及到的学科微课资源。
2.学习专辑
该层次根据知识的关联度涉及多个不同专题的学习组合。
3.微课程资源
该层次主要有微课资源涉及到的知识点。
4.教学活动与知识点
该层次主要是对具体微课课程知识点的学习提供相应的教学活动、教学内容等的支持。它可以有多种形式，比如互动交流、随机测试、讨论等待。
通过以上四个层次的构建，使得知识图谱的思路得以贯彻。从而形成学科-专辑-微课资源-知识点的四层知识关联图。
（四）知识的关联与关系
知识图谱只有在知识、学科等关联过程中才能发挥其重要作用。所谓知识关联指的是知识与知识之间的联系、影响。从另外一个角度也可以说说根据不同学习者的学习需要建立的联系。知识中有如下几种常见的关联关系：
1.顺序关系
顺序关系指的是知识单元之间通过出现的时间先后来确定相应知识点的关联或联系。在可视化显示上用“X”来表示，具体如图2所示。
2.组成关系
知识单元具有整体与部分的关系，也就是说多个小知识可以通过组合形成某种学科知识，也即形成了组成关系。在可视化中用“Z”来表示，具体如图3所示。
3.泛化关系
一般知识与具体知识间的关系就组成了方关系。在可视化中用“F”来表示，具体如图4所示。
4.聚集关系
知识之间存在部分与整体的关系，此种关联称之为聚集关系。在可视化中用“J”来表示，具体如图5所示。
5.延伸关系
延伸关系只不过是知识广度或深度的拓展，视为同一个知识点。在可视化中用“Y”来表示，具体如图6所示。
6.参考关系
它表示两个知识间具有相互参考作用或关系。在可视化中用“C”来表示，具体如图7所示。
7.特性关系
特性关系是表示某个知识点相对于其他知识点所独有的特征或特性。在可视化中用“T”来表示，如图8所示。
对知识本身的关联方式进行剖析，为后期知识图谱的实现奠定理论基础。
三 基于优慕课平台与知识图谱的微课课程设计
（一）优慕课平台
优慕课（uMOOCTM）教学云平台是文化在线自主研发的新一代混合式教学云平台，基于SaaS架构设计，依托于腾讯云的资源优势，为高校提供教学云服务。平台紧密围绕学科教学过程中的具体需求，连接“内容与师生群体”，满足院校“教、学、管、考、评、研”教学全过程的需求。
1.优慕课平台具有资源存储、讨论区、作业提交、在线测试、播客单元等功能。常规资源，包括word文本、PPT课件、图片、视频均可在平台上进行长期存储，也可以进行网络链接的存储。教师或学生都可以发表讨论话题，营造开放式教学氛围。教师可在平台布置作业，学生按照要求提交作业，教师平台批阅。
2.“优慕课”在微课课程设计中的实用性。鉴于微课课程设计的互动式等特点，“互联网＋微课课程”是一条可借鉴的模式。通过“优慕课”的知识传递功能，可将课前、课中和课后相关内容通过优慕课传递给学生。由于微课课程的互动性特点，可利用“优慕课”的各种教学活动促使教师与学生的良好互动。
（二）微课程的组织框架
微课作为教育信息化、教育改革新形势下的衍生教育改革模式，它已经在教育行业得到较大程度的推广和应用。相关高校、培训、教育机构也纷纷建立了自身的微课资源平台，共享了数量众多的微课资源。这些微课资源是很多学校、教育机构等共同形成的，但是这些微课资源在横向上并没有相互关联和联系。即使是同一门微课资源，也呈现着多种多样的形式，给学习者在寻找微课学习资源时，产生了很大困惑。所以，对于如何形成一种关联度高、联系紧密的微课资源管理平台是一项重要而又意义的工作。鉴于此，本文在可汗学院的微课资源模式下，结合高校课程教学的特点，建立一套基于知识图谱与优慕课平台的微课课程资源设计及应用系统，具体如图9所示。
（三）课程设计思路
1.知识图谱构建
本文在相关研究成果的基础上建立知识、组织和识别多层次关联层级，并对微课资源构建中涉及的知识图谱构建过程进行分析和研究。
（1）明确的使用对象以及知识范围
在构建微课资源的知识图谱之前，必须对微课资源涉及到知识点进行明确。比如涉及知识点所研究对象，并知识点对象本身的特点进行介绍和说明。从而确定微课知识图谱的构建目标，进而完成知识图谱的构建，并在后续的使用过程进行影响因素分析和总结。
（2）知识的拆分—“三分法”
本文在教学目标分类认识维度上对知识单元进行分类，并结合实际教学过程中的特点和学习者特点进行分类，主要有：概念简述型知识、实验验证型知识和程序设计型知识。鉴于清华大学出版社出版的《操作系统原理及应用》教材内容比较分散，故本文基本按照教材所标记的知识单元进行分析、整理和归纳。
（3）相关知识的关联
由于微课时间短、授课内容少、教学单元独立等特点，故会存在微课资源涉及的知识点散而多的问题。为了更好地对知识点进行归纳和总结，本文利用知识图谱理论对不同知识点进行关联和联系，形成一种知识图谱实例，使得微课间、微课内都会有一定程度上的内在、逻辑上的关联，从而建立一个知识网络结构。建立该类联系的基本原理或概念详见本文中“知识的关联与关系”中的相关内容。
（4）知识地图的实现
a.知识地图的呈现方式
本文研究中涉及的知识图谱指的是总领知识地图和模块知识地图两部分。
b.实现知识地图的技术手段
虽然用于建立知识图谱的工具或手段很多，本文在此利用网页式的结构来对微课资源的知识图谱进行设计和实现。
2.微课教学内容的设计
微课课程设计过程主要包括以下四个方面：教学目标制定、目标分析、教学方法选择和教学效果评价。与传统的教学模式相比，微课课程更加注重对散乱知识的关联和联系。对于这些散乱知识点，在传统教学模式中是孤立的，而在微课课程当中是具有逻辑的，而且与其他知识点存在关联性。基于知识图谱所构建的微课课程体系如图10所示。
（1）学习者分析
由于微课课程是为学习者学习而构建的，所以在构建微课课程资源之前，必须对学习者的兴趣、特点、年龄等特征挖掘或提炼出来，在既定学习者学习特性的前提下，因人施教。从而达到提高授课效率和效果的目的。
（2）教学目标与课程内容制定
教学目标是微课课程资源的牵引者。所有微课的课程设计都紧紧围绕该目标而开展。所有，在确定了教学目标之后，必须根据学习者的学习状态和能力安全授课内容。基于这些分析，本文制作了教学目标和教学内容的模板。具体如表1、表2所示。
（3）知识点的选取与拆分、重组
微课知识点的选择多是建立在课程总体内容的安排以及对教学目标的分析之上。而根据微课自身的安排，呈现出来。这些知识点的选定需要学习者进行独立的思考，自我学习，综合能力得到提供的前提下，完成最终的教学结果。在微课的设计中，不是所有的知识点都可以被应用到其中，一些显而易见的，通俗易懂的知识点，则无需使用微课，以保证微课资源最合理化地被使用。
（4）教学内容的设计
教学内容设计主要包括教学设计和微课脚本设计。对于教学设计：它是教学过程中的前提和基础，是微课教学模式效果优劣的关键影响因素。因此，在进行教学过程或活动设计前，必须进行科学、合理、细致的考虑，从而保证教学效果的最优化结果。
对于微课脚本设计：脚本设计必须在尊重所需教材特点的基础上，充分考虑实际教学目标和内容的要求，并结合实际学习者或学生的学习能力和基础。
（5）媒体工具的选择与教学内容实现技术
微课中设计的音频、视频等资料的展现形式的优劣直接影响微课教学效果的好坏。为此，必须选取恰当的媒体工具融入到微课课程教学过程中。
四操作系统原理及应用课程案例设计
（一）操作系统原理及应用的微课程知识图谱构建
1.明确使用对象和知识范围
《操作系统原理及应用》微课课程的授课对象是高校大学生，由于大学生的学习主动性更强、自由度更大。同时，大学生的学习形式多种多样。尽管我们高校的大学课堂仍然是讲授为主，但是与中小学课堂相比，已经存在明显的差异。比如大学生可以较中小学学生有更多渠道获得想要的知识，而且还需要通过实践或上机操作来获得相应的知识。所以，利用知识图谱对《操作系统原理及应用》这门课的重难点就是本文知识图谱所要关联或联系的知识点。
2.“三分法”拆分知识
鉴于本文所使用的清华大学出版社出版的《操作系统原理及应用》教材涉及的知识覆盖范围比较广且知识类型也比较分散。在此，本文将操作系统原理及应用这门课的教学内容划分为概述、进程管理、处理机调度统实例和操作系统的安全性八个部分。传统的课程结构只能体现课程本身逻辑，适用于传统课堂教学。但对于微课课程设计却起不到较好的效果。基于上述情况的分析，本文首先选择本教材所涉及的重难点知识点，并根据本文第2节阐述的内容-知识三分法拆分原则对本文涉及的知识点或单元进行拆分。鉴于篇幅限制，在此将第二章的相关知识进行了拆分，具体拆分结果如表3所示。
3.知识的关联与知识地图的实现
（1）知识的关联
操作系统原理微课程以课程本身作为树的“主干”，“树杈”向外逐渐分解为微课单元，最后直至“树梢”为微课中的知识点。
（2）可视化呈现角度
用√代表每一个知识点所在的微课，对不同层级的知识采用了不同大小的√做区别，具体表现为高层级的知识√更大，低层级的越来越小。
（3）知识地图的实现
本文利用Adobe公司出品的Dreamweaver网页制作、网站管理软件和Photoshop图像编辑软件对微课资源设计的知识图谱进行整体设计。
（二）操作系统原理及应用微课的设计开发
1.学习者分析
本课程的使用者为计算机技术、电子信息工程专业二年级学生，此阶段的学生自主学习意识较强。所以，学习者的学习不必完全一致，可以根据自己情况自主选择学习内容。
2.教学目标和内容分析
它主要分为课程内容分析、教学目标分析两个方面。
3.知识的选取、拆分和重组
在前文中提到，不是所有的课程内容都适合做成微课，有些比较简单的内容和容易理解的知识没有做成微课的必要。本文对进程管理这部分课程内容做了简要分析，从中选取了适合微课制作的内容。选取好微课的内容之后，根据相关方法进行知识的拆分(具体如表3所示)，之后从纵向和横向两个维度进行知识重组。
4.微课的教学设计
学习者在微课课程学习过程中需要通过自身的自我学习，自己建构知识图谱模型，解决诸多独立的问题。
5.微课的脚本设计
依据教学设计的思想，将教学流程转化为详细的脚本，便于教学计划的具体实施。脚本设计中的取材为网络资料和笔者自己制作的相关图片、文字、动画。
6.微课开发的实现技术
在微课开发过程中，对于不同的知识点选择不同的技术手段实现。在进行操作系统原理及应用系列微课的设计时，首先按照知识点类型进行划分归类。比如在录屏形式的微课制作中，首先制作出微课的PowerPoint演示课件，之后通过其自带的录屏功能进行演示课件的录屏工作，再通过Vegas视频编辑软件进行后期的简单处理。在制作的过程中，为了提升学习者学习兴趣，要重点考虑视频拍摄清晰、画面精致大方、噪声控制、主讲人普通话标准等因素。
（三）操作系统原理及应用微课程效果评价
1.效果评价调查问卷设计
效果评价问卷分为：一是学生对微课的了解情况；二是学生学习操作系统原理及应用微课程时，对微课程内容和设计的好感度；第三是学生接受微课程的程度以及相关功能满意度；四是学生学习环境中微课程资源的利用和资源建设的新思路。
2.效果评价
2018年12月，作者作为操作系统原理及应用课程的授课教师对淮阴师范学院电子信息工程专业17级的67名同学进行了微课教学。在整个课程结束后对所有学生发放了问卷，并对多名同学进行了访谈。在本次效果过程中共发放问卷67份，收回67份，全为有效问卷，有效率为100%。
3.评价数据分析
通过上述问卷的调查，可以知道，有50名同学经常进行网络或移动学习，比例为74%，25%的同学有时有微课学习过程，只有1%的同学没有进行过任何网络或移动学习。学生被问及“你了解微课教学模式吗？”，学生回答情况如图11所示。
4.关于微课效果的调查
微课效果调查数据显示，67名同学中有20名同学非常喜欢微课教学模式，比例达到9%；有40名同学比较喜欢该教学模式，比例高达60%；仅有5名同学认为该教学模式无明显差异，比例为7%；只有4%的同学不喜欢该模式进行课堂教学。
5.结果与讨论
通过对问卷调查法和访谈法，本文分别得出了如下结论。
学生角度：自主学习成上升趋势，微课认知水平得到较好的发展；对微课时长和呈现形式的要求更加明显；微课学习效率和效果得到明显提升；微课资源及平台建设需要进一步增强。
教师角度：知识地图的构建整体上要体现出依托的思想，基于该策略进行课程设计，使得与传统教学模式存在较大差异。激发学习者的学习兴趣。
五 结论
本文通过前人成果梳理，对现有的知识图谱、微课等情况进行详细阐述和分析。总结得到微课具有过于零散、碎片化等特点。鉴于此，本文提出了一种基于课程－学习专题－知识点模式进行微课资源组织和关联。而后对微课资源建设中引入知识图谱理论，提升微课资源管理的合理性、关联性、科学性和系统性等能力。而后，分析构建知识地图的流程、知识地图的构建原则与组织架构、知识的呈现方式。使现有微课程资源的缺点得到明显改变。主要成果有：
1.充分分析知识图谱的特点和特征，并结合微课程特点构建得到基于知识图谱的微课课程组织架构，并给出了微课课程知识图谱的构建过程和构建原则。
2.提出了全新的基于知识三分类的微课程知识图谱设计流程。
3.提出了微课程的课程内容、教学目标、教学设计和脚本设计等相应模板，给出了微课课程资源开发的具体流程，并选取《操作系统原理及应用》的相关内容，利用Dreamweaver,等软件制作微课程案例设计。
4.将取《操作系统原理及应用》微课程案例应用于实际教学当中，并对该微课程教学效果进行统计分析和调查，给出教师和学习者的使用评价，从而进一步验证了本文所提微课课程设计的有效性、合理性和适用性。
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