概念图理论在移动学习资源设计中的应用研究_李浩君
概念图理论在移动学习资源设计中的应用研究□李浩君项静
吴亮亮
*基金项目：本研究得到2012年度教育部人文社会科学研究项目“mCSCL 环境下情景感知性异质学习伙伴生成
机制研究”（项目编号：12YJCZH103）以及浙江省教科规划2013年重点研究项目“基于语义网技术的情境感知移动学习系统设计及实证研究”（项目编号：SB116）的资助。
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一、引言
近年来，无线通信技术和移动终端设备的有机融合成功地促进了学习方式的发展，产生了一个全新的学习方式——移动学习。移动学习通过无线通信技术和移动学习设备，帮助学习者及时获取学习资源，实现随时随地地学习。移动学习以其学习方式的便捷性、学习过程的交互性、学习情境的感知性、学习内容的个性化等特点[1]，吸引了越来越多研究人员和学习者的关注。鉴于移动学习应用的巨大潜力，国际远程教育专家基更认为，移动学习将成为下一代远程教育的主要学习方式[2]。
移动学习资源是开展移动学习的重要保障，是移动学习支持环境的重要组成部分[3]，其设计的优劣直接影响移动学习者的学习效果。由于移动学习是在有限的时空下，实现有效地帮助学习者达到实用性学习目标，因此，移动学习资源在学习目的、学习内容、学习过程、学习设备、学习支持和学习评价等方面，与其他学习方式有着显著的差异[4]。本文首先分析了
移动学习资源设计的影响因素，提出了移动学习资源
设计原则，并将概念图设计思想引入移动学习资源设计中，从设计可行性、概念图优化以及设计流程等方面详细论述了基于概念图的移动学习资源设计研究内容，最后利用作者自主开发完成并应用于中等职业学校服装专业销售实习环节的移动学习系统软件（软件著作权登记号:2011SR096880），开展基于概念图的服装销售移动学习系统资源实证研究，以期设计出符合移动学习特点的优质资源，同时为资源设计人员提供参考与借鉴。
二、移动学习资源设计影响因素分析
国内外有许多大学、企业和研究机构致力于移动学习项目实践活动，而这些项目都会涉及移动学习资源设计等方面研究。通过对这些项目的研究与分析，发现移动学习资源设计是一个系统化的设计过程，在移动学习资源设计过程中要充分考虑使用人群、内容选择、信息承载量、呈现方式以及管理方式等因素的影响。
（一）使用人群
移动学习是一种利用新兴技术发展起来的学习方式，在学习前要求学习者能较快地适应移动技术，进而开展移动学习实践。因此，对移动学习者要求有较高的自制力，并对电子产品具有一定的接受力和媒介素养，特别是青少年人群和成人在职人员。如欧盟的M-Learning 项目针对的是缺乏基本读写和数理能力的16-24岁青年人、意大利Mobile Learning 项目面向的是MBA 学生、欧洲达芬奇项目主要目的是促进职业教育和培训等。由于移动学习者个体间的学习动机、学习背景、学习风格以及学习环境等方面差异性较大，因此，移动学习资源设计需要针对不同的人群分别进行设计。
（二）内容选择
移动学习是一种特殊的学习方式，只有选择合适的学习内容，才能最大限度地发挥移动学习优势。利用问卷调查、数据统计的方法，调查适合移动学习内容的范围，如张弛等[5]通过网络问卷调查方式，将移动学习内容主要分成三类：应试考证类、培养兴趣类和充电拓展类。顾小清等人[6]通过分类研究方法，分别从学习用途、知识内容、学习活动等维度考虑移动学习内容的选择。部分移动学习内容从特定学习者的需求出发，开发相应的移动学习资源，如挪威奥斯陆大学的KNOWMOBILE 项目是面向医学专业学生的PBL 学习实践，台湾国立中央大学开发的博物馆参观导航系统是根据博物馆游客需求进行设计。有些移动学习内容从移动学习情境性角度出发，设计并开发出与生活实践密切相关的资源，如英国利物浦约翰穆尔斯大学设计了面向PDA 的医疗实习教育资源，日本德岛大学LOCH 项目设计了面向移动学习的日语学习资源。
（三）信息承载量
移动学习是在“移动”的环境中学习，时间相对比较“零碎”，学习者的注意力也处于高度分散的状态，这就决定了移动学习青睐于“片段式”、“微型化”的移动学习内容。斯坦福大学学习实验室研究表明，移动学习时间一般在10分钟以内，以维持学习的有效性。有研究者[5]认为，根据ej4教学设计模型中的课件设计原则，可设计三类课件：约5分钟、约10分钟、约30分钟。顾小清等[7]认为微型学习与以上的特点相似，可以利用微型学习的思想设计移动学习资源。方海光主张的移动学习资源对象单元化[9]、余胜泉教授提出的“学习元”[9]等都是片段式移动学
习资源设计思想的反映。移动学习资源内容应该尽量短小、直观，资源内容间知识点虽可有联系，但资源内容本身应该是独立的、分离的，具有微型化、片段化等特点。
（四）呈现方式
斯坦福大学学习实验室研究表明，移动学习是一个个性化和情绪化的过程，因此需要在一个心理安全和积极的环境中进行实践。有鉴于此，移动学习资源的设计要注意将学习内容以较为合理的方式呈现在学习者面前。顾小清等[10]结合IT 产品的可用性设计和测试方法，提出了移动学习资源的可用性设计。肖君等[11]认为，应综合考虑地点、技术、文化和满意度四个因素进行移动学习的呈现设计。同时，为了提高学习效率，资源呈现要与学习者学习反馈相结合，及时地反馈信息不仅有助于学习者了解自身学习进程和学习内容，也有助于帮助学习者聚焦学习内容，提高学习效率。
（五）管理方式
移动学习资源要得到充分的利用、管理和共享，需要在系统设计和开发中遵循一定的标准。数字化学习领域中已经存在一些较为成熟的标准，如共享内容对象参考模型（SCORM ）和学习对象元数据（LOM ）等，这些标准对于移动学习资源的设计与开发具有很强的借鉴和参考价值。如方海光提出了基于LOM 的学习对象建模理论，开发了移动学习资源自适应引擎[12]；Nakabayashi [13]等人开发了基于SCORM 的自适应学习系统，以提供符合该标准的移动学习课程；余胜泉等人提出了学习元资源模型，使学习资源从传统封闭资源库形态向以资源为中心的协同知识建构学习共同体形态转变[14]。
从上述移动学习资源设计影响因素分析可以看出，只有在移动学习资源设计过程中综合考虑以上五个因素，才能设计出优质的移动学习资源。然而，现有的数字化学习资源设计领域的相关标准并不能很好地指导移动学习资源设计工作，因此移动学习资源设计还存在诸多的不足。一方面设计人员注重于移动学习资源片段式、微型化的设计要求，但忽视宏观层面对知识的整体结构和内容的规划和管理；另一方面片段式移动学习资源难以表现知识之间的内在关联，使移动学习者注重于单个知识点的学习，而忽视对知识系统结构的掌握，难以保证对知识进行连贯、系统的学习。黄荣怀教授曾提出，优质的数字化学习资源要满足内容必需、难度适中、结构合理、媒体适当、导
航清晰五个基本条件[15]。因此，移动学习资源设计原则对移动学习资源设计与开发将起到重要的指导作用。
三、移动学习资源设计原则分析
（一）内容适合性原则
与传统学习方式相比，移动学习发生在复杂的学习环境中，学习者无时无刻不遭受着外界因素的影响，设计符合学习者随时随地需求的学习内容，才能维持学习者强烈的学习动机，使学习者能持续地学习。因此，移动学习内容的设计应坚持实用原则，如语言短训、职业技能、轻松百科、生活保健、家庭理财、文化涵养等方面的内容。
（二）知识点微型化原则
移动学习来源于学习者随时随地地学习需求，学习时间和学习场所不固定。学习者的学习可能发生在回家的乘车途中，也可能发生在工作的休息片刻，也有可能发生在逛街过程中。由于学习者处于复杂的学习环境中，时刻遭受着外界因素的影响，注意力处于高度分散的状态，无法进行长时间系统学习。因此，以知识点作为基本的知识组织单元，设计学习时间较短的片段式、微型化移动学习资源成为移动学习资源设计的基本要求。
（三）呈现简单性原则
移动终端如手机或PDA的数据处理能力和存储能力有限，加上移动学习者学习时间的零碎性，并且容易受到外界因素的影响，这就决定了学习资源设计与开发必须坚持简洁原则，即界面简洁明快，少图像，少视频，操作简单，文字说明要言简意赅、简明扼要，色彩搭配合理，突出重点内容。
（四）输入方便性原则
与普通计算机相比，移动设备的基本配置较低，交互条件有限，大量的信息内容输入是不合适的。因此，在设计与开发移动学习资源的过程中，在交互设计方面要尽量减少文字输入，按键设计上也要求简单统一。
（五）短文本多级联原则
移动设备小巧便于携带的同时也显露了它的一个弱点，就是屏幕较小，加上无线网络宽带也是有限的，因此，在设计与开发移动学习资源时应采取短文本为主，充分利用知识点内在级联关系，实现在有限设备资源和有限学习时间内提供尽可能多的学习内容，提高学习效率。
概念图是一种成熟的教学资源组织技术，不仅能将学习内容分离成以概念为核心的片段式、微型化知识，实现学习内容微型化、片段化；而且利用概念图各知识点内在联系，可较好地反映学习资源的整体结构，从而对学习资源进行有效管理和导航。
四、概念图理论介绍
奥苏贝尔[16]提出，“有意义学习过程的实质，就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为的和实质性的联系。”由此可以看出，学习者的认知结构是知识和知识间关联组成的网状结构；在学习新知识之前，学习者应具备相关知识背景。美国康奈尔大学诺瓦克教授对奥苏贝尔的有意义学习理论进行了深入研究，由此提出了一种知识的表征工具——概念图。黎加厚教授为概念图进行了界定：概念图是指利用图式的方法来表达人们头脑中的概念、思想和理论等，把人脑中的隐形知识显性化、可视化，便于人们思考、表达和交流。
概念图有四个主要特征：概念、命题、交叉连接和层次结构。概念是感知到的事物的规则属性，通常用专有名词或符号进行标记；命题是对事物现象、结构和规则的陈述，在概念图中，命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系；交叉连接表示不同知识领域概念之间的相互关系；层次结构是概念的展现方式，一般情况下，是一般、最概括的概念作为中心概念，置于概念图的最上层，从属的概念安排在下面。在实际应用过程中，通常会在最底层添加具体案例以方便知识点的讲解。这样形成的树状概念图整体结构清晰，各概念之间关系明确。由于结构中的连接词都是包含关系，所以将连接词省略，其原理如图1所示。
图1基于层次结构特征的概念图
概念图最初用于促进科学课程的学习，概念图不仅可以帮助学习者了解自己的认知结构，而且有利于学习者的知识建构和自主学习，并明确下一步学习的
方向。概念图可以分为宏观概念图、中观概念图和微观概念图，可以从各个层次对知识进行详细表征。利用学习者绘制的概念图，教师可以清楚地了解到学习者对知识的掌握情况，因此，概念图也可以作为一种评价工具。随着对概念图的研究深入，概念图应用领域也越来越广泛，由最初的评价工具、课程与教学设计的工具和知识可视化工具，发展成为支持传统教学过程中的技能和策略[17]。已有学者将概念图理论应用于移动学习领域，如台湾的黄国桢教授鉴于移动学习
过程中受到多种限制因素的影响，提出了运用概念图来辅助教学活动，起到很好的学习效果[18]；Chen将概念图作为一种脚手架策略，辅助泛在学习环境中学习者的学习[19]；Chih-Kai Chang将概念图作为移动英语阅读理解的思维工具进行使用[20]；Borner Dirk 使用概念图作为一种结构化的方法来识别移动学习领域内专家所产生的想法和意见的集群[21]。这些研究成果为概念图在移动学习资源设计中的应用研究提供了重要参考价值。
五、基于概念图的移动学习资源设计研究
（一）可行性分析
移动学习资源设计与开发应该适应移动学习自身特点，这样才能最大限度地发挥移动学习的优势。移动学习资源应该满足：呈现方式简洁且概括性强；信息承载量小而精；也要考虑到学习者的心理特点和个性化特点[3]。然而，从目前移动学习研究现状我们可以分析出，造成学习者难以保证对知识进行连贯、系统的学习，一定程度上是由于移动学习资源仅仅实现了“片段式”、“零散性”原因造成的，因此移动学习资源的设计还需考虑资源内容的整体结构系统性问题。
概念图是一种知识表征和组织的工具，它可以从宏观、中观、微观等三个层面清晰地分析知识结构，保证所有的知识都涵盖在概念图上，且划分后的知识点逻辑性好、结构清晰，便于管理和维护。同时，概念图可以作为资源导航工具的设计依据，这无疑是将知识的整体结构呈现给学习者，使学习者有针对性、系统性地开展学习。通过表1的分析可以看出概念图能较好地支持移动学习资源各类需求。
（二）概念图优化
在实际的应用过程中，研究人员都会根据具体情况对概念图加以修改，以获得更好的应用。片段式移动学习资源设计一方面要维持资源的“片段式”、“微型化”，另一方面结合移动学习的情境性特点，要体现知识的整体结构，要根据不同情境提供不同的案例学习资源。本文在原有概念图的基础上添加了资源部分，形成资源层，并将整个概念图设计优化成为如图2所示的四个层次：知识结构层、知识点层、案例层、资源层；其中，知识结构层反映知识的整体结构，案例层和资源层将作为片段式移动学习资源设计与开发的主要内容。
图2优化后的概念图层次结构图
（三）设计过程分析
移动学习资源设计是以学习理论和教学理论为指导，充分发挥无线移动技术的优势，围绕学习者需求设计合适的移动学习资源，并达到最优化学习效果的创造过程。基于概念图的移动学习资源设计过程包括了需求分析、概念图设计、内容设计、呈现设计等，其设计流程如图3所示：
图3基于概念图的移动学习资源设计流程
1.需求分析
移动学习资源设计是以学习者为中心的设计，其表1
移动学习资源需求及概念图特征分析对比表
目标就是满足学习者的具体学习需求，因此，学习者需求分析是资源设计的首要工作。明确学习者的学习需求，一方面，可以确定将要设计的学习内容是否适合移动学习方式开展。移动学习是一种特殊的学习方式，正如数字化学习方式一样，并不是所有内容都适合通过移动学习的方式开展。一般认为，移动学习适合那些内容简单、趣味性强、实用性强的内容，如应试考证类、生活百科类和充电拓展类。另一方面，在需求分析阶段，我们需要明确移动学习的目标人群、学习场景、手持设备、网络环境等情况，以便为资源开发阶段确定合适的开发平台、媒体形式、通讯方式等。
2.概念图设计
概念图设计在移动学习资源设计过程中，起到承上启下的作用。一方面，它在需求分析的基础上，对移动学习内容进行更加详细的分析；另一方面，通过概念图，可以分析出知识的整体结构，并为后续的内容设计和呈现设计提供提纲性的引导。
首先，确定中心主题，为移动学习内容选定合适的学习范围。中心主题的选择，最好从实际生活相关需求出发，如语言学习、轻松百科、生活保健、家庭保健等；也可以从学习者的学习需求出发，如应试考证、充电拓展、基础教育等。
其次，成立讨论小组，分析相关概念。在移动学习设计人员确定了中心主题后，成立讨论小组，通过头脑风暴方法进行讨论，这样可以尽可能多地分析出与中心主题相关的概念，每个概念尽量能够概括一定的知识范围。
再次，分析相关概念之间的层次关系。在讨论完相关概念后，首先确定最抽象的、涵盖性最大的核心概念，并置于概念的最上层；继而分析其他概念的层次关系、上下级关系，若超过一个的概念没有上级概念且具有平级关系，则概括出一个新概念作为它们的上级概念；在某一概念的下级概念中，按照内容的简单程度、前驱后继关系，逐次排列，内容较简单或具有前驱关系的概念应放在前面；比较最下层的概念直到不能分析出更下一级概念为止。此时，已经完成了知识结构层的相关工作。
最后，添加相关案例，绘制初步概念图。在知识结构层的基础上，结合移动学习的具体实际情况，添加能反映特定知识点的教学或学习案例，形成案例层。由于资源具体设计工作还未进行，当前绘制的概念图是不包括资源层的初步概念图。此外，设计人员要根据移动学习需求，反复思考、与相关人员进行反复协商，不断修改和完善，最终得到符合实际学习需求的概念图。
3.内容设计
移动学习内容设计是移动学习资源设计的核心。概念图设计阶段，初步概念图已经被设计出来。根据知识点层和案例层的相关要点，详细设计其具体内容。其中，案例层可以提供多样的案例，其目的是为不同学习情境下的学习者提供不同的学习案例，以便于学习者开展情境化学习，提高学习效率。移动学习内容设计要注意以下几点：有一定的概括性，太多的文字内容不适合在移动终端上呈现；要尽量将知识内容与生活、工作、活动等相关联，具有一定的趣味性，吸引学习者的持续关注；要能引发学习者的自主思考和学习交互，如设计启发式的问题、引发学习者之间探讨的话题等。
片段式移动学习资源设计一直被研究人员所倡导，由于概念图规划的知识点或案例，所包含的内容也不能保证其学习时间控制在10分钟之内，因此，为了将设计的移动学习内容制作成片段式移动学习资源，要根据实际情况做进一步的处理。设计人员可以采用“快速原型法”，为学习内容设计资源原型，并根据具体实践过程中资源使用情况，对学习时间明显超过10分钟的内容，挖掘该学习内容内部知识条理性，将内容划分成多个不超过10分钟的学习资源片段。
4.呈现设计
移动学习资源的媒体设计要考虑移动终端和学习内容两个因素。因为目前移动学习终端型号多样、所支持的格式也不尽相同，而不同学习内容的特点也决定了选用不同的媒体格式。移动学习资源的媒体设计就是为了能够因地制宜地提供资源呈现的合理方案，以期能够将学习内容以最佳的形态表现出来，起到好的学习效果。移动学习资源存在着不同的呈现方式，如文本、图像、音频、视频及动画；不同的呈现方式会起到不同的学习效果。各种不同的呈现方式及应用特点如表2所示。
在完成资源媒体设计之后，针对某个知识点或案例内容所设计的单个移动学习资源就已经完成，就可以在初步概念图的基础上，在概念图资源层的相应位置添加资源名，并对概念图做进一步的修改。当所有的资源都开发完成，那么此时概念图就已经修改完善。最后得到的概念图不仅可以反映知识的整体结构
和分布情况，而且作为资源管理和维护人员的管理工具，还可以通过一定的方式呈现在移动终端，成为学习者的导航工具。
六、资源设计实证研究
作者自主开发完成的移动学习系统软件采用基于概念图的移动学习资源设计思想，并将该系统成功应用于中等职业学校服装专业服装销售实习环节。该系统首先对学习者的学习需求和个性特征进行了详细分析，针对实习过程中所需要的服装知识和销售知识进行了深入调研，并将概念图理论及其优化思想应用于服装销售移动学习资源设计过程中，完成了符合中等职业学校服装专业学生特点的移动学习资源库设计与开发工作。
图4基于概念图的服装销售移动学习资源设计原理图
面向中等职业学校服装专业服装销售移动学习系统资源设计分为知识结构层、知识点层、案例层、资源层。知识结构层将服装销售移动学习资源分成了服装材料、色彩搭配、服装陈列、服装礼仪以及服装资讯等五大部分，而每部分又可以细分为更具体的多个知识结构组；每组分别对应知识点层中的一个或多个知识点；每个知识点又可以对应一个或多个案例层内容；每个案例层内容又可以对应一个或多个学习资源层，具体设计原理如图4所示。图5是基于概念图的移动学习资源设计在自主开发完成的移动学习软件系
统上资源显示相关界面图，图5(a)给出了服装销售移动学习内容主题列表，学习者可以自主选择自己感兴趣的学习主题，可以作为学习者的学习主题选择导航界面；图5(b)给出了与服装材料主题相关的学习知识点列表，学习者可以自主选择自己感兴趣的服装材料相关知识点，可以作为学习者的服装材料知识点选择导航界面；图5(c)给出了对服装材料中的丝绸学习资源的文本介绍，使学习者在最短的时间内掌握必要的服装材料相关知识。资源显示提供了文本、图片、音频、视频、动画等多种媒体格式。
图5基于概念图的服装销售移动学习资源设计界面
基于概念图的服装销售移动学习系统资源设计不仅实现了学习资源的片段化、微型化设计目标，而且又能使这些片段化、微型化资源通过概念图内在关系有机地联系起来，方便学习资源导航设计以及学习者开展自主学习，取得了较好的学习效果[22]。
七、结束语
概念图是一种有效的知识组织和表征工具，在许多教学领域中得到了广泛的应用。本文将概念图理论应用于移动学习资源设计领域，为系统性的片段式、微型化移动学习资源设计提供了新的解决思路，有利于移动学习者持续而系统地进行学习。然而基于概念
图的移动学习资源设计仅解决了移动学习资源组织管理问题，移动设备类型的多样性、资源的有限性以及情景的感知性等特点也对片段式移动学习资源的有效呈现提出了更高的要求。此外，概念图能有效地将片段式移动学习资源组织起来，使基于概念图的移动智能导学系统设计与开发也成为了可能，这些问题都将成为下一步的研究内容。
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收稿日期：2013－02－25
作者简介：李浩君，副教授，硕士生导师；项静，硕士研究生；
吴亮亮，硕士研究生。浙江工业大学教育科学与技术学院（310014）。
责任编辑三川
互动模型，目的在于通过这个模型中学习互动的展开以及最后达到概念互动的过程来说明怎么利用微博进行高质量的互动，也希望对虚拟学习社区建设有些帮助。
虚拟学习社区依然是未来基于网络的非正式学习的主要场所，因为微博用户关注的是一个更广泛的交际圈，而虚拟学习社区关注的领域更具体，对于学习者来说更专业。微博因其特点互动程度较高，当然这些特点不一定完全适合于虚拟学习社区，因为虚拟学习社区跟微博的定位毕竟有差别。虚拟学习社区有自己的优点，如各类资源丰富、有多种交流方式等，但虚拟学习社区的互动效果并不理想。因此，虚拟学习社区可以根据自己的需要，在已有基础上借鉴微博互动的优势，考察微博互动的过程，取长补短，更好地实现虚拟学习社区的学习支持。
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收稿日期：2012－06－15
作者简介：竹学雪；赵呈领，教授，博士生导师，学士；宋晔。
华中师范大学信息技术系（430079）。
责任编辑石子
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