基于本体的CSCL角色研究

2019-09-26 版权声明 举报文章

【摘要】CSCL 中的角色是对协作学习的重要支持,从理论上关注学习个体在协作学习中的角色扮演对协作学习的促进作 用,从技术上研究利用本体来达到协作学习中角色在不同协作情境中的共享与重用。通过文献检索与内容分析研究法,分析国 外关于基于本体的 CSCL 角色研究的相关文献,总结出 CSCL 角色研究的价值与必要性。希望为国内进行 CSCL 角色研究的学 者提供帮助。

【关键字】CSCL; 角色;本体;文献研究法

【中图分类号】G40057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)01―0092―07

一 CSCL 中的角色

CSCL 是一门人类科学,探讨的是对主体所具有的观点和 行为的解释。研究协作团体社会建构的互动特质的若干独立 变量,如团体的大小,组成,任务的性质,沟通中介等,在 协作交流中起的作用。这些都基于对 CSCL 中的主体――协 作角色的研究进行。

在网络协作学习环境中,个体与其伙伴积极参与和协作 建构构成了协作学习的支柱。说明了有效的协作需要协作伙 伴之间进行恰当的配对[1]。Rogoff 通过设计“成人-儿童”, “儿童-儿童”在协作学习中的实验,获得前者所取得的成果 优于后者[2],说明作为一个协作学习环境应包括确认伙伴的适 应性机制。

O`Malley 强调了为伙伴选择角色的重要性。她认为建构 协作仅发生在伙伴们扮演恰当角色的情况下[3]。例如,在协作 群体交互中,谈论较多的伙伴应该扮演任务实干者的角色, 其他伙伴则成为观察者,以对情境进行监督。

为此,研究者们对于 CSCL 协作环境中的协作角色进行 了分类研究,研究不同的学习个体在协作学习环境应扮演哪 种角色,促进协作交互的有效进行,完成协作的意义建构。

在协作学习环境中,个体伙伴所承担的子目标是对总目 标进行分解,并且在某个给定的领域中自然地和直接地为伙 伴们指派某些适用的角色。Blaye 等人在解决某个协作问题的 基础上,从社会心理学的角度设计了解决问题执行者角色、 对问题解决进行观察和评论的反思者角色[4]。Galliers 也曾提出一种采用逻辑模拟协作角色的形式化途径以求用框架的形式来表示协作过程中的冲突和构思[5]。McCallar 指出通常情况下,某协作学习环境可以具有如下系列角色,包括:分解、 定义、批判、构思、回顾和参考[6]。在理想情况下,系统应包 含这些角色的各种伙伴关系模型。

以上对于角色的研究是基于理论的基础,但这些研究缺 少了对协作过程中角色在语义上的定义,即缺少在不同的协 作环境中能够适用与重复共享的角色机制。而使用技术来支 持协作学习过程中的角色研究和应用要复杂得多。

Kumar(1992)在研究智能协作教学系统的过程中,以所 讲授的课题知识为前提,提出包括了模拟伙伴的学科知识的 协作过程,提出了覆盖模型、偏差模型、生成模型和协作模 型等四种协作学生模型[7]。这些模型中,由于协作要素如冲突 的识别、冲突的解决方案、角色扮演和协作交流等的模拟, 不仅依赖于学科内容,还同其他学习者的学科知识有关,采 用覆盖或概念模型不能有效地表示。赵建华教授在其《计算 机支持的协作学习》一书中提到构建网络学习社区学生们的 角色主要有四种:提案者;反对者;监督者和概括者[8]。但是, 这些角色的扮演建立在学生对于学习策略具有一定的运用能 力的基础上,学习需要经过一个比较长的周期。

所以,选择正确的方法和先进的技术来定义协作过程中 的角色,设计合适的系统来呈现角色在协作学习过程的正确 身份,为促进协作学习过程的意义建构是非常重要和必要的。

二 基于主题式的网络协作学习活动模式中的角色

主题式学习是指学生围绕一个或多个经过结构化的主题 进行学习的一种学习方式[9]。在基于主题式的协作学习环境中,学习个体在计算机支持下共同面对同一问题。学习者工 作在互惠互利的教学模式和竞争方式下,协作学习的参与者 都有可能成为其他学习伙伴解决问题的指导者。由于协作成 员在一起共同学习,形成学习团队。团队中成员的角色可以 有:保证团队目标实现的管理者、团队解决问题结果的 发言人、对队员的正确行为进行确认的激励者、对队员的回 答进行确认的评核者、记录答案和队员意见的记录员、擅长 表演与展示的“艺术家”、向班级的其他同学解释本组问题 解决答案的展示者等,其中最重要的角色是管理者、评核者和 记录员,他们是一个团队所必须具有的三个主要组成人员[10]。 由于受团队人数的限制,一个成员经常同时担任几中角色[10]。

参与者之间的角色关系以及协作的程度在基于主题式的 网络协作学习活动中将起到主要的作用。由于参与者角色目 标之间存在的复杂关系,使参与者之间的相互作用呈现各种 不同的性质。一般来说,针对某一目标,参与者个体的相互 作用可分为有益的相互作用和有害的相互作用。有益的相互 作用是指参与者之间的交互有益于目标的完成;有害的相互 作用指参与者之间的交互有损于目标的完成。而如何分析这 种环境中协作角色的分布情况,了解他们的协作情况,使协 作更利于学习目标的完成,就成为基于主题式的网络协作活动模式的研究重点之一。

三 本体技术与 CSCL

目前,本体技术已经在 CSCL 的研究中取得一定的成果, 如对学习个体在 CSCL 中的活动进行本体定义,解决学习个 体的 CSCL 活动本体共享,方便学者研究学习个体在不同的 CSCL 情境中进行活动的情况[11]。

就基于主题式的 CSCL 活动而言,参与者就某个学习问 题进行讨论,讨论顺利进行的一个必要条件就是能够精确领 悟对方的意思,也就是信息是否能够顺利传达。但经常存在 不能顺利理解对方表述的情况,使对问题的讨论无法顺利进 行。在 CSCL 实践中,参与者可能知识背景不同,要使他们 顺利交流是有难度的[12]。为使学习参与者对他人表述的语义 达成一致的理解,必须采用本体解决。

传统的网络协作学习中计算机只作为直接传递人类交流 信息的媒介,对相互交流的人员来讲是透明的,不提供任何 辅助人理解的功能。但通过对有现代网络支撑的 CSCL 模式 中交流方式的观察,发现每一种交流方式在计算机所提供的 支持方面都存在对应。如:文字通过聊天软件或共享白板进 行,语音交流可以通过会议系统或者语音聊天软件,形体语 言交流可以通过视频软件进行。为了避免由于工作背景不同 在沟通过程中对某一问题的理解产生差异,计算机需要能够 为人与人的交流提供理解性的支持。最适当的方法就是用本 体提供帮助,本体可以理解为一组概念(如实体、属性、过程)及其定义和相互关系,为人与人之间或组织与组织之间 的交流提供共同的词汇[13]。

因此,利用本体技术,可以为 CSCL 环境中的角色交流 提供语义上的共同理解,达到信息共享的目的。从而为学习 个体在协作过程中的角色进行本体定义提供了可能[14]。

四 国外相关研究综述

国外对于 CSCL 的研究较早,其中包括对 CSCL 本体的 研究。从在 Springerlink(www.省略)上以 CSCL, Ontology 为关键字进行搜索的情况来看,对于 CSCL 本体的 相关研究文章出现于 1997 年,至 2008 年 6 月共有 106 篇, 其中涉及角色研究的有 94 篇。较有代表性的是 ReuvenAviv 博士的研究;基于本体的 CSCL 协作分析的研究有西班牙的 Barros 团队、基于角色的 CSCL 协作学习本体的研究的有日 本大阪大学的沟口理一郎(Riichiro Mizoguchi)带领下的古崎 晃司(Kouji Kozaki)等人。

1 Reuven Aviv 博士的研究

以色列开放大学 ReuvenAviv 博士在基于 Wasserman、 Gunawardena 和 Burt 等的研究提出“协作组的内聚力和角色 结构是决定知识建构过程的因素[15]。”他利用社会网络分析工 具 NetMiner 的 SNA,开设两个在线讨论区在以色列开放大学 的《商业道理》网络课程中进行教学实验。分析了在线讨论 区中协作区学习小组的群组内聚力和角况。

Reuven Aviv 博士利用从在线讨论区获得的原始数据,如 图 1 所示,结合自己开发的 Opus2Nft 数据转换程序,将成员 之间因回复帖子而建立的互动关系转化为社群矩阵(邻接矩 阵),再运行 NetMiner 转化为社群矩阵,从而分析了协作中 的角色和角色凝聚子群情况。

从进行的教学实验研究中 ReuvenAviv 博士得出研究结论:①在结构性设计的在线讨论区中,知识建构的过程达到 高阶思维阶段,学生承担了联络员和促进者的角色,学生所 在的学习群体形成高内聚力的凝聚子群,教师具有比较小的 中心性。②在非结构性设计的在线讨论社区中,知识建构的 过程处在较低的认知活动阶段,大多数学生扮演了被动的教 师跟随者的角色,学生所在学习群体具有较低的内聚力。③ 良好结构性设计的在线讨论区能使其成员组成的社会网络具 备明显的内聚力、角色和权力结构,从而使知识建构的过程 达到高阶思维的水平。

Reuven Aviv 博士的研究提供了分析协作学习小组相互协 作过程的一种方法,利用 SNA(社会网络分析)方法可以分 析协作小组内学习个体的互动情况。通过协作学习小组的互动情况了解到协作个体在协作学习过程中如何去扮演协作角 色,促进协作学习的过程。

对 CSCL 角色研究的意义:Reuven Aviv 博士的研究证明 了在 CSCL 活动的协作过程中角色研究的必要性。通过分析 协作过程中的角色,可以分析协作交互的效果。

2 Barros 的研究

西班牙 Ciudad 大学的 Barros 和 Verdejo 一直从事 CSCL 的研究(从其个人网站的时间来看,研究开始时间为 1994) [16]。在 2000 年提出一个 CSCL 互动协作过程的管理框架,区 分了不同的交互协作分析的层次,并且定义了一系列代表交互协作的属性[11]。之后,致力于分析协作与建构 CSCL 环境的本体研究,建立一个基于本体的协作分析平台 DEGREE。 该平台利用隐藏在本体库中的 CSCL 活动因素概念,为用户 提供了通用的和灵活的自由设计协作学习的方法。

Barros 团队的基于本体的 CSCL 协作分析平台的研究是 结合社会文化与认知的理论上,以活动理论为基础,提出一 个用于识别和代表个体和个体所涉及的要素间的共同任务 [17]。如图 2 所示。他们认为,学习的完成需要依靠群组的力 量,必须设计一种协作结构和工具,来考虑所有学习参与个 体和对学习有影响的所有因素,并确立各因素之间的关系, 确立符合学习目标的任务,分配角色能顾及的任务和目标责任。而这,需要建立在协作学习的经验上。

Barros 等提出了 CSCL 本体的概念,其中包含了几个基Barros 把重点放在 CSCL 活动与活动理论框架之间的关系上。本本体:“Learning goa(学习目标)本体”,“OGF goa(lOGF按照活动理论(AT)的各要素,定义了一个协作活动所需的目标)本体”,“OGf roles(OGF 角色)本体”和“tutoring action(辅导行动/活动)本体”。 其中,“OGF角色本体”定义的 是指学习者在不同的 CSCL 协作学习过程中依据活动理论设 置的“分工”。这些角色是由 OGF 系统指定的,以形成协作 小组和学习者必须完成的小组学习活动[18]。如图 3 所示,该 CSCL 本体定义了协作学习的经验和分析协作学习过程和结 果的方法,为协作学习小组制定和界定相关的学习经验。

要素:工具(Tool),规则(Rules),分工(Division of labour), 社区(community),主(Subject),客体(Oubject),目标(Objective)及结果(Outcome)等本体概念。在其中,角色 概念在活动理论中是关键的本体概念,定义了在特定情境中 谁或什么可以扮演的角色,诸如主体的角色,学习小组作为 社区的角色,文物(artefacts)作为工具的角色等。

CSCL 本体在系统结构中分为两层,如图 4 所示:基本 层 CSCL 本体和分析层 CSCL 本体。基本层 CSCL 本体是 CSCL 协作学习(理论框架)和协作系统(应用框架)之间的 桥梁。利用这个桥梁有助于分析协作学习过程所需的要素和 数据。分析层 CSCL 本体是收集之间本体内容的关系。

DEGREE 系统是基于协作本体的基础上实现的,能使用 户在面向对象的界面基于可理解的共享概念上自由创立 CSCL 协作学习过程,即根据学习者的现有学习经验创建一个 协作学习环境。支持不同学习群体间的知识共享,学习者可 以通过平台进行通信和合作。在协作学习完成后,该平台可 以帮助教学研究人员对协作学习过程进行分析,促进协作学 习的更有效性。

对本研究的意义:Barros 团队的研究是应用本体来定义 CSCL 活动整个过程,为研究学习个体在不同的 CSCL 情境中 的活动提供了可共享与复用的语义表示。说明本体技术对分 析 CSCL 活动的可操作性,为研究基于主题式和网络协作学 习活动中的角色本体提供了技术支持。

3日本大阪大学的研究

日本大阪大学的Riichiro Mizoguchi(沟口理一郎),KoujiKozaki (古崎晃司)等人在2000 年以来致力于基于本体的 CSCL协作研究。其目标是在支持复杂的协作学习教学设计过 程中,通过学习理论,运用本体对协作学习进行教学设计, 分析和评估,建立了基于教学设计的协作学习本体论,制定 了基于本体论的协作学习模式,奠定了基于本体论的模型基 础。开发了两个系统以支持协作学习的教学设计过程:一个 是协作学习形成支持系统,另一个为互动分析支持系统。

基于本体方法的 CSCL 协作过程研究可以分为三部分:

(1) 研究教学设计理论对于协作学习的支持。

采用学习理论[19]来分析、设计协作学习的过程,指明教师/教育者应建构什么样的协作学习环境和学习计划,安排与 实施、评价等的协作学习明确模型。如图 5 所示:协作学习 在教学设计过程(ID)中可以分为五个阶段:①分析阶段;②设计阶段;③开发阶段;④实施阶段;⑤评价阶段。

在分析阶段应确定协作学习的现象,建构协作学习模型。这个阶段是其他教学设计阶段的基础。设计者应 界定协作问题,并证明问题的来源,这些结果将应用到设计阶 段。在设计阶段,设计者为协作学习个体设置学习目标,指导 学习者如何实现这些目标,形成学习小组并选择工具。开发阶段的目标是安排具体的学习计划,生成学习资料。设计者开发 的一切资料和其他支持文档将被用在协作学习中。在实施阶 段,指导者在协作学习过程中帮助学习个体,提高他/她对学习 资料的理解,支持他/她达到目标,并确保他或她在教育环境和 实践过程中应用知识。最后,是对协作学习设计的效果和效率 的评价阶段。评价阶段应发生在整个教学设计过程中。

(2) 基于角色的协作学习本体建构研究

协作学习本体(Collaborative Learning Ontology)的建立是根据对协作学习的教学设计过程的分析、学习共同体的发展、成员之间的交互和成员的教育收益这些现象里抽取出共同特点,用“学习目标”来表示,进而建构的协作学习Ontology。表 明了有关CSCL协作学习目标和协作小组的一些通用词汇和设 计类型,合理的指定一个结构并用合适的概念来填充结构的每 一个部分。便于学习者动态地决定协作学习的起点,动态随机 地组成合理的协作学习共同体。首先,分析了角色在协作学习 程中的行为和作用,如表1所示,学习者的角色是由协作学习过 程中的行为来决定的。根据角色的扮演和交互情况,形成适当 的学习小组,达到预期的学习目标。根据本体理论建构了协作 学习本体,用通用词汇描述各种各样的CSCL过程。促进用户对CSCL过程的共同理解,并可以重用学习过程中的学习情景。

从图6 协作学习本体与学习目标的表示图看出,协作学 习本体是一个八层的系统概念,根据角色与角色的关系在协 作学习过程中所能达到的“Learning Goal(学习目标)”来表 示协作学习过程的特征。内容包括:Trigger(触发)、Tool(工具)、Learning Material(学习资料)、Learning scenario(学习情境)、learning process(学习过程)、Learning Group(学习小组)、Learner to learner Interaction(学习者间交互) 和learning Goal(学习目标)共八层。在其中,“学习目标”是形成小组的重要概念,因为学习个体加入协作学习过程的 目的就是为了达到教学目标。本体能更容易地形成一个有效 的学习环境和分析学习小组的教育功能。利用已提取的教学 现象的共同特征,如形成学习共同体、学习者交互和学习个 体的教育收益等。图中左下角是在协作学习过程中一个由三 名学习个体形成的学习小组,学习个体称为I-goal,形成学习共 同体的目标称为W(L)-goal,小组活动的目标称为W(A)_goal,学习者交互的目标称为Y

协作学习本体表明了有关学习目标和协作小组进行协作 交互的一些通用词汇和设计类型的建构原理,合理的指定一 个结构并且用合适的概念来填充结构的每一个部分。

(3) 在基于角色和角色关系的协作本体研究上,开发 了两个系统:基于理论的小组形成系统(TGF)和基于理论的交互分析系统(TIA)。

TGF 支持系统用于协助不具有学习理论和计算机系统专 业知识的用户或教学者来组成协作小组。TIA 支持系统用来 帮助用户/教育研究者分析协作学习过程中学习个体间复杂的 相互交互作用过程。从而解释在什么样学习过程中什么类型 的协作学习是最有效的。如图 7 所示:

TGF支持系统是个半自动化的小组形成系统。用户根据 TGF支持系统提供的输入窗口输入形成小组的“学习目标” 具体要求,如I-goal,Y

TIA支持系统是一个CSCL协作学习分析支持系统。由于 协作小组成员间在协作学习过程中存在不同的交互方式,教 育者很难分析交互的过程来说明哪一种交互模式发生在刚刚 的协作学习过程中,也很难证明这种协作方式能使所有协作 小组成员都获得最好的教育收益。而TIA支持系统能够从新的 协议数据(Protocol Data)[21]中抽取交互的本质要素,了解到 哪一种协作方式发生在刚刚的学习中和协作学习成员从中可 以获得什么效果。用户通过输出窗口可以看到:①由协议数 据分析出的最相似的交互模式;②根据交互模式的交互特征 目标;③学习理论的支持过程。

对CSCL角色研究的意义:为协作角色理论的框架的形成 提供了理论与技术指导,和协作角色分析工具的开发提供了 可能。

4国外相关研究综述的小结

从国外的相关文献来看,基于本体的 CSCL 协作研究主要分为三个阶段:

(1) CSCL 活动本体研究阶段。

这一阶段研究者关注的是利用本体抽取出 CSCL 活动过 程的特征概念,建立 CSCL 活动本体的形象化描述,以期能 将其应用于不同的学习情境中。

(2) 基于角色的 CSCL 协作本体研究

这一阶段主要研究 CSCL 过程中以实现学习目标为任务的学习角色和角色之间的交互,探讨建构基于角色的协作学 习本体的原理与目标结构分析,达到在需要完成的学习活动 的不同协作学习类型的过程能共享和重复,以形成不同领域 研究者和使用者的共同理解。

(3) 基于协作本体的 CSCL 支持系统的开发

这一阶段,研究者主要考虑如何应用已建成的协作本体库或学习目标库来开发 CSCL 支持系统,期望为所有 CSCL 的研究者提供一种易用的可视化支持平台来支持 CSCL 的协 作研究。

从文献资料来看,基于本体的研究方法为网络协作学习 提供了一个新的途径,协作学习优于个别化学习的特点已经 在不同领域得到了证实,基于Internet的虚拟协作学习在现代 学习中尤为重要。而这一过程的建构,需要考虑如何组成有 效的虚拟协作学习共同体的问题。即在这种虚拟的协作学习 中,成员可以担负什么角色?成员之间发生了哪种类型的协 作?进行了怎样的交互过程?成员通过这个过程获得了哪些 教育收益?另外,还需考虑协作本体的建构方法,如何利用 对话关键词汇组成交互模式贮藏库,如何利用有效的行为表 征不同的角色形成本体库等。

从小结中可以得出启示:要建设一个CSCL协作支持服务系统需要设计适当的条件让学习者以合适的角色在协作学 习过程中动态加入一个协作学习小组的情况。为了实现这个 目标,需要考虑以下几点:

1) 如何发现适当的情况来开始协作学习,并确立明确 和学习目标;

2) 如何形成有效的组,以确保该小组的成员获得最有 效的学习效果;

3) 如何促进学习小组中学习者之间理想的互动。

五 总结

本文首先分析了 CSCL 中角色的重要性和其理论支撑, 然后以文献检索和内容分析的方法对国外在 CSCL 的协作过 程中学习个体为完成学习目标所需扮演的角色的相关理论与 技术研究进行分析,得出相关研究所能予以 CSCL 角色研究 的一些启发和结论。认为在 CSCL 中,选择正确的方法和先 进的技术来定义协作过程中小组角色,设计合适的系统来呈 现角色在协作学习过程的正确身份,为促进协作学习过程的 意义建构是非常重要和必要的。

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