大学课程本体合作创建工具(UCOCET)研究
[摘要] 大学课程本体合作开发工具（UCOCET）旨在为不同层次的课程编制人员及专业内各单门课程编制人员提供统一的课程本体编制工具，从而解决大学新兴专业在课程开发与实施过程中可能存在的培养目标不明确、专业内不同课程内容重复交叉、关键知识点缺漏、学生专业认同度不高等问题。此外，该工具通过为师生提供交叉学科专业培养目标以及全部课程概貌，帮助来自母学科的专业教师更有针对性地选择与组织相关教学内容，实施与专业培养目标一致的教学，帮助学生全面了解所学专业，增强学生的专业归属感，提高学习的效果与效率。
[关键词] 大学课程本体； 大学课程编制； 本体创建工具副教授，博士，主要从事语义Web技术在教育中的应用及e-Learning研究。
一、引  言
本体是“共享的概念化的、明确的、形式化的规范说明。”[1]实现了对领域知识的本质概念、概念的特性和概念间关系的明确定义，[2]近年被广泛地应用于知识的组织与共享中，成为语义互联网的支撑技术，在高等教育研究领域，研究者使用“课程本体”表达一门课程或某一专业领域
系列课程内容主要概念及其概念之间的关系。[3]在构建大学课程体系过程中，通过大学课程本体的构建，能够使大学教育的总目标、专业培养目标在课程体系以及每门课程中培养目标中取得一致，并解决专业内部不同课程在编制与实施过程中可能存在的内容重复、交叉、缺漏等问题。
随着本体的广泛应用，研究者提出并研发了大量本体开发工具，其中，TM4L是国外研究者开发的面向教育领域的本体构建工具，本文作者曾探讨将该工具应用于大学课程本体创建的方法与流程，[4]但在实际应用中，发现存在中文支持问题，其独立的图形显示工具完全不支持中文。目前已有的通用本体构建工具，通常面向具有本体相关概念的使用者，对于非计算机信息领域的大学课程编制者，具有较大应用难度，此外，通用本体工具缺乏领域本体框架。[5]
针对上述问题，提出开发一个大学课程本体合作创建工具（UCOCET），该工具面向来自课程研究与编制领域的广大研究者与应用者，提供大学课程领域高层本体框架，使课程编制相关人员能够在一个基于网络的统一平台上，借助工具在客户端人机交互层面使用高等教育领域熟悉的术语，在服务器端数据处理层面提供本体的一致性、相容性检查等支持功能，构建
大学课程体系中一系列相关内容，为更好地实现高等教育的“培养人才”功能提供帮助，从而也间接地实现了高等教育“发展知识、服务社会”的功能。
二、大学课程编制相关研究
大学课程编制研究者主要来自高等教育学研究领域的大学课程理论研究者和学科领域专家。高等教育学领域研究者主要根据高等教育的价值取向，从人与社会角度探讨高等教育的主要功能，并进而形成相应的大学课程体系构成要素，如大学课程体系目标要素、内容要素和过程要素的研究，大学课程体系的个性化要素的研究，大学课程的生成制约因素的研究与建构要素的研究，以及课程知识的意义性研究等。[6][7][8]这些研究为我国大学课程改革提供了理论基础，整体上推进了我国高等教育改革。
学科领域专家主要研究从事本专业相关工作所需要具备的专业能力与专业知识的构成成分，并据此确定相应的专业课程。如计算机学科领域，美国计算机协会（ACM）从1968年开始，每隔一段时间便根据计算机学科领域的最新发展，召集包括计算机领域专家、教学专家等专业人士组成研究小组，进行计算机学科课程编制，发布大学本科计算机推荐课程。[9][10]而我国教育技术教学指导委员会也一直在开展有关教育技术本科培养目标、能力体系、
教学规范等方面的研究。[11][12]
来自高等教育领域与专业学科领域有关大学课程构成的研究都不断有新进展。但研究表明，负责具体课程编制与实施的教师，在课程编制与实施过程中，首要考虑课程内容的选择，其次是自己已有知识与经验。不是像理论研究者所希望的那样先设定明确的目标，[13]结果导致在具体课程实施过程中可能偏离专业教学目标，出现同一专业内不同课程之间知识点重复、课程内容堆砌、一些重要知识点缺漏等问题。
此外，Meyer等针对当前高等教育中课程内容不断增加的问题，提出在任何一门学科中，都存在一些棘手但具有变革性、综合性、有界性、重构性、过渡性、认知不可逆转等特性的概念，称为该领域的阈值概念（Threshold Concept）。[14] 本文作者将阈值概念应用于软件编程课程本体构建中，提出了一个基于计算机领域阈值概念软件编程系列课程高层本体。[15]本研究将应用该研究的部分成果。
上述有关课程体系构成理论研究成果为本研究有关大学课程本体框架的构建提供了理论基础。
三、大学课程本体及大学课程本
体合作创建工具（UCOCET）
基于上述对大学课程编制存在的问题及其相关研究领域已有研究成果，下面将描述UCOCET的主要需求，提出一个大学课程本体框架，作为UCOCET的领域框架基础，进而给出UCOCET的界面原型与技术实现。
（一）UCOCET需求分析
构建内含大学课程编制相关的高层本体，作为课程体系生成框架，从而使任何新学科或新专业在编制大学课程体系的时候，都可以直接应用学科的课程体系生成框架，避免新学科或新专业在编制课程体系时可能存在的课程堆砌、课程设置目的不明确、专业培养目标模糊、知识点在多门课程中重复讲授或缺漏等问题。[16]
根据高等学校课程编制的层次性，UCOCET应具有多级权限管理功能，分别为学校级本体创建者，能够增加、删除与修改框架中的本体类，从而将最新的课程理论研究结果应用到课程体系编制中；学科或专业教学计划本体创建者，能够创建与维护课程体系中学科教育目标以及专业课程体系；学科任课教师仅能够创建与维护本课程知识点及其之间联系，作为课程本
体，所创建的本体在发布前可以暂存；注册学生能浏览与评价已发布课程本体；非注册用户仅能浏览已发布的本体，在论坛提交建议。从而保证所创建与发布课程本体来源的科学性与广泛性，使学校、学科与课程教师等各级学科课程体系编制人员具有统一的目标指向。具有一定权限的用户登录后，能够根据本体框架与向导，创建类、实例以及关系，并能够添加约束。界面上呈现的用语均为高等教育教师能够理解与操作的词汇，用户无需知道自己所创建的是类、实例、关系还是约束。程序能够根据用户输入在框架中的位置进行类、实例、关系和约束的判断，并进行相应处理，从而将用户层逻辑与设计层逻辑区分，避免需要由用户理解本体专业术语导致的工具普及应用难，或者错误应用等问题。
保存所有用户操作历史记录，用户能够看到自己的操作历史，任何人都能够看到已发布本体的历史记录。
（二）大学课程本体高层框架构建
在大学课程本体构建过程中，有一些类与关系普遍存在于所有大学课程本体构建中，例如高等教育培养目的、专业培养目标、先修与后继课程关系等，这些类与关系构成了大学课程本体的高层框架，并内置于本研究所探讨的工具中，用于辅助大学课程编制者进行大学课程本
体编制。本研究将利用高等教育课程理论研究者对大学课程构成要素的研究成果及课程本体相关研究成果构建大学课程本体高层框架。
高等教育培养目标按制定来源分国家高等教育培养目标、高等学校培养目标和专业培养目标三个层次，它们之间具有依次递进、依次具体化关系，是大学课程体系构建依据，然而在专业课程体系制定过程中，一些高校照抄照搬其他高校培养目标与课程体系，没有具体考虑所属学校层次与人才培养规格，最终导致所培养的学生缺乏竞争力。因此，本研究将高等教育培养的三个目标作为大学课程高层框架本体构成的关键部分，让每一级的课程编制者在进行具体课程编制过程中首先明确培养目标。
根据课程体系构建的树状模式理论、板块模式理论与球体模式理论研究成果，对单门课程而言，首先需要考虑课程在各级培养目标中的定位，包括职业定位、能力目标、知识目标、情感目标等，并据此确定该门课程在学科专业方向课程体系中的类型，包括：基础课程、专业课程、技术基础课程、通识教育课、专业基础课、主干课、专业选修课、人文社会科学课程、经济管理课程、相关技术课程、研究方法课程、核心课程、拓展性课程、理论课、实践课、必修课、选修课、讲授课、自修课、哲学和社会科学课程、人文科学课程、数学与自然
科学课程、学科课程、能力课程、个性课程，其中，能力课程类型包括研究类能力课、科技类能力课、竞赛类能力课、礼仪类能力课、艺术类能力课、体育类能力课。其次，与一门课程相联系的有先修课程与后续课程等。[17]
一门课程通常由若干知识点构成，每个知识点包括明确的教学目的、若干概念、每个概念是否属于阈值概念等、相关概念以及相关知识点等。
（三）UCOCET界面原型设计
对于不同权限用户，在创建课程本体过程中，所获得的本体框架支持及其界面原型将有所不同，但课程本体的浏览界面则一致。图1-图3所示是以教育技术专业远程教育方向为例，生成的UCOCET浏览界面，下面对各部分设计分别予以简要介绍。
图1  目标体系浏览界面
图1为目标体系界面，通过该目标体系界面，可以完整浏览专业相关的宏观培养目标、专业培养目标、课程列表及课程概念列表。不同权限用户进入该界面有不同编辑权限，单门课程本体开发者能够编辑该门课程概念列表，包括增、删、改概念词条；课程模块负责人能够编
辑模块下面的课程列表；专业负责人则有权更改专业培养目标与课程列表所有内容，但不可以编辑具体课程中概念列表项；学院负责人权限可以编辑宏观培养目标相关内容。
图2为课程简介界面，该界面内容根据目标体系界面中所选择的课程不同而改变，本例在目标体系界面课程列表中选择了“远程教育的技术”模块下的“网络教育编程基础”，课程知识点列表列出模块课程及其概念，该部分数据来自目标体系页面，在本页面中，任何权限用户均只能浏览，不能修改，从而保证数据一致性。页面中间部分为浏览者选中课程的先修课程、核心课程以及课程目标的简要介绍，对该部分内容单门课程权限的本体开发者可以编辑。右边部分“课程实现专业目标”内容来自“目标体系”页面，不能编辑，单门课程权限用户能够编辑选择项。
图2  课程简介浏览界面
图3  课程概念知识体系界面
图3为课程概念知识体系界面，其中左半部分内容来自于课程简介中选中课程的概念列表，任何权限用户都只能浏览，不能编辑。右半部分给出选中的具体概念的详细解释及其在本课
程中的地位。本例中，选中的大学编程课是学什么的“事件驱动”概念在“远程教育编程基础”课程中具有核心地位，是“核心概念”，单门课程权限用户能够编辑这两部分内容。相关课程及概念在课程中的地位来自本专业所有课程简介中相关数据的自动获取，所有权限用户都只能浏览，不能编辑。选中概念的相关概念及其概念之间的关系由单门课程权限者进行编辑，包括增、删、改，其中概念间关系可以参考给出的概念间关系下拉列表内容，也可以自由添加新的关系内容。