计算机支持的协作学习活动的本体研究

摘要

计算机支持的协作学习（Computer-Supported Collaborative Learning，简称CSCL）是当前教育技术学的新兴研究领域之一。
　　 早期的研究者从“计算机支持的协同工作”（CSCW）出发，把CSCL界定为CSCW在学习中应用的一个特定的应用领域。他们更强调CSCW技术在教学和学习领域的应用。后来，研究者逐步认识到工作与学习存在着本质的不同，他们强调应从“学习”和“协作学习”的角度出发去研究如何利用计算机技术来支持协作学习。研究者在CSCL领域做了大量的开创性工作。但是，CSCL研究领域仍然存在两大核心问题。其一，是协作的本质，协作发生的机理与机制问题；协作的本质是什么?协作是如何进行的?如何有效地开展协作活动?其二，是协作学习过程中，协作活动共享的问题；协作活动如何被不同的设计者、参与者正确识别和执行?协作活动如何才能被计算机及其系统正确识别、共享和重用?
　　 辩证唯物主义心理学的大量研究表明，学习是以人与环境之间的相互作用为中介的，这种相互作用就是学习活动。由此类推，本文认为协作学习也是以活动为中介的，协作的本质就是一种活动。因此，本文提出，计算机支持的协作学习活动（CSCL Activity）是CSCL研究领域的核心内容之一：从知识工程领域的本体论的视角去研究CSCL活动，提出一种可行的方法建立CSCL活动的本体，以解决CSCL活动为不同的人和机器所共享和重用的问题。为此，我们提出了“计算机支持的协作学习（CSCL）活动的本体研究”这一选题。通过CSCL活动的本体研究，可以明晰地界定CSCL活动的构成要素、建构CSCL活动过程的类比模型，并在此基础上扩展建立CSCL活动的核心概念集和概念层次体系，结合过程规范语言（PSL）和描述逻辑（DL）建造CSCL活动的本体。CSCL活动的本体研究将为CSCL活动的设计、组织实施和评价分析提供系统方法指导，为设计、开发基于活动的CSCL应用系统平台和工具提供智能化的实质支持。因此，CSCL活动的本体研究是实现CSCL活动应用系统智能化的基础，具有重要的理论和实践价值。
　　 本文主要的研究工作是：
　　 1、系统梳理了CSCL的研究领域、范畴和发展趋势，提出CSCL活动是CSCL，研究的核心内容，并对CSCL，活动的研究现状进行了综述；
　　 2、以活动理论（Activity Theory）为基本分析框架，从本体论的视角分析、提取和总结CSCL活动的核心概念，探讨它们之间的关系，形成CSCL，活动的核心概念集；
　　 3、运用解释结构模型方法（ISM）建立CSCL活动的过程类比模型；
　　 4、应用本体的方法剖析CSCL活动的过程类比模型，提出一种基于过程规范语言（PSL）和过程描述逻辑（DL-P）的CSCL活动过程本体建造方法，对CSCL活动过程本体规范（DL-CSCLP）进行详尽定义，并参照KSL本体建造七步法建立了CSCL活动的本体；
　　 5、使用本体工具Protégé实现CSCL活动本体的形式化表示（OWL表示）；
　　 6、分析CSCL活动本体的应用方向，提出CSCL活动本体在智能化CSCL活动管理系统（OB-CSCLAMS）的设计和实现中的应用方案，以检验CSCL活动本体及其建造方法的有效性。
　　 通过研究，本文得到以下结论：
　　 1、在活动理论框架下，CSCL活动由协作参与者、协作学习共同体、协作学习任务、计算机工具、协作学习规则、协作学习模式、协作学习目标和角色等要素构成；
　　 2、运用ISM方法建构CSCL活动系统模型是可行的；
　　 3、基于描述逻辑（DL）和过程规范语言（PSL）提出的CSCL活动过程的规范说明DL-CSCLP，能够有效表示CSCL活动过程，建立CSCL活动本体；
　　 4、CSCL活动本体可以应用在CSCL活动设计、CSCL，活动分析和CSCL活动支撑平台、工具开发等领域。
　　 通过建造CSCL活动的本体，使研究者对协作的本质有了一个清晰、明确和可共享的概念体系；透过CSCL活动本体的应用，也解决了CSCL活动在不同的系统和计算机之间实现共享和重用的问题。
　　 本文共分为七章，其章节安排及内容如下。
　　 第一章 导论（Introduction）。论述本研究面临的主要问题、问题提出的背景、研究的目的意义、研究的主要内容，以及研究的方法与步骤。
　　 第二章 文献综述（Literature Review）。对计算机支持的协作学习（CSCL）、CSCL活动、本体及本体论，以及计算机支持的协作学习活动（CSCL-Activity）本体的研究进行文献综述，以掌握研究的前沿动态，并寻求解决问题的方法。
　　 第三章 研究的方法论（Methodology）。主要论述建立CSCL活动系统的ISM方法，以及建造CSCL活动本体的理论与方法。
　　 第四章 CSCL活动系统建立与分析（CSCL Activity System Analysis）。主要论述如何利用解释结构模型法（ISM）建立和分析CSCL活动系统的概念模型。
　　 第五章CSCL活动本体的建造（Building Ontobgyu of CSCL Activity）。提出一种基于过程规范语言（PSL）和过程描述逻辑（DL-P）的CSCL活动过程本体建造方法，主要论述CSCL活动的结构要素分析、CSCL活动的本体获取、CSCL活动的本体编码、CSCL活动的本体集成，以及CSCL活动本体的形式化描述。
　　 第六章 CSCL 活动本体的应用研究（Applications of CSCL-Activity
　　 Ontology）。主要论述、列举CSCL活动本体的应用范畴和CSCL活动本体的应用案例。
　　 第七章 研究结论与讨论。总结本研究的主要结论，并指出有待进一步研究的主要问题。

目录

文摘

英文文摘

表格目录

图目录

第一章 导论

第一节 问题：来自文献研究

一、CSCL概述

二、CSCL领域的文献研究

三、问题的提出：文献研究中的问题

第二节 问题的提出：来自调查研究

一、设计调查问卷

二、选择调查对象

三、调查数据的处理与分析

四、问题的提出：调研暴露CSCL活动薄弱环节

第三节 研究的目标、内容与方法

一、研究的目标

二、研究的主要内容

三、研究的价值与意义

四、研究的方法与步骤

五、术语定义

第二章 文献综述

第一节 CSCL的范畴与趋势

一、CSCL研究的发展历程

二、CSCL领域的界定

三、CSCL的研究范畴

四、CSCL研究的发展趋势

第二节 CSCL活动研究现状

一、关于活动的基本内涵

二、CSCL活动的内涵

三、CSCL活动的研究现状

第三节 本体论的研究现状

一、概述

二、本体和本体论

三、本体的应用研究现状

四、本体研究的主要方向

第四节 CSCL活动本体的研究现状

一、学习活动建模研究

二、国内CSCL活动本体的研究状况

三、国外CSCL活动本体研究概况

第三章 研究的方法论基础

第一节 ISM方法

一、有向图表示法

二、有向图的矩阵描述

三、ISM的基本程序

第二节 本体方法分析

一、本体概述

二、本体建造的主要方法

三、本体语言分析

四、本体编辑工具分析

第四章 CSCL活动系统模型分析

第一节 活动理论：分析CSCL活动的理论基础

一、活动及活动理论

二、活动理论的基本假设

三、活动理论：分析活动的一般框架

第二节 CSCL活动模型

一、CSCL活动模型的研究框架

二、CSCL活动的系统建模

三、CSCL活动系统的建构

第五章 CSCL活动本体的建造

第一节 CSCL活动本体建造的方法、工具和表示语言

一、CSCL活动本体建造的基本方法

二、CSCL活动本体的表示工具、语言

三、CSCL活动本体建造的方案

第二节 CSCL活动本体核心概念集的建立

一、CSCL活动的背景领域分析

二、抽取CSCL研究领域核心概念

三、CSCL活动核心概念的界定

四、CSCL活动系统概念集

第三节 描述逻辑：过程本体的逻辑基础

第四节 过程规范语言PSL

第五节 CSCL活动过程本体描述规范(DL—CSCLP)

一、DL—CSCLP的基本符号

二、CSCL活动过程本体核心(DL—CSCLP Core)

三、CSCL活动过程本体核心的扩展

四、建立CSCL活动过程知识库(CSCLP—KB)

第六节 CSCL活动过程本体规范的OWL表示

一、CSCIL活动过程本体的表示方法

二、CSCL活动过程本体OWL表示

第六章 CSCL活动本体的应用

第一节 CSCLAO在活动设计中的应用

一、指导CSCL活动的手工化设计

二、实现CSCL活动的半自动化设计

三、实现CSCL活动设计的自动化

第二节 CSCLAO在活动分析中的应用

一、应用于协作活动过程分析

二、应用于协作活动中的交互分析

三、应用于CSCL活动评价

第三节 CSCLAO在CSCL应用系统开发中的应用

一、面临的问题

二、CSCL—A—O在CSCL平台工具开发中的应用

三、CSCL—A—O应用于系统开发的案例分析

第四节基于本体的CSCL活动管理系统设计方案

一、OB—CSCLAMS的功能目标分析

二、OB—CSCLAMS系统的基本特征

三、OB—CSCLAMS的总体设计

四、OB—CSCLAMS系统的功能设计

第七章 研究结论与后续研究问题

第一节 研究结论

一、CSCL活动系统的核心概念

二、CSCL活动过程的类比模型

三、CSCL活动本体的建造方法

四、CSCL活动本体的应用

五、本研究的创新点

第二节 后续研究问题

参考文献

附录A CSCL活动现状调查问卷

附录B CSCL活动过程本体的OWL表示

附录C CSCL活动设计模板

附录D 攻读博士学位期间的科研成果

致谢