“互聯網+教育”領域本體可視化構建與結構分析

鮑婷婷 陳麗 鄭勤華 王懷波

[摘? ?要] “互聯網+教育”是一個不斷發展的創新領域，是教育高質量發展的必然選擇。本體涵蓋了某個領域語義網絡的關鍵概念，可以客觀反映特定領域的發展重點。研究以構建“互聯網+教育”領域本體為主線，以剖析“互聯網+教育”領域結構為重點，實現了“互聯網+教育”領域本體可視化與結構系統化。研究發現，“互聯網+教育”領域具有“兩級宏觀—兩級微觀”的體系結構，宏觀層面分為基礎支撐、發展任務、動力引擎、保障體系四個維度，微觀層面包括26個一級結構和53個二級結構。并進一步從夯實基礎支撐、落實發展任務、強化動力引擎、完善保障體系等方面提出了推進“互聯網+教育”發展的具體建議，以期為促進“互聯網+教育”領域健康發展奠定理論基礎。

[關鍵詞] 互聯網+教育; 領域本體; 本體構建; 本體可視化; 教育信息化

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 鮑婷婷（1995—），女，河南洛陽人。碩士研究生，主要從事互聯網+教育、人工智能教育應用研究。E-mail：201821010150@mail.bnu.edu.cn。陳麗為通訊作者，E-mail：lchen@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

隨著以互聯網為代表的新興技術與教育的深度融合，“互聯網+教育”已成為一個備受關注、快速發展的創新領域，為推動教育變革、解決教育主要矛盾等提供了新的思路與手段。近年來，政府部門陸續出臺了“互聯網+教育”相關政策文件，大量“互聯網+教育”理論與實踐也不斷涌現，在社會范圍內形成了一股“互聯網+教育”熱潮。與此同時，“互聯網+教育”的蓬勃發展帶來了海量信息資源的迅速產生與積累，不僅加劇了信息爆炸與價值利用間的矛盾，也使得“互聯網+教育”領域邊界與結構愈發模糊不清，為深入認識“互聯網+教育”內涵與特征帶來了現實挑戰。因此，對“互聯網+教育”領域中信息的高效組織顯得尤為重要。

領域本體為解決這一問題提供了新思路。本體通過概念及概念間關系的有效組織和表現，客觀上揭示了某一領域的內部結構，反映出特定領域的重點內容。在教育領域，不少學者借助本體完成了對教育目標與教學內容的組織與重構。例如：崔新春等設計了“C++程序設計”雙語課程本體[1]，魏順平構建了教育技術學領域本體[2]，為準確把握學科重難點、優化知識結構、推動教學改革等奠定了理論基礎。因此，本文基于本體構建視角梳理“互聯網+教育”領域的核心要素與體系結構，深入挖掘“互聯網+教育”發展方向，以期幫助政策制定者合理規劃與引領“互聯網+教育”，幫助一線實踐者正確認識與踐行“互聯網+教育”，促進“互聯網+教育”的持續健康發展。

二、“互聯網+教育”的內涵

在國家“互聯網+”行動計劃背景下，“互聯網+教育”應時而生，成為教育改革創新的熱點話題。2018年2月，教育部發布《2018年教育信息化和網絡安全工作要點》，提出要發展“互聯網+教育”，實現教育信息化的轉段升級[3];2018年4月，教育部發布《教育信息化2.0行動計劃》，提出到2022年建成“互聯網+教育”大平臺[4];2019年3月，李克強總理在政府工作報告中強調發展“互聯網+教育”，促進優質資源共享[5];2020年，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》首次肯定了在線教育的重要地位。由此可見，政府部門側重于將“互聯網+教育”作為推動教育變革的有力手段，尤其強調數字教育資源的重要作用。

而在理論研究中，當前較為主流的“互聯網+教育”定義大致可分為三種：一是新形態，“互聯網+教育”指應用新一代信息技術為學習者個體提供優質、靈活、個性化教育的新型服務模式、組織模式和教學模式[6]，形成以互聯網理論與技術為支撐的教育新形態[7];二是新生態，“互聯網+教育”具有開放、大規模、關注人、注重生態等基本特征[8]，為教育全過程、全方位帶來顛覆性變革，最終形成一個開放創新的教育新生態[9];三是教育變革的歷史進程，“互聯網+教育”是教育信息化的一個發展階段，強調以學習者為中心，借助各類社會資源滿足學習者多樣化與個性化學習需求，具有戰略性變革意義[10-11]。

綜上所述，本文認為，“互聯網+教育”通過新興技術與教育的深度融合，推動新型教學模式、服務模式、組織模式、管理模式等深層次的體制機制變革，最終目標是重塑一個集基礎研究、創新實踐、政策規劃于一體的開放、創新、動態的教育生態系統。

三、“互聯網+教育”領域本體構建

“互聯網+教育”領域本體的可視化構建過程共包含領域語料收集、領域概念識別、本體結構劃分、本體關系識別、領域本體可視化五大環節，為明晰其領域邊界與內部結構奠定了重要基礎。

（一）領域語料收集

依據“互聯網+教育”的定義，本研究以“互聯網+教育”領域為研究對象，以技術賦能教育實現深層次體制機制改革為標準，分別從理論研究、創新案例、政策文本三方面收集數據構建“互聯網+教育”語料集。在理論層面，以CNKI為數據庫，以“互聯網+教育”為關鍵詞進行全文檢索，限制詞頻大于等于5次（檢索日期為2019年12月31日），篩選得到3014篇期刊文獻;在實踐層面，以2018年教育創新博覽會的項目申請書、2019年國際人工智能與教育大會發布的智能教育案例集、“互聯網+教育”創新沙龍的實踐案例等為主要數據來源，篩選得到148個創新案例;在政策層面，以“中華人民共和國中央人民政府”“中國教育信息化網”“中華人民共和國教育部”三個網站發布的政策文本為準，以“互聯網+教育”“互聯網+”“教育信息化”“教育現代化”為關鍵詞進行檢索（檢索日期為2019年12月26日），篩選得到201份政策文本。B2F0871F-9F1C-4AD2-8ED0-ACADAFE6F5B0

（二）領域概念識別

獲取恰當的領域概念是構建領域本體的一項關鍵任務。胡華認為，不同領域、不同主題存在不同的構詞規律，并建立了UGC信息領域的構詞規則[12]。周浪等發現，科技領域中99.7%的術語含有名詞、動詞、量詞[13]?；诖?，推斷“互聯網+教育”領域概念的構詞規則也具有一定的獨特性，并以語料集中期刊文獻的關鍵詞和政策文本的專用詞為依據，建立了“互聯網+教育”領域自定義詞表。通過分詞統計后發現，單詞術語占15.5%，長度為2的術語占61.6%，長度為3的術語占18.7%，且雙音節詞在現代漢語中具有主導性地位[14]，因此，研究重點關注“互聯網+教育”領域中單詞和雙詞概念的獲取。

首先，采用TF-IDF統計算法抽取單詞概念，TF-IDF是抽取關鍵詞的基本算法之一，其主要作用是評估一個關鍵詞在語料庫某一文檔中的重要程度，可計算得到互聯網（0.11）、教學（0.10）等抽取概念的重要性排序。其次，探究自定義詞表的詞性組合規律，形成“互聯網+教育”領域的概念詞性規則，如第一個詞與第二個詞均為名詞（n），進而通過語法規則（n+n）獲取雙詞概念[如“數字教育資源”的詞性標注結果為（‘數字，‘n），（‘教育資源，‘n）]。兩次概念抽取存在大量“噪音”詞，建立人工剔除規則過濾后最終得到1001個概念。

（三）本體結構劃分

抽取得到的領域概念集合是無序的、離散的，難以清晰地表征本體內部結構。因此，進一步通過聚類處理將領域概念劃分為具有相似特征的子集，以從宏觀視角挖掘“互聯網+教育”體系結構。研究采用經典的聚類算法——K-Means，其具有操作簡單、計算速度快、可解釋度較強等優點。K-Means算法的原理是把所有對象劃分為K個子集，研究發現當K值等于9時，各個子集概念之間的差異性最明顯，且每個子集內的概念相似度最高，故最終將領域概念劃分為9個主題（見表1）。

（四）本體關系識別

領域概念間的關系主要用以表征概念之間的各類關聯，從而建立起領域本體內部的組織結構。概念間的關系主要包括層次關系和非層次關系。其中，層次關系即上下位關系（Kind-of），而非層次關系表示層次結構以外的關系。研究依據“互聯網+教育”領域語料文本的特點共定義了五種非層次關系：同義關系（Same-of）、屬性關系（Attribute-of）、整體與部分關系（Part-of）、并列關系（Equal-of）、實例關系（Instance-of）。

層次關系獲取結合了相似度與細化度策略。首先，通過相似度計算獲得具有相關關系的概念對;其次，通過細化度計算判斷概念的深淺層次。通常情況下，上位概念包含的信息較少，細化程度較低，而下位概念包含的信息更多，細化程度也更高。經過細化度計算得到了1868個概念對，進一步設置合適的閾值進行過濾，最終得到了1121個上下位關系。

與獲取層次關系相比，非分類關系更加復雜和隱蔽，現有獲取非分類關系的技術尚不成熟，因此，采用人工標注的方法獲取非分類關系，具體思路為：通過相似度計算獲取相關概念對，過濾掉已通過細化度計算的分類關系概念對，進而將剩余符合條件的概念對依據實際關系命名。在人工標注非分類關系之前，先對兩名研究者進行編碼訓練，并對其編碼結果進行一致性檢驗，得到Kappa系數為0.905（p<0.001，N=441）。也就是說，人工標注結果的水平在可接受范圍內，最終得到了202個非分類關系的概念對。

（五）領域本體可視化

本體模型本質上是由節點和弧構成的圖。其中，節點表示概念，節點之間的弧表示概念之間的語義關系。研究選用當前主流的Neo4j圖數據庫實現“互聯網+教育”領域本體的存儲與可視化。在對本體進行形式化表達之前，需要明確“互聯網+教育”領域的本體模型框架。結合聚類結果發現，九大主題在“互聯網+教育”中發揮的作用各有側重，故將其劃分為“兩基礎、三任務、三動力、一保障”基本框架，與九大主題共同構成“互聯網+教育”領域本體模型框架（如圖1所示），包含三層類屬結構：頂層類為“互聯網+教育”，即本體名稱;第一層類包括基礎支撐、發展任務、動力引擎、保障體系;第二層類為九大聚類主題。

利用Neo4j圖數據庫的Cypher語言將所有概念和關系導入Neo4j圖數據庫中，成功建立了九個子類，共1001個“節點”和1395條“連邊”（包含了各子類之間的雙向連邊），實現了“互聯網+教育”領域本體的可視化，圖2為本體第一層類“動力引擎”下“數字資源與服務”的部分示例結果。

四、“互聯網+教育”領域結構分析

從宏觀視角出發，“互聯網+教育”領域本體包含兩層結構（見表2），一級為“兩基礎、三任務、三動力、一保障”基本框架，二級為層次聚類得到的九大主題，共同揭示了“互聯網+教育”領域的主要內容與相互關系。從微觀視角出發，“互聯網+教育”領域共包含1001個概念和1323個關系，可進一步劃分為26個一級結構和53個二級結構，體現了“互聯網+教育”領域的諸多要素。

（一）“互聯網+教育”領域本體的基礎支撐

在本體模型“軟硬件設施與環境”模塊中，共包含146個概念和280個關系，分為網絡設施、教育平臺和教育終端三個方面。其中，與網絡設施相關的概念有73個，表現為網絡類型和網絡覆蓋兩個維度，主要體現在以“網絡設施資源”為核心的網絡覆蓋工程、教育城域網、農村網絡資源等;與教育平臺相關的概念有33個，表現為各級各類平臺和平臺整合兩個維度，主要體現在在線教育平臺、網絡教學平臺、系統互聯等;與教育終端相關的概念有40個，表現為硬件終端和軟件終端兩個維度，如手機終端屬于硬件終端，是真實存在的物理設備，而網絡學習空間屬于軟件終端，是學習者進行網絡學習的入口。

在本體模型“數據應用與安全”模塊中，共包含110個概念和153個關系，分為數據處理和數據安全兩個方面。其中，與數據處理相關的概念有78個，覆蓋了數據采集、存儲、傳輸、應用、監管等全過程，主要體現為兩個維度：其一，涉及數據處理的關鍵技術，如數據存儲技術、數據分析技術、數據分析模型等;其二，涉及數據處理的相關工具與機制，如數據管理平臺、數據反饋系統、數據保障機制等。與數據安全相關的概念有32個，主要體現為兩個維度：其一，指狹義的數據安全，即數據傳輸過程的安全[15]，如數據保護;其二，指廣義的數據安全，即網絡安全，如網絡安全標準。B2F0871F-9F1C-4AD2-8ED0-ACADAFE6F5B0

（二）“互聯網+教育”領域本體的發展任務

在本體模型“教與學方式創新”模塊中，共包含103個概念和173個關系，分為新型教育教學方式和學科教育教學方式兩個方面。新型教育教學方式側重于方式創新，而學科教育教學方式側重于學科應用，兩者并非完全割裂的關系。其中，與新型教育教學方式相關的概念有81個，主要體現為兩個維度：其一，包括強調創新教學方式的相關概念，如重構教學模式、變革教學方式、新型教與學等;其二，包括現有的新型教與學方式，如游戲化教學、雙師教學、混合式教學等。與學科教育教學方式相關的概念有22個，強調因學科自身特點不同而形成的教與學方式，主要體現在編程教學、物理課堂教學、體育教學模式等。

在本體模型“課程體系改革”模塊中，共包含91個概念和98個關系，分為課程優化與整合、課程類型與內容、培養目標三個方面。其中，與“課程優化與整合”相關的概念有21個，主要體現為兩個維度：其一，強調新課程改革，如新課程改革、新課程體系、新課程形態等;其二，強調課程的建設與優化，如課程開發、課程內容整合、網絡課程設計等。與“課程類型與內容”相關的概念有46個，主要體現為兩個維度：其一，強調課程類型的多元化，如網絡精品課、網絡選修課、直播課等;其二，強調課程內容的多樣性，如編程教育、美育課程、跨學科課程等。與培養目標相關的概念有24個，主要體現為素養目標和能力目標兩個維度，如信息素養屬于素養目標，數字化技能屬于能力目標。

在本體模型“組織管理與治理體系”模塊中，共包含142個概念和147個關系，分為學校管理、教師管理、教育評價、教育治理四個方面。其中，與學校管理相關的概念有43個，主要體現為兩個維度：其一，與學校辦學機制有關，如辦學理念、辦學監管、校企合作等;其二，與學校管理機制創新有關，如師生走班、電子檔案、學分認證等。與教師管理相關的概念有37個，主要體現為三個維度：其一，涉及教師隊伍建設，如網絡化師資、特殊教育師資隊伍、鄉村教師隊伍等;其二，涉及教師參與網絡教研，如跨校教研、協作備課、教師學習共同體等;其三，體現教師參與在線服務的新模式，如雙師服務、在線支教等。與教育評價相關的概念有25個，主要體現為評價內容、評價方法、評價對象三個維度：從評價內容角度，如學業評價、素質測評等;從評價方法角度，如評價模式、多維評價、評價平臺等;從評價對象角度，如政府評價、學校評價等。與教育治理相關的概念有37個，主要體現為兩個維度：其一，強調治理方式，如多元治理;其二，強調治理能力，如綜合治理機制。

（三）“互聯網+教育”領域本體的動力引擎

在本體模型“新技術與應用場景”模塊中，共包含129個概念和145個關系，分為技術和應用場景兩個方面。其中，與技術相關的概念有47個，主要圍繞在以互聯網為核心的新興技術，如VR技術、數據挖掘技術、人工智能技術等。與應用場景相關的概念有82個，主要體現為四個維度：其一，強調智能化服務，如智能備課、個性化推薦、自動批閱等;其二，強調遠程化服務，如遠程協作、遠程交互、遠程監控等;其三，強調沉浸式體驗，如AR體驗、VR場景、仿真模擬實驗等;其四，強調實時性功能，如實時交互、實時反饋、實時教學等。

在本體模型“數字資源與服務”模塊中，共包含92個概念和104個關系，分為數字資源類型和數字資源服務兩個方面。與數字資源類型相關的概念有54個，主要體現為適用對象、資源主題、資源特點、資源形式四個維度：從適用對象角度，如中學教育資源、職業教育資源、特殊教育資源等;從資源主題角度，如美育教學資源、音樂教育資源、雙創教育資源等;從資源特點角度，如碎片化資源、整合性資源、校內資源等;從資源形式角度，如視頻教學資源、電子媒體教材、網絡課件等。與數字資源服務相關的概念有38個，主要體現為兩個維度：其一，指為提高學習者使用資源的效果而提供的配套學習支持服務，如資源推送，這種服務理應是實時、個性和精準的[16];其二，指為提高資源質量與利用效率而提供的管理服務，如資源認證。

在本體模型“在線教育產業”模塊中，共包含101個概念和113個關系，分為教育產業鏈、在線教育發展、在線教育治理三個方面。其中，與教育產業鏈相關的概念有46個，主要體現為三個維度：其一，強調宏觀產業鏈發展，如在線教育企業、教育軟件企業、信息技術企業等;其二，強調在線教育市場布局，如工具開發、產品開發、知識服務等;其三，強調在線教育應用，如曉羊教育、智慧學伴、雨課堂等。與在線教育發展相關的概念有42個，主要體現為兩個維度：其一，強調在線教育的發展特點，如在線教育形式、在線教育用戶、在線教育業務等;其二，強調在線教育的發展模式，如產學研合作、校企協同等。與在線教育治理相關的概念有13個，主要體現為兩個維度：其一，強調治理對象，如收費亂象、應用程序備案、在線教育準入等;其二，強調治理手段，如備案審查、事后監管、行業聯合等。

（四）“互聯網+教育”領域本體的保障體系

在本體模型“體制機制保障”模塊中，共包含87個概念和110個關系，分為政策保障、制度保障、資金保障、人員保障、項目保障五個方面。其中，與政策保障相關的概念有27個，如政策環境;與制度保障相關的概念有19個，如制度體系;與資金保障相關的概念有12個，如教育信息化經費;與人員保障相關的概念有13個，如信息化隊伍;與項目保障相關的概念有16個，如信息化示范校。

五、推進“互聯網+教育”發展的建議

推動建設具有中國特色的“互聯網+教育”新生態，需要深入認識“互聯網+教育”領域“兩級宏觀—兩級微觀”的體系結構，打造“基礎支撐—發展任務—動力引擎—保障體系”的完整閉環。因此，以“互聯網+教育”本體為依據，立足當前我國“互聯網+教育”發展面臨的現實挑戰與迫切需要，提出以下發展建議：

（一）夯實基礎支撐：進一步完善網絡教育環境B2F0871F-9F1C-4AD2-8ED0-ACADAFE6F5B0

完善網絡環境是夯實高質量教育支撐體系的首要前提。進一步完善網絡教育環境，要堅持以推動教育創新發展為核心，圍繞網絡設施、平臺、終端三方面共同推進。要加快教育專用網絡的全面覆蓋，推進網絡基礎設施的轉型升級;要推動形成一體化的平臺體系，強化平臺模式的教學常態化應用;要促進數字校園的全面覆蓋，加快線上線下教育的有機融合;要正視教育終端在推動教育創新發展過程中的重要作用，建立完善的運行機制，保障軟硬件終端符合質量標準、安全有效等要求，讓師生真正掌握使用教育終端的主動權。

（二）落實發展任務：進一步深化教學改革與數字治理

深化教學改革與數字教育治理是創新教育融合應用體系、構建現代教育治理體系的重點內容。進一步深化教學改革，要鼓勵學校、教師、學生等多方主體擁抱并善用新型教與學方式，以適應混合式教學必將成為后疫情時代教育教學主流趨勢的現實要求;要推進教學組織方式由標準化走向靈活個性，如逐步推廣走班制、選課制等;要加強學生綜合性評價與發展性評價，探索創新評價方式與工具;要鼓勵學習者多渠道參與在線學習，建立完善的在線學分認定與管理機制;要促進全民終身學習，建立健全數字學習檔案與學分銀行制度;要加強教師參與網絡教研、在線支教、在線答疑等活動，將其作為教師教學能力評價與績效考核的重要參考。進一步推進數字教育治理，要完善各類技術、管理、服務、質量等標準規范體系，加強各級標準之間的有機銜接;要充分挖掘數據這一新型生產要素在教育領域的價值，加強教育數據的開放、整合與監管;要創新教育大數據應用，提升教育科學決策、精準管理、高效服務等水平;要探索基于大數據的信用監管與風險預警，完善多方主體參與的協同監管機制。

（三）強化動力引擎：進一步創新服務業態

創新服務業態是優化教育服務供給體系的關鍵舉措。進一步創新服務業態，要統籌數字教育資源的建設與開發，充分挖掘社會優質資源，也要強化資源整合匯聚與共建共享機制，實現數字教育資源的有效供給;要利用技術開發新型數字教育資源，滿足特殊教育、職業教育、鄉村教育等多樣化需求，也要增強資源的教學交互、情境體驗、認知輔助等功能，滿足個性化學習需要;要規范數字教育資源的審核與監管，也要健全數字教育資源產權保護機制;要加速形成完整、優質、良性循環的產業鏈，為推動教育改革與創新發展添磚加瓦，也要健全教育科技企業與在線教育機構的監管機制，促進互聯網教育服務業健康有序發展。

（四）完善保障體系：進一步堅持多措并舉

多措并舉是強化“互聯網+教育”創新發展保障體系的有力抓手。進一步堅持多措并舉，要堅持以政府為主導，建立完善的各級部門間協作聯動機制;要打造專業化的領導隊伍、基層管理隊伍、高質量教師隊伍等，培養一批具備“互聯網+教育”相關知識與技能的專業人才;要優化教育經費支出結構，加大對“互聯網+教育”領域的投入力度，進一步完善多元投入機制，引導社會力量參與“互聯網+教育”發展;要加快研究“互聯網+教育”推動教育變革的基礎理論、實施路徑、效果評估等，積極開發關鍵技術、探索應用新模式、積累經驗成果等;要營造安全可靠的網絡環境，提高網絡安全監測預警和應急管理能力，提升隱私保護、倫理規范、網絡安全等水平。

六、結? ?語

“互聯網+教育”是新時代推動教育高質量發展的必然選擇。本文通過構建“互聯網+教育”本體，揭示了“互聯網+教育”領域“兩級宏觀—兩級微觀”的體系結構，使“互聯網+教育”領域逐步從抽象走向具體，為準確把握“互聯網+教育”領域發展重點奠定了理論基礎。隨著“互聯網+教育”的快速發展，未來需持續維護與迭代“互聯網+教育”領域本體，探索“互聯網+教育”領域本體的多樣化應用場景，如構建“互聯網+教育”領域知識庫、智能問答系統、知識圖譜等，從而推動“互聯網+教育”領域蓬勃發展。

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