王萍

（上海大學(xué) 計(jì)算中心，上海 200444）

一、引言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出：信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視；要加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用。虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)(VLC)是一種基于網(wǎng)絡(luò)而形成的學(xué)習(xí)型組織，是由計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和人所組成的人——機(jī)系統(tǒng)，融合了媒體信息、用戶行為和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系結(jié)構(gòu)三大要素，是一種復(fù)雜的媒體形態(tài)。

隨著Web技術(shù)的發(fā)展，虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍不斷發(fā)展和豐富。在當(dāng)前環(huán)境下，虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)：大規(guī)模虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)發(fā)展成為一個(gè)異構(gòu)的信息網(wǎng)絡(luò)，其要素類型、互動(dòng)過程及網(wǎng)絡(luò)關(guān)系變得日益復(fù)雜；同時(shí)，虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中蘊(yùn)含了豐富的知識(shí)，是一個(gè)覆蓋面廣，擴(kuò)展性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的知識(shí)庫，這些知識(shí)隱含在社區(qū)中文本、學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)和學(xué)習(xí)者與資源之間的交互中。

虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的發(fā)展和特點(diǎn)，要求從學(xué)習(xí)角度和技術(shù)角度對(duì)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)做深入研究，同時(shí)關(guān)注教育學(xué)、社會(huì)學(xué)和技術(shù)科學(xué)的研究方法。對(duì)模型構(gòu)建的研究是虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)研究中的重要環(huán)節(jié)，有助于幫助我們認(rèn)識(shí)、分析大規(guī)模虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的要素、結(jié)構(gòu)與關(guān)系，更好地設(shè)計(jì)和優(yōu)化虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)，指導(dǎo)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的學(xué)習(xí)實(shí)踐。

二、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)模型構(gòu)建研究綜述

虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)模型用于描述社區(qū)的要素、結(jié)構(gòu)與關(guān)系，已有的模型構(gòu)建研究可以劃分為理論模型構(gòu)建和結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建兩個(gè)層面。

1.理論模型研究

在理論模型的構(gòu)建研究上，Tu和Corry提出了一個(gè)三角形理論模型，認(rèn)為虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)由教學(xué)的、技術(shù)的和社會(huì)互動(dòng)的三個(gè)維度組成，為開展VLC研究提供了指導(dǎo)。[1]Garrison等提出的COI模型提出了在線學(xué)習(xí)社區(qū)的社會(huì)存在、認(rèn)知存在和教學(xué)存在三個(gè)要素，認(rèn)為這三種要素將影響到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的效果。[2]馬鳳娟等構(gòu)建了Web2.0環(huán)境下虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的理論模型，描述了虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的組織結(jié)構(gòu)以及知識(shí)的流動(dòng)與存儲(chǔ)。[3]

2.結(jié)構(gòu)模型研究

在結(jié)構(gòu)模型研究上，當(dāng)前研究主要有社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模法。近年虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的重要性受到廣泛認(rèn)同，主要使用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法定量尋找虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中各角色之間的關(guān)系及其在社區(qū)中的位置。[4]王陸教授對(duì)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，證明了虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)具有的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，提出虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)教育效果的因果模型。[5]陳向東等以東行記為案例，從網(wǎng)絡(luò)密度、小團(tuán)體、中心性等角度探討了Blog虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。[6]

相對(duì)于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模側(cè)重于對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究，強(qiáng)調(diào)社區(qū)結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫再|(zhì)與演化、對(duì)社區(qū)的人員和關(guān)系演化過程進(jìn)行很好的建模分析。我們前期研究構(gòu)建了E-learning標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)，分析了其所具備的小世界現(xiàn)象和無標(biāo)度特征的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。[7]

從虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的研究方法角度分析，當(dāng)前我國(guó)對(duì)于虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的研究方法相對(duì)單一，應(yīng)注重方法的多樣性和先進(jìn)性，豐富虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)研究方法。由于VLC是在技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)的社區(qū)，因此在關(guān)注社會(huì)學(xué)研究方法的同時(shí)，還需要關(guān)注技術(shù)科學(xué)的研究方法。

三、基于主題模型的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)建模方法

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模側(cè)重對(duì)社區(qū)的關(guān)系結(jié)構(gòu)分析，其分析方法在分析大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)時(shí)對(duì)社區(qū)要素內(nèi)在的語義信息和要素間的語義關(guān)系反映不足。主題模型是復(fù)雜隨機(jī)系統(tǒng)建模的有力工具，其優(yōu)點(diǎn)在于可以有效描述要素的語義信息和要素間的語義關(guān)系，并且可以利用高效的推斷算法進(jìn)行計(jì)算，更適合處理大規(guī)模數(shù)據(jù)。

1.主題模型概述

主題模型是一種生成式模型，借鑒了概率圖模型理論和方法，以Latent Dirichlet Allocation（LDA）模型為代表，最初用于文檔分析，主要通過引入隱含語義主題，用來捕捉各種要素之間的隱含語義聯(lián)系。[8]主題模型的主要思想是：認(rèn)為一篇文檔可以理解成是由若干個(gè)隱含主題組合形成的，而這些主題由文本中特定詞匯體現(xiàn)，如圖1左所示。如一篇關(guān)于“虛擬環(huán)境下的泛在學(xué)習(xí)”的Blog文檔，當(dāng)描述主題“虛擬環(huán)境”時(shí)，可能使用“virtual”、“reality”、“3D”、“space”等詞，而“mobile”、“ubiquitous”、“wireless”、“handheld”等詞匯則描述了主題“泛在學(xué)習(xí)”，如圖1右所示。因此可將隱含主題看作是詞的一種概率分布，單個(gè)文檔則表示為這些隱含主題特定比例的隨機(jī)混合。

圖1 主題模型的基本思想

主題模型的最初思想是對(duì)文本進(jìn)行建模，它給出了一種建模和推理的范式。對(duì)主題模型中的參數(shù)賦予相關(guān)的含義，可以將其推廣到多種應(yīng)用需求中，并通過對(duì)文本和其他要素信息進(jìn)行聯(lián)合建模，如作者信息、時(shí)間信息等，進(jìn)行模型構(gòu)建。

主題模型的建模思想為社會(huì)網(wǎng)絡(luò)建模提供了重要思路，基于語義主題，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的語義關(guān)聯(lián)。如科研網(wǎng)絡(luò)社區(qū)建模將科研人員、科研論文、科研會(huì)議等要素進(jìn)行聯(lián)合建模，社會(huì)化標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)建模將標(biāo)簽——用戶——資源、用戶興趣等要素進(jìn)行建模，博客、微博社區(qū)建模對(duì)話題、位置等的建模。

虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)作為一種異構(gòu)的復(fù)雜知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，其要素類型、互動(dòng)過程及網(wǎng)絡(luò)關(guān)系具有自身的特點(diǎn)，分析其要素與要素關(guān)聯(lián)，使用主題模型進(jìn)行建模研究，將是一種有效的方法。

2.模型構(gòu)建

由于虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的復(fù)雜性，模型構(gòu)建需要能夠準(zhǔn)確表達(dá)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)復(fù)雜系統(tǒng)中的要素與關(guān)系。這一方面要求對(duì)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中各種關(guān)鍵要素和關(guān)系做出準(zhǔn)確的理論分析，另一方面要求將這種關(guān)系以數(shù)學(xué)描述的方式體現(xiàn)在模型中，包括模型要素間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)的設(shè)置等。

我們首先從虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的發(fā)展和演進(jìn)角度，對(duì)不同階段虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的類型進(jìn)行了梳理。虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的應(yīng)用形式隨著Web技術(shù)的發(fā)展而演進(jìn)，從傳統(tǒng)的萬維網(wǎng)、到社會(huì)化萬維網(wǎng)（Web2.0）和語義網(wǎng)，每次技術(shù)革新都改變著人類的信息環(huán)境，構(gòu)建著新型的虛擬社會(huì)空間。虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的主要類型包括了Web1.0（傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)）環(huán)境下以學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和論壇為主要形式的VLC、Web2.0（社會(huì)化萬維網(wǎng)）環(huán)境下以博客、標(biāo)簽、微博等為主要形式的VLC、Web3.0（社會(huì)化語義網(wǎng)）環(huán)境下以語義本體描述的VLC。

基于對(duì)不同類型虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)及特征的分析，抽取核心要素，歸納模型構(gòu)建的關(guān)鍵要素與關(guān)系。包括虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)人的要素（學(xué)習(xí)者和教師）、內(nèi)容要素（學(xué)習(xí)資源）、網(wǎng)絡(luò)要素（各種要素之間顯性和隱性的關(guān)系）、時(shí)序要素（時(shí)間信息）、組織要素（所屬院校或課程），并分析虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)要素之間的基本依賴關(guān)系。

模型構(gòu)建的核心是引入虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的隱含知識(shí)主題，以知識(shí)主題為橋梁來表達(dá)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中基于網(wǎng)絡(luò)化依賴關(guān)系。通過主題分布來表達(dá)和挖掘各種要素之間的隱含語義聯(lián)系，將學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、組織信息等社區(qū)核心要素進(jìn)行聯(lián)合建模。模型的概念描述如圖2所示。

圖2 虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)模型的概念描述

使用概率圖方法對(duì)模型進(jìn)行形式化描述，圖3是所構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)模型的概率圖。

圖3 虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)模型的概率圖描述

3.模型的實(shí)證分析

模型的實(shí)證分析包括模型的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)資源庫的建設(shè)和模型的實(shí)證分析。其中，數(shù)據(jù)資源庫的建設(shè)策略為：選擇國(guó)內(nèi)外典型的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)(論壇型、博客型、微博型)，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲、相關(guān)的應(yīng)用程序接口(API)和Web服務(wù)等信息抓取技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集的獲取。實(shí)證分析的模型驗(yàn)證從兩個(gè)層面進(jìn)行：一方面從技術(shù)分析角度評(píng)價(jià)模型的性能與建模效果，另一方面使用問卷調(diào)查方式，對(duì)模型分析結(jié)果進(jìn)行人工評(píng)測(cè)。通過模型的實(shí)證分析，對(duì)模型進(jìn)行修正與完善。

4.模型應(yīng)用

在虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)數(shù)據(jù)量規(guī)模化、數(shù)據(jù)源多樣化和要素關(guān)系復(fù)雜化的環(huán)境下，知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究越來越得到研究者的關(guān)注。VLC知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究的目標(biāo)是通過規(guī)?；淖詣?dòng)分析方法獲取顯式和隱含的領(lǐng)域知識(shí)，為學(xué)習(xí)者提供知識(shí)應(yīng)用服務(wù)。知識(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用研究有助于幫助學(xué)習(xí)者更加有效地獲取學(xué)習(xí)內(nèi)容，理解學(xué)習(xí)者的行為模式，挖掘?qū)W習(xí)資源，構(gòu)建語義本體，進(jìn)行學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦等。

基于主題模型的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)建模方法能夠有效分析與揭示大規(guī)模虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的要素與關(guān)系結(jié)構(gòu)，可以得到主題——學(xué)習(xí)者分布，社區(qū)——主題分布等?；谀Ｐ头治鼋Y(jié)果，可以從多角度對(duì)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)進(jìn)行分析，挖掘知識(shí)，探索虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的新方法，進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用的具體研究。

四、未來研究

下一步研究將進(jìn)行模型的程序?qū)崿F(xiàn)與實(shí)證分析，并基于模型進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用的具體研究，首先進(jìn)行學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化推薦研究與知識(shí)研究。學(xué)習(xí)資源的個(gè)性化推薦的目標(biāo)是為不同背景和不同偏好學(xué)習(xí)者的資源需求提供個(gè)性化服務(wù)，在推薦方法上可以使用基于模型分析的知識(shí)主題分布確定學(xué)習(xí)者對(duì)于學(xué)習(xí)資源的偏好值。知識(shí)演進(jìn)研究的目標(biāo)是探尋社區(qū)知識(shí)在時(shí)間維度上的動(dòng)態(tài)性和發(fā)展性，我們擬采用后驗(yàn)分析方法，基于模型所得到的主題，計(jì)算每個(gè)時(shí)間段中社區(qū)知識(shí)主題發(fā)生的概率，分析主題在不同時(shí)間段的特點(diǎn)。

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