概述

一、学习元的理念与结构

二、学习元与学习方式变革

三、学习元的运行环境及存储结构

概述

继积件、学习对象和学习活动技术之后，学习资源的建设与共享又呈现出新的发展趋势，如学习过程性信息的共享、资源智能性的挖掘、学习内容的进化发展以及Web2.0理念指引下的“以人为本，群建共享”的资源建设模式等。为了满足未来泛在学习对学习资源生成与进化、智能与适应等多方面的需求，本文首次提出了适合泛在学习环境与非正式学习的一种新型学习资源组织方式——学习元。它具有生成性、开放性、联通性、可进化发展、智能性、内聚性、自跟踪、微型化等基本特征，可以实现学习者群体智慧的共享和学习工具的共享。学习元是对未来泛在学习环境中下一代学习技术规范的初步探索，具有极大的研究价值和发展空间。

继积件、学习对象和学习活动技术之后，学习资源的建设与共享又呈现出新的发展趋势，如学习过程性信息的共享、资源智能性的挖掘、学习内容的进化发展以及Web2.0理念指引下的“以人为本，群建共享”的资源建设模式等。为了满足未来泛在学习对学习资源生成与进化、智能与适应等多方面的需求，本文首次提出了适合泛在学习环境与非正式学习的一种新型学习资源组织方式——学习元。它具有生成性、开放性、联通性、可进化发展、智能性、内聚性、自跟踪、微型化等基本特征，可以实现学习者群体智慧的共享和学习工具的共享。学习元是对未来泛在学习环境中下一代学习技术规范的初步探索，具有极大的研究价值和发展空间。

继积件、学习对象和学习活动技术之后，学习资源的建设与共享又呈现出新的发展趋势，如学习过程性信息的共享、资源智能性的挖掘、学习内容的进化发展以及Web2.0理念指引下的“以人为本，群建共享”的资源建设模式等。为了满足未来泛在学习对学习资源生成与进化、智能与适应等多方面的需求，本文首次提出了适合泛在学习环境与非正式学习的一种新型学习资源组织方式——学习元。它具有生成性、开放性、联通性、可进化发展、智能性、内聚性、自跟踪、微型化等基本特征，可以实现学习者群体智慧的共享和学习工具的共享。学习元是对未来泛在学习环境中下一代学习技术规范的初步探索，具有极大的研究价值和发展空间。

一、学习元的理念与结构

通过前面的分析，我们知道未来学习资源的发展趋势是生成性、适应性、智能性、进化发展等，目前的学习对象技术只关注已建设内容的共享和管理，没有关注到资源在使用过程中的生命历程以及积累的学习智慧，无法适应未来泛在学习的发展。本文尝试提出一种新型的学习资源组织方式——“学习元”，以探索未来学习资源的发展。

1．学习元的核心理念

学习元（Learning Cell）中“元”有两层含义，一是指“元件”，按照辞海中的解释即“机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成，可以在同类产品中通用”，此处的“元”特指学习元的微型化和标准性，即学习元可以成为更高级别学习资源的基本组成部分；二是指“元始”，也就是开始的意思，即从无到有、从有到小、从小到大、从大到强、从强到久的过程，此处的“元”反应了学习元具有类似神经元不断生长、不断进化的功能，其本质指的是学习元的智能性、生成性、进化性和适应性。

在理解学习元中的“元”字含义的基础上，我们将学习元定义为：具有可重用特性支持学习过程信息采集和学习认知网络共享，可实现自我进化发展的微型化、智能性的数字化学习资源。学习元是对学习对象的进一步发展，是在汲取学习对象、学习活动技术促进教育资源共享理念的基础上，针对现有学习技术在非正式学习支持不足、资源智能性缺乏、学习过程中的生成性信息无法共享、学习内容无法进化等缺陷，提出的一种新型学习资源组织方式。

2．学习元的结构模型

在学习元倡导的生成性、进化发展、微型化、智能性、学习认知网络共享等核心理念的指导下，借鉴学习对象的结构模型，我们建构了学习元的结构模型（如下图）。

如果从计算技术的角度，学习元指的是一种可远程访问的、通过URL寻址的学习服务，它提供对为聚合到Web页面上下文而设计的学习内容与应用程序的访问。学习元能够帮助学习者在任何时间、任何地点通过任何途径获取所需资源，在一种轻松愉悦的学习体验中学到特定领域的片段性知识。学习元面向具体的学习目标，既能够自给自足、独立存在，又可以实现彼此联通，构建以学习者为中心的个性化知识网络，其内部包含元数据和聚合模型、领域本体、内容、练习、评价、活动、生成性信息、学习服务接口等多个部分。

元数据用于描述学习元的各种相关属性，以方便对学习元进行结构描述、分类管理、浏览查找和共享互换等。

聚合模型规定了学习元内部不同要素以及学习元之间的联结方式，与学习对象的层次聚合模型不同，学习元采取基于语义的网络聚合模型，不同的元素和学习元之间以网状方式动态联结。它既可以将不同的学习素材聚合成学习元，也可以将不同的学习元聚合成更大结构的学习元或数字课程。其中，学习元动态联结的产生主要包含如下四种形式：

学习元的创作者将有关联的学习元，按照一定领域知识的内在结构聚合成一个更大的知识网络；

学习元的使用者在使用过程中发现了相关的学习元和其它学习资源，将他们联结成自己的个性化知识网络；

通过设定的领域知识本体，借助一定的语义分析功能，自动的查找具有相同或相似主题的学习元和资源，产生联结；

智能化的分析使用学习元的用户访问过的其它学习元，寻找可能相关的要素，从而产生联结；

学习者也可以通过学习元的联结，找到与之具有相似学习兴趣和学习历史的学友，从而透过资源产生人与人的网络联结。

领域本体是学习元内容所属领域包含的基本概念及概念间的关系，主要用于在相同或相似领域的学习元间自动建立动态联结、共享交换信息。

内容是学习元的主要部分，学习者从这里获取学习材料，并对知识进行编码，在长时记忆中将原有的认知结构重组，以建构新的认知结构。内容要有明确的主题和目标，粒度要小并且独立完整。

练习主要用于促进新旧知识的整合，帮助学习者将新知识从短时记忆归属到长时记忆中进行重组以建构新的认知结构，练习的设计既要注重学习内容的细节又不能忽略学习内容的结构性。

评价能够确定学习者对于内容的掌握情况，可以根据评价结果调整教学策略的应用。文本、声音、视频、程序语言、Flash动画等任何所需的资源都可以作为说明、内容、练习和评估的材料，以便保证学习元的自给自足。

活动是指参照IMS-LD对学习活动的描述规范和运行机制，建构学习活动，从而实现学习过程、教学策略、教学活动层面的资源共享。

生成性信息是指学习元在使用过程中的生成性信息，包括用户的基本信息、交互过程中产生的信息、对学习元历次更新的信息等等。

多元格式是指学习元包含的学习内容、评估、练习、活动等允许以多种不同的文件格式存在，比如文本、图片、动画、视频、音频等。

服务接口是学习元与外部云计算环境进行信息交换的核心“通道”，一方面定义了用于获取和更新学习者在学习元内部进行学习活动的过程性信息的函数接口，另一方面定义了更新学习元内部各要素内容与结构的函数接口和数据结构，体现学习元的生成性（例如学习者对某段内容的笔记或者评论，提交的新的切合主题的资源，都会被以特定的格式标注，保存在学习元中，这些内容同样可以无缝迁移，为其他系统上的学习者所分享）。

3．学习元的基本特征

学习元作为学习对象的进化，在保持学习对象的可访问性（Accessibility）、适应性（Adaptability）、可承受性（Affordability）、持久性（Durability）、互操作性（Interoperability）、重用性（Reusability）等特征的基础上，又具有自身独特的特点。其独特性主要表现在生成性、开放性、联通性、内聚性、进化发展、智能性、微型化、自跟踪等八大方面。

生成性：传统的学习内容创建之后常常是固定不变的，既成的课程资源更新周期长，改造难度大，即便是SCORM课程包也只能实现对内容的重组和拆分，难以对内容本身进行再编辑，也就是说传统学习内容的生成是静态的、一次性的。学习元要改变学习资源一次生成难以更新的状态，让学习内容由“静”到“动”，创建者（资源出版者或普通用户）撒下最初的学习元作为“种子”，在广大用户的使用过程中收集子学习元产生的丰富的生成性信息，使得原有固化、静态的学习资源更具持久的生命力。

开放性：学习元具有较强的开放性，可以与外部媒介生态环境实现信息交换。每个学习元都内置了学习系统服务接口，通过类似SCORM RTE中的API函数实现系统对用户学习过程性信息的追踪以及母子学习元间的信息交换和状态更新。

联通性：联通主义学习理论认为学习是在知识网络结构中一种关系和节点的重构和建立，学习是一个联结的过程。（George Siemens，2005）学习元除了可以作为独立完整的学习单元存在外，还具有联通性，每个学习元都可以作为资源网络中的一个节点，彼此可以按照某种规则建立联结，这种联结的建立依赖于用户的不同需求，即用户可以根据已有知识经验和认知结构在不同学习元之间建立联结，从而构建极具个性的知识网络。另外，学习相同或相似主题学习内容的学习者还可以透过学习元实现人际网络和社会认知网络的构建，这与联通主义学习观所倡导的“联结和再造”价值取向是一致的。

内聚性：学习元是不断成长的，但又不是漫无边际的杂乱的生长，其学习内容是根据学习元的领域本体结构进化而来的，领域知识本体控制着学习元的成长方向，类似基因控制生物体的生长一样。

进化发展：学习元具有与神经元类似的生长和分裂功能，可以自动在网络中搜集主题类似或具有母子联系的其它学习元，并建立动态联结。用户在使用过程中可以不断的丰富修正学习元的内容，当领域知识丰富到一定程度时，还可以分裂成更小的知识领域的学习元，分裂后原学习元继续在支持系统中运行，新旧学习元自动建立母子联结。此外，学习元还借鉴了Web2.0“以人为本，群建共享”的核心理念，允许学习者协同编辑创建学习元，以实现学习元的持续进化发展。

智能性：学习元具有高度智能性，既可以根据显示终端的物理特性动态调整内容格式以适应多种显示终端（计算机、手机、掌上电脑、PDA等）与平台，又可以根据用户学习记录动态调整学习内容的呈现顺序以及反馈信息等，还可以通过服务接口自动搜集发现知识网络中的相似学习元并能够根据用户的不同需求实现学习内容的裂变和聚合。

微型化：为了维持学习者非正式学习时的连续注意力和学习兴趣，学习内容的设计必须遵循低认知负荷原则，内容块的粒度要小，学习者不需要花费太多的时间就可以在轻松愉悦的气氛中学会某方面的知识。

自跟踪：学习元具有自我跟踪的特性，分裂后的母子学习元会自动记录分裂信息（包括Dividing Time、From Where、To Where、Operator等），并能持续跟踪不同层次学习元的状态信息（包括内容是否更改、是否添加新学习内容、用户使用次数等）。

二、学习元与学习方式变革

学习元弥补了目前学习技术规范对非正式学习支持不足的缺陷，符合泛在学习环境下资源设计生成性、进化发展、智能性、微型化、适应性、多格式的基本原则，可以有效满足学习型社会按需学习的要求。学习者通过学习元可以实现随时随地基于任意设备，关于任意主题的学习，并能够组装来自各处的学习元，形成个性化的知识网络地图，还可以通过学习元知识网络找到兴趣相仿的学习伙伴，共享社会人际网络与认知网络。学习元的开放性允许学习者更新、发布自己的学习元，让自己的学习也能影响到他人，提升学习者的学习动机和成就感。学习元的出现将促进人类学习的最高境界——按需学习的早日实现。除了学习方式的改变，教学过程中产生的集体智慧也得以沉淀。适应泛在学习环境的学习元，使得教学方式大大拓展。结构松散耦合、内容便于重新定制、外部联结广泛的学习元使得教师构建个性化的在线学习内容更为方便快捷。

随着普适计算技术的发展，移动设备的情境感知（Context Sensitivity）能力将越来越强大。它将集成更多的传感器、探测器、采集器，通过这些电子化的微型感知设备，捕获用户、设备、场所、问题、应对策略方法等真实世界的信息，并将我们所处生活环境中人类感官不能直接感受到的各种信息，采集到方寸之间的移动设备中，进入到数字化的虚拟世界中，经过计算、处理，变成我们人类学习、决策的参考的知识，在一定程度上连通虚拟世界和现实世界，通过虚拟世界的知识学习来增强人对现实世界的理解和驾驭能力。

网格计算、云计算等计算技术的发展，我们的生活空间中将处处具有计算能力。无处不在的计算能力加上无处不在的由学习元组成的知识网络与学习服务，汇聚成各种学习情境，构成一个无处不在的无缝学习空间。在这个空间中，技术与资源（学习元）已不再仅仅作为教学的媒体承担信息载体的作用，而是分布式认知中的有机组成部分，在人、设备、学习内容构成的环境中，认知活动在系统的各要素之间共享。在无缝学习空间中探索学习，学习者通过情境感知设备采集到学习信息后，可以开展学习认知活动，获取信息，丰富、提升并内化自己的知识。同时，参照学习活动的建议与学习元交互，或者通过学习元的服务接口与他人交互，在体验学习活动的过程中交流、解释、组织并表达，实现外显知识与内隐知识的转换，促进对复杂事物的多元理解，实现高阶学习。在这样的环境中，学习者还可以积极主动参与进来，共享知识和创造性，并根据自身需要对学习元加以改造，将自己的学习智慧沉淀到学习元中，使其不断完善，学习者也通过对学习元的改造而不断进步。

、 如上图所示，在无缝学习空间中学习不是传统课堂一个教师对多个学生的模式翻版，而是一对一的学习，更是多对一的学习，通过学习元，学习者可以了解到学习内容的使用历史记录、学习内容的关联内容、学习内容的评估记录、学习内容的编辑更新记录、学习内容附加的学习活动、学习内容附加的学习工具等，通过学习的交互记录，学习者可以获得最适合自己的内容，真正实现按需学习。另外，还可以通过学习元的服务接口，访问学习服务，与正在学习本内容的学习者、编辑制作本学习内容的不同专家等产生联系，形成学习圈子，从多处获取高级智慧。

学习元是无缝学习空间重要构成要素，它嵌入到各种普适计算设备中，通过无处不在的技术链接不同情境下的学习元与附着其上的学习活动与人际网络，学习者身处其中，构成了一个开放的、多样的、可持续进化的学习生态系统。系统中的各个要素与环境相互作用，和谐共处，维持着动态的平衡，构成无处不在的人类智慧与认知网络。无缝学习空间中的学习充分体现了泛在学习的核心特征：

学习过程的情境性：学习空间中的知识都是以问题情境为核心来组织的，学习可以融入学习者的日常生活中。学习者所遇到的问题或所需的知识可以以自然有效的方式被呈现出来。

按需学习：学习者可以在任何地方，任何时间，得到他们所需要的文档、数据、视频等各种学习信息。这些信息的获取是基于学习者自身需求的，因此学习是一种自我导向的过程，是一个适量学习（just in enough）的过程。

学习环境存在的无意识：支持学习的计算机消失到环境中，学习过程是自然的，没有突出的学习者可以察觉到的变化，学习者不必意识到学习环境的存在。

普遍可及的学习内容：学习内容包括学习资料、嵌入的数据资源以及其他学习者提供的信息，它们无处不在，无时不在。不管学习者在哪里，都可以即时地获取信息，实现即时学习（just in time）。

自然的交互与学习方式：学习界面不是由菜单、鼠标和窗口组成，而是通过表情、动作、语言等人们自然的行为与学习情境进行交互，通过自然的方式与社会群体合作与互动。

学习是共享和构建个体认知网络和社会认知网络的过程：个人的知识组成了内部的认知网络，学习空间中的情境问题与其他学习者构成社会认知网络，学习者在情境交互过程中，完善和改进自己个人认知网络，同时也构成社会认知网络的一部分，分享和构建了社会认知网络。

三、学习元的运行环境及存储结构

1．学习元运行环境

学习对象的运行离不开支持SCORM标准的学习管理系统，学习活动的运行离不开符合IMS-LD规范的学习平台。同样，学习元作为学习技术的最新发展，其作用的发挥同样离不开特定系统环境的支持。图4显示了学习元运行环境的组成要素和一般运行过程。

图4 学习元运行环境

（一）学习元运行环境的组成。学习元运行环境主要包括三大部分：多种格式的显示终端、泛在网络和学习元支撑环境，三者既相互独立又彼此合作，共同组成学习元顺利运行的系统环境。显示终端：学习内容的前端显示区域为学习者操作（浏览、查找、输入信息等）学习元提供了图形化的操作界面，每个显示终端内置标准的学习元浏览器支持学习元的运行。目前，常用的显示终端有台式计算机、公共信息终端、电子白板、智能手机、PDA、掌上电脑、移动电视等。随着移动技术的不断发展，各种微型的便携式智能手持设备将逐渐支持基于学习元的泛在学习。泛在网络：泛在学习需要大范围互联网络基础设施的支持，泛在网络特指为了实现泛在学习而组建的无处不在的网络，包括透明的无线网和可见的因特网。泛在网络主要负责数据的传输和通讯设备的互联，是学习元传递的基础。泛在学习环境中的网络就如同空气和水一样，自然而深刻地融入了人们的日常生活及工作中。网络不再被动地满足用户需求，而是主动感知用户场景的变化并进行信息交互，通过分析人的个性化需求主动提供服务。泛在通讯网络是多种接入方式、多种承载方式融合在一起的，实现无缝接入；任何对象（人或设备等）无论何时、何地都能通过合适的方式获得永久在线的宽带服务，可以随时随地存取所需信息。泛在通讯网络具有对称性、融合性，用户不是被动地接受服务，而可以主动地创造服务；网络作为基础设施，向学习者和智能学习主体提供无缝的信息通讯服务。学习元支撑环境：提供了一个管理运行学习元的集成环境，核心部件包括信息传送控制器、资源定位器、资源库、学习元运行时、主动适配器、学习服务接口等。信息传送控制器负责接受从泛在网络传递过来的用户请求信息，并对信息进行智能分析，以确定下一步的信息流向；资源定位器负责管理资源索引、搜索用户请求的学习资源并在资源库中自动查找；资源库是学习元及其他资源的核心存储区域，一般包括素材库、用户信息库、学习元库以及学习过程信息库；学习元运行时是学习元正常运行的核心，负责学习元与外界系统的信息交换，由一系列API函数组成，包括负责学习元生长的函数接口、学习元分裂的函数接口以及学习元跟踪的函数接口，通过学习元运行时，学习元可以快速实现学习内容的进化、基于语义的资源聚合以及学习元的分裂生长；主动适配器通过接受信息传送控制器传来的设备信息，对设备的类型、屏幕的分辨率等决定内容显示效果的数据综合分析，动态传递与显示设备相适应的学习内容；学习服务接口为用户提供一系列“学习元”的学习服务，包括学习工具、学习圈子、学习内容、学习活动、学习评估、学习记录、语义关联等，学习者可以根据自身需要通过无处不在的泛在网络快速调用这些学习服务接口，随时获取学习支持服务。

（二）学习元运行的一般过程。学习者在任何时间、任何地点首先通过某种显示终端发送请求信息，借助无处不在的泛在网络将用户的请求信息传播出去。学习元支撑环境中的信息传送控制器通过感知数字信号获取请求信息，并对信息报文进行分析来决定下一步的信息传输路径。对于用户进行的资源搜索请求信息传送控制器将直接传递给资源定位器；用户对学习元的操作指令信息传递给学习元运行时；关于设备的特性信息将直接发送至主动适配器。资源定位器收到用户请求的资源信息立即查找资源索引表，快速在资源库中查找合适的学习资源。系统一旦发现学习者所需要的学习元后，自动将学习元提取到学习元运行时（具有语义关联的学习元也可以根据学习者的个性化需求有选择性的推送），播放学习元并允许用户对学习元进行各种操作（添加内容、分裂、跟踪等），操作完成根据用户指令决定是否更新学习元并存入资源库。学习运行时将学习元传输给主动适配器，后者根据信息传送控制器传来的设备参数信息（设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率）进行显示适配，最终在显示终端适应性地呈现学习内容。当学习者需要获取学习服务支持的时候，可以直接通过学习元支撑环境提供的服务接口直接调用学习服务，如当需要使用计算器计算数值时，调用学习工具集合中的图形计算器；当需要和他人交流时，调用交流服务，直接进入学习圈子进行在线讨论；当需要自我评价时，直接调用学习评估服务，进行在线测试等。

2．学习元的存储结构

要实现学习元这种新型的结构化学习资源能够在异构系统中共享，需要设计规范化的存储结构、文件格式、元素定义。我们设计的学习元的标准包交换文件由一系列描述文件和资源实体文件通过特定的目录组织结构组织而成，如图所示：

图5 学习元的包交换文件结构

如图7所示，学习元的打包文件解压后由一系列的文件夹和文件组成，文件又可以分为描述文件和资源实体文件两类，资源实体文件可以是文本文件、HTML文件、图片、音频、视频等，它们分布在根目录及其子目录下；描述文件包括元数据描述文件、知识结构描述文件、用户信息描述文件和资源描述文件几类，用标准化的xml文档描述学习元的相关信息。下面主要对几种类型的描述文件进行阐述。

（一）元数据描述文件。元数据描述文件（metadata. xml）在学习元交换包的根目录下，是开放给所有的外部应用程序访问的最基本的文件。元数据文件用于描述学习元的基本信息，如标识、主题、说明、关键词等常见的元数据信息。此外，还包括如下和学习元服务相关的重要信息，其基本结构如图所示：

图6 元数据描述文件中的子元素

元数据描述文件中的几项服务绑定信息是实现学习元开放性和跟踪特性的关键。分布的学习元支撑系统通过读取元数据描述文件中相关服务地址，来实现学习元的跨域共享、生长、分裂等特性（参见上节中对学习元跨域共享过程的描述）。

（二）资源描述文件。学习元在逻辑结构中包含学习内容、学习活动、练习、评价和学习工具几大类型的学习资源，而在学习元交换包中的资源描述文件则是负责对这些不同类型的学习资源进行具体的描述。其物理存储结构如图7所示：

图7 学习元各要素的物理存储结构

内容、活动、练习、评价这几类学习资源的描述文件都包含与知识描述文件中的学习元的关联信息，使得用户能够从知识检索迅速跳转到具体学习元对应的各类学习资源实例。除了学习元的创建者预设的内容外，学习者在与各类学习资源交互的过程中产生的生成性信息和协同编辑产生的历史记录也存储在对应的文件夹中，使得学习元在导入导出、跨平台共享时能够共享这些方面的内容。

学习工具用于对学习活动的实施提供工具上的支持，例如开展关于一个主题的讨论、发放一份调查问卷、进行一项在线测验等。我们为不同类型的学习工具设计了通用的信息描述模型，包括配置信息、预置信息（活动设计者在学习者参与活动前提供的预设性内容，如情境信息、活动引导信息等）、启动信息（启动活动时由LMS向学习工具发送的参数信息）、反馈信息（活动结束后由学习工具向LMS发送的活动结果信息）四个部分。

在学习元的体系结构中，学习工具与学习活动是相互分离的。这样，资源的设计者只需考虑在学习活动中需要用到什么类型工具（如论坛），而不用关心工具的具体实现，活动和工具的绑定可以推迟到运行时才进行。学习元在不同系统间共享时不必由教师和专家手动的在BBS、测验、调查等模块手动的添加相关的内容，而是能够由系统读取学习元的描述文件自动生成相关的内容。并且让LMS具备整合外部应用程序的特性，使LMS只需专注于和学习关系最密切的功能和服务，而一些周边的服务和应用可以通过类似于“插件”的形式，由系统外部的专业服务提供者提供（典型的应用如在线调查、在线测验等），并定义通讯接口使得LMS能获得它需要的、用户在使用外部应用时的交互信息或反馈。

（三）知识描述文件。学习元与Wiki、百度等松散型的协同知识创作工具的一大核心区别就是，学习元内部包含用结构化的知识语义描述信息，这些信息将学习元包含的多种多样、更新频繁的学习资源的内在学习元和逻辑关联抽象出来，构成一个相对稳定的核心部分，在学习元的进化生长过程中起到类似于细胞的“基因”作用，使学习元的生长不是漫无目的、随意性的过程，而是与其内在知识结构密切相关的生长，保障学习元进化的方向性和聚合性。

我们采用当前主流的本体描述语言OWL来描述学习元内部的知识结构。但是只使用OWL内置的类属关系、等价关系来描述学科知识显然过于简单；W3C的简单知识组织系统（W3C, 2008）对概念性知识的属性和关系进行了一些设计，如概念之间的broader/narrower关系、多个概念共属于一个概念集的关系，等等。在e-Learning领域，也有研究者利用SKOS来构建学科知识的内容体系模型（Jovanović, Gašević, Knight & Richards, 2007）。然而，这些体系模型仍不足以对学科知识进行精细化的描述，并且学科知识也绝不仅是概念性知识这一种知识类型。因此，我们参考认知心理学对知识的分类（陈述性知识和程序性知识），根据教学上对不同类型知识的特点，设计了一个通用的学科知识表示模型，并可根据不同学科的具体需要进行扩展。

在当代认知心理学领域，根据知识的内在结构和认知特性将知识分为陈述性知识和程序性知识两类。所谓陈述性知识，又称描述性知识，是说明事物“是什么”、“为什么”、“怎么样”的知识，是个人可以有意识地回忆出来的关于事物及其关系的知识。例如历史事实、数学原理、观点信念都属于陈述性知识。程序性知识又称过程性知识，是个人没有有意识提取线索，只能借助某种作业形式间接推论其存在的知识，是关于“怎么做”的知识。根据教学中的实际需要，我们将陈述性知识进一步分为概念、事实、原理三类，加上程序性知识，共有4种基本知识类型，并为这些知识类型设计了相应的属性和关系。多种不同类型的基本知识可以共同构成复合性知识，来表达相对复杂的知识内容。用户以这几种基本知识类型为基础，借助前文所属的本体编辑环境，派生出更精细化的、针对学科特点的新的知识类型和学习元，这些类型和学习元都会存储在知识描述文件中。

此外，我们还为学习元的学习元设计了如下几种基本关系，以表征知识之间的内在关联：

上位-下位关系，用于表示概念类知识间的关系，上位概念比下位概念具有更广泛的外延，例如“花”是“菊花”的上位概念。这对关系具有传递性，即如果有AB，BC，则有AC。

部分-整体关系，可以用于所有的知识类型，用于表达一个知识是另一个知识的一部分，例如一个复合型知识所包含的简单类型知识。这对关系同样具有传递性。

前序-后继关系，可以用于所有的知识类型，用于表达一个知识是另一个知识的背景知识，即具有逻辑上的前序-后继关系。这对关系具有传递性。

等价关系，可用于所有的知识类型，用于表达一个知识和另一个知识所表述的内容是相同的（具体引用的学习资源可能不同）。等价关系具有传递性和对称性。

相关关系，可用于所有的知识类型，用于表示一个知识和另一个知识具有某称程度上的联系，但既不是完全等价，也不具备逻辑上的前后顺序，一般作为学习的参考性链接。

以上的知识类型、属性和关系共同构成了学习元知识本体模型的最顶层结构，代表了对学科知识最粗粒度的描述。在实际的学科中，用户可以根据学科的实际特点对知识模型进行扩展，如历史学科可以在事实类知识下派生“历史事件”类知识，属性包括发生的时间、地点、人物、起因、过程、结果、意义等；化学学科可以在概念性知识下派生“原子”类的概念，并扩展出多种属性如化学符号、质子数、中子数、电子模型、物理性质、化学性质等。这些扩展的属性和关系都可以作为进一步的知识语义推理的基础。

（四）用户描述文件。学习元与其他学习资源的重要区别之一就是它包含了资源贡献者和使用者的信息，并且这些信息能够在不同平台间分享而达到跨平台构建社会关系网络和网络的目的。学习元的用户描述文件是一个RDF文档，在该文件中我们采用应用最为广泛的RDF词汇集之一FOAF（W3C, 2000）来描述学习元用户的基本信息，如用户的姓名、昵称、邮件、主页、email等，以及用户和用户的关联信息（通过foaf:knows, foaf:Group等属性和类实现）。由于学习元支持多系统的实时共享，所以某个学习元的用户可能来自多个远程系统，因此还需要相应的类和属性来标识用户所处的学习系统。因此，我们还定义了特定的属性，描述用户所在的系统的信息（包括名称、标识符、用户通讯服务接口、用户详情查询接口等等），这些信息是在不同远程学习系统中的用户进行通讯和构建社会网络的基础。

此外，FOAF只定义了一些通用的用户信息和关系信息，不足以表达学习者和学习相关的特征。因此学习者的信息还应当包括偏好信息、学业信息、绩效信息等部分。偏好信息包括学习者的兴趣范围、学习时间、使用设备、认知风格等，这些信息大部分都是系统追踪和统计分析学习者的学习过程数据而的来。学业信息包括在教育过程中与学习者的学习密切相关的一些信息，如学校、专业、研究方向、主修课程、学习经历、工作经历等。绩效信息则包括学习者参与使用、建设学习元内容的信息，综合反映学习者的学习历程和知识/技能掌握情况。这些信息并不全部存储在用户描述文件中，涉及隐私的信息需要通过验证后调用学习者所在的学习系统的查询接口获得，以充分保障个人信息的安全性。

（五）资源实体文件。资源实体文件是包交换文件中承载资源具体内容的文件，如Html网页文件、jpeg/gif/png等类型的图片文件、wmv/mpeg/avi等类型的视频文件、mp3/wma等类型的音频文件，等等。实体文件都需要在资源描述文件中被引用，否则在学习元被导入的时候将被视为无效文件过滤。