概述
繼積件、學習對象和學習活動技術之後，學習資源的建設與共享又呈現出新的發展趨勢，如學習過程性信息的共享、資源智慧型性的挖掘、學習內容的進化發展以及Web2.0理念指引下的“以人為本，群建共享”的資源建設模式等。為了滿足未來泛在學習對學習資源生成與進化、智慧型與適應等多方面的需求，本文首次提出了適合泛在學習環境與非正式學習的一種新型學習資源組織方式—— 學習元。它具有生成性、開放性、聯通性、可進化發展、智慧型性、內聚性、自跟蹤、微型化等基本特徵，可以實現學習者群體智慧的共享和學習工具的共享。學習元是對未來泛在學習環境中下一代學習技術規範的初步探索，具有極大的研究價值和發展空間。
學習元的理念與結構
通過前面的分析，我們知道未來學習資源的發展趨勢是生成性、適應性、智慧型性、進化發展等，目前的學習對象技術只關注已建設內容的共享和管理，沒有關注到資源在使用過程中的生命歷程以及積累的學習智慧，無法適應未來泛在學習的發展。本文嘗試提出一種新型的學習資源組織方式——“學習元”，以探索未來學習資源的發展。
1．學習元的核心理念
學習元（Learning Cell）中“元”有兩層含義，一是指“元件”，按照辭海中的解釋即“機器、儀器的組成部分，其本身常由若干零件構成，可以在同類產品中通用”，此處的“元”特指學習元的微型化和標準性，即學習元可以成為更高級別學習資源的基本組成部分；二是指“元始”，也就是開始的意思，即從無到有、從有到小、從小到大、從大到強、從強到久的過程，此處的“元”反應了學習元具有類似神經元不斷生長、不斷進化的功能，其本質指的是學習元的智慧型性、生成性、進化性和適應性。
在理解學習元中的“元”字含義的基礎上，我們將學習元定義為：具有可重用特性支持學習過程信息採集和學習認知網路共享，可實現自我進化發展的微型化、智慧型性的數位化學習資源。學習元是對學習對象的進一步發展，是在汲取學習對象、學習活動技術促進教育資源共享理念的基礎上，針對現有學習技術在非正式學習支持不足、資源智慧型性缺乏、學習過程中的生成性信息無法共享、學習內容無法進化等缺陷，提出的一種新型學習資源組織方式。
2．學習元的結構模型
在學習元倡導的生成性、進化發展、微型化、智慧型性、學習認知網路共享等核心理念的指導下，借鑑學習對象的結構模型，我們建構了學習元的結構模型（如下圖）。
如果從計算技術的角度，學習元指的是一種可遠程訪問的、通過URL定址的學習服務，它提供對為聚合到Web頁面上下文而設計的學習內容與應用程式的訪問。學習元能夠幫助學習者在任何時間、任何地點通過任何途徑獲取所需資源，在一種輕鬆愉悅的學習體驗中學到特定領域的片段性知識。學習元面向具體的學習目標，既能夠自給自足、獨立存在，又可以實現彼此聯通，構建以學習者為中心的個性化知識網路，其內部包含元數據和聚合模型、領域本體、內容、練習、評價、活動、生成性信息、學習服務接口等多個部分。
元數據用於描述學習元的各種相關屬性，以方便對學習元進行結構描述、分類管理、瀏覽查找和共享互換等。
聚合模型規定了學習元內部不同要素以及學習元之間的聯結方式，與學習對象的層次聚合模型不同，學習元採取基於語義的網路聚合模型，不同的元素和學習元之間以網狀方式動態聯結。它既可以將不同的學習素材聚合成學習元，也可以將不同的學習元聚合成更大結構的學習元或數字課程。其中，學習元動態聯結的產生主要包含如下四種形式：
學習元的創作者將有關聯的學習元，按照一定領域知識的內在結構聚合成一個更大的知識網路；
學習元的使用者在使用過程中發現了相關的學習元和其它學習資源，將他們聯結成自己的個性化知識網路；
通過設定的領域知識本體，藉助一定的語義分析功能，自動的查找具有相同或相似主題的學習元和資源，產生聯結；
智慧型化的分析使用學習元的用戶訪問過的其它學習元，尋找可能相關的要素，從而產生聯結；
學習者也可以通過學習元的聯結，找到與之具有相似學習興趣和學習歷史的學友，從而透過資源產生人與人的網路聯結。
領域本體是學習元內容所屬領域包含的基本概念及概念間的關係，主要用於在相同或相似領域的學習元間自動建立動態聯結、共享交換信息。
內容是學習元的主要部分，學習者從這裡獲取學習材料，並對知識進行編碼，在長時記憶中將原有的認知結構重組，以建構新的認知結構。內容要有明確的主題和目標，粒度要小並且獨立完整。
練習主要用於促進新舊知識的整合，幫助學習者將新知識從短時記憶歸屬到長時記憶中進行重組以建構新的認知結構，練習的設計既要注重學習內容的細節又不能忽略學習內容的結構性。
評價能夠確定學習者對於內容的掌握情況，可以根據評價結果調整教學策略的套用。文本、聲音、視頻、程式語言、Flash動畫等任何所需的資源都可以作為說明、內容、練習和評估的材料，以便保證學習元的自給自足。
活動是指參照IMS-LD對學習活動的描述規範和運行機制，建構學習活動，從而實現學習過程、教學策略、教學活動層面的資源共享。
生成性信息是指學習元在使用過程中的生成性信息，包括用戶的基本信息、互動過程中產生的信息、對學習元歷次更新的信息等等。
多元格式是指學習元包含的學習內容、評估、練習、活動等允許以多種不同的檔案格式存在，比如文本、圖片、動畫、視頻、音頻等。
服務接口是學習元與外部雲計算環境進行信息交換的核心“通道”，一方面定義了用於獲取和更新學習者在學習元內部進行學習活動的過程性信息的函式接口，另一方面定義了更新學習元內部各要素內容與結構的函式接口和數據結構，體現學習元的生成性（例如學習者對某段內容的筆記或者評論，提交的新的切合主題的資源，都會被以特定的格式標註，保存在學習元中，這些內容同樣可以無縫遷移，為其他系統上的學習者所分享）。
3 ．學習元的基本特徵
學習元作為學習對象的進化，在保持學習對象的可訪問性（Accessibility）、適應性（Adaptability）、可承受性（Affordability）、持久性（Durability）、互操作性（Interoperability）、重用性（Reusability）等特徵的基礎上，又具有自身獨特的特點。其獨特性主要表現在生成性、開放性、聯通性、內聚性、進化發展、智慧型性、微型化、自跟蹤等八大方面。
生成性：傳統的學習內容創建之後常常是固定不變的，既成的課程資源更新周期長，改造難度大，即便是SCORM課程包也只能實現對內容的重組和拆分，難以對內容本身進行再編輯，也就是說傳統學習內容的生成是靜態的、一次性的。學習元要改變學習資源一次生成難以更新的狀態，讓學習內容由“靜”到“動”，創建者（資源出版者或普通用戶）撒下最初的學習元作為“種子”，在廣大用戶的使用過程中收集子學習元產生的豐富的生成性信息，使得原有固化、靜態的學習資源更具持久的生命力。
開放性：學習元具有較強的開放性，可以與外部媒介生態環境實現信息交換。每個學習元都內置了學習系統服務接口，通過類似SCORM RTE中的API函式實現系統對用戶學習過程性信息的追蹤以及母子學習元間的信息交換和狀態更新。
聯通性：聯通主義學習理論認為學習是在知識網路結構中一種關係和節點的重構和建立，學習是一個聯結的過程。（George Siemens，2005）學習元除了可以作為獨立完整的學習單元存在外，還具有聯通性，每個學習元都可以作為資源網路中的一個節點，彼此可以按照某種規則建立聯結，這種聯結的建立依賴於用戶的不同需求，即用戶可以根據已有知識經驗和認知結構在不同學習元之間建立聯結，從而構建極具個性的知識網路。另外，學習相同或相似主題學習內容的學習者還可以透過學習元實現人際網路和社會認知網路的構建，這與聯通主義學習觀所倡導的“聯結和再造”價值取向是一致的。
內聚性：學習元是不斷成長的，但又不是漫無邊際的雜亂的生長，其學習內容是根據學習元的領域本體結構進化而來的，領域知識本體控制著學習元的成長方向，類似基因控制生物體的生長一樣。
進化發展：學習元具有與神經元類似的生長和分裂功能，可以自動在網路中蒐集主題類似或具有母子聯繫的其它學習元，並建立動態聯結。用戶在使用過程中可以不斷的豐富修正學習元的內容，當領域知識豐富到一定程度時，還可以分裂成更小的知識領域的學習元，分裂後原學習元繼續在支持系統中運行，新舊學習元自動建立母子聯結。此外，學習元還借鑑了Web2.0“以人為本，群建共享”的核心理念，允許學習者協同編輯創建學習元，以實現學習元的持續進化發展。
智慧型性：學習元具有高度智慧型性，既可以根據顯示終端的物理特性動態調整內容格式以適應多種顯示終端（計算機、手機、掌上電腦、PDA等）與平台，又可以根據用戶學習記錄動態調整學習內容的呈現順序以及反饋信息等，還可以通過服務接口自動蒐集發現知識網路中的相似學習元並能夠根據用戶的不同需求實現學習內容的裂變和聚合。
微型化：為了維持學習者非正式學習時的連續注意力和學習興趣，學習內容的設計必須遵循低認知負荷原則，內容塊的粒度要小，學習者不需要花費太多的時間就可以在輕鬆愉悅的氣氛中學會某方面的知識。
自跟蹤：學習元具有自我跟蹤的特性，分裂後的母子學習元會自動記錄分裂信息（包括Dividing Time、From Where、To Where、Operator等），並能持續跟蹤不同層次學習元的狀態信息（包括內容是否更改、是否添加新學習內容、用戶使用次數等）。
學習元與學習方式變革
學習元彌補了目前學習技術規範對非正式學習支持不足的缺陷，符合泛在學習環境下資源設計生成性、進化發展、智慧型性、微型化、適應性、多格式的基本原則，可以有效滿足學習型社會按需學習的要求。學習者通過學習元可以實現隨時隨地基於任意設備，關於任意主題的學習，並能夠組裝來自各處的學習元，形成個性化的知識網路地圖，還可以通過學習元知識網路找到興趣相仿的學習夥伴，共享社會人際網路與認知網路。學習元的開放性允許學習者更新、發布自己的學習元，讓自己的學習也能影響到他人，提升學習者的學習動機和成就感。學習元的出現將促進人類學習的最高境界——按需學習的早日實現。除了學習方式的改變，教學過程中產生的集體智慧也得以沉澱。適應泛在學習環境的學習元，使得教學方式大大拓展。結構鬆散耦合、內容便於重新定製、外部聯結廣泛的學習元使得教師構建個性化的線上學習內容更為方便快捷。
隨著普適計算技術的發展，移動設備的情境感知（Context Sensitivity）能力將越來越強大。它將集成更多的感測器、探測器、採集器，通過這些電子化的微型感知設備，捕獲用戶、設備、場所、問題、應對策略方法等真實世界的信息，並將我們所處生活環境中人類感官不能直接感受到的各種信息，採集到方寸之間的移動設備中，進入到數位化的虛擬世界中，經過計算、處理，變成我們人類學習、決策的參考的知識，在一定程度上連通虛擬世界和現實世界，通過虛擬世界的知識學習來增強人對現實世界的理解和駕馭能力。
格線計算、雲計算等計算技術的發展，我們的生活空間中將處處具有計算能力。無處不在的計算能力加上無處不在的由學習元組成的知識網路與學習服務，匯聚成各種學習情境，構成一個無處不在的無縫學習空間。在這個空間中，技術與資源（學習元）已不再僅僅作為教學的媒體承擔信息載體的作用，而是分散式認知中的有機組成部分，在人、設備、學習內容構成的環境中，認知活動在系統的各要素之間共享。在無縫學習空間中探索學習，學習者通過情境感知設備採集到學習信息後，可以開展學習認知活動，獲取信息，豐富、提升並內化自己的知識。同時，參照學習活動的建議與學習元互動，或者通過學習元的服務接口與他人互動，在體驗學習活動的過程中交流、解釋、組織並表達，實現外顯知識與內隱知識的轉換，促進對複雜事物的多元理解，實現高階學習。在這樣的環境中，學習者還可以積極主動參與進來，共享知識和創造性，並根據自身需要對學習元加以改造，將自己的學習智慧沉澱到學習元中，使其不斷完善，學習者也通過對學習元的改造而不斷進步。
、 如上圖所示，在無縫學習空間中學習不是傳統課堂一個教師對多個學生的模式翻版，而是一對一的學習，更是多對一的學習，通過學習元，學習者可以了解到學習內容的使用歷史記錄、學習內容的關聯內容、學習內容的評估記錄、學習內容的編輯更新記錄、學習內容附加的學習活動、學習內容附加的學習工具等，通過學習的互動記錄，學習者可以獲得最適合自己的內容，真正實現按需學習。另外，還可以通過學習元的服務接口，訪問學習服務，與正在學習本內容的學習者、編輯製作本學習內容的不同專家等產生聯繫，形成學習圈子，從多處獲取高級智慧。
學習元是無縫學習空間重要構成要素，它嵌入到各種普適計算設備中，通過無處不在的技術連結不同情境下的學習元與附著其上的學習活動與人際網路，學習者身處其中，構成了一個開放的、多樣的、可持續進化的學習生態系統。系統中的各個要素與環境相互作用，和諧共處，維持著動態的平衡，構成無處不在的人類智慧與認知網路。無縫學習空間中的學習充分體現了泛在學習的核心特徵：
學習過程的情境性：學習空間中的知識都是以問題情境為核心來組織的，學習可以融入學習者的日常生活中。學習者所遇到的問題或所需的知識可以以自然有效的方式被呈現出來。
按需學習：學習者可以在任何地方，任何時間，得到他們所需要的文檔、數據、視頻等各種學習信息。這些信息的獲取是基於學習者自身需求的，因此學習是一種自我導向的過程，是一個適量學習（just in enough）的過程。
學習環境存在的無意識：支持學習的計算機消失到環境中，學習過程是自然的，沒有突出的學習者可以察覺到的變化，學習者不必意識到學習環境的存在。
普遍可及的學習內容：學習內容包括學習資料、嵌入的數據資源以及其他學習者提供的信息，它們無處不在，無時不在。不管學習者在哪裡，都可以即時地獲取信息，實現即時學習（just in time）。
自然的互動與學習方式：學習界面不是由選單、滑鼠和視窗組成，而是通過表情、動作、語言等人們自然的行為與學習情境進行互動，通過自然的方式與社會群體合作與互動。
學習是共享和構建個體認知網路和社會認知網路的過程：個人的知識組成了內部的認知網路，學習空間中的情境問題與其他學習者構成社會認知網路，學習者在情境互動過程中，完善和改進自己個人認知網路，同時也構成社會認知網路的一部分，分享和構建了社會認知網路。
學習元的運行環境及存儲結構
1 ．學習元運行環境
學習對象的運行離不開支持SCORM標準的學習管理系統，學習活動的運行離不開符合IMS-LD規範的學習平台。同樣，學習元作為學習技術的最新發展，其作用的發揮同樣離不開特定系統環境的支持。圖4顯示了學習元運行環境的組成要素和一般運行過程。
圖4 學習元運行環境
（一）學習元運行環境的組成。學習元運行環境主要包括三大部分：多種格式的顯示終端、泛在網路和學習元支撐環境，三者既相互獨立又彼此合作，共同組成學習元順利運行的系統環境。顯示終端：學習內容的前端顯示區域為學習者操作（瀏覽、查找、輸入信息等）學習元提供了圖形化的操作界面，每個顯示終端內置標準的學習元瀏覽器支持學習元的運行。目前，常用的顯示終端有台式計算機、公共信息終端、電子白板、智慧型手機、PDA、掌上電腦、移動電視等。隨著移動技術的不斷發展，各種微型的攜帶型智慧型手持設備將逐漸支持基於學習元的泛在學習。泛在網路：泛在學習需要大範圍網際網路基礎設施的支持，泛在網路特指為了實現泛在學習而組建的無處不在的網路，包括透明的無線網和可見的網際網路。泛在網路主要負責數據的傳輸和通訊設備的互聯，是學習元傳遞的基礎。泛在學習環境中的網路就如同空氣和水一樣，自然而深刻地融入了人們的日常生活及工作中。網路不再被動地滿足用戶需求，而是主動感知用戶場景的變化並進行信息互動，通過分析人的個性化需求主動提供服務。泛在通訊網路是多種接入方式、多種承載方式融合在一起的，實現無縫接入；任何對象（人或設備等）無論何時、何地都能通過合適的方式獲得永久線上的寬頻服務，可以隨時隨地存取所需信息。泛在通訊網路具有對稱性、融合性，用戶不是被動地接受服務，而可以主動地創造服務；網路作為基礎設施，向學習者和智慧型學習主體提供無縫的信息通訊服務。學習元支撐環境：提供了一個管理運行學習元的集成環境，核心部件包括信息傳送控制器、資源定位器、資源庫、學習元運行時、主動適配器、學習服務接口等。信息傳送控制器負責接受從泛在網路傳遞過來的用戶請求信息，並對信息進行智慧型分析，以確定下一步的信息流向；資源定位器負責管理資源索引、搜尋用戶請求的學習資源並在資源庫中自動查找；資源庫是學習元及其他資源的核心存儲區域，一般包括素材庫、用戶信息庫、學習元庫以及學習過程信息庫；學習元運行時是學習元正常運行的核心，負責學習元與外界系統的信息交換，由一系列API函式組成，包括負責學習元生長的函式接口、學習元分裂的函式接口以及學習元跟蹤的函式接口，通過學習元運行時，學習元可以快速實現學習內容的進化、基於語義的資源聚合以及學習元的分裂生長；主動適配器通過接受信息傳送控制器傳來的設備信息，對設備的類型、螢幕的解析度等決定內容顯示效果的數據綜合分析，動態傳遞與顯示設備相適應的學習內容；學習服務接口為用戶提供一系列“學習元”的學習服務，包括學習工具、學習圈子、學習內容、學習活動、學習評估、學習記錄、語義關聯等，學習者可以根據自身需要通過無處不在的泛在網路快速調用這些學習服務接口，隨時獲取學習支持服務。
（二）學習元運行的一般過程。學習者在任何時間、任何地點首先通過某種顯示終端傳送請求信息，藉助無處不在的泛在網路將用戶的請求信息傳播出去。學習元支撐環境中的信息傳送控制器通過感知數位訊號獲取請求信息，並對信息報文進行分析來決定下一步的信息傳輸路徑。對於用戶進行的資源搜尋請求信息傳送控制器將直接傳遞給資源定位器；用戶對學習元的操作指令信息傳遞給學習元運行時；關於設備的特性信息將直接傳送至主動適配器。資源定位器收到用戶請求的資源信息立即查找資源索引表，快速在資源庫中查找合適的學習資源。系統一旦發現學習者所需要的學習元後，自動將學習元提取到學習元運行時（具有語義關聯的學習元也可以根據學習者的個性化需求有選擇性的推送），播放學習元並允許用戶對學習元進行各種操作（添加內容、分裂、跟蹤等），操作完成根據用戶指令決定是否更新學習元並存入資源庫。學習運行時將學習元傳輸給主動適配器，後者根據信息傳送控制器傳來的設備參數信息（設備類型、螢幕大小、螢幕解析度）進行顯示適配，最終在顯示終端適應性地呈現學習內容。當學習者需要獲取學習服務支持的時候，可以直接通過學習元支撐環境提供的服務接口直接調用學習服務，如當需要使用計算器計算數值時，調用學習工具集合中的圖形計算器；當需要和他人交流時，調用交流服務，直接進入學習圈子進行線上討論；當需要自我評價時，直接調用學習評估服務，進行線上測試等。
2 ．學習元的存儲結構
要實現學習元這種新型的結構化學習資源能夠在異構系統中共享，需要設計規範化的存儲結構、檔案格式、元素定義。我們設計的學習元的標準包交換檔案由一系列描述檔案和資源實體檔案通過特定的目錄組織結構組織而成，如圖所示：
圖5 學習元的包交換檔案結構
如圖7所示，學習元的打包檔案解壓後由一系列的資料夾和檔案組成，檔案又可以分為描述檔案和資源實體檔案兩類，資源實體檔案可以是文本檔案、HTML檔案、圖片、音頻、視頻等，它們分布在根目錄及其子目錄下；描述檔案包括元數據描述檔案、知識結構描述檔案、用戶信息描述檔案和資源描述檔案幾類，用標準化的xml文檔描述學習元的相關信息。下面主要對幾種類型的描述檔案進行闡述。
（一）元數據描述檔案。元數據描述檔案（metadata. xml）在學習元交換包的根目錄下，是開放給所有的外部應用程式訪問的最基本的檔案。元數據檔案用於描述學習元的基本信息，如標識、主題、說明、關鍵字等常見的元數據信息。此外，還包括如下和學習元服務相關的重要信息，其基本結構如圖所示：
圖6 元數據描述檔案中的子元素
元數據描述檔案中的幾項服務綁定信息是實現學習元開放性和跟蹤特性的關鍵。分布的學習元支撐系統通過讀取元數據描述檔案中相關服務地址，來實現學習元的跨域共享、生長、分裂等特性（參見上節中對學習元跨域共享過程的描述）。
（二）資源描述檔案。學習元在邏輯結構中包含學習內容、學習活動、練習、評價和學習工具幾大類型的學習資源，而在學習元交換包中的資源描述檔案則是負責對這些不同類型的學習資源進行具體的描述。其物理存儲結構如圖7所示：
圖7 學習元各要素的物理存儲結構
內容、活動、練習、評價這幾類學習資源的描述檔案都包含與知識描述檔案中的學習元的關聯信息，使得用戶能夠從知識檢索迅速跳轉到具體學習元對應的各類學習資源實例。除了學習元的創建者預設的內容外，學習者在與各類學習資源互動的過程中產生的生成性信息和協同編輯產生的歷史記錄也存儲在對應的資料夾中，使得學習元在導入導出、跨平台共享時能夠共享這些方面的內容。
學習工具用於對學習活動的實施提供工具上的支持，例如開展關於一個主題的討論、發放一份調查問卷、進行一項線上測驗等。我們為不同類型的學習工具設計了通用的信息描述模型，包括配置信息、預置信息（活動設計者在學習者參與活動前提供的預設性內容，如情境信息、活動引導信息等）、啟動信息（啟動活動時由LMS向學習工具傳送的參數信息）、反饋信息（活動結束後由學習工具向LMS傳送的活動結果信息）四個部分。
在學習元的體系結構中，學習工具與學習活動是相互分離的。這樣，資源的設計者只需考慮在學習活動中需要用到什麼類型工具（如論壇），而不用關心工具的具體實現，活動和工具的綁定可以推遲到運行時才進行。學習元在不同系統間共享時不必由教師和專家手動的在BBS、測驗、調查等模組手動的添加相關的內容，而是能夠由系統讀取學習元的描述檔案自動生成相關的內容。並且讓LMS具備整合外部應用程式的特性，使LMS只需專注於和學習關係最密切的功能和服務，而一些周邊的服務和套用可以通過類似於“外掛程式”的形式，由系統外部的專業服務提供者提供（典型的套用如線上調查、線上測驗等），並定義通訊接口使得LMS能獲得它需要的、用戶在使用外部套用時的互動信息或反饋。
（三）知識描述檔案。學習元與Wiki、百度等鬆散型的協同知識創作工具的一大核心區別就是，學習元內部包含用結構化的知識語義描述信息，這些信息將學習元包含的多種多樣、更新頻繁的學習資源的內在學習元和邏輯關聯抽象出來，構成一個相對穩定的核心部分，在學習元的進化生長過程中起到類似於細胞的“基因”作用，使學習元的生長不是漫無目的、隨意性的過程，而是與其內在知識結構密切相關的生長，保障學習元進化的方向性和聚合性。
我們採用當前主流的本體描述語言OWL來描述學習元內部的知識結構。但是只使用OWL內置的類屬關係、等價關係來描述學科知識顯然過於簡單；W3C的簡單知識組織系統（W3C, 2008）對概念性知識的屬性和關係進行了一些設計，如概念之間的broader/narrower關係、多個概念共屬於一個概念集的關係，等等。在e-Learning領域，也有研究者利用SKOS來構建學科知識的內容體系模型（Jovanović, Gašević, Knight & Richards, 2007）。然而，這些體系模型仍不足以對學科知識進行精細化的描述，並且學科知識也絕不僅是概念性知識這一種知識類型。因此，我們參考認知心理學對知識的分類（陳述性知識和程式性知識），根據教學上對不同類型知識的特點，設計了一個通用的學科知識表示模型，並可根據不同學科的具體需要進行擴展。
在當代認知心理學領域，根據知識的內在結構和認知特性將知識分為陳述性知識和程式性知識兩類。所謂陳述性知識，又稱描述性知識，是說明事物“是什麼”、“為什麼”、“怎么樣”的知識，是個人可以有意識地回憶出來的關於事物及其關係的知識。例如歷史事實、數學原理、觀點信念都屬於陳述性知識。程式性知識又稱過程性知識，是個人沒有有意識提取線索，只能藉助某種作業形式間接推論其存在的知識，是關於“怎么做”的知識。根據教學中的實際需要，我們將陳述性知識進一步分為概念、事實、原理三類，加上程式性知識，共有4種基本知識類型，並為這些知識類型設計了相應的屬性和關係。多種不同類型的基本知識可以共同構成複合性知識，來表達相對複雜的知識內容。用戶以這幾種基本知識類型為基礎，藉助前文所屬的本體編輯環境，派生出更精細化的、針對學科特點的新的知識類型和學習元，這些類型和學習元都會存儲在知識描述檔案中。
此外，我們還為學習元的學習元設計了如下幾種基本關係，以表征知識之間的內在關聯：
上位-下位關係，用於表示概念類知識間的關係，上位概念比下位概念具有更廣泛的外延，例如“花”是“菊花”的上位概念。這對關係具有傳遞性，即如果有AB，BC，則有AC。
部分-整體關係，可以用於所有的知識類型，用於表達一個知識是另一個知識的一部分，例如一個複合型知識所包含的簡單類型知識。這對關係同樣具有傳遞性。
前序-後繼關係，可以用於所有的知識類型，用於表達一個知識是另一個知識的背景知識，即具有邏輯上的前序-後繼關係。這對關係具有傳遞性。
等價關係，可用於所有的知識類型，用於表達一個知識和另一個知識所表述的內容是相同的（具體引用的學習資源可能不同）。等價關係具有傳遞性和對稱性。
相關關係，可用於所有的知識類型，用於表示一個知識和另一個知識具有某稱程度上的聯繫，但既不是完全等價，也不具備邏輯上的前後順序，一般作為學習的參考性連結。
以上的知識類型、屬性和關係共同構成了學習元知識本體模型的最頂層結構，代表了對學科知識最粗粒度的描述。在實際的學科中，用戶可以根據學科的實際特點對知識模型進行擴展，如歷史學科可以在事實類知識下派生“歷史事件”類知識，屬性包括發生的時間、地點、人物、起因、過程、結果、意義等；化學學科可以在概念性知識下派生“原子”類的概念，並擴展出多種屬性如化學符號、質子數、中子數、電子模型、物理性質、化學性質等。這些擴展的屬性和關係都可以作為進一步的知識語義推理的基礎。
（四）用戶描述檔案。學習元與其他學習資源的重要區別之一就是它包含了資源貢獻者和使用者的信息，並且這些信息能夠在不同平台間分享而達到跨平台構建社會關係網路和網路的目的。學習元的用戶描述檔案是一個RDF文檔，在該檔案中我們採用套用最為廣泛的RDF辭彙集之一FOAF（W3C, 2000）來描述學習元用戶的基本信息，如用戶的姓名、暱稱、郵件、主頁、email等，以及用戶和用戶的關聯信息（通過foaf:knows, foaf:Group等屬性和類實現）。由於學習元支持多系統的實時共享，所以某個學習元的用戶可能來自多個遠程系統，因此還需要相應的類和屬性來標識用戶所處的學習系統。因此，我們還定義了特定的屬性，描述用戶所在的系統的信息（包括名稱、標識符、用戶通訊服務接口、用戶詳情查詢接口等等），這些信息是在不同遠程學習系統中的用戶進行通訊和構建社會網路的基礎。
此外，FOAF只定義了一些通用的用戶信息和關係信息，不足以表達學習者和學習相關的特徵。因此學習者的信息還應當包括偏好信息、學業信息、績效信息等部分。偏好信息包括學習者的興趣範圍、學習時間、使用設備、認知風格等，這些信息大部分都是系統追蹤和統計分析學習者的學習過程數據而的來。學業信息包括在教育過程中與學習者的學習密切相關的一些信息，如學校、專業、研究方向、主修課程、學習經歷、工作經歷等。績效信息則包括學習者參與使用、建設學習元內容的信息，綜合反映學習者的學習歷程和知識/技能掌握情況。這些信息並不全部存儲在用戶描述檔案中，涉及隱私的信息需要通過驗證後調用學習者所在的學習系統的查詢接口獲得，以充分保障個人信息的安全性。
（五）資源實體檔案。資源實體檔案是包交換檔案中承載資源具體內容的檔案，如Html網頁檔案、jpeg/gif/png等類型的圖片檔案、wmv/mpeg/avi等類型的視頻檔案、mp3/wma等類型的音頻檔案，等等。實體檔案都需要在資源描述檔案中被引用，否則在學習元被導入的時候將被視為無效檔案過濾。
