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基于教學(xué)知識點的模型框架與結(jié)構(gòu)分析
【論文關(guān)鍵詞】知識點；系統(tǒng)化方法；模型；知識點結(jié)構(gòu)
【論文摘要】采用系統(tǒng)化和面向?qū)ο蟮墓こ袒治龇椒�，針對教學(xué)過程，提出教學(xué)知識點的模型框架、知識點的層次結(jié)構(gòu)與圖結(jié)構(gòu)表示，以及知識點的獨立性問題。這對于教師對知識點的理解與把握，更好地組織與設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，有著較為重要的意義。
一、知識點的定義
知識點這個概念引起理論界的重視是在70年代以后，以人工智能科學(xué)、認(rèn)知學(xué)和思維科學(xué)為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建智能教學(xué)模式，建立知識庫，涉及到知識點的劃分問題。他們或者是按書本的章節(jié)將知識從大到小進行劃分，構(gòu)建網(wǎng)狀超文本知識庫，或者是完全按照知識之間關(guān)系將網(wǎng)狀知識庫分層的方法構(gòu)建知識庫。由此，知識點被定義為“描述教學(xué)領(lǐng)域知識的完整的教學(xué)單元稱為知識點”。知識點可以看作是闡述某一方面、某一教學(xué)單位，同時包含相關(guān)練習(xí)及相應(yīng)多媒體演示課件、相關(guān)知識鏈的一個完整的教學(xué)單元。如一門課程中的某一章、某一節(jié)，甚至某一節(jié)中的字、詞、概念、定理、定律、公式、規(guī)律、觀點等都可作為一個知識點。
知識點包括單位知識點和復(fù)合知識點:在結(jié)構(gòu)上具有不能再分割的框架結(jié)構(gòu)的知識點稱為單位知識點，而由相關(guān)的一組知識點組成的知識點稱為復(fù)合知識點。在不同的知識層面上，單位知識點和復(fù)合知識點可以相互轉(zhuǎn)化。
教學(xué)是傳授知識的過程，學(xué)生一般是以知識點為單位來學(xué)習(xí)新知識，這是由知識點的構(gòu)成特點和人的認(rèn)知特點共同決定的。這也決定了教師在教學(xué)活動中按逐個知識點進行教學(xué)的過程。因此，將知識劃分為各個獨立的知識單元，特別是將復(fù)雜的知識劃分為最小的最基本的知識單元，找到某一知識項目的起始知識點，是十分必要的。它是教師教和學(xué)生學(xué)的出發(fā)點。心家苛勒認(rèn)為，學(xué)習(xí)心理學(xué)的一項重要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)認(rèn)知的自然單位，但是他始終沒有說明這種自然單位是什么。按筆者理解，這種自然單位即是知識單元或知識點。
實際上，教學(xué)內(nèi)容的知識點是構(gòu)成整個知識概念的基本理解和記憶單元，或者說，它是知識的基本構(gòu)件或模塊。當(dāng)教師將教學(xué)內(nèi)容涉及的知識與概念分配到每個知識點時，實際上是分解了整個的教學(xué)內(nèi)容，這種劃分的思想有助于在宏觀或微觀上把握概念和教學(xué)重點。當(dāng)學(xué)習(xí)者將知識單元關(guān)聯(lián)起來時，就能形成概念的整體結(jié)構(gòu)，并且有益于理解和復(fù)習(xí)。
長期以來，人們一直在設(shè)計課堂的教學(xué)模式，但忽視了教學(xué)內(nèi)容的基本單元—知識點的設(shè)計，導(dǎo)致難以設(shè)計出符合學(xué)習(xí)規(guī)律的整堂課的教學(xué)模式。然而，當(dāng)我們將目光轉(zhuǎn)向針對知識點設(shè)計時，就可以發(fā)現(xiàn)符合學(xué)習(xí)規(guī)律的教學(xué)模式:即當(dāng)一堂課的教學(xué)內(nèi)容包含著若干個不同類型的知識點時，教師就可以針對不同類型的知識點使用不同類型的知識點教學(xué)模式，逐個知識點地教學(xué)。
本文運用系統(tǒng)工程的建模方法，以理論為依據(jù)，探討知識點模型框架、知識點的層次結(jié)構(gòu)與圖結(jié)構(gòu)、以及知識點的獨立性等問題。為各學(xué)科知識提供規(guī)范的、可操作的知識點表示與組織結(jié)構(gòu)。
二、教學(xué)知識點的模型框架
教學(xué)是以某種系統(tǒng)的方式設(shè)計的，現(xiàn)代主流的系統(tǒng)分析與設(shè)計技術(shù)，主張采用模型驅(qū)動方法。模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的一個抽象，也是對現(xiàn)實世界的簡化。所謂建模就是“把問題從問題領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到解決領(lǐng)域”的過程。
不同的模型模擬本體不同的屬性，它可能是研究和描寫本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.即結(jié)構(gòu)模式;可能是描寫功能表現(xiàn)的，即功能模式;可能是描述行為的，即行為模式;可能是模擬本體穩(wěn)定的常規(guī)屬性的，即靜態(tài)模式;可能是模擬本體的動態(tài)發(fā)展的，即動態(tài)模式�；谏鲜鲈瓌t，模型化是一個復(fù)雜的過程，其本質(zhì)是抽象概括，舍棄具體的非本質(zhì)的特征，保留本質(zhì)的共性的特征，模型化的結(jié)果是構(gòu)擬出研究對象的結(jié)構(gòu)化框架，這種認(rèn)知方法體現(xiàn)了面向?qū)ο?Object Orentied)的基本思想。
在教學(xué)過程中，有許多不同的理論模型都是對教學(xué)活動模式而設(shè)計的，但在這個領(lǐng)域很少討論知識點模型及規(guī)范。例如，知識點如何表示?它的基本框架是什么?應(yīng)包括哪些主要元素?知識點之間的關(guān)系是什么?我們確實很少去注意和討論這些問題。
按照我們對教學(xué)的理解，采用面向?qū)ο蟮姆治鼋７椒�，知識點可表示成一個封裝的對象模型框架，它由屬性和操作(行為)所構(gòu)成，屬性反應(yīng)了知識點的靜態(tài)特征，操作反應(yīng)了知識點的動態(tài)特征。知識點模型框架如圖1所示。
按照這個結(jié)構(gòu)，可把知識模型的結(jié)構(gòu)與詳細描述表示成圖2。
知識點的模型符合面向?qū)ο蟮奶卣鳎ㄟ^對對象的操作，日J(rèn)一以完成對對象屬性的訪問及修改。以知識點為基本單元構(gòu)件，可以構(gòu)建知識點構(gòu)件庫，每次在設(shè)計教學(xué)過程時，以及重用或新增知識點時，都應(yīng)該按照此種方式(或某種方式)來訪問知識點庫，形成自己的教學(xué)方案。
三、知識點的層次結(jié)構(gòu)及表示
知識的形式雖然多種多樣，內(nèi)涵及屬性也千差萬別，但教學(xué)中的知識點仍然具有共性。借助面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想中的基類、子類的概念和繼承的思想，可將課程內(nèi)容知識體系理解為現(xiàn)行教材的知識組織結(jié)構(gòu)，即層次結(jié)構(gòu)(或樹結(jié)構(gòu))，該模型反映了知識點的共性。在這個層次結(jié)構(gòu)中(如圖3所示)，每一個子層次是其巨一個層次的內(nèi)容的拓展，當(dāng)教學(xué)內(nèi)容沿著層次從上向下開展設(shè)計時，關(guān)注的區(qū)域越變越窄，分解的基本單元也越來越細。
圖3所示的視圖在教學(xué)語境內(nèi)清楚地描繪了層次結(jié)構(gòu)的定義，可采用自上而下的方法來導(dǎo)出。對于課程內(nèi)容，一般由章、節(jié)、小節(jié)和知識點等基本單元組成，它們組成了課程內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)，從而使教師和學(xué)生能從整體上理解與把握整個課程，并最終形成教學(xué)設(shè)計方案。
為了能更清楚地描述知識點的樹結(jié)構(gòu)，我們給出稍微形式化的定義:
(1)知識點可分為幾個級別(層次)，組成樹狀結(jié)構(gòu)。處于教學(xué)內(nèi)容的樹結(jié)構(gòu)中第k級的知識點定義為第k級知識點;包含該第k級知識點的第k-1級的知識點，定義為該第k級知識點的父知識點，第k級知識點所包含的全部第k+1級知識點，定義為該第k級知識點的子知識點;處于同一級的知識點定義為兄弟知識點;處于樹結(jié)構(gòu)最高級別的知識點是根結(jié)點;處于最低級別的知識點是葉結(jié)點。
(2)具有不能再分割的框架結(jié)構(gòu)的知識點稱為單位知識點(一般是葉結(jié)點)，而由相關(guān)的一組知識點組成的知識點稱為復(fù)合知識點(葉結(jié)點以上的結(jié)點)。
知識點的劃分應(yīng)該是領(lǐng)域知識的教師或教學(xué)研究人員分析的結(jié)果，不一定完全與教材的組織方式一致，我們應(yīng)強調(diào)的是將具有緊密關(guān)系的知識點放人某一級別知識的下級知識點集中。
四、知識點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及表示
知識點之間的關(guān)系從整個課程結(jié)構(gòu)分析，可以看為樹形結(jié)構(gòu)。但由于知識點之間又相互關(guān)聯(lián)，又形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。若干相關(guān)的知識點其內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為知識點網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點表示知識點，節(jié)點間的關(guān)系表示知識點間的聯(lián)系。
知識點是課程內(nèi)容的基本單元，從學(xué)習(xí)認(rèn)知的角度來看，學(xué)習(xí)的過程是順序的、轉(zhuǎn)移的和關(guān)聯(lián)的，所以知識點之間也應(yīng)呈現(xiàn)類似的結(jié)構(gòu)。除起始結(jié)點和終止結(jié)點外，每個知識點都有它的前驅(qū)知識點和后繼知識點，以及可能存在的關(guān)聯(lián)知識點。
前驅(qū)關(guān)系可定義為:若學(xué)習(xí)知識點A，必須先掌握知識點B，則B稱為A的前驅(qū)，A稱為B的后繼。前驅(qū)與后繼關(guān)系定義了結(jié)點之間的線性結(jié)構(gòu)。
關(guān)聯(lián)關(guān)系可分為包含關(guān)系(Include)和擴展(Extend)關(guān)系。包含關(guān)系是指一個知識節(jié)點包含了另一個(或一些)知識點;擴展關(guān)系是指擴充了原知識點。
知識點關(guān)系不僅表示了知識點之間存在的各種關(guān)聯(lián)，還可以用來表示彼此關(guān)聯(lián)的緊密程序。這時知識點網(wǎng)絡(luò)是一個帶權(quán)的有向圖，其權(quán)可在連接結(jié)點之間的邊上標(biāo)明。
當(dāng)用圖(diagram)的形式表示知識點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，圖中的每個圓點表示一個知識點，有向連線表示知識點之間的關(guān)系。為說明起見，假設(shè)某個教學(xué)內(nèi)容的知識點呈圖4所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，圖中用數(shù)字標(biāo)識的節(jié)點為教學(xué)知識點，用字母標(biāo)識的節(jié)點表示為關(guān)聯(lián)知識點。例如結(jié)點a是知識點3的包含知識點，結(jié)點b是知識點4的擴展知識點，它們的邊的指向不同。
知識點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還可以清楚地表示教學(xué)過程中的知識點學(xué)習(xí)路徑，例如在結(jié)點2及結(jié)點3，就有路徑選擇的問題。不同的學(xué)習(xí)路徑表示教學(xué)方案的不同以及對相關(guān)知識點認(rèn)知的不同，并以此用來學(xué)習(xí)進程。
五、單位知識點的獨立性
當(dāng)應(yīng)用模塊化分解原理劃分知識點時會產(chǎn)生一個問題:為了得到最好的一組知識點設(shè)計，應(yīng)如何將教學(xué)內(nèi)容及概念分解到知識點?進一步的問題是，每個知識點中的概念關(guān)聯(lián)的緊密程度如何?知識點之間的內(nèi)容關(guān)聯(lián)應(yīng)是緊密還是松散為好?這里面有什么原則和方法來呢?有見于此，我們把以上的問題可以定義為單位知識點的獨立性度量問題。
按照工程化方法，單位知識點的獨立性通過兩項指標(biāo)來度量:即內(nèi)聚和禍合。內(nèi)聚是知識點中的內(nèi)容相對某個概念聯(lián)系緊密程度的度量;禍合是知識點間相對依賴(關(guān)聯(lián))的緊密程度的度量。知識點獨立性的概念是內(nèi)容分解、模塊化、局部化概念的直接推廣。就其單位知識點的獨立性而言，我們一般提倡“高內(nèi)聚，低藕合”�；蛘呖蓪⑦@個觀點解釋成在概念分解成知識點時，內(nèi)聚是指這個單位知識點的內(nèi)容都是為說明一個或幾個概念而組織在一起的，而低藕合是指當(dāng)一個單位知識點間的相互影響或關(guān)聯(lián)較弱，當(dāng)對某個單位知識點的內(nèi)容進行重新組織或定義時，對其他知識點內(nèi)容的影響較低。
在具體分解或定義單位知識點時，這里提出一些可參考的度量指標(biāo)，用以反映內(nèi)聚或藕合的程度。
1.藕合的度量
.非直接藕合如果一個單位知識點能夠獨立地解釋某個概念，而不需要其他知識點的引人，即知識點彼此是相互獨立的，則稱為非直接禍合。在這種藕合中，單位知識點中的內(nèi)容都是為解釋或闡述某一個概念而設(shè)計的，其藕合程度最低。
.內(nèi)容藕合如果一個單位知識點不能獨立地解釋某個概念，而需要其他知識點內(nèi)容的引人與說明，即知識點彼此是強關(guān)聯(lián)的，則稱為內(nèi)容禍合。這種藕合程度比非直接藕合要強，屬于中度藕合。
.外部藕合如果一個單位知識點所涉及的概念不僅需要本課程知識領(lǐng)域其他知識點內(nèi)容的引人與說明，而且需要其他課程或?qū)W科知識加以補充或說明，則稱為外部藕合。這種耦合說明本知識點設(shè)計內(nèi)容過于復(fù)雜或?qū)挿�，并不利于概念掌握。這種藕合程度最高。
2.內(nèi)聚
.偶然內(nèi)聚一個單位知識點的內(nèi)容涉及到多個概念，且概念之間是松散的，彼此關(guān)聯(lián)性不強或者是無關(guān)的，這樣的單位知識點設(shè)計顯然是不合適的，它的內(nèi)聚性最低。
.內(nèi)聚一個單位知識點的內(nèi)容涉及到多個概念，且概念之間存在邏輯上的相關(guān)性，或存在其他維度上相關(guān)性(如順序或時間上)，這樣的知識點由于包括的概念有多個，實際反映了知識點分解得不充分，可以將其分成更小的知識點單元，這樣更有助于知識點的把握。邏輯內(nèi)聚屬于中度內(nèi)聚性。
內(nèi)容內(nèi)聚一個單位知識點中的內(nèi)容都是為了說明某個單一概念而組織的，冗余的信息都排除之外，且知識點的內(nèi)容與規(guī)模適中，這是比較理想的知識點劃分，它的內(nèi)聚程序最好。
事實上，以上提到的三種禍合與內(nèi)聚級別，在一定程序上反映了單位知識點的獨立性如何。為我們能夠更好地分解與定義知識點提供了某種度量或參照標(biāo)準(zhǔn)。
六、結(jié)語
本文采用工程化的方法和面向?qū)ο蟮姆治龇椒�，從教學(xué)知識的角度提出了知識點模型與結(jié)構(gòu)�；蛟S這些模型并不完善或不成熟。但是無論怎樣，因教學(xué)活動復(fù)雜性，沒有知識點設(shè)計的教學(xué)過程是不完善的并難以接受的。文章在這方面僅作了初步探討，以此拋磚引玉，以支持后續(xù)的進一步研究。
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