基于教學(xué)知識點(diǎn)的模型框架與結構分析
【論文關(guān)鍵詞】知識點(diǎn)；系統化方法；模型；知識點(diǎn)結構
【論文摘要】采用系統化和面向對象的工程化分析方法，針對教學(xué)過(guò)程，提出教學(xué)知識點(diǎn)的模型框架、知識點(diǎn)的層次結構與圖結構表示，以及知識點(diǎn)的獨立性問(wèn)題。這對于教師對知識點(diǎn)的理解與把握，更好地組織與設計教學(xué)內容，有著(zhù)較為重要的意義。
一、知識點(diǎn)的定義
知識點(diǎn)這個(gè)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)、認知心理學(xué)和思維科學(xué)為理論基礎，構建智能教學(xué)模式，建立知識庫，涉及到知識點(diǎn)的劃分問(wèn)題。他們或者是按書(shū)本的章節將知識從大到小進(jìn)行劃分，構建網(wǎng)狀超文本知識庫，或者是完全按照知識之間邏輯關(guān)系將網(wǎng)狀知識庫分層的方法構建知識庫。由此，知識點(diǎn)被定義為“描述教學(xué)領(lǐng)域知識的完整的教學(xué)單元稱(chēng)為知識點(diǎn)”。知識點(diǎn)可以看作是闡述某一方面、某一教學(xué)單位，同時(shí)包含相關(guān)練習及相應多媒體演示課件、相關(guān)知識鏈的一個(gè)完整的教學(xué)單元。如一門(mén)課程中的某一章、某一節，甚至某一節中的字、詞、概念、定理、定律、公式、規律、觀(guān)點(diǎn)等都可作為一個(gè)知識點(diǎn)。
知識點(diǎn)包括單位知識點(diǎn)和復合知識點(diǎn):在結構上具有不能再分割的框架結構的知識點(diǎn)稱(chēng)為單位知識點(diǎn)，而由相關(guān)的一組知識點(diǎn)組成的知識點(diǎn)稱(chēng)為復合知識點(diǎn)。在不同的知識層面上，單位知識點(diǎn)和復合知識點(diǎn)可以相互轉化。
教學(xué)是傳授知識的過(guò)程，學(xué)生一般是以知識點(diǎn)為單位來(lái)學(xué)習新知識，這是由知識點(diǎn)的構成特點(diǎn)和人的認知特點(diǎn)共同決定的。這也決定了教師在教學(xué)活動(dòng)中按逐個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程。因此，將知識劃分為各個(gè)獨立的知識單元，特別是將復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(diǎn)，是十分必要的。它是教師教和學(xué)生學(xué)的出發(fā)點(diǎn)。心理學(xué)家苛勒認為，學(xué)習心理學(xué)的一項重要任務(wù)是發(fā)現認知的自然單位，但是他始終沒(méi)有說(shuō)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(diǎn)。
實(shí)際上，教學(xué)內容的知識點(diǎn)是構成整個(gè)知識概念的基本理解和記憶單元，或者說(shuō)，它是知識的基本構件或模塊。當教師將教學(xué)內容涉及的知識與概念分配到每個(gè)知識點(diǎn)時(shí)，實(shí)際上是分解了整個(gè)的教學(xué)內容，這種劃分的思想有助于在宏觀(guān)或微觀(guān)上把握概念和教學(xué)重點(diǎn)。當學(xué)習者將知識單元關(guān)聯(lián)起來(lái)時(shí)，就能形成概念的整體結構，并且有益于理解和復習。
長(cháng)期以來(lái)，人們一直在設計課堂的教學(xué)模式，但忽視了教學(xué)內容的基本單元—知識點(diǎn)的設計，導致難以設計出符合學(xué)習規律的整堂課的教學(xué)模式。然而，當我們將目光轉向針對知識點(diǎn)設計時(shí)，就可以發(fā)現符合學(xué)習規律的教學(xué)模式:即當一堂課的教學(xué)內容包含著(zhù)若干個(gè)不同類(lèi)型的知識點(diǎn)時(shí)，教師就可以針對不同類(lèi)型的知識點(diǎn)使用不同類(lèi)型的知識點(diǎn)教學(xué)模式，逐個(gè)知識點(diǎn)地教學(xué)。
本文運用系統工程的建模方法，以教育理論為依據，探討知識點(diǎn)模型框架、知識點(diǎn)的層次結構與圖結構、以及知識點(diǎn)的獨立性等問(wèn)題。為各學(xué)科知識提供規范的、可操作的知識點(diǎn)表示與組織結構。
二、教學(xué)知識點(diǎn)的模型框架
教學(xué)是以某種系統的方式設計的，現代主流的系統分析與設計技術(shù)，主張采用模型驅動(dòng)方法。模型是現實(shí)系統的一個(gè)抽象，也是對現實(shí)世界的簡(jiǎn)化。所謂建模就是“把問(wèn)題從問(wèn)題領(lǐng)域轉移到解決領(lǐng)域”的過(guò)程。
不同的模型模擬本體不同的屬性，它可能是研究和描寫(xiě)本體內部結構的.即結構模式;可能是描寫(xiě)功能表現的，即功能模式;可能是描述行為的，即行為模式;可能是模擬本體穩定的常規屬性的，即靜態(tài)模式;可能是模擬本體的動(dòng)態(tài)發(fā)展的，即動(dòng)態(tài)模式�；谏鲜鲈瓌t，模型化是一個(gè)復雜的過(guò)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，模型化的結果是構擬出研究對象的結構化框架，這種認知方法體現了面向對象(Object Orentied)的基本思想。
在教學(xué)過(guò)程中，有許多不同的理論模型都是對教學(xué)活動(dòng)模式而設計的，但在這個(gè)領(lǐng)域很少討論知識點(diǎn)模型及規范。例如，知識點(diǎn)如何表示?它的基本框架是什么?應包括哪些主要元素?知識點(diǎn)之間的關(guān)系是什么?我們確實(shí)很少去注意和討論這些問(wèn)題。
按照我們對教學(xué)的理解，采用面向對象的分析建模方法，知識點(diǎn)可表示成一個(gè)封裝的對象模型框架，它由屬性和操作(行為)所構成，屬性反應了知識點(diǎn)的靜態(tài)特征，操作反應了知識點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特征。
知識點(diǎn)的模型符合面向對象的特征，通過(guò)對對象的操作，日J一以完成對對象屬性的訪(fǎng)問(wèn)及修改。以知識點(diǎn)為基本單元構件，可以構建知識點(diǎn)構件庫，每次在設計教學(xué)過(guò)程時(shí)，以及重用或新增知識點(diǎn)時(shí)，都應該按照此種方式(或某種方式)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)知識點(diǎn)庫，形成自己的教學(xué)方案。
三、知識點(diǎn)的層次結構及表示
知識的形式雖然多種多樣，內涵及屬性也千差萬(wàn)別，但教學(xué)中的知識點(diǎn)仍然具有共性。借助面向對象程序設計思想中的基類(lèi)、子類(lèi)的概念和繼承的思想，可將課程內容知識體系理解為現行教材的知識組織結構，即層次結構(或樹(shù)結構)，該模型反映了知識點(diǎn)的共性。在這個(gè)層次結構中(如圖3所示)，每一個(gè)子層次是其巨一個(gè)層次的內容的拓展，當教學(xué)內容沿著(zhù)層次從上向下開(kāi)展設計時(shí)，關(guān)注的區域越變越窄，分解的基本單元也越來(lái)越細。
圖3所示的視圖在教學(xué)語(yǔ)境內清楚地描繪了層次結構的定義，可采用自上而下的方法來(lái)導出。對于課程內容，一般由章、節、小節和知識點(diǎn)等基本單元組成，它們組成了課程內容的體系結構，從而使教師和學(xué)生能從整體上理解與把握整個(gè)課程，并最終形成教學(xué)設計方案。
為了能更清楚地描述知識點(diǎn)的樹(shù)結構，我們給出稍微形式化的定義:
(1)知識點(diǎn)可分為幾個(gè)級別(層次)，組成樹(shù)狀結構。處于教學(xué)內容的樹(shù)結構中第k級的知識點(diǎn)定義為第k級知識點(diǎn);包含該第k級知識點(diǎn)的第k-1級的知識點(diǎn)，定義為該第k級知識點(diǎn)的父知識點(diǎn)，第k級知識點(diǎn)所包含的全部第k+1級知識點(diǎn)，定義為該第k級知識點(diǎn)的子知識點(diǎn);處于同一級的知識點(diǎn)定義為兄弟知識點(diǎn);處于樹(shù)結構最高級別的知識點(diǎn)是根結點(diǎn);處于最低級別的知識點(diǎn)是葉結點(diǎn)。
(2)具有不能再分割的框架結構的知識點(diǎn)稱(chēng)為單位知識點(diǎn)(一般是葉結點(diǎn))，而由相關(guān)的一組知識點(diǎn)組成的知識點(diǎn)稱(chēng)為復合知識點(diǎn)(葉結點(diǎn)以上的結點(diǎn))。
知識點(diǎn)的劃分應該是領(lǐng)域知識的教師或教學(xué)研究人員分析的結果，不一定完全與教材的組織方式一致，我們應強調的是將具有緊密邏輯關(guān)系的知識點(diǎn)放人某一級別知識的下級知識點(diǎn)集中。
四、知識點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )結構及表示
知識點(diǎn)之間的關(guān)系從整個(gè)課程結構分析，可以看為樹(shù)形結構。但由于知識點(diǎn)之間又相互關(guān)聯(lián)，又形成網(wǎng)狀結構。若干相關(guān)的知識點(diǎn)其內在聯(lián)系構成的網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)為知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)表示知識點(diǎn)，節點(diǎn)間的關(guān)系表示知識點(diǎn)間的聯(lián)系。
知識點(diǎn)是課程內容的基本單元，從學(xué)習認知的角度來(lái)看，學(xué)習的過(guò)程是順序的、轉移的和關(guān)聯(lián)的，所以知識點(diǎn)之間也應呈現類(lèi)似的結構。除起始結點(diǎn)和終止結點(diǎn)外，每個(gè)知識點(diǎn)都有它的前驅知識點(diǎn)和后繼知識點(diǎn)，以及可能存在的關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)。
前驅關(guān)系可定義為:若學(xué)習知識點(diǎn)A，必須先掌握知識點(diǎn)B，則B稱(chēng)為A的前驅?zhuān)珹稱(chēng)為B的后繼。前驅與后繼關(guān)系定義了結點(diǎn)之間的線(xiàn)性結構。
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(gè)知識節點(diǎn)包含了另一個(gè)(或一些)知識點(diǎn);擴展關(guān)系是指擴充了原知識點(diǎn)。
知識點(diǎn)關(guān)系不僅表示了知識點(diǎn)之間存在的各種關(guān)聯(lián)，還可以用來(lái)表示彼此關(guān)聯(lián)的緊密程序。這時(shí)知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)帶權的有向圖，其權可在連接結點(diǎn)之間的邊上標明。
當用圖(diagram)的形式表示知識點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )結構時(shí)，圖中的每個(gè)圓點(diǎn)表示一個(gè)知識點(diǎn)，有向連線(xiàn)表示知識點(diǎn)之間的關(guān)系。為說(shuō)明起見(jiàn)，假設某個(gè)教學(xué)內容的知識點(diǎn)呈圖4所示的網(wǎng)絡(luò )結構，圖中用數字標識的節點(diǎn)為教學(xué)知識點(diǎn)，用字母標識的節點(diǎn)表示為關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)。例如結點(diǎn)a是知識點(diǎn)3的包含知識點(diǎn)，結點(diǎn)b是知識點(diǎn)4的擴展知識點(diǎn)，它們的邊的指向不同。
知識點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )結構還可以清楚地表示教學(xué)過(guò)程中的知識點(diǎn)學(xué)習路徑，例如在結點(diǎn)2及結點(diǎn)3，就有路徑選擇的問(wèn)題。不同的學(xué)習路徑表示教學(xué)方案的不同以及對相關(guān)知識點(diǎn)認知的不同，并以此用來(lái)指導學(xué)習進(jìn)程。
五、單位知識點(diǎn)的獨立性
當應用模塊化分解原理劃分知識點(diǎn)時(shí)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題:為了得到最好的一組知識點(diǎn)設計，應如何將教學(xué)內容及概念分解到知識點(diǎn)?進(jìn)一步的問(wèn)題是，每個(gè)知識點(diǎn)中的概念關(guān)聯(lián)的緊密程度如何?知識點(diǎn)之間的內容關(guān)聯(lián)應是緊密還是松散為好?這里面有什么原則和方法來(lái)指導呢?有見(jiàn)于此，我們把以上的問(wèn)題可以定義為單位知識點(diǎn)的獨立性度量問(wèn)題。
按照工程化方法，單位知識點(diǎn)的獨立性通過(guò)兩項指標來(lái)度量:即內聚和禍合。內聚是知識點(diǎn)中的內容相對某個(gè)概念聯(lián)系緊密程度的度量;禍合是知識點(diǎn)間相對依賴(lài)(關(guān)聯(lián))的緊密程度的度量。知識點(diǎn)獨立性的概念是內容分解、模塊化、局部化概念的直接推廣。就其單位知識點(diǎn)的獨立性而言，我們一般提倡“高內聚，低藕合”�；蛘呖蓪⑦@個(gè)觀(guān)點(diǎn)解釋成在概念分解成知識點(diǎn)時(shí)，內聚是指這個(gè)單位知識點(diǎn)的內容都是為說(shuō)明一個(gè)或幾個(gè)概念而組織在一起的，而低藕合是指當一個(gè)單位知識點(diǎn)間的相互影響或關(guān)聯(lián)較弱，當對某個(gè)單位知識點(diǎn)的內容進(jìn)行重新組織或定義時(shí)，對其他知識點(diǎn)內容的影響較低。
在具體分解或定義單位知識點(diǎn)時(shí)，這里提出一些可參考的度量指標，用以反映內聚或藕合的程度。
1.藕合的度量
.非直接藕合如果一個(gè)單位知識點(diǎn)能夠獨立地解釋某個(gè)概念，而不需要其他知識點(diǎn)的引人，即知識點(diǎn)彼此是相互獨立的，則稱(chēng)為非直接禍合。在這種藕合中，單位知識點(diǎn)中的內容都是為解釋或闡述某一個(gè)概念而設計的，其藕合程度最低。
.內容藕合如果一個(gè)單位知識點(diǎn)不能獨立地解釋某個(gè)概念，而需要其他知識點(diǎn)內容的引人與說(shuō)明，即知識點(diǎn)彼此是強關(guān)聯(lián)的，則稱(chēng)為內容禍合。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(gè)單位知識點(diǎn)所涉及的概念不僅需要本課程知識領(lǐng)域其他知識點(diǎn)內容的引人與說(shuō)明，而且需要其他課程或學(xué)科知識加以補充或說(shuō)明，則稱(chēng)為外部藕合。這種耦合說(shuō)明本知識點(diǎn)設計內容過(guò)于復雜或寬泛，并不利于概念掌握。這種藕合程度最高。
2.內聚
.偶然內聚一個(gè)單位知識點(diǎn)的內容涉及到多個(gè)概念，且概念之間是松散的，彼此關(guān)聯(lián)性不強或者是無(wú)關(guān)的，這樣的單位知識點(diǎn)設計顯然是不合適的，它的內聚性最低。
.邏輯內聚一個(gè)單位知識點(diǎn)的內容涉及到多個(gè)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(shí)間上)，這樣的知識點(diǎn)由于包括的概念有多個(gè)，實(shí)際反映了知識點(diǎn)分解得不充分，可以將其分成更小的知識點(diǎn)單元，這樣更有助于知識點(diǎn)的把握。邏輯內聚屬于中度內聚性。
內容內聚一個(gè)單位知識點(diǎn)中的內容都是為了說(shuō)明某個(gè)單一概念而組織的，冗余的信息都排除之外，且知識點(diǎn)的內容與規模適中，這是比較理想的知識點(diǎn)劃分，它的內聚程序最好。
事實(shí)上，以上提到的三種禍合與內聚級別，在一定程序上反映了單位知識點(diǎn)的獨立性如何。為我們能夠更好地分解與定義知識點(diǎn)提供了某種度量或參照標準。
六、結語(yǔ)
本文采用工程化的方法和面向對象的分析方法，從教學(xué)知識的角度提出了知識點(diǎn)模型與結構�；蛟S這些模型并不完善或不成熟。但是無(wú)論怎樣，因教學(xué)活動(dòng)復雜性，沒(méi)有知識點(diǎn)設計的教學(xué)過(guò)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，以支持后續的進(jìn)一步研究。
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