知識建模技術的一致性研究摘要教學設計是教育技術學的核心理論之一，多數教學設計理論從系統(tǒng)論角度出發(fā)對教學系統(tǒng)進行研究，雖然對教學系統(tǒng)的不同認識導致這些理論對教學設計的設計對象有不同的認識，但它們的注意力多集中在教學策略、教學方法、教學媒體的選擇上。隨著對學生特點及教學系統(tǒng)復雜性的深入分析，人們逐漸認識到，試圖單純通過設計教學策略、教學方法或教學媒體以獲得特定教學效果的做法是難以奏效的，我們必須對教學系統(tǒng)的成分進行結構化分析設計，以便從整體把握整個教學設計過程，教學設計理論的注意力逐漸轉移向活動設計。教學設計總體上包括分析和設計兩個階段，以活動為單位進行教學設計非常關注活動成分及要素等?；顒訌碗s性決定了活動設計的復雜性，這就要求教學設計走技術化的發(fā)展路線，即將分析和設計之間的輸入輸出關系明確化、理性化，盡量減少設計者主觀性的影響。學習內容是教學設計的基本素材，其基本組成單位是知識點，對學習內容進行分析是確定目標、選取方法策略及設計評價活動的前提。早期教學設計理論多關注知識點類型，對其內在聯(lián)系關注較少，即使有所關注也并沒有提出表征學習內容內在關系的系統(tǒng)方法，更沒有反映出知識點間關系對設計活動的影響。在教學設計技術化大趨勢下，以學習活動為中心的教學設計理論提出了一種新的內容分析方法知識建模。知識建模是一項操作技術，是通過閱讀材料提取知識點并用指定的關系表征內容的內在結構的過程，這個過程所產生的知識網絡圖被稱為知識建模圖。知識建模技術需要建模者依照完整的建模規(guī)范并借由自身對學習內容的理解完成知識建模圖的繪制。但是在實踐中研究者發(fā)現(xiàn)，不同建模者對相同材料的建模結果有時并不完全一致。由于知識建模是學習活動任務設計以及問題設計的基礎，并且已經開始運用到教學系統(tǒng)分析之中，知識建模技術的一致性問題越來越成為關注的焦點。本研究重點考察知識建模不一致的根源并嘗試改進建模規(guī)范以減少甚至消除不一致的發(fā)生。通過質性研究及個案分析，本研究發(fā)現(xiàn)知識建模的不一致主要源自以下兩個方面建模者的主觀性影響；建模規(guī)范的內在不足。其中建模者的主觀性影響主要包括對知識語義的理解、對建模規(guī)范的理解以及建模操作經驗不足的影響，這可以通過交流討論來解決，建模規(guī)范的內在不足是本研究的關注點。通過分析整理，本研究針對發(fā)現(xiàn)的不足提出來以下改進要點1“某事物的意義、作用、性質”等應歸為“原理（PF）”類知識點；2物理量及其單位在表征時是“具有屬性”的關系；3“結論包含”和“具有特征”在表達意義等價時，以“具有特征”優(yōu)先；4不能試圖用“概念（CN）”類知識點及既有隸屬關系表達所有語句的語義結構，可用“原理（PF）”類知識點作為橋梁進行語義表征。關鍵詞知識建模技術，教學設計，一致性ARESEARCHONCONSISITENCYOFKNOWLEDGEMODELINGABSTRACTINSTRUCTIONALDESIGNISONEOFTHECORETHEORIESOFEDUCATIONALTECHNOLOGYTHEMAJORITYOFINSTRUCTIONALDESIGNTHEORIESFOCUSEDONTEACHINGSTRATEGIESANDTEACHINGMETHODS,THECHOICEOFTEACHINGMEDIAWITHTHEANALYSISOFSYSTEMCOMPLEXITYANDTHESTUDENTSCHARACTERISTICS,PEOPLEGRADUALLYREALIZETHAT,WEMUSTCARRYOUTSTRUCTURALCOMPONENTTEACHINGSYSTEMORIENTEDANALYSISANDDESIGNINORDERTOGRASPTHEOVERALLDESIGNOFTHEWHOLEPROCESSOFTEACHING,INSTRUCTIONALDESIGNTHEORYTOSHIFTATTENTIONTOTHEACTIVITYDESIGNOVERALLINSTRUCTIONALDESIGNINCLUDINGANALYSISANDDESIGNINTWOSTAGES,ACTIVITYUNITISVERYCONCERNEDABOUTACTIVITIESOFINSTRUCTIONALDESIGNELEMENTSOFCOMPOSITIONANDSOONACTIVITIESCOMPLEXITYDETERMINESTHEINSTRUCTIONALDESIGNCOMPLEXITYSOINSTRUCTIONALDESIGNMUSTBASEDONTECHNOLOGY,WHICHMEANSANALYSISANDDESIGNOFACLEARRELATIONSHIPBETWEENTHEINPUTANDOUTPUT,REASONABLEANDTOMINIMIZETHESUBJECTIVITYOFTHEDESIGNERPROGRAMMEOFSTUDYISTHEBASICMATERIALOFINSTRUCTIONALDESIGN,THECONTENTANALYSISCANDETERMINETOSELECTTHEOBJECTIVES,STRATEGYANDMETHOD,KNOWLEDGEPOINTISTHEBASICUNITOFPROGRAMMEOFSTUDYEARLYTHEORIESPAYMOREATTENTIONTOPOINTSTYPE,LESSATTENTIONTOITSINTERNALRELATIONS,IFANY,ATTENTIONISALSONOSYSTEMOFINTERNALCHARACTERIZATIONINTHERELATIONSHIP,BUTDONOTREFLECTTHERELATIONSHIPBETWEENKNOWLEDGEPOINTSOFTHEDESIGNACTIVITIESDESIGNTECHNOLOGYINTEACHINGUNDERTHEGUIDANCEOFTHEGENERALDIRECTIONTOLEARNINGACTIVITIESCENTEREDINSTRUCTIONALDESIGNTHEORY,ANEWMETHODOFCONTENTANALYSISKNOWLEDGEMODELINGTECHNIQUESKNOWLEDGEMODELINGISTHEEXTRACTIONOFKNOWLEDGETHROUGHTHEREADINGMATERIALPOINT,THERELATIONSHIPWITHTHECHARACTERIZATIONOFTHECONTENTSOFTHESPECIFIEDINTERNALSTRUCTURE,THERESULTINGGRAPHISCALLEDAKNOWLEDGENETWORKKNOWLEDGEMODELINGDIAGRAMKNOWLEDGEMODELINGTECHNOLOGYISATECHNIQUE,MODELERSNEEDTOCOMPLETETHEMODELINGINACCORDANCEWITHSPECIFICATIONSANDTHROUGHLEARNINGBYITSOWNUNDERSTANDINGOFTHECONTENTONTHECOMPLETIONOFMODELINGANDCHARACTERIZATIONOFTHEINTERNALSTRUCTUREOFLEARNINGCONTENTHOWEVER,INPRACTICE,THERESEARCHERSFOUNDTHATDIFFERENTMODELERSMODELINGRESULTSONTHESAMEMATERIALISSOMETIMESNOTENTIRELYCONSISTENTASKNOWLEDGEMODELINGISTHETASKOFDESIGNINGLEARNINGACTIVITIESANDDESIGNBASISISSUES,ANDSTARTBEINGAPPLIEDTOTHETEACHINGSYSTEMSANALYSIS,THECONSISTENCYOFTHEKNOWLEDGEMODELINGTECHNOLOGYHASBECOMETHEFOCUSOFATTENTIONTHISRESEARCHINVESTIGATEDTHESOURCEOFKNOWLEDGEMODELINGINCONSISTENCIESANDTRYTOIMPROVEMODELSPECIFICATIONTHROUGHQUALITATIVERESEARCHANDCASESTUDIES,THISSTUDYFOUNDINCONSISTENCIESINKNOWLEDGEMODELINGISMAINLYDERIVEDFROMTHEFOLLOWINGTWOASPECTSTHEMODELERSSUBJECTIVEEFFECTSDEFICIENCIESOFKNOWLEDGEMODELINGINHERENTSPECIFICATIONTHEEFFECTSOFMODELERSCANBESOLVEDTHROUGHEXCHANGESANDDISCUSSIONSTHROUGHTHEANALYSIS,THISSTUDYFOUNDTHEFOLLOWINGIMPROVEMENTS1“THEMEANINGOFSOMETHING,THEROLEANDTHENATURE“CLASSIFIEDAS“PRINCIPLEPF“2UNITISTHEPHYSICALPROPERTY3“THECONCLUSIONINCLUDES“AND“CHARACTERISTIC“AREEQUIVALENTINTHEEXPRESSION,MODELINGTHE“CHARACTERISTIC“PRIORITY4DONTTRYTOUSE“CONCEPTCN“CLASSAFFILIATIONKNOWLEDGEPOINTSANDTHEEXPRESSIONOFALLSTATEMENTS,USE“PRINCIPLEPF“CLASSASABRIDGEFORSEMANTICKNOWLEDGEREPRESENTATIONPOINTKEYWORDSKNOWLEDGEMODELING,INSTRUCTIONALDESIGN,CONSISTENCY目錄摘要IABSTRACTIII1問題的提出及研究意義111研究背景112研究意義42研究綜述521內容分析方法的相關研究5211常見內容分析方法的相關研究5212知識建模作為一種內容分析方法的研究922一致性的相關研究113研究設計1531研究目標1532研究內容1533研究設計164研究結果及建模一致性檢驗1941指定知識點的建模一致性檢驗19411建模結果統(tǒng)計19412建模結果分析2042未指定知識點的建模一致性檢驗27421建模結果統(tǒng)計27422建模結果分析2743總結3044檢驗實驗結果375研究局限與后續(xù)展望39參考文獻40附錄141附錄246致謝511問題的提出及研究意義11研究背景教學設計作為對教學系統(tǒng)進行策劃籌謀的過程，可謂觀點林立、流派紛呈，一方面是因為教學系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng)，要獲得教學效果往往沒有現(xiàn)成的手段，更多的是開放式策略；另一方面教學設計理論本身也正經歷一個發(fā)展的過程，在此過程中吸收包納更多精華。教學設計是對教學系統(tǒng)的整體設計，分析和設計是最核心的兩種操作。在邏輯上教學設計需要先確定設計對象，之后進行各種約束條件的分析，最后再對設計對象進行設計和優(yōu)化，其中設計對象的選取取決于教學設計理論對教學系統(tǒng)構成的認識。從教學設計產生至今，該領域內已涌現(xiàn)出加涅的“學習條件理論”、羅米索斯基的“知能結構論”、梅瑞爾的“成分呈現(xiàn)論”、瑞格魯斯的“精細加工論”、巴納斯的“宏觀教學設計論”、史密斯和雷根的“教學系統(tǒng)設計論”、蘭達的“算啟教學論”等一批富有特色的教學設計理論。這些教學設計理論都以系統(tǒng)論為方法論基礎，認為教學是一個系統(tǒng)。這些理論認為教學系統(tǒng)由教師、學生、教學內容、教學方法和教學媒體等要素組成，而教學設計正是通過對這些系統(tǒng)要素的優(yōu)化設計最終實現(xiàn)優(yōu)化教學的目的?，F(xiàn)有教學設計理論多數都使用了“知識描述策略描述知識與策略之間關系描述”1的理論范式，其中對知識的描述多關注知識的類型，按照某種知識分類學比如陳述性知識、程序性知識和策略性知識的分類體系對知識點進行分門別類的教學設計。這種處理辦法忽略了知識點之間的內在聯(lián)系對教學設計的影響。不同教學設計理論因為依照的設計思路不同，對策略的描述也不同，進而導致教學設計的關注點也不同。比如加涅的“學習條件理論”中對策略的描述主要是指教師提供的一系列教學事件2，所以它的設計重點就是能達到特定目標的一系列教學事件，加涅提供了9段教學程序作為整體約束；而梅瑞爾的“成分呈現(xiàn)理論”對策略的描述是指教學內容呈現(xiàn)的順序和結構，所以在這種理論的指導下，教學設計就會重點關注教學變量中的微觀組織策略，即個別教學內容的呈現(xiàn)；梅瑞爾的“教學事務理論”將教學基本策略描述為“教學處理”；瑞格魯斯的“精細加工理論”對策略的描述也是教學內容的呈現(xiàn)，不過他更側重宏觀組織策略，主要關注所要呈現(xiàn)教學內容的整體選擇、排序、組織結構以及細化加工至不同水平時所要包括的各種要素（學習先決條件、動機成分、類比、綜合、總結以及擴展的摘要）等3；蘭達的“算啟教學理論”將教學策略描述為大小合適并且有可能進行有效組織的算法處方和啟發(fā)式指令4。雖然現(xiàn)有教學設計理論多采取了上述理論范式，但卻存在兩種不同的研究取向一是基于教學策略/教學模式的教學設計，另外一個是基于學習活動的教學設計。上面提及的教學設計理論都屬于第一種取向。這兩種研究取向的教學設計理論在研究重點、對教學系統(tǒng)穩(wěn)定性的認識、對知識點在教學設計中的應用等方面存在不同，現(xiàn)簡要解釋一下。首先，基于教學策略/教學媒體的大部分教學設計理論重點研究教學媒體及教師講授，所以教學設計的重點是對媒體選擇、使用及教師講授的設計。在這種理論的影響下，教學似乎能夠單純通過恰當選擇可以使用的教學媒體、教學方法、教學模式等途徑實現(xiàn)教學的優(yōu)化，或者通過提高教師的講授水平來實現(xiàn)教學優(yōu)化，所以教學設計的重點在這些比較抽象的影響因素上面。而基于學習活動的教學設計認為即使是選擇教學媒體、方法、策略等要素時也要考慮它們是針對了什么學習活動，所以教學設計的重點是學習活動的設計。其次，基于教學策略/教學模式的教學設計理論雖沒明確指出教學系統(tǒng)的結構，其實都隱含著教學系統(tǒng)有固定結構的假設。而基于學習活動的教學設計理論則假設教學系統(tǒng)的結構是變化的，我們無法直接設計教學系統(tǒng)的各個要素再把它們直接整合。教學系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，且具有明顯的時序性，隨著時間的推移，教學系統(tǒng)的結構可能發(fā)生變化。結構決定功能，通過對教學系統(tǒng)功能的探討分析，我們知道教學系統(tǒng)中的師生角色關系發(fā)生了變化，而這種變化其實反映出了教學系統(tǒng)結構的變化，所以可以說教學系統(tǒng)是個復雜的變化系統(tǒng)。結構變化的系統(tǒng)是難以從整體上直接設計的，所以我們很難從整體上對教學系統(tǒng)進行設計，既然如此，可以考慮選擇一些系統(tǒng)變化過程中結構相對固定的階段進行設計，再將這些階段有機組合起來，這樣就可以完成整個系統(tǒng)的設計。基于學習活動的教學設計認為完成特定目標的學習活動在執(zhí)行期間系統(tǒng)結構是相對固定的，所以可以以學習活動為設計單位，通過學習活動的設計及組織間接實現(xiàn)對教學系統(tǒng)的設計。另外，基于教學策略/教學模式的教學設計在對學習內容進行分析時主要關注了知識的類型，只依據知識點類型及認知加工機制進行設計，知識點之間的內在聯(lián)系對教學設計的影響并沒有引起教學設計者足夠的重視。一個教學系統(tǒng)需要學生掌握的是一系列知識點，最終目的是讓學生學會管理學習，進而能夠進行有效的主動學習。我們根據這一系列知識點相對獨立又有一定內在聯(lián)系的關系考慮將其組成一個個整體，并稱之為知識組塊。知識組塊內包含的知識點在學習時是緊密聯(lián)系、相輔相成的。同時，教學設計設計的不單單是知識和認知過程，還包括整個學習過程的其他諸多要素，所以教學設計對象的內涵應該相對比較豐富，既包括知識、認知過程，又包括師生交互、交往規(guī)則等。基于學習活動的教學設計提出的學習活動具有比較清晰、完整的結構要素，而且可以涵蓋知識點、交往規(guī)則、師生交互等諸多方面，是比較合適的教學設計單位。按照活動理論，一個具體的學習活動過程可以被分解為一系列具體的操作，這與教學方法、教學策略等范疇之間多少有些不一致。教學方法、教學策略這些范疇的邊界含混，是非常抽象的。我們對某種教學方法或者教學策略可以具體化為哪種固定的教學行為序列并不是很清晰，而面對具體復雜的教學情境，任何一種教學方法、教學策略也無法以某種固定的教學行為序列表現(xiàn)出來。教學方法和教學策略是教學手段的整體特征，無法進行直接設計。因此，對于教學設計而言，教學方法、教學策略屬于無用的范疇，使用它們只能帶來設計上的混亂5。而以學習活動為中心的教學設計理論認為教學設計的主要設計對象是學習活動，學習活動有清晰明確的組成成分，還具有相對穩(wěn)定的組織結構，所以對學習活動的設計及組織可能是實現(xiàn)教學系統(tǒng)設計的有效方式。將學習活動看作設計對象是對設計對象認識清晰化的表現(xiàn)，而這必然也對分析工作的清晰客觀化提出了更高要求。越含混的東西越容易達成一致，越清晰具體的事情就越容易出現(xiàn)分歧。為了盡量提高分析設計之間信息輸入輸出關系的明確化和清晰化水平，減少教學設計者的主觀經驗影響，需要將教學設計的操作技術化。教學設計的兩大核心操作是分析和設計，所以教學設計的技術化落實到具體操作層面就應該包括分析技術化、設計技術化。教學設計的分析階段包括學習內容分析、學習者分析、學習目標分析等，其中學習內容的分析是關鍵，所以學習內容分析的技術化是教學設計技術化的首要任務。以學習活動為中心的教學設計理論在教學設計技術化方面進行了一些探索和嘗試，并且試圖提出一系列用于分析、設計、評價教學的操作技術。通過實踐操作，現(xiàn)已提出了一種更適合以學習活動為中心的教學設計理論的內容分析方法知識建模技術。知識建模技術是指將教學內容所蘊含的知識點進行歸類并按照特定規(guī)范將這些知識點之間的關系繪制成拓撲圖的過程。知識建模操作所產生的拓撲圖被稱為知識建模圖。知識建模技術從提出到現(xiàn)在已在為多個領域的研究提供基礎材料，同時，由于教學設計多由合作完成，這就要求合作者有共同的溝通話語，知識建模規(guī)范就屬于一種溝通話語，當多個人針對同一份材料進行內容分析結果的交流時，知識建模是清晰表達和共享思想的基本渠道。雖然知識建模技術有較為詳細的操作規(guī)范可依據，但研究者在日常建模過程中發(fā)現(xiàn)，不同建模者依照規(guī)則對相同材料進行建模，建模結果可能不一致。也就是說，對于相同的知識內容，不同的建模者可能繪制出不同的知識建模圖當然由于存在規(guī)范約束以及知識語義的客觀性，不會完全不同。既然知識建模技術是教學設計技術化的發(fā)展成果，教學設計不是個人孤立的操作，設計者彼此之間需要進行合作共享，那么知識建模技術必須保證建模結果的客觀性，現(xiàn)有技術操作產生的不一致情況以及產生不一致的原因和處理方法也就成為一個值得研究的問題。12研究意義知識建模技術作為一種基本的操作技術目前已應用于教學設計及問題設計、課程開發(fā)及教學系統(tǒng)分析等多個研究領域，廣泛的應用及技術的內涵要求知識建模技術必須保證自身的規(guī)范化和客觀性。經過上述分析可知，建模規(guī)范的完善有利于建模過程的規(guī)范化，進而保證建模結果的客觀性，最終還將有利于建模者進行基于知識建模圖的交流和知識建模圖的移植共享。所以，以完善建模規(guī)范為目標的知識建模技術一致性的研究不但可以提升教學設計理論的質量，還具有現(xiàn)實的實踐意義。具體來說有三個方面。1有助于提高學習內容分析的客觀性對知識建模技術的一致性研究能夠找出建模操作過程中容易出現(xiàn)混淆或者誤解的細節(jié)，對其進行補充說明，使教學設計者在進行學習內容分析時的每一步決策都找到適用的依據，知識建模圖對學習內容的表征能夠更加客觀，提升內容分析的客觀性。即使因為語義理解的主觀性知識建模不能做到完全一致，完善的建模規(guī)范也可以使得每種建模結果對建模者都是可視的、可預知的，提高建模者對建模結果不一致中可接受部分的理解。2有助于增強知識建模圖的共享性和可移植性通過知識建模技術的一致性研究，可進一步修改完善建模規(guī)范，在此基礎上繪制而成的知識建模圖能夠更加恰當客觀的對知識進行表征，便于知識建模圖的移植共享。比如某一個教學設計者為了學習活動任務的設計繪制了某章節(jié)的知識建模圖，如果每一個知識點的歸類及關系界定都有明確的依據，其他教學設計者可直接拿來用于自己的教學活動任務設計。3為知識建模技術應用范圍的擴展提供條件一項技術的使用推廣需要一定的發(fā)展過程，總要有一些“試驗性”的應用表明其效果及價值，經過不斷的修改完善和實踐檢驗，才能有更多人接受和使用。知識建模技術的一致性研究是在其應用價值已經達到證明的基礎上進行的完善性研究，以期使之擁有更廣的應用。2研究綜述21內容分析方法的相關研究211常見內容分析方法的相關研究學習內容的分析在教學設計過程中扮演著舉足輕重的角色，它不但與教學目標的分析相輔相成、相伴而生，而且是后期學習目標的最終確定、學習策略的選擇、學習方法及媒體的選擇等操作的基礎。目前人們熟知的學習內容分析方法主要有歸類分析法、層級分析法和信息加工分析法6。1歸類分析法歸類分析法主要是按照一定的標準或者線索對有關信息進行分類，鑒別出為實現(xiàn)這些教學目標而需要學習的諸多知識點，多用于分析言語信息類內容，因為它們本身不存在邏輯層級或程序。在此過程中知識的實用目的或者知識的本質特征是進行歸類分析的主要參考。根據布魯納的學習理論，歸類是學生形成概念的主要途徑，有利于學生對概念的掌握及遷移。此類分析方法的使用較為簡單，確定分類方法或依據后，用圖示或列提綱的方式把需要學習的知識歸納成若干方面，從而確定教學內容的范圍7即可。歸類分析法有利于教學設計者明晰事物的共同特征，將分散的內容按照規(guī)則集中起來，一定范圍內對學生形成概念較為有利，便于進行概念的學習和遷移。比如高中化學中有機化合物的內容較為分散，但可按照特征對它們進行劃分，歸為如圖1所示的形式，教學時可通過類比、對比等方法，也便于學生形成整體認識。有機化合物鏈烴環(huán)烴合成有機高分子化合物生物體內有機化合物烴烴的化合物芳草烴芳草烴的衍生物合成材料（塑料）合成纖維油脂糖類蛋白質不飽和烴飽和烴醇、胺醛、酮羧酸、乙酸圖1有機化合物知識體系這種分析方法操作簡單，但應用范圍較小，各知識點之間本質上不存在有關可以進行難度區(qū)分的層級關系，所以在實際教學中應用范圍并不大，主要在一些概念分類性的知識分析時用到，而且表達方式較為隨意多樣，沒有統(tǒng)一要求和操作規(guī)范。2層級分析法層級分析法顧名思義就是按照分層的理念對學習內容進行分析的方法。這種方法是一個逆向分析的過程，具體是從已確定的教學目標開始，考慮學習者為獲得教學目標中規(guī)定必須掌握的技能而必須依次具有的次級從屬技能。對學習內容進行層級分析時一般從終點技能出發(fā)，對該技能進行連續(xù)的學習任務分析，最終揭示出掌握該終點技能過程中需要掌握的諸多較簡單的成分，而這些簡單成分的分析過程的展示結果就是一個完整的學習層次。層級分析法的分析結果可以用一張層級分明的圖來表示，圖中包含的方框表示分析出來的次級從屬技能。圖2是目標“整數減法”的學習層級分析結果。多位整數減法不連續(xù)多位借位減法連續(xù)多位借位減法雙借位（跨0）減法不借位的多位數減法減數位上有0的減法（需將被減數直接下移）只有一列需要一次借位的減法識別哪里需要借位連續(xù)多列減法，每列進行簡單減法（無被減數直接下移）減去一位數，需借位簡單減法圖2整數減法的層級分析結果這種內容分析方法規(guī)則較為簡單，理解起來比較容易，只需依照內容的從屬關系進行依次拆分即可，但這種分析方法沒有給出如何進行拆分的具體規(guī)則，所以實際操作并不容易，需要教學設計者對學科內容、心理學知識有較好把握，受主觀性的影響比較大。就文獻分析來看，目前并沒有專門對該方法實踐應用的研究，也沒有對其使用效果的描述或評價。3信息加工分析法信息加工分析法又稱為過程任務分析法，是由加涅提出的一種將教學目標要求的心理操作過程揭示出來的內容分析方法。它主要是描述完成某一項任務的具體步驟，即把學習者必須完成的完整任務分解為小步子8，分析的結果是一個操作過程及步驟的流程圖，從起始位置經過一系列步驟最終實現(xiàn)特定任務的要求。信息加工分析法可以應用于確定一項復雜技能的構成和操作順序，為教學繪制一張“路線圖”，不僅有利于學生學習，而且能幫助教師開展靈活、富有創(chuàng)意和有效的教學設計，并為后續(xù)的教學實踐活動指明了方向9。這一方法可揭示兩種主要信息，一是提供對終點目標的清晰描述，包括程序中涉及到的步驟，另外一個用途是揭示了可能并不明顯的步驟，特別是一些內在加工步驟，對于教師對學習者應有技能的判定有重要意義。如圖3中描述了兩位數減法的步驟，其中區(qū)別兩個數字的大小是一個特殊技能，要求學生在學習之前進行掌握并且能夠應用。MNPQPQ小于MN嗎不能計算Q大于N嗎從M中減1A將10加到N上右列進行減法運算記下右列的差M1大于P嗎左列進行減法運算記下左列的差結束菱形框表示決策矩形框表示行動否是否是是否圖3兩位數減法的信息加工分析信息加工分析法是信息加工理論的實際應用之一，期望通過分析將目標知識與學習者的已有知識進行有效聯(lián)系，多用于分析有清晰的操作步驟的程序類知識。在實際教學中，有關信息加工分析法如何應用于內容/任務分析的研究和其應用效果的研究并不是很多，但有部分研究者嘗試用實例說明信息加工分析在某些具體學科教學設計中的應用。目前關注較多的是如何應用信息加工理論分析學習過程，指導課堂教學設計實踐。經過對各種方法操作特點及適用范圍的比較分析可知，歸類分析法主要用于分析言語信息類知識；層級分析法比較適用于鑒別智慧技能的從屬技能等；而信息加工分析法比較合適確定復雜技能的構成和操作順序。具體如表1所示。表1幾種常見內容分析方法適用范圍比較分析方法歸類分析法層級分析法信息加工分析法適用范圍言語信息類知識智慧技能類智慧技能類、動作技能類從表1中我們可以看出，這三種內容分析方法分別關注了加涅知識類型分類中的言語信息、智慧技能和動作技能三類，但都只對學習材料中提到的知識點單獨進行分析提取，并沒有提供不同類知識點之間整合的框架和方法比如，智慧技能的層級分析結果中只包含智慧技能類知識，這樣就無形之中忽略了不同類知識點間關系對教學設計的作用。另外，這三種分析方法都沒有統(tǒng)一的規(guī)范來約束其分析操作，不同分析者針對同一內容做分析時如果產生差異，無法徹底溝通。雖然學習內容分析的重要性已經得到了一線教師的認可，教師和教研員也對各種內容分析方法進行了一定的研究，但受各種分析方法自身操作步驟以及教學實踐中學科特點、教師自身習慣等多種因素的影響，目前國內外對內容分析方法的研究多限于理論層面，真正落實到實際教學的研究較少，對各種分析方法實際應用效果及優(yōu)缺點比較的研究也并不充分，可以說，內容分析方法更多是以一種輔助性手段的身份存在于教學設計研究大潮中，并沒有被單獨作為問題研究過。212知識建模作為一種內容分析方法的研究基于學習活動的教學設計理論認為教學設計的任務不僅僅是學習內容序列化、教學事件設計以及媒體選擇，而是學習活動的設計，其中學習活動任務的設計是核心工作之一。學習活動任務的設計需要對該領域知識有較好的整體把握，而把握的前提是對領域知識結構的恰當表征和分析，層級分析法和信息加工分析法已經不能滿足此項需求了10。為了滿足教學設計中對學習活動任務的設計需求，楊開城博士提出一種新的學習內容分析法知識建模。知識建模實際上就是一種內容分析方法，它的操作原理是通過繪制知識建模圖梳理知識的內在結構。進行知識建模操作時會涉及到知識點、知識點類型及知識點之間隸屬關系三部分內容，通過知識建模的一系列操作最終會形成一張知識建模圖，它既可以清楚地列舉出知識點之間的內在聯(lián)系，又可以為活動任務的設計提供參照，避免教學設計者在分析目標知識點、設計活動時遺漏信息或者僅憑想當然的經驗做出模糊決策。知識建模技術與其他三種內容分析方法并不是對立關系，在某種程度上，知識建模是層級分析法的繼承和擴展，它只是更適用于以學習活動為中心的教學設計而已。知識建模技術通過擴展知識類型和關系類型，并用細致的規(guī)范來約束知識點及關系的表達，以便使知識結構的表征更客觀更系統(tǒng)。知識建模技術有明確的建模規(guī)范指導操作，依據現(xiàn)有的建模規(guī)范，知識建模一般包括三個步驟11閱讀教材以及其他相關材料，鑒別出相關知識點，并將它們正確歸類；根據知識的語義，按照特定的規(guī)范，在知識點之間畫出特定的弧（帶箭頭的邊），并調整知識點的布局，使其更加美觀易讀；檢查知識建模圖的完備性和合理性。規(guī)范中給出了了不同類型知識點之間能夠建立的關系名稱，這些關系包括“代表、是一種、具有屬性、組成、并列、等價、相反、內容包含、是前提、逆命題、步驟包含、可以采用、結論包含、結果包含、條件包含、定義、具有特征、包含”等共18種。知識建模分析法最初是為了清楚知道知識點之間的聯(lián)系，以便更好的進行活動任務的設計而提出，現(xiàn)已在多個研究領域有了擴展性應用。目前知識建模技術作為一種操作技術已被用于學習活動任務設計及問題設計、課程開發(fā)以及教學系統(tǒng)分析等多個研究中，并取得了一些應用發(fā)展。1知識建模圖是任務設計的基礎知識建模是教學設計技術化發(fā)展的結果。以學習活動為中心的教學設計理論認為教學設計的核心是學習活動的設計，而學習活動任務的設計依賴于對學習內容的清晰掌握。通過知識建模技術對學習內容進行分析，繪制出表征內容結構的知識建模圖，在此基礎上根據一定的規(guī)則劃分知識組塊，以知識組塊為單位設計學習活動任務，再輔以師生交互、學習方法、資源工具、交往規(guī)則等是以學習活動為中心的教學設計的基本思路。這其中知識建模圖是進行后期活動任務設計的基礎，不管是同一個人利用自己的分析結果進行設計還是不同的人基于同一份建模結果進行設計，知識建模圖的質量直接影響了后期知識組塊的劃分和活動任務的設計。2知識建模圖是問題設計的重要參考任務設計是學習活動設計的重要組成部分，已經越來越受到教學設計者的重視?；趯W習目標的任務設計才能更好的保證教學設計的理性，對學習目標的認識是任務設計的前提。依據學習目標的層次可以將學習任務分為意義建構和能力生成兩大類，問題解決是能力生成類任務設計的重要形式。學科教學的重要目標之一是問題解決能力的培養(yǎng)，而好的問題在實現(xiàn)這一目標的過程中具有重要意義。雖然已經有越來越多的人關注到問題教學的教學設計，但他們大多關注了基于問題解決的教學過程，對問題設計的研究還不多。以學習活動為中心的教學設計理論提出一種基于知識推理路徑或知識關聯(lián)圖的方法，試圖為問題設計提供可操作性的方法。這種操作方法的基本思路是通過知識建模圖找出與其目標知識點相關的先決知識點，找到先決知識點的問題原型，畫出問題原型相應的知識關聯(lián)圖或知識推理路徑，通過對其的相應變換，設計出適合目標知識點的問題12。這種操作方法減少了教師經驗對問題設計的影響，也發(fā)掘了知識建模技術的另一個應用領域。知識建模既是知識推理路徑產生的參考前身，也為繪制知識推理路徑時知識點的選取提供了參照。3知識建模已經成為課程開發(fā)技術的重要組成部分教育技術學視角課程開發(fā)理論的內容體系包括理念、方法技術和技術組織三部分，其中方法技術是核心內容。知識系統(tǒng)的清晰表征是課程開發(fā)者理解社會需求和學習者特征的重要基礎。一套完善的內容分析方法能夠幫助我們更好的認識知識系統(tǒng)，進而能夠結合對社會需求和學習者特征的認識更好的進行課程開發(fā)設計。教學設計技術化是教學設計發(fā)展的一個方向，而課程開發(fā)也有技術化的發(fā)展趨勢。張曉英博士在課程開發(fā)中的知識分析技術的初步探索一文中指出，“目前為課程開發(fā)過程構想的三種方法技術是角色分析技術、知識分析技術和組塊劃分技術，而知識分析是關鍵環(huán)節(jié)。由于知識最好的表征方式是網絡，知識建模作為有利于知識分析的邏輯性和可操作性的一種表征方式被引入知識分析中，知識建模圖的建模和壓縮規(guī)范是知識分析技術的基礎性技術”13，由此可見，知識建模技術已經跳出教學設計，初步進入到課程開發(fā)領域。通過知識建?？蓪φn程知識內容進行可操作性的分析，這為課程開發(fā)成為一種技術提供了可能。（4）知識建模圖是教學系統(tǒng)IIS分析法的基礎。隨著人們對教育和學習內涵認識的日益深入，教學分析逐漸受到廣泛地關注。各國教育研究者從各個不同方面用不同視角對教學系統(tǒng)進行分析。教學系統(tǒng)的IIS圖分析法是一種“從教學系統(tǒng)整體功能機制出發(fā)，以信息系統(tǒng)為視角的教學分析的觀點引入實際的分析操作，關注可操作”14的分析方法。在基于IIS圖的教學系統(tǒng)分析中，需要采用一種能夠恰當表達知識點之間內在關系和教學意義的結構，從而清晰表示教學系統(tǒng)諸多要素之間的關系15，以便教學系統(tǒng)分析者對教學系統(tǒng)進行深入把握和分析，而這種結構可以通過在知識建模圖上進行適當標識來獲得。也就是把教學信息流的屬性值（比如表征形態(tài)等）反映出來的各個知識點的特征（比如，被激活的次數等）標記于知識建模圖上，產生帶有特定標記的知識建模圖。帶有標記的知識建模圖是進行教學系統(tǒng)的IIS圖分析的基礎。由此可見，知識建模技術作為一種可操作技術已應用到教育教學的多個領域。但是上述領域的研究者大都直接應用現(xiàn)有建模技術為后續(xù)研究提供材料和技術支持，即使在特定領域進行了必要的完善改進（比如，課程開發(fā)中用于知識分析技術的研究，對知識建模規(guī)范進行了調整并增加了剪枝技術16），仍然沒有避免應用過程中暴露出的一些缺陷。從以上提到的諸多研究學位論文的研究展望前景及建模感悟中可以看出，他們在應用知識建模進行研究的過程中對知識建模應用的一些問題深有感觸，比如建模過程中對知識點歸類及關系界定拿捏不準，運用不是自己完成的建模圖進行后續(xù)研究時有些知識點及關系不能恰當理解等。所以，不管是研究范圍增大的需要，還是實際應用問題的需要，對建模技術本身進行深入研究都是必要的，而其中知識建模技術的一致性研究是重中之重。22一致性的相關研究一致性在不同研究領域有不同的定義和檢驗方法，比較常見的有數據一致性、數據庫一致性、內部一致性及語義一致性等等。1數據一致性數據一致性是針對系統(tǒng)中可以被控制的數據的重復情況而提出的，是指關聯(lián)數據之間的邏輯關系是否正確和完整。數據一致性出現(xiàn)問題一般是由于我們可以通過控制數據在更新時發(fā)生的變化在一定可接受的范圍之內，這里的更新操作包括增加、刪除和修改，而控制的方法是尋求一定的算法或工具17。2數據庫一致性數據庫一致性（DATABASECONSISTENCY）是指事務執(zhí)行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。如果數據庫管理人員在操作過程中沒有進行對應的定義操作，就會導致數據庫的不一致。目前保證數據庫一致性的方法一般有同步復制、異步復制和分層復制等，這些策略的原理大都是通過控制協(xié)議和算法來保證數據庫一致性18。3內部一致性內部一致性是可靠性RELIABILITY的一個方面，顯示測驗或其他測量手段中的一套測試項目產生一致結果的程度。內部一致性的研究范圍相對來說比較廣泛，樣本數據是否來自同一總體、量表評估的效果、不同評價者對同一事物的評價、單一評價者對同一事物的多次評價等都屬于內部一致性的研究。所以，導致內部不一致的原因也是多樣的，對樣本數據的選擇、不同評價者對同一事物認識的角度和標準、統(tǒng)一評價者多次評價時依據的標注和個人主觀性影響等都有可能導致內部不一致。4語義一致性語義一致性的評判對象是語義。語義是數據的含義，可以簡單的看作是數據所對應的現(xiàn)實世界中的事物所代表的概念的含義，以及這些含義之間的關系，是數據在某個領域上的解釋和邏輯表示。目前比較常見的是協(xié)同編輯中的語義一致性問題，根據王學義等人提出的協(xié)同編輯一致性模型可以知道遵守預先定義的和在協(xié)同編輯過程中定義的規(guī)則19即為語義一致。語義一致性還可繼續(xù)細分為簡單語義一致性和復雜語義一致性。目前研究比較多的是基于語義一致性的檢驗模型的設計以及如何保證簡單和復雜語義一致性等，簡單語義一致性可由語義網絡圖、框架本體等輔助保證，復雜語義一致則可借助語料標注的方法來實現(xiàn)。5其他一致性目前教育教學領域的一些一致性研究與前邊提到的一致性研究略有不同，多數是一致性是質性研究，并沒有太多數據方面的比較或者既定的模型可以評測。目前比較成型的一致性研究有關于不同群體的一致性的研究，比如學校教育與家庭教育的一致性、課堂評估或者教學評估中專家與學生評價的一致性、教學實踐與社會實踐的一致性等等；關于行為和目的的一致性研究，如教師行為和角色的一致性、家庭教育目的與行為的一致性；關于課堂教學中知識組織的一致性研究，比如前后知識的一致性，即課堂語言輸入與輸出的一致性可促進教學目標達成的課堂語言一致性的研究20；還有些技術方面的研究，比如為保證對博士論文評價的一致性而進行的博士論文評價規(guī)則21，為了提高資源可重用性和系統(tǒng)互操作性的學習設計規(guī)范一致性測試系統(tǒng)22等。由于知識建模技術的一致性最終由知識建模圖這種拓撲結構圖的一致性表明，上述多種一致性定義都無法直接引用。所以，我們給出本研究中一致性的操作定義。在給出操作行定義之前先對知識建模圖的組成單位進行簡單的介紹。知識建模圖是閱讀學習材料提前知識點之后，對其進行歸類，然后界定不同知識點之間關系的操作結果。為了表述方便，我們將兩個知識點以及它們之間的關系組成的單元寫成R,其中A和B是兩個知識點，R是它們的關系，且規(guī)定了名稱含義。由于對于具體的知識點A和B來說，R在邏輯上受制于A和B的語義聯(lián)系，應該是唯一的。所以知識建模一致性的定義為對于特定的知識點A和B而言，A和B的類型以及R的唯一性。具體解釋為不同建模者或者同一建模者在不同時間對相同材料進行建模，將多個建模結果進行對比，如果任意兩個語義相同的知識點類型相同、之間的關系也相同，則說明多個建模圖之間是一致的，否則為不一致。比如圖4中兩個表示知識點“力”和“矢量”的知識節(jié)點，知識點的內容和類型都相同，但A中關系為“是一種”，B中關系為“具有屬性”，根據知識建模一致性的定義，這就屬于建模不一致。矢量是一種力矢量具有屬性力AB圖4不一致范例（1）根據知識建模技術的具體操作步驟及本文中對知識建模一致性的定義，通過建模者的實際操作感受可知，不一致分為兩種情況，一是知識點歸類不一致，一是關系界定不一致。比如圖5中的兩個知識點，左邊的將“鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉”歸為原理，右邊的則將這一知識點歸為過程，這屬于知識點歸類的不一致。而圖6中兩個知識點“等邊三角形”和“三個角都相等的三角形是等邊三角形”的歸類相同，但兩個知識點之間的關系界定不同，A圖認為原理“結論包含”概念，B圖則認為概念與原理是“具有特征”的關系。鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉圖5不一致范例（2）三個角都相等的三角形是等邊三角形等邊三角形結論包含三個角都相等的三角形是等邊三角形等邊三角形具有特征AB圖6不一致范例（3）這兩種不一致中，第一種不一致歸類不一致勢必會影響具體的教學設計，比如圖5所示，不同知識點類型會直接影響到后期教學的重點是鑒別的原理還是鑒別的操作，所以這種不一致是不可接受的。而第二種關系界定不一致有可能會影響教學設計，那時不一致將是不能接受的，但也有可能不會對教學設計產生影響，比如圖6中“結論包含”和“具有特征”所表達的意思是等價的，具體到這兩個知識點的教學，都可以在學習了等邊三角形的概念之后以推論的形式給出“三個角都相等的三角形是等邊三角形”這一原理，對教學設計沒有大的影響，所以這種不一致是可以接受的。也就是說，知識建模技術的不一致也有可接受和不可接受之分。在上述提到的多種一致性定義中，對不同一致性的評價方法不同，有些可由檢驗算法得出具體數據表明，有些則通過質性分析得出描述性結論。根據本研究的一致性定義，暫時還無法通過某些模型或者算法得出具體的數據來表示其一致性程度，所以需要進行質性分析進而得出描述性結論。質性分析的過程需要對建模結果中的知識節(jié)點進行逐條對比和質性分析，對于不可接受的不一致產生根源進行歸因，如果是建模規(guī)范所致，則對建模規(guī)范進行改進以消除這種不一致。3研究設計31研究目標本研究的目標是，檢驗知識建模技術的一致性，尋找各種不一致的情況，區(qū)分可接受的和不可接受的，對于不可接受的不一致進行歸因分析，找到建模規(guī)則的疏漏，并改善建模規(guī)則，提升建模操作規(guī)范的約束作用，提高知識建模的一致性水平。32研究內容本研究給出的一致性的定義為對于特定的知識點A和B而言，A和B的類型以及R的唯一性，其中R表示A和B兩個知識點的關系。具體解釋為不同建模者或者同一建模者在不同時間對相同材料進行建模，將多個建模結果進行對比，如果任意兩個語義相同的知識點類型相同、知識點之間的關系也相同，則說明多個建模圖之間是一致的，否則為不一致。具體的不一致又包括知識點歸類不一致和知識點間關系界定不一致兩種。1知識點歸類不一致知識建模技術雖有客觀的建模規(guī)范，但具體的知識點提取目前還沒有統(tǒng)一的標準。由于對知識點的提取要借力于建模者的主觀經驗和對內容的理解，所以暫時不能要求知識點提取和描述也完全相同。此處研究的知識點歸類不一致主要是指建模者提取出語義相同的知識點但歸類不同的情況。為了研究方便，在對知識建模結果進行對比之前先將語義相同的知識點描述進行人為統(tǒng)一。比如在“鈉的化合物”一節(jié)中有對碳酸鈉和碳酸氫鈉區(qū)分方法的介紹，這里統(tǒng)一描述為“鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉”，然后再對不同的歸類方式進行比較分析。比如前邊提到的有建模者可能將其歸為原理，也有建模者將其歸為過程。2關系界定不一致這種不一致在知識建模過程中是最常見的，主要表現(xiàn)為相同內容和類型的兩個知識點間關系不同，比如之前提到的如圖4、圖6所示的不一致。物理材料“牛頓第二定律”建模過程中，不同建模者對提取出的概念知識點“力”與概念知識點“矢量”之間建立了不同的關系，有人認為是“是一種”，有人認為是“具有屬性”。還有數學材料“等邊三角形”中提到的原理類知識點“三個角都相等的三角形是等邊三角形”和概念類知識點“等邊三角形”之間有人認為是原理“結論包含”概念，也有人認為是概念“具有特征”如原理所述。關系界定的不一致有可能是同種邏輯關系的兩種不同表達方式，并不會影響后期的教學設計，能夠被理解接受；也有可能是不符合知識點間實際隸屬關系的，或者會影響后期的教學設計，不能夠被理解接受。比如圖3所示的關于“結論包含”和“具有特征”的不一致實際是兩個知識點隸屬關系的兩種表達方式，對后期的教學設計沒有大的影響，屬于能夠接受的不一致，我們只需在建模規(guī)范中給出說明，以便建模者能預知此種不一致并理解即可。而圖4中提到的“矢量”并不是“力”的屬性，所以這種不一致是不能被接受的，我們要分析其產生的原因，進行有針對性的改進。不一致產生的原因主要有兩個，一是建模者主觀性的影響，其中包括對知識語義的個性理解、對建模規(guī)范的個性理解以及建模實際操作經驗不足的影響等，二是建模規(guī)范的內在不足。對于第一個原因我們可以通過討論交流以及增加操作演練的方法解決，而對建模規(guī)范的內在不足我們就需要對其進行補充完善。所以，本研究的主要內容是尋找建模過程中存在的不一致情況，分析此種不一致是否屬于可接受理解的一類。對于可接受的不一致給予說明，對于不允許存在的不一致嘗試通過完善建模規(guī)范來減少并消除。33研究設計本研究主要采用質性研究的個案分析法。為了區(qū)分不一致產生的原因，將重點集中在知識建模規(guī)范內在不足引起的不一致上，我們的研究過程中的建模操作都以小組形式進行，以便通過討論交流最大限度地消除因個人主觀影響導致的不一致。另外，為了盡量減少由于建模者對知識語義理解和建模規(guī)范理解應用的困難，我們選取了建模者已經學習過的高中材料作為建模材料，并通過培訓學習和循序漸