以问题解决为导向的微课知识地图构建研究

姜宛彤　钱松岭　万超

【关键词】  微课;知识地图;问题解决;问题导向;认知负荷理论;学习资源;构建模式;构建流程

【中图分类号】  G434      【文献标识码】  A      【文章编号】 1009-458x（2019）3-0043-08

一、引言

信息技术的发展彻底改变了信息获取和传播的方式，极为便利的信息获取和传播方式使信息呈爆炸式增长。海量的信息虽然为学习者提供了便利的学习资源，但其碎片化呈现却使得信息组织和信息管理变得困难，我们称这一时代为“碎片化时代”（姜宛彤， 等， 2016）。碎片化时代的时间、空间、知识和注意力呈碎片化形式呈现，学习者的学习方式也随之改变。丹尼尔·金在研究个体学习和组织学习之间的转移机制时提出，当个人心智模式和共享心智模式之间出现断裂时，就会产生碎片化学习（Kim， 1998）。碎片化时代的信息和知识具有零散性和碎片性的特点，所以碎片化學习中信息和知识的组织就变得尤为重要。如何将碎片化的知识以某种利于学习者知识建构的方式进行组织就成为值得探讨的问题。国外以可汗学院和MOOC为代表的微视频教学平台随着碎片化时代的大浪潮而兴起，我国的微课程也随之迅速发展。因此，教学微视频如何组织能够有效促进学习者知识建构也是本研究的重点。

二、问题的提出

（一）知识地图在微课组织中的利用

目前，国内外的微视频教学平台多利用知识地图对微视频进行组织，比较有代表性的如可汗学院。在课程组织方面可汗学院就如同一个网络学习资源超市，拥有数学、化学、物理、金融、计算机科学、天文学、法律等5，500多个视频，但是可汗学院的部分知识地图依然存在知识点数量庞大、知识点之间关系复杂等缺点，无疑会增加学习者的认知负荷。除了可汗学院以外，日本的Share Wis也是一个基于知识地图的微视频教学网站（姜宛彤， 等， 2016），但是Share Wis的知识地图无连接线，而是通过右下角的加减号放大缩小知识点以控制知识呈现的界面，只能从知识层级关系对知识点进行处理，为学习者提供局部的知识关联，而无法提供完整知识体系。我国的学生网也具有知识地图功能，但是与可汗学院和Share Wis不同的是，学生网的知识地图只用于课后问题的组织，未对微视频进行组织，无法在学习者利用微视频进行学习时呈现知识间的关联，也无法帮助学习者进行知识建构。除此之外，我国比较有代表性的几大微课程网站如微课网和微课之家等均未引入知识地图功能。

自2011年胡铁生基于区域优质资源建设提出“微课”一词，微课程就作为一种新型教学尝试进入我国教育教学领域，得到各部门的大力支持和推广。微课程在发展中不断完善，但也暴露出诸多问题。从微课程实践及应用调查来看，存在微课零散、缺乏有效组织的问题（王伟， 2014; 詹春青， 等， 2014; 陈婧燕， 等， 2015），针对此问题也有学者提出利用思维导图（谢永朋， 等， 2015; 陈如丽， 等， 2015; 崔春阳， 等， 2016）、知识地图等方式组织微课（任远红， 2016; 胥果， 2016）。但思维导图更适合头脑风暴等发散思维的组织，而微课是既有事物，需要的是基于某种关联的有效组织。而且思维导图只有一个中心节点，但知识点之间可能存在多种关联，所以思维导图并不十分适合知识点之间关联的呈现。而近年来利用知识地图对微课进行组织的研究，大多是构建不同学科的知识地图，而且存在诸多问题。其中较为突出的就是注重概念性知识，多是利用知识地图呈现知识之间的从属关系，对程序性知识缺少关注。程序性知识是关于“怎么办”的知识，是问题解决过程中不可缺少的。

（二）知识地图在微课组织中的新探索——以问题解决为导向

问题解决是人类学习中最重要的获取和建构知识的手段，21世纪也以培养具有问题解决能力和创新能力的人才为目标。目前，世界上很多国家颁布的纲领性文件都体现出培养学生问题解决能力的重要性。如日本文部省颁布的“学习指导要领”中规定，中小学各学科课程的教学目标和教学内容都要重视培养学生的问题解决能力（陈静静， 2008）;美国《国家科学教育标准》也指出，具备良好科学素养的人必须具有较高的问题意识和问题解决能力（国家研究理事会，  1999， p. 28）;韩国和我国基础教育课程改革也均指出要加强对学生科学探究精神和问题解决能力的培养。可见学校的教育教学工作也应以培养学生的问题解决能力为目标。

微课程作为一种新型学习方式，近两年在基础教育中非常火热，所以利用知识地图对微课进行组织的研究不能仅仅停留在组织不同学科的微课这种横向层面，有必要换一个角度纵向拓展新路径。基于以上考虑，我们提出以问题解决为导向构建知识地图组织微课的思路。

三、以问题解决为导向的微课知识地图构建的理论基础

（一）认知负荷理论

以问题解决为导向的微课知识地图组织研究以认知负荷理论为基础，认知负荷理论又以资源有限理论和图式理论为基础。

1. 资源有限理论

资源有限理论认为，人类的认知资源是有限的，如果加工信息所需的认知资源超过个体的认知资源，就会对个体造成认知负荷。从资源有限理论来看，在微课程的学习中需要对微课资源进行组织，有效的微课资源组织能够降低学习者的认知负荷。

2. 图式理论

图式理论认为，知识是以图式形式存储在长时记忆中的，个体在学习新知识时，已存储的图式可以根据具体情境进行处理，降低个体的认知负荷。认知负荷理论认为，教学的主要功能是在长时记忆中存储信息，而利用图式对所学的内容进行构建可以降低短时记忆的负荷，知识可以以图式的形式储存于长时记忆中。所以认知负荷理论强调，学习内容不宜一次性呈现过多和过于复杂，否则将增加学习者的认知负荷，影响学习效果。从图式理论来看，利用图式对学习资源进行组织也可以降低学习者的认知负荷，所以利用知识地图对微课资源进行组织，使微课资源以图式的方式呈现，可以加深学习者的印象，减轻学习者的认知负荷，改善学习效果。

（二）格拉泽解决问题支持三阶段论

格拉泽对于新手解决问题支持的研究中曾提出三阶段论，这三个阶段分别是外界支持期、过渡期和自我调整期。其中第一个阶段就指出，若是教师或父母为学习者构建学习支架，给予学习者来自外界的支持，将会促进新手解决问题的能力。罗伯森也指出，在一个不熟悉的领域中，是不容易从问题中归纳出一个原理图示的，因此用从源问题那里模仿来的行动，将有助于解决问题（转引自金慧， 2010， pp. 20-22）。所以学习者进入问题情境中试图解决问题之前，最好给学习者一个可供模仿的问题解决模式，学习者通过学习进行模仿，再将所学的问题解决过程应用于新的问题情境中完成学习迁移。

利用知识地图对微课进行组织，不仅可以减轻学习者的认知负荷，还可以在学习者进入学习情境时给予一个及时的学习支持，即以知识地图呈现问题解决步骤给学习者提供一个可供模仿的问题解决模式，促进学习迁移。

四、流程型知识地图的选择

（一）以问题解决为导向的知识地图选择依据

随着信息技术的不断发展，知识地图衍生出各种不同的形态，其呈现方式和功能以及应用领域也不尽相同。以问题解决为导向构建知识地图至少要满足以下要求：

1. 呈现知识点之间的关联

揭示关系可以说是知识地图最基本的功能，又可分为揭示知识之间的关系和揭示人员之间的关系。本研究将重点放在揭示知识之间的关系上。因此，以问题解决为导向构建知识地图，首先应能将知识之间的关联进行可视化呈现，帮助学习者理解知识点之间的关联，促进有意义学习。

2. 呈现问题解决流程

吴才唤（2012）曾经指出，知识地图是解决问题的需求者在创新实践中寻找到解决特定问题的方法或答案的一种知识管理工具。知识地图的本质在于使得知识需求者找到解决某项特定问题的方法或答案，因此，它的建构应该以问题为导向，而不是以知识为导向。问题解决是一个有顺序的多阶段过程，因此，以问题解决为导向构建知识地图，要能够呈现问题解决的过程，为学习者提供问题解决步骤的学习支持。

3. 支持知识点定位

梁定彭认为，知识地图是一个与知识搜索有关的概念（转引自陈强， 等， 2006）。Mu和Wang（2009）也认为知识地图是资源获取、组织和检索的工具。问题解决过程中需要应用不同类型的知识，能够快速地对所需知识进行定位就显得尤为重要。因此，以问题为导向构建知识地图，要能够支持知识点定位，学习者能够根据需要搜索知识点，同时也能搜索到与其相关联的知识点。

（二）流程型知识地图的优势

Logan和Caldwell按照知识的构成将知识地图分为概念型知识地图、流程型知识地图和能力型知识地图（如表1）（转引自苏新宁， 2014， pp. 156-166）。

首先，流程型知识地图可以呈现事物进行顺序过程中的布置和安排。问题解决也是一个有序的过程，解决问题过程中所需的资源也需要一定的布置和安排。因此，流程型知识地图可以呈现问题解决的过程，以及问题解决过程中所需知识和资源的布置和安排。

其次，在流程型知识地图中，知识地图揭示关系的功能还可以按照问题解决的过程提供问题解决所需知识之间的关联，为问题解决提供支持。同时，流程型知识地图的知识点定位功能也可以对问题解决所需知识进行搜索和定位，并呈现其关联知识点。

最后，Logan和Caldwell也指出，流程型知识地图由概念型知识和流程型知识组成，而问题解决过程中所需的知识也具有一定的层次性，程序性知识要建立在概念型知识的基础上，才能更好地解决问题，因此，在问题解决所需知识的提供方面也要按照一定顺序，从低级知识到高级知识。综上所述，对于问题解决来说，最适合的当属流程型知识地图，下文中的知识地图均表示流程型知识地图。

五、以问题解决为导向的知识地图的要素

要素是构成一个客观事物最基础的单位。知识地图的组织也是由各种不同的要素构成的。本研究認为，知识地图的要素主要可以分为基本要素和支持要素。

（一）基本要素

知识地图的基本要素是指在知识地图组织中最基本的构成，也是整个系统中最小的单位。基本要素具有普遍性，是所有知识地图都具备的要素，主要包括知识节点、知识关联和知识链接。

1. 知识节点

知识节点是知识地图组织中提炼出的知识对象，也是知识地图的核心要素。一个知识节点可以分解成多个相关联的子知识节点;一组相关联的知识节点也可以代表知识点的集合;多个知识节点根据其知识关联共同构成一个完整的知识地图。

2. 知识关联

在知识地图中知识节点所代表的知识之间的关系就是知识关联。知识关联将独立的知识点根据一定的内在关系串联在一起，形成一个关系清晰的知识网络。学习者可以通过知识关联了解知识点之间的关系。知识关联也可以用于表示流程和演化的过程。

3. 知识链接

知识链接可以指向链接对象的具体位置，在链接源和链接目标之间建立联系。知识地图本身是不呈现知识点内容的，只呈现知识点之间的关联，通过知识链接可以找到以知识节点所代表的知识点的具体内容。

（二）支持要素

知识地图的支持要素是指在知识地图中除了基本要素之外的“填充要素”。缺少支持要素的知识地图只能呈现知识点之间的关联，而无法用于学习。支持要素将知识点的学习内容“填充”到知识地图的知识节点中，支持学习者利用知识地图进行学习。这里的支持要素主要包括微课学习资源和学习引导。

1. 微课学习资源

以问题解决为导向构建的知识地图中知识节点直接链接微课学习资源，学习者点击知识节点就可以进入相应的学习资源所在的文件夹。

2. 微课学习引导

由于知识地图主要是由一个个知识节点构成的，无法直观呈现相关知识描述，在学习者利用知识地图进行微课学习时，可能会造成困扰。因此，有必要在知识地图中建立微课学习引导。微课学习引导可以包括知识点描述和知识意义等信息。

六、以问题解决为导向的知识地图构建原则

（一）以问题解决为导向

以问题解决为导向的知识地图最大的特点就是知识地图是以问题解决过程为依据进行构建的。因此，在构建知识地图之前首先要明确问题，然后根据问题解决步骤组织构建地图，知识地图中的知识节点都是解决问题过程中所需掌握的知识点。

（二）结构性与关联性

关联主义学习理论认为，学习就是在知识网络结构中进行关系和节点的重构和建立（王佑镁， 等， 2006）。奥苏贝尔的有意义学习也强调，学习是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立起非人为的实质性联系（谢永朋， 等， 2015）。可见知识之间的关联在学习中尤为重要。因此，构建知识地图要注意其知识点之间的关联和结构。

（三）导航性与定位性

知识地图作为一种知识导航定位工具，其导航功能可以为学习者提供问题解决的步骤支架。同时，定位功能也可以对问题解决所需知识进行搜索和定位。因此，知识地图构建要注意其导航性和定位性。

（四）要素性与简洁性

美国心理学家Miller对短时记忆的研究表明，人类的短时记忆广度为7±2组块。认知负荷理论也强调在学习中学习内容不宜一次性呈现过多和过于复杂，否则将增加学习者的认知负荷，影响学习效果。因此，在构建知识地图时要注意不能同时呈现过多的知识模块，尽量保持知识地图的简洁性。

（五）醒目性与提示性

知识地图主要是由若干知识节点构成的。从知识地图呈现页面来看，这些知识点都是相同的，并没有什么特殊性。学习内容根据难易程度和重要程度可以分为重难点知识点，根据知识类型可分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识，这些不同的知识都应该加以区分。因此，知识地图的构建应该对不同知识点进行标注，既能够使知识点变得醒目，也能够帮助学习者对学习内容进行区分。

七、以问题解决为导向的知识地图构建模式与流程

（一）以问题解决为导向的知识地图构建模式

为厘清“如何以问题解决为导向构建知识地图组织微课”的问题，本研究提出以问题解决为导向的知识地图构建模式（如图1）。學习者进入问题情境中，利用流程型知识地图按照问题解决过程组织微课，不仅给予学习者一个可供参考的问题解决步骤，而且可以为学习者提供问题解决过程中所需的知识。在此过程中，学习者不仅掌握了问题解决过程所需的知识，同时也掌握了问题解决的步骤。

（二）以问题解决为导向的知识地图构建流程

构建知识地图是一项程序性任务，需要按照一定的步骤来实现。本研究试图构建以问题解决为导向的知识地图架构流程（如图2），作为知识地图构建的参考步骤，同时也说明了构建知识地图应从哪几个方面进行。以问题解决为导向构建知识地图组织微课的研究涉及三个关键词，分别是问题解决、微课和知识地图。因此，以问题解决为导向的知识地图架构可以分别从微课问题层、微课资源层和知识地图应用层三部分架构流程进行探讨。

1. 微课问题层

微课问题层是以问题解决为导向构建知识地图的第一阶段，也是后续制作微课的依据。以问题解决为导向不仅体现在知识地图的构建中，同时也体现在微课的学习内容上，即将学习内容以问题的形式分成若干专题以及若干相关联的子问题，以此为依据制作微课，再根据问题解决过程利用流程型知识地图对其加以组织。

（1）微课问题专题化

微课问题专题化是指将某学科的学习内容划分为几大问题专题，每个专题着重解决一个与学习内容相关的问题;专题和专题之间都具有一定的关联，专题里包含的也是问题解决过程中需要的知识。

（2）微课问题分解化

微课问题分解化是指将专题中包含的学习内容继续分解成若干相关联的子问题，先解决子问题，通过逐个攻克子问题的方法，最终解决总问题。微课问题专题化与分解化密切相关，专题化强调将零散微课按照其内容和联系集合成为一个专题;而分解化强调将复杂问题划分为子问题逐步解决。专题化和分解化并不矛盾，专题化的目的是有效组织微课，分解化的目的是小步子促进问题解决，二者都是为了促进学习。

（3）问题解决模式

问题解决能力并不是与生俱来的，而是后天学习的结果。所以问题解决的学习往往以某些问题解决支架作为参考。流程型知识地图可以呈现问题解决的过程，以及问题解决过程中所需知识和资源的布置和安排，为学习者提供一个问题解决步骤的学习支架。本研究的知识地图构建主要是在学习者学习如何解决某一问题的外界支持期介入，给予学习者问题解决的学习支架，帮助学习者进行学习。

2. 微课资源层

微课资源层是以问题解决为导向构建微课知识地图的第二阶段。首先要可视化呈现微课专题之间和知识点之间的关联;然后将微课学习所需资源进行封装，即为知识节点添加相应的学习资源的知识链接。微课问题层和资源层都是后续以问题解决为导向构建知识地图的基础。