【优秀硕士博士论文】知识建模技术的一致性研究

知识建模技术的一致性研究摘要教学设计是教育技术学的核心理论之一，多数教学设计理论从系统论角度出发对教学系统进行研究，虽然对教学系统的不同认识导致这些理论对教学设计的设计对象有不同的认识，但它们的注意力多集中在教学策略、教学方法、教学媒体的选择上。随着对学生特点及教学系统复杂性的深入分析，人们逐渐认识到，试图单纯通过设计教学策略、教学方法或教学媒体以获得特定教学效果的做法是难以奏效的，我们必须对教学系统的成分进行结构化分析设计，以便从整体把握整个教学设计过程，教学设计理论的注意力逐渐转移向活动设计。教学设计总体上包括分析和设计两个阶段，以活动为单位进行教学设计非常关注活动成分及要素等。活动复杂性决定了活动设计的复杂性，这就要求教学设计走技术化的发展路线，即将分析和设计之间的输入输出关系明确化、理性化，尽量减少设计者主观性的影响。学习内容是教学设计的基本素材，其基本组成单位是知识点，对学习内容进行分析是确定目标、选取方法策略及设计评价活动的前提。早期教学设计理论多关注知识点类型，对其内在联系关注较少，即使有所关注也并没有提出表征学习内容内在关系的系统方法，更没有反映出知识点间关系对设计活动的影响。在教学设计技术化大趋势下，以学习活动为中心的教学设计理论提出了一种新的内容分析方法知识建模。知识建模是一项操作技术，是通过阅读材料提取知识点并用指定的关系表征内容的内在结构的过程，这个过程所产生的知识网络图被称为知识建模图。知识建模技术需要建模者依照完整的建模规范并借由自身对学习内容的理解完成知识建模图的绘制。但是在实践中研究者发现，不同建模者对相同材料的建模结果有时并不完全一致。由于知识建模是学习活动任务设计以及问题设计的基础，并且已经开始运用到教学系统分析之中，知识建模技术的一致性问题越来越成为关注的焦点。本研究重点考察知识建模不一致的根源并尝试改进建模规范以减少甚至消除不一致的发生。通过质性研究及个案分析，本研究发现知识建模的不一致主要源自以下两个方面建模者的主观性影响；建模规范的内在不足。其中建模者的主观性影响主要包括对知识语义的理解、对建模规范的理解以及建模操作经验不足的影响，这可以通过交流讨论来解决，建模规范的内在不足是本研究的关注点。通过分析整理，本研究针对发现的不足提出来以下改进要点1“某事物的意义、作用、性质”等应归为“原理（PF）”类知识点；2物理量及其单位在表征时是“具有属性”的关系；3“结论包含”和“具有特征”在表达意义等价时，以“具有特征”优先；4不能试图用“概念（CN）”类知识点及既有隶属关系表达所有语句的语义结构，可用“原理（PF）”类知识点作为桥梁进行语义表征。关键词知识建模技术，教学设计，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目录摘要IABSTRACTIII1问题的提出及研究意义111研究背景112研究意义42研究综述521内容分析方法的相关研究5211常见内容分析方法的相关研究5212知识建模作为一种内容分析方法的研究922一致性的相关研究113研究设计1531研究目标1532研究内容1533研究设计164研究结果及建模一致性检验1941指定知识点的建模一致性检验19411建模结果统计19412建模结果分析2042未指定知识点的建模一致性检验27421建模结果统计27422建模结果分析2743总结3044检验实验结果375研究局限与后续展望39参考文献40附录141附录246致谢511问题的提出及研究意义11研究背景教学设计作为对教学系统进行策划筹谋的过程，可谓观点林立、流派纷呈，一方面是因为教学系统是个复杂的系统，要获得教学效果往往没有现成的手段，更多的是开放式策略；另一方面教学设计理论本身也正经历一个发展的过程，在此过程中吸收包纳更多精华。教学设计是对教学系统的整体设计，分析和设计是最核心的两种操作。在逻辑上教学设计需要先确定设计对象，之后进行各种约束条件的分析，最后再对设计对象进行设计和优化，其中设计对象的选取取决于教学设计理论对教学系统构成的认识。从教学设计产生至今，该领域内已涌现出加涅的“学习条件理论”、罗米索斯基的“知能结构论”、梅瑞尔的“成分呈现论”、瑞格鲁斯的“精细加工论”、巴纳斯的“宏观教学设计论”、史密斯和雷根的“教学系统设计论”、兰达的“算启教学论”等一批富有特色的教学设计理论。这些教学设计理论都以系统论为方法论基础，认为教学是一个系统。这些理论认为教学系统由教师、学生、教学内容、教学方法和教学媒体等要素组成，而教学设计正是通过对这些系统要素的优化设计最终实现优化教学的目的。现有教学设计理论多数都使用了“知识描述策略描述知识与策略之间关系描述”1的理论范式，其中对知识的描述多关注知识的类型，按照某种知识分类学比如陈述性知识、程序性知识和策略性知识的分类体系对知识点进行分门别类的教学设计。这种处理办法忽略了知识点之间的内在联系对教学设计的影响。不同教学设计理论因为依照的设计思路不同，对策略的描述也不同，进而导致教学设计的关注点也不同。比如加涅的“学习条件理论”中对策略的描述主要是指教师提供的一系列教学事件2，所以它的设计重点就是能达到特定目标的一系列教学事件，加涅提供了9段教学程序作为整体约束；而梅瑞尔的“成分呈现理论”对策略的描述是指教学内容呈现的顺序和结构，所以在这种理论的指导下，教学设计就会重点关注教学变量中的微观组织策略，即个别教学内容的呈现；梅瑞尔的“教学事务理论”将教学基本策略描述为“教学处理”；瑞格鲁斯的“精细加工理论”对策略的描述也是教学内容的呈现，不过他更侧重宏观组织策略，主要关注所要呈现教学内容的整体选择、排序、组织结构以及细化加工至不同水平时所要包括的各种要素（学习先决条件、动机成分、类比、综合、总结以及扩展的摘要）等3；兰达的“算启教学理论”将教学策略描述为大小合适并且有可能进行有效组织的算法处方和启发式指令4。虽然现有教学设计理论多采取了上述理论范式，但却存在两种不同的研究取向一是基于教学策略/教学模式的教学设计，另外一个是基于学习活动的教学设计。上面提及的教学设计理论都属于第一种取向。这两种研究取向的教学设计理论在研究重点、对教学系统稳定性的认识、对知识点在教学设计中的应用等方面存在不同，现简要解释一下。首先，基于教学策略/教学媒体的大部分教学设计理论重点研究教学媒体及教师讲授，所以教学设计的重点是对媒体选择、使用及教师讲授的设计。在这种理论的影响下，教学似乎能够单纯通过恰当选择可以使用的教学媒体、教学方法、教学模式等途径实现教学的优化，或者通过提高教师的讲授水平来实现教学优化，所以教学设计的重点在这些比较抽象的影响因素上面。而基于学习活动的教学设计认为即使是选择教学媒体、方法、策略等要素时也要考虑它们是针对了什么学习活动，所以教学设计的重点是学习活动的设计。其次，基于教学策略/教学模式的教学设计理论虽没明确指出教学系统的结构，其实都隐含着教学系统有固定结构的假设。而基于学习活动的教学设计理论则假设教学系统的结构是变化的，我们无法直接设计教学系统的各个要素再把它们直接整合。教学系统是一个复杂系统，且具有明显的时序性，随着时间的推移，教学系统的结构可能发生变化。结构决定功能，通过对教学系统功能的探讨分析，我们知道教学系统中的师生角色关系发生了变化，而这种变化其实反映出了教学系统结构的变化，所以可以说教学系统是个复杂的变化系统。结构变化的系统是难以从整体上直接设计的，所以我们很难从整体上对教学系统进行设计，既然如此，可以考虑选择一些系统变化过程中结构相对固定的阶段进行设计，再将这些阶段有机组合起来，这样就可以完成整个系统的设计。基于学习活动的教学设计认为完成特定目标的学习活动在执行期间系统结构是相对固定的，所以可以以学习活动为设计单位，通过学习活动的设计及组织间接实现对教学系统的设计。另外，基于教学策略/教学模式的教学设计在对学习内容进行分析时主要关注了知识的类型，只依据知识点类型及认知加工机制进行设计，知识点之间的内在联系对教学设计的影响并没有引起教学设计者足够的重视。一个教学系统需要学生掌握的是一系列知识点，最终目的是让学生学会管理学习，进而能够进行有效的主动学习。我们根据这一系列知识点相对独立又有一定内在联系的关系考虑将其组成一个个整体，并称之为知识组块。知识组块内包含的知识点在学习时是紧密联系、相辅相成的。同时，教学设计设计的不单单是知识和认知过程，还包括整个学习过程的其他诸多要素，所以教学设计对象的内涵应该相对比较丰富，既包括知识、认知过程，又包括师生交互、交往规则等。基于学习活动的教学设计提出的学习活动具有比较清晰、完整的结构要素，而且可以涵盖知识点、交往规则、师生交互等诸多方面，是比较合适的教学设计单位。按照活动理论，一个具体的学习活动过程可以被分解为一系列具体的操作，这与教学方法、教学策略等范畴之间多少有些不一致。教学方法、教学策略这些范畴的边界含混，是非常抽象的。我们对某种教学方法或者教学策略可以具体化为哪种固定的教学行为序列并不是很清晰，而面对具体复杂的教学情境，任何一种教学方法、教学策略也无法以某种固定的教学行为序列表现出来。教学方法和教学策略是教学手段的整体特征，无法进行直接设计。因此，对于教学设计而言，教学方法、教学策略属于无用的范畴，使用它们只能带来设计上的混乱5。而以学习活动为中心的教学设计理论认为教学设计的主要设计对象是学习活动，学习活动有清晰明确的组成成分，还具有相对稳定的组织结构，所以对学习活动的设计及组织可能是实现教学系统设计的有效方式。将学习活动看作设计对象是对设计对象认识清晰化的表现，而这必然也对分析工作的清晰客观化提出了更高要求。越含混的东西越容易达成一致，越清晰具体的事情就越容易出现分歧。为了尽量提高分析设计之间信息输入输出关系的明确化和清晰化水平，减少教学设计者的主观经验影响，需要将教学设计的操作技术化。教学设计的两大核心操作是分析和设计，所以教学设计的技术化落实到具体操作层面就应该包括分析技术化、设计技术化。教学设计的分析阶段包括学习内容分析、学习者分析、学习目标分析等，其中学习内容的分析是关键，所以学习内容分析的技术化是教学设计技术化的首要任务。以学习活动为中心的教学设计理论在教学设计技术化方面进行了一些探索和尝试，并且试图提出一系列用于分析、设计、评价教学的操作技术。通过实践操作，现已提出了一种更适合以学习活动为中心的教学设计理论的内容分析方法知识建模技术。知识建模技术是指将教学内容所蕴含的知识点进行归类并按照特定规范将这些知识点之间的关系绘制成拓扑图的过程。知识建模操作所产生的拓扑图被称为知识建模图。知识建模技术从提出到现在已在为多个领域的研究提供基础材料，同时，由于教学设计多由合作完成，这就要求合作者有共同的沟通话语，知识建模规范就属于一种沟通话语，当多个人针对同一份材料进行内容分析结果的交流时，知识建模是清晰表达和共享思想的基本渠道。虽然知识建模技术有较为详细的操作规范可依据，但研究者在日常建模过程中发现，不同建模者依照规则对相同材料进行建模，建模结果可能不一致。也就是说，对于相同的知识内容，不同的建模者可能绘制出不同的知识建模图当然由于存在规范约束以及知识语义的客观性，不会完全不同。既然知识建模技术是教学设计技术化的发展成果，教学设计不是个人孤立的操作，设计者彼此之间需要进行合作共享，那么知识建模技术必须保证建模结果的客观性，现有技术操作产生的不一致情况以及产生不一致的原因和处理方法也就成为一个值得研究的问题。12研究意义知识建模技术作为一种基本的操作技术目前已应用于教学设计及问题设计、课程开发及教学系统分析等多个研究领域，广泛的应用及技术的内涵要求知识建模技术必须保证自身的规范化和客观性。经过上述分析可知，建模规范的完善有利于建模过程的规范化，进而保证建模结果的客观性，最终还将有利于建模者进行基于知识建模图的交流和知识建模图的移植共享。所以，以完善建模规范为目标的知识建模技术一致性的研究不但可以提升教学设计理论的质量，还具有现实的实践意义。具体来说有三个方面。1有助于提高学习内容分析的客观性对知识建模技术的一致性研究能够找出建模操作过程中容易出现混淆或者误解的细节，对其进行补充说明，使教学设计者在进行学习内容分析时的每一步决策都找到适用的依据，知识建模图对学习内容的表征能够更加客观，提升内容分析的客观性。即使因为语义理解的主观性知识建模不能做到完全一致，完善的建模规范也可以使得每种建模结果对建模者都是可视的、可预知的，提高建模者对建模结果不一致中可接受部分的理解。2有助于增强知识建模图的共享性和可移植性通过知识建模技术的一致性研究，可进一步修改完善建模规范，在此基础上绘制而成的知识建模图能够更加恰当客观的对知识进行表征，便于知识建模图的移植共享。比如某一个教学设计者为了学习活动任务的设计绘制了某章节的知识建模图，如果每一个知识点的归类及关系界定都有明确的依据，其他教学设计者可直接拿来用于自己的教学活动任务设计。3为知识建模技术应用范围的扩展提供条件一项技术的使用推广需要一定的发展过程，总要有一些“试验性”的应用表明其效果及价值，经过不断的修改完善和实践检验，才能有更多人接受和使用。知识建模技术的一致性研究是在其应用价值已经达到证明的基础上进行的完善性研究，以期使之拥有更广的应用。2研究综述21内容分析方法的相关研究211常见内容分析方法的相关研究学习内容的分析在教学设计过程中扮演着举足轻重的角色，它不但与教学目标的分析相辅相成、相伴而生，而且是后期学习目标的最终确定、学习策略的选择、学习方法及媒体的选择等操作的基础。目前人们熟知的学习内容分析方法主要有归类分析法、层级分析法和信息加工分析法6。1归类分析法归类分析法主要是按照一定的标准或者线索对有关信息进行分类，鉴别出为实现这些教学目标而需要学习的诸多知识点，多用于分析言语信息类内容，因为它们本身不存在逻辑层级或程序。在此过程中知识的实用目的或者知识的本质特征是进行归类分析的主要参考。根据布鲁纳的学习理论，归类是学生形成概念的主要途径，有利于学生对概念的掌握及迁移。此类分析方法的使用较为简单，确定分类方法或依据后，用图示或列提纲的方式把需要学习的知识归纳成若干方面，从而确定教学内容的范围7即可。归类分析法有利于教学设计者明晰事物的共同特征，将分散的内容按照规则集中起来，一定范围内对学生形成概念较为有利，便于进行概念的学习和迁移。比如高中化学中有机化合物的内容较为分散，但可按照特征对它们进行划分，归为如图1所示的形式，教学时可通过类比、对比等方法，也便于学生形成整体认识。有机化合物链烃环烃合成有机高分子化合物生物体内有机化合物烃烃的化合物芳草烃芳草烃的衍生物合成材料（塑料）合成纤维油脂糖类蛋白质不饱和烃饱和烃醇、胺醛、酮羧酸、乙酸图1有机化合物知识体系这种分析方法操作简单，但应用范围较小，各知识点之间本质上不存在有关可以进行难度区分的层级关系，所以在实际教学中应用范围并不大，主要在一些概念分类性的知识分析时用到，而且表达方式较为随意多样，没有统一要求和操作规范。2层级分析法层级分析法顾名思义就是按照分层的理念对学习内容进行分析的方法。这种方法是一个逆向分析的过程，具体是从已确定的教学目标开始，考虑学习者为获得教学目标中规定必须掌握的技能而必须依次具有的次级从属技能。对学习内容进行层级分析时一般从终点技能出发，对该技能进行连续的学习任务分析，最终揭示出掌握该终点技能过程中需要掌握的诸多较简单的成分，而这些简单成分的分析过程的展示结果就是一个完整的学习层次。层级分析法的分析结果可以用一张层级分明的图来表示，图中包含的方框表示分析出来的次级从属技能。图2是目标“整数减法”的学习层级分析结果。多位整数减法不连续多位借位减法连续多位借位减法双借位（跨0）减法不借位的多位数减法减数位上有0的减法（需将被减数直接下移）只有一列需要一次借位的减法识别哪里需要借位连续多列减法，每列进行简单减法（无被减数直接下移）减去一位数，需借位简单减法图2整数减法的层级分析结果这种内容分析方法规则较为简单，理解起来比较容易，只需依照内容的从属关系进行依次拆分即可，但这种分析方法没有给出如何进行拆分的具体规则，所以实际操作并不容易，需要教学设计者对学科内容、心理学知识有较好把握，受主观性的影响比较大。就文献分析来看，目前并没有专门对该方法实践应用的研究，也没有对其使用效果的描述或评价。3信息加工分析法信息加工分析法又称为过程任务分析法，是由加涅提出的一种将教学目标要求的心理操作过程揭示出来的内容分析方法。它主要是描述完成某一项任务的具体步骤，即把学习者必须完成的完整任务分解为小步子8，分析的结果是一个操作过程及步骤的流程图，从起始位置经过一系列步骤最终实现特定任务的要求。信息加工分析法可以应用于确定一项复杂技能的构成和操作顺序，为教学绘制一张“路线图”，不仅有利于学生学习，而且能帮助教师开展灵活、富有创意和有效的教学设计，并为后续的教学实践活动指明了方向9。这一方法可揭示两种主要信息，一是提供对终点目标的清晰描述，包括程序中涉及到的步骤，另外一个用途是揭示了可能并不明显的步骤，特别是一些内在加工步骤，对于教师对学习者应有技能的判定有重要意义。如图3中描述了两位数减法的步骤，其中区别两个数字的大小是一个特殊技能，要求学生在学习之前进行掌握并且能够应用。MNPQPQ小于MN吗不能计算Q大于N吗从M中减1A将10加到N上右列进行减法运算记下右列的差M1大于P吗左列进行减法运算记下左列的差结束菱形框表示决策矩形框表示行动否是否是是否图3两位数减法的信息加工分析信息加工分析法是信息加工理论的实际应用之一，期望通过分析将目标知识与学习者的已有知识进行有效联系，多用于分析有清晰的操作步骤的程序类知识。在实际教学中，有关信息加工分析法如何应用于内容/任务分析的研究和其应用效果的研究并不是很多，但有部分研究者尝试用实例说明信息加工分析在某些具体学科教学设计中的应用。目前关注较多的是如何应用信息加工理论分析学习过程，指导课堂教学设计实践。经过对各种方法操作特点及适用范围的比较分析可知，归类分析法主要用于分析言语信息类知识；层级分析法比较适用于鉴别智慧技能的从属技能等；而信息加工分析法比较合适确定复杂技能的构成和操作顺序。具体如表1所示。表1几种常见内容分析方法适用范围比较分析方法归类分析法层级分析法信息加工分析法适用范围言语信息类知识智慧技能类智慧技能类、动作技能类从表1中我们可以看出，这三种内容分析方法分别关注了加涅知识类型分类中的言语信息、智慧技能和动作技能三类，但都只对学习材料中提到的知识点单独进行分析提取，并没有提供不同类知识点之间整合的框架和方法比如，智慧技能的层级分析结果中只包含智慧技能类知识，这样就无形之中忽略了不同类知识点间关系对教学设计的作用。另外，这三种分析方法都没有统一的规范来约束其分析操作，不同分析者针对同一内容做分析时如果产生差异，无法彻底沟通。虽然学习内容分析的重要性已经得到了一线教师的认可，教师和教研员也对各种内容分析方法进行了一定的研究，但受各种分析方法自身操作步骤以及教学实践中学科特点、教师自身习惯等多种因素的影响，目前国内外对内容分析方法的研究多限于理论层面，真正落实到实际教学的研究较少，对各种分析方法实际应用效果及优缺点比较的研究也并不充分，可以说，内容分析方法更多是以一种辅助性手段的身份存在于教学设计研究大潮中，并没有被单独作为问题研究过。212知识建模作为一种内容分析方法的研究基于学习活动的教学设计理论认为教学设计的任务不仅仅是学习内容序列化、教学事件设计以及媒体选择，而是学习活动的设计，其中学习活动任务的设计是核心工作之一。学习活动任务的设计需要对该领域知识有较好的整体把握，而把握的前提是对领域知识结构的恰当表征和分析，层级分析法和信息加工分析法已经不能满足此项需求了10。为了满足教学设计中对学习活动任务的设计需求，杨开城博士提出一种新的学习内容分析法知识建模。知识建模实际上就是一种内容分析方法，它的操作原理是通过绘制知识建模图梳理知识的内在结构。进行知识建模操作时会涉及到知识点、知识点类型及知识点之间隶属关系三部分内容，通过知识建模的一系列操作最终会形成一张知识建模图，它既可以清楚地列举出知识点之间的内在联系，又可以为活动任务的设计提供参照，避免教学设计者在分析目标知识点、设计活动时遗漏信息或者仅凭想当然的经验做出模糊决策。知识建模技术与其他三种内容分析方法并不是对立关系，在某种程度上，知识建模是层级分析法的继承和扩展，它只是更适用于以学习活动为中心的教学设计而已。知识建模技术通过扩展知识类型和关系类型，并用细致的规范来约束知识点及关系的表达，以便使知识结构的表征更客观更系统。知识建模技术有明确的建模规范指导操作，依据现有的建模规范，知识建模一般包括三个步骤11阅读教材以及其他相关材料，鉴别出相关知识点，并将它们正确归类；根据知识的语义，按照特定的规范，在知识点之间画出特定的弧（带箭头的边），并调整知识点的布局，使其更加美观易读；检查知识建模图的完备性和合理性。规范中给出了了不同类型知识点之间能够建立的关系名称，这些关系包括“代表、是一种、具有属性、组成、并列、等价、相反、内容包含、是前提、逆命题、步骤包含、可以采用、结论包含、结果包含、条件包含、定义、具有特征、包含”等共18种。知识建模分析法最初是为了清楚知道知识点之间的联系，以便更好的进行活动任务的设计而提出，现已在多个研究领域有了扩展性应用。目前知识建模技术作为一种操作技术已被用于学习活动任务设计及问题设计、课程开发以及教学系统分析等多个研究中，并取得了一些应用发展。1知识建模图是任务设计的基础知识建模是教学设计技术化发展的结果。以学习活动为中心的教学设计理论认为教学设计的核心是学习活动的设计，而学习活动任务的设计依赖于对学习内容的清晰掌握。通过知识建模技术对学习内容进行分析，绘制出表征内容结构的知识建模图，在此基础上根据一定的规则划分知识组块，以知识组块为单位设计学习活动任务，再辅以师生交互、学习方法、资源工具、交往规则等是以学习活动为中心的教学设计的基本思路。这其中知识建模图是进行后期活动任务设计的基础，不管是同一个人利用自己的分析结果进行设计还是不同的人基于同一份建模结果进行设计，知识建模图的质量直接影响了后期知识组块的划分和活动任务的设计。2知识建模图是问题设计的重要参考任务设计是学习活动设计的重要组成部分，已经越来越受到教学设计者的重视。基于学习目标的任务设计才能更好的保证教学设计的理性，对学习目标的认识是任务设计的前提。依据学习目标的层次可以将学习任务分为意义建构和能力生成两大类，问题解决是能力生成类任务设计的重要形式。学科教学的重要目标之一是问题解决能力的培养，而好的问题在实现这一目标的过程中具有重要意义。虽然已经有越来越多的人关注到问题教学的教学设计，但他们大多关注了基于问题解决的教学过程，对问题设计的研究还不多。以学习活动为中心的教学设计理论提出一种基于知识推理路径或知识关联图的方法，试图为问题设计提供可操作性的方法。这种操作方法的基本思路是通过知识建模图找出与其目标知识点相关的先决知识点，找到先决知识点的问题原型，画出问题原型相应的知识关联图或知识推理路径，通过对其的相应变换，设计出适合目标知识点的问题12。这种操作方法减少了教师经验对问题设计的影响，也发掘了知识建模技术的另一个应用领域。知识建模既是知识推理路径产生的参考前身，也为绘制知识推理路径时知识点的选取提供了参照。3知识建模已经成为课程开发技术的重要组成部分教育技术学视角课程开发理论的内容体系包括理念、方法技术和技术组织三部分，其中方法技术是核心内容。知识系统的清晰表征是课程开发者理解社会需求和学习者特征的重要基础。一套完善的内容分析方法能够帮助我们更好的认识知识系统，进而能够结合对社会需求和学习者特征的认识更好的进行课程开发设计。教学设计技术化是教学设计发展的一个方向，而课程开发也有技术化的发展趋势。张晓英博士在课程开发中的知识分析技术的初步探索一文中指出，“目前为课程开发过程构想的三种方法技术是角色分析技术、知识分析技术和组块划分技术，而知识分析是关键环节。由于知识最好的表征方式是网络，知识建模作为有利于知识分析的逻辑性和可操作性的一种表征方式被引入知识分析中，知识建模图的建模和压缩规范是知识分析技术的基础性技术”13，由此可见，知识建模技术已经跳出教学设计，初步进入到课程开发领域。通过知识建模可对课程知识内容进行可操作性的分析，这为课程开发成为一种技术提供了可能。（4）知识建模图是教学系统IIS分析法的基础。随着人们对教育和学习内涵认识的日益深入，教学分析逐渐受到广泛地关注。各国教育研究者从各个不同方面用不同视角对教学系统进行分析。教学系统的IIS图分析法是一种“从教学系统整体功能机制出发，以信息系统为视角的教学分析的观点引入实际的分析操作，关注可操作”14的分析方法。在基于IIS图的教学系统分析中，需要采用一种能够恰当表达知识点之间内在关系和教学意义的结构，从而清晰表示教学系统诸多要素之间的关系15，以便教学系统分析者对教学系统进行深入把握和分析，而这种结构可以通过在知识建模图上进行适当标识来获得。也就是把教学信息流的属性值（比如表征形态等）反映出来的各个知识点的特征（比如，被激活的次数等）标记于知识建模图上，产生带有特定标记的知识建模图。带有标记的知识建模图是进行教学系统的IIS图分析的基础。由此可见，知识建模技术作为一种可操作技术已应用到教育教学的多个领域。但是上述领域的研究者大都直接应用现有建模技术为后续研究提供材料和技术支持，即使在特定领域进行了必要的完善改进（比如，课程开发中用于知识分析技术的研究，对知识建模规范进行了调整并增加了剪枝技术16），仍然没有避免应用过程中暴露出的一些缺陷。从以上提到的诸多研究学位论文的研究展望前景及建模感悟中可以看出，他们在应用知识建模进行研究的过程中对知识建模应用的一些问题深有感触，比如建模过程中对知识点归类及关系界定拿捏不准，运用不是自己完成的建模图进行后续研究时有些知识点及关系不能恰当理解等。所以，不管是研究范围增大的需要，还是实际应用问题的需要，对建模技术本身进行深入研究都是必要的，而其中知识建模技术的一致性研究是重中之重。22一致性的相关研究一致性在不同研究领域有不同的定义和检验方法，比较常见的有数据一致性、数据库一致性、内部一致性及语义一致性等等。1数据一致性数据一致性是针对系统中可以被控制的数据的重复情况而提出的，是指关联数据之间的逻辑关系是否正确和完整。数据一致性出现问题一般是由于我们可以通过控制数据在更新时发生的变化在一定可接受的范围之内，这里的更新操作包括增加、删除和修改，而控制的方法是寻求一定的算法或工具17。2数据库一致性数据库一致性（DATABASECONSISTENCY）是指事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。如果数据库管理人员在操作过程中没有进行对应的定义操作，就会导致数据库的不一致。目前保证数据库一致性的方法一般有同步复制、异步复制和分层复制等，这些策略的原理大都是通过控制协议和算法来保证数据库一致性18。3内部一致性内部一致性是可靠性RELIABILITY的一个方面，显示测验或其他测量手段中的一套测试项目产生一致结果的程度。内部一致性的研究范围相对来说比较广泛，样本数据是否来自同一总体、量表评估的效果、不同评价者对同一事物的评价、单一评价者对同一事物的多次评价等都属于内部一致性的研究。所以，导致内部不一致的原因也是多样的，对样本数据的选择、不同评价者对同一事物认识的角度和标准、统一评价者多次评价时依据的标注和个人主观性影响等都有可能导致内部不一致。4语义一致性语义一致性的评判对象是语义。语义是数据的含义，可以简单的看作是数据所对应的现实世界中的事物所代表的概念的含义，以及这些含义之间的关系，是数据在某个领域上的解释和逻辑表示。目前比较常见的是协同编辑中的语义一致性问题，根据王学义等人提出的协同编辑一致性模型可以知道遵守预先定义的和在协同编辑过程中定义的规则19即为语义一致。语义一致性还可继续细分为简单语义一致性和复杂语义一致性。目前研究比较多的是基于语义一致性的检验模型的设计以及如何保证简单和复杂语义一致性等，简单语义一致性可由语义网络图、框架本体等辅助保证，复杂语义一致则可借助语料标注的方法来实现。5其他一致性目前教育教学领域的一些一致性研究与前边提到的一致性研究略有不同，多数是一致性是质性研究，并没有太多数据方面的比较或者既定的模型可以评测。目前比较成型的一致性研究有关于不同群体的一致性的研究，比如学校教育与家庭教育的一致性、课堂评估或者教学评估中专家与学生评价的一致性、教学实践与社会实践的一致性等等；关于行为和目的的一致性研究，如教师行为和角色的一致性、家庭教育目的与行为的一致性；关于课堂教学中知识组织的一致性研究，比如前后知识的一致性，即课堂语言输入与输出的一致性可促进教学目标达成的课堂语言一致性的研究20；还有些技术方面的研究，比如为保证对博士论文评价的一致性而进行的博士论文评价规则21，为了提高资源可重用性和系统互操作性的学习设计规范一致性测试系统22等。由于知识建模技术的一致性最终由知识建模图这种拓扑结构图的一致性表明，上述多种一致性定义都无法直接引用。所以，我们给出本研究中一致性的操作定义。在给出操作行定义之前先对知识建模图的组成单位进行简单的介绍。知识建模图是阅读学习材料提前知识点之后，对其进行归类，然后界定不同知识点之间关系的操作结果。为了表述方便，我们将两个知识点以及它们之间的关系组成的单元写成R,其中A和B是两个知识点，R是它们的关系，且规定了名称含义。由于对于具体的知识点A和B来说，R在逻辑上受制于A和B的语义联系，应该是唯一的。所以知识建模一致性的定义为对于特定的知识点A和B而言，A和B的类型以及R的唯一性。具体解释为不同建模者或者同一建模者在不同时间对相同材料进行建模，将多个建模结果进行对比，如果任意两个语义相同的知识点类型相同、之间的关系也相同，则说明多个建模图之间是一致的，否则为不一致。比如图4中两个表示知识点“力”和“矢量”的知识节点，知识点的内容和类型都相同，但A中关系为“是一种”，B中关系为“具有属性”，根据知识建模一致性的定义，这就属于建模不一致。矢量是一种力矢量具有属性力AB图4不一致范例（1）根据知识建模技术的具体操作步骤及本文中对知识建模一致性的定义，通过建模者的实际操作感受可知，不一致分为两种情况，一是知识点归类不一致，一是关系界定不一致。比如图5中的两个知识点，左边的将“鉴别碳酸钠和碳酸氢钠”归为原理，右边的则将这一知识点归为过程，这属于知识点归类的不一致。而图6中两个知识点“等边三角形”和“三个角都相等的三角形是等边三角形”的归类相同，但两个知识点之间的关系界定不同，A图认为原理“结论包含”概念，B图则认为概念与原理是“具有特征”的关系。鉴别碳酸钠和碳酸氢钠鉴别碳酸钠和碳酸氢钠图5不一致范例（2）三个角都相等的三角形是等边三角形等边三角形结论包含三个角都相等的三角形是等边三角形等边三角形具有特征AB图6不一致范例（3）这两种不一致中，第一种不一致归类不一致势必会影响具体的教学设计，比如图5所示，不同知识点类型会直接影响到后期教学的重点是鉴别的原理还是鉴别的操作，所以这种不一致是不可接受的。而第二种关系界定不一致有可能会影响教学设计，那时不一致将是不能接受的，但也有可能不会对教学设计产生影响，比如图6中“结论包含”和“具有特征”所表达的意思是等价的，具体到这两个知识点的教学，都可以在学习了等边三角形的概念之后以推论的形式给出“三个角都相等的三角形是等边三角形”这一原理，对教学设计没有大的影响，所以这种不一致是可以接受的。也就是说，知识建模技术的不一致也有可接受和不可接受之分。在上述提到的多种一致性定义中，对不同一致性的评价方法不同，有些可由检验算法得出具体数据表明，有些则通过质性分析得出描述性结论。根据本研究的一致性定义，暂时还无法通过某些模型或者算法得出具体的数据来表示其一致性程度，所以需要进行质性分析进而得出描述性结论。质性分析的过程需要对建模结果中的知识节点进行逐条对比和质性分析，对于不可接受的不一致产生根源进行归因，如果是建模规范所致，则对建模规范进行改进以消除这种不一致。3研究设计31研究目标本研究的目标是，检验知识建模技术的一致性，寻找各种不一致的情况，区分可接受的和不可接受的，对于不可接受的不一致进行归因分析，找到建模规则的疏漏，并改善建模规则，提升建模操作规范的约束作用，提高知识建模的一致性水平。32研究内容本研究给出的一致性的定义为对于特定的知识点A和B而言，A和B的类型以及R的唯一性，其中R表示A和B两个知识点的关系。具体解释为不同建模者或者同一建模者在不同时间对相同材料进行建模，将多个建模结果进行对比，如果任意两个语义相同的知识点类型相同、知识点之间的关系也相同，则说明多个建模图之间是一致的，否则为不一致。具体的不一致又包括知识点归类不一致和知识点间关系界定不一致两种。1知识点归类不一致知识建模技术虽有客观的建模规范，但具体的知识点提取目前还没有统一的标准。由于对知识点的提取要借力于建模者的主观经验和对内容的理解，所以暂时不能要求知识点提取和描述也完全相同。此处研究的知识点归类不一致主要是指建模者提取出语义相同的知识点但归类不同的情况。为了研究方便，在对知识建模结果进行对比之前先将语义相同的知识点描述进行人为统一。比如在“钠的化合物”一节中有对碳酸钠和碳酸氢钠区分方法的介绍，这里统一描述为“鉴别碳酸钠和碳酸氢钠”，然后再对不同的归类方式进行比较分析。比如前边提到的有建模者可能将其归为原理，也有建模者将其归为过程。2关系界定不一致这种不一致在知识建模过程中是最常见的，主要表现为相同内容和类型的两个知识点间关系不同，比如之前提到的如图4、图6所示的不一致。物理材料“牛顿第二定律”建模过程中，不同建模者对提取出的概念知识点“力”与概念知识点“矢量”之间建立了不同的关系，有人认为是“是一种”，有人认为是“具有属性”。还有数学材料“等边三角形”中提到的原理类知识点“三个角都相等的三角形是等边三角形”和概念类知识点“等边三角形”之间有人认为是原理“结论包含”概念，也有人认为是概念“具有特征”如原理所述。关系界定的不一致有可能是同种逻辑关系的两种不同表达方式，并不会影响后期的教学设计，能够被理解接受；也有可能是不符合知识点间实际隶属关系的，或者会影响后期的教学设计，不能够被理解接受。比如图3所示的关于“结论包含”和“具有特征”的不一致实际是两个知识点隶属关系的两种表达方式，对后期的教学设计没有大的影响，属于能够接受的不一致，我们只需在建模规范中给出说明，以便建模者能预知此种不一致并理解即可。而图4中提到的“矢量”并不是“力”的属性，所以这种不一致是不能被接受的，我们要分析其产生的原因，进行有针对性的改进。不一致产生的原因主要有两个，一是建模者主观性的影响，其中包括对知识语义的个性理解、对建模规范的个性理解以及建模实际操作经验不足的影响等，二是建模规范的内在不足。对于第一个原因我们可以通过讨论交流以及增加操作演练的方法解决，而对建模规范的内在不足我们就需要对其进行补充完善。所以，本研究的主要内容是寻找建模过程中存在的不一致情况，分析此种不一致是否属于可接受理解的一类。对于可接受的不一致给予说明，对于不允许存在的不一致尝试通过完善建模规范来减少并消除。33研究设计本研究主要采用质性研究的个案分析法。为了区分不一致产生的原因，将重点集中在知识建模规范内在不足引起的不一致上，我们的研究过程中的建模操作都以小组形式进行，以便通过讨论交流最大限度地消除因个人主观影响导致的不一致。另外，为了尽量减少由于建模者对知识语义理解和建模规范理解应用的困难，我们选取了建模者已经学习过的高中材料作为建模材料，并通过培训学习和循序渐