知識元法在“建筑消防工程學”課堂教學改革中的應用探索與實踐

杜曉燕，郭仙洋，林家樂，張 浩

(安徽工業大學 建筑工程學院，安徽 馬鞍山 243032)

隨著知識經濟的到來，知識更新頻率從幾百年、幾十年更新一次，到現在的一兩年更新一次，知識量的增速較之過去提升了6～7倍[1]。知識快速更新和增長，對傳授知識的教師，尤其大學教師提出了更高的要求。教師不僅要不斷更新知識儲備，辨別淘汰知識，而且要篩選有效知識，并行之有效地傳播給學生。因此，變革教學模式，使教學內容信息化，滿足現代社會快速變化發展是大學教師面臨的重要課題。

知識元(Knowledge Element，簡稱KE)最早出現在知識服務領域，早在1964年我國文獻情報專家袁翰青提出了對文獻中的知識單元進行組織的思想[2]。通過將知識元從文獻中抽取出來，組織成知識元鏈接的檢索系統，產生了極大的知識增值，推動了人類對知識的利用，促進新知識的創造。隨著知識更新速度的加快及教學模式的改革，在教育領域也逐漸提出了知識元的概念[3]。目前對于知識元的概念本身的認識還存在著一定的模糊性，在不同研究領域被叫作知識元素、知識單元、知識因子、知識基因、知識節點、原知識點等[4]。近年來，隨著人們對知識元提取、標引、鏈接等認識的加深，一些知識元應用模型被提出[5-7]，將其應用到課程內容的組織領域將非常有研究價值。

本文以安全工程專業課程“建筑消防工程學”為例，嘗試將知識元法應用到課堂教學資源的組織及實踐應用中。

1 相關研究現狀

近年來，隨著人們對知識元提取、標引、鏈接等認識的加深，知識元模型被廣泛應用到計算機科學、教育學、突發事件應急管理等領域。

在教育學領域，知識元是組成教學知識點最小的獨立知識單位，目前以研究教材知識元的解析和多媒體知識元庫的構建為主。隨著近年網絡教學模式的興起，學習資源的深度聚合問題成為教育技術研究熱點之一。

陳智等[8]指出必須以知識點為教學內容的基本單位，針對不同的知識點設計不同的教學模式。將知識點細化為知識元、選擇最佳教學方法，有利于發揮學生在教學活動中的主體作用和教師的主導作用，有利于教師發現和突破教學難點，提高學生的思維、記憶、表達等能力[9]。楊選輝等[10]利用知識元理論對教學資源結構進行改造，構建了由知識元提取、知識元標引、知識元鏈接三大環節構成的教學資源組織模式。尹征杰等[11]引入知識元對微課的教學資源庫進行構建。黃信兵等[12]將課程內容分解成不可分割的知識元，通過具體項目任務將知識元串聯起來形成知識鏈，進而形成知識群。馮少婉[13]基于知識元模型設計了“知識元—視頻元—視頻節點—視頻聚合網”的視頻資源聚合模型。王小根等[14]基于知識元模型，在高校傳統文化教育的移動學習支持下，設計開發了“吳地文化傳承”微信公眾平臺，實現了資源推送、對話交互、微網站、微社區等資源交互模塊，提高了傳統文化移動學習的學習效率。

綜上，隨著人們對知識元提取、標引、鏈接等認識的加深，知識元模型被廣泛應用到教學資源的解析和組織中。知識元法采用“化整為零，化零為整”的思路，將知識分解成不可分割的知識元，根據知識元類型進行標識，選擇不同的教學手段和學習方法，然后根據知識元之間的關系形成知識鏈，進而形成知識群，有利于學生對知識體系形成系統性認識。本文嘗試將知識元理論方法引入“建筑消防工程學”教學資源的組織架構中，優化教學內容的組織模式，一方面有利于教師篩選課程中的有效知識，另一方面，可提高教師對知識的傳遞率，增強學生對知識的有效獲取率。

2 知識元法在“建筑消防工程學”課程教學中的應用

本文以程遠平、李增華編著，中國礦業大學出版社出版的《消防工程學》教材為依據，運用知識元法從知識元分類、知識元外部鏈接、知識元內部鏈接三個方面對教學內容進行組織建設，探討構建知識元法在“建筑消防工程學”課程中的應用模式。

2.1 課程教學內容

本課程目前所用教材，內容分為四大部分、21章，32學時。根據專業教學計劃，學時有限，授課過程中只講授前三大部分內容，教學內容及課時安排見表1。

表1 “建筑消防工程學”教學內容及課時安排

注：A—熟練掌握；B—掌握；C—了解。

“建筑消防工程學”是安全工程專業的一門專業必修課，理論性強，實踐能力要求高，內容涉及火災發生、蔓延等基礎理論，又以建筑火災為典型，涵蓋被動防護(建筑構件耐火性能、耐火等級、防火防煙分區劃分、安全疏散原則及要求、防火設計等)、主動防護(滅火劑類型及滅火原理、滅火器類型及應用范圍、自動報警系統、自動噴淋系統、防排煙設計等)兩大方面內容。

由于本課程授課內容較多，學時安排緊湊，而要求學生掌握的知識點多，教師在授課過程中組織難度大，教學效果不理想。據不完全統計，安徽工業大學安全工程本科生2018—2019學年該門課程平均成績為69.5，不及格率達到18.97%，優秀(90～100分)人數0人。通過課后問詢學生，結合試卷分析結果，發現學生學習過程中既不能將前期專業基礎課程學習內容內化用于指導本門課程學習，也不能將本課程前后內容連貫起來，舉一反三。引入知識元方法，劃分知識元類型，在繁雜教學內容中提取有效知識元是知識元教學法的第一步。

2.2 知識元分類及標識

參考知識元類型分類[15]，本文將“建筑消防工程學”內容分為概念類、原理類、方法類、規范類四種不同類型，如表2所示。

表2 “建筑消防工程學”知識元分類表

劃分知識元類型進行標識后，在實際教學組織過程中，根據每類知識元特點和學生的學習特質，針對不同知識元類型采用不同的教學手段和方法，活躍課堂氣氛，豐富課堂形式，夯實學生對單個知識元的掌握程度。

2.3 與前期基礎課程的外部鏈接

知識關聯是指構成知識系統的知識節點之間的相互聯系，使各相關節點間形成意義系統的聯系。這種聯系表現為一種以拓撲結構形式存在的網絡結構[16]。學生在掌握單個知識元后，由已知知識出發，向新知識擴展，可以形成完整、清晰的知識網絡。

作為安全工程專業本科生必修課，“建筑消防工程學”安排在大三下學期，開課之前學生已學過“安全科學與工程導論”“安全系統工程”“安全管理學”“防火與防爆技術”等專業基礎課程，前期課程內容內化為自己知識后能有效指導本課程的學習。

例如“安全系統工程”課程的核心內容是針對“事故”進行系統性分析，分析的手段無論是事故樹分析(FTA， Fault Tree Analysis)還是事件樹分析(ETA，Event Tree Analysis)本質上是圍繞“風險”展開，從“發生可能性”和“后果”兩個維度進行計算說明。而“安全管理學”課程的核心內容則是從工程技術、教育或管理方面，針對風險分析結果進行控制，例如3E對策(Engineering Measures、 Education Measures、 Enforcement Measures)。

“建筑消防工程學”作為后續課程，實際上是針對其中一種工業事故——建筑火災，進行分析、控制的課程，因此與前期“安全系統工程”和“安全管理學”存在著密切的鏈接關系。從“事故—風險”兩大知識元角度，繪制本課程內容與外部知識元的鏈接網絡圖，如圖1所示。

圖1 外部知識元鏈接示例

圍繞“事故—風險分析—風險消除或控制”主線，課程內容可劃分為三大知識單元：

2.3.1 鏈接事故風險分析的火災的發生：一方面是氣體可燃物、液體可燃物、固體可燃物著火機理及過程，對應著事故風險發生的可能性；另一方面是火災蔓延及煙氣，對應事故風險后果。

2.3.2 鏈接風險消除的建筑火災被動防護，主要內容包括建筑材料高溫性能、建筑物耐火等級、防火防煙分區等，對應風險控制中對火災發生可能性的控制。

2.3.3 鏈接風險控制的建筑火災主動防護，主要內容包括滅火劑、滅火器配置、火災自動報警、自動噴淋系統等，對應風險控制中對火災后果的控制。

明確三大知識單元后，針對每個大知識單元，再提煉若干個知識元，并進行類型劃分和標識，根據知識元分類，采取不同教學手段進行講授。通過與前期基礎課程知識元的外部鏈接，使得繁雜的教學內容變得層次分明，結構清晰。學生在學習本課程過程中不僅從前期專業基礎課的學習有效過渡到本課程學習，也有助于加深學生對本專業整個課程體系的系統性認識。

2.4 課程內容間的內部鏈接

由于本課程內容涉及19章，內容較多，篇幅有限，本文以其中的火災發生機理為例，探討內部不同知識元間的鏈接關系。教材第二章共包括4大節11小節，如表3所示。

表3 第二章火災發生教學內容

按照課時要求，教材第一部分5大章總共8學時，因此，第二章授課學時頂多安排1～2個學時。然而，本章每一小節內容都較多且為必須講授內容，若以傳統的以章節順序組織教學，教師很難在有限課時內將本章內容講解到位，不利于學生將知識串聯，避免碎片化學習。

以知識元鏈接理論為依據，針對本章內容，我們以“火災發生機理”為知識元，將內容進行鏈接，形成本章內容的鏈接網絡，如圖2所示。

圖2 內部知識元鏈接示例

原先本章節內容以著火對象進行排序，分別就氣體可燃物、液體可燃物、固體可燃物的著火機理分別、順序展開論述。但從內容本質上看，液體可燃物的著火過程為：蒸發形成可燃性氣體后的燃燒，可鏈接到氣體可燃物著火機理；固體可燃物，一部分經過熔融形成可燃性液體，進而蒸發為可燃性氣體；有的部分直接熱解或升華為可燃性氣體，分別鏈接到液體可燃物著火機理、氣體可燃物著火機理；氣體可燃物著火機理又具體為熱自燃機理、鏈式自燃機理、強迫著火機理。因此，通過知識元鏈接，本章內容可變為以“火災發生機理”為知識元展開論述，以熱自燃機理、鏈式自燃機理、強迫著火機理三個子知識元為核心的循環樹狀鏈接網絡圖。其他章節同理。

經過知識元內部鏈接，形成本門課程內容的知識元鏈接網絡，以網絡化結構呈現出來，打破傳統的以章節為序組織教學內容和資源，使教學內容重點突出、教學主線明了，邏輯清晰，有助于延長學生對課程內容的記憶期限，在走向工作崗位后更好地學以致用。此外，也有助于教師通過知識元提取，繪制鏈接網，篩選有效知識，提高課堂授課過程中知識的傳遞率。

3 結語

基于知識元方法，將課程內容分解成不可分割的知識元，并根據知識元類型進行標識，進而根據知識元標識，選擇不同的教學手段和教學方法，豐富了教學內容和形式，有助于活躍課堂氣氛。依據知識元鏈接理論，形成本課程與外部課程，本課程內部之間的知識鏈、知識網，可實現“建筑消防工程學”教學內容的完整聚合，形成資源結構體模式的知識體系。通過知識元法優化本課程課堂教學，一方面有利于教師將本課程內容化繁為簡，篩選有效知識，在有限學時內充實課程教學內容；另一方面，通過鏈接形成資源結構體模式的知識體系，更易于教師將知識行之有效地傳遞給學生，提高課堂教學中教師的知識傳遞率和學生對知識的獲取率。