以問題解決為導向的微課知識地圖構建研究

姜宛彤　錢松嶺　萬超

【關鍵詞】? 微課;知識地圖;問題解決;問題導向;認知負荷理論;學習資源;構建模式;構建流程

【中圖分類號】? G434????? 【文獻標識碼】? A????? 【文章編號】 1009-458x（2019）3-0043-08

一、引言

信息技術的發展徹底改變了信息獲取和傳播的方式，極為便利的信息獲取和傳播方式使信息呈爆炸式增長。海量的信息雖然為學習者提供了便利的學習資源，但其碎片化呈現卻使得信息組織和信息管理變得困難，我們稱這一時代為“碎片化時代”（姜宛彤， 等， 2016）。碎片化時代的時間、空間、知識和注意力呈碎片化形式呈現，學習者的學習方式也隨之改變。丹尼爾·金在研究個體學習和組織學習之間的轉移機制時提出，當個人心智模式和共享心智模式之間出現斷裂時，就會產生碎片化學習（Kim， 1998）。碎片化時代的信息和知識具有零散性和碎片性的特點，所以碎片化學習中信息和知識的組織就變得尤為重要。如何將碎片化的知識以某種利于學習者知識建構的方式進行組織就成為值得探討的問題。國外以可汗學院和MOOC為代表的微視頻教學平臺隨著碎片化時代的大浪潮而興起，我國的微課程也隨之迅速發展。因此，教學微視頻如何組織能夠有效促進學習者知識建構也是本研究的重點。

二、問題的提出

（一）知識地圖在微課組織中的利用

目前，國內外的微視頻教學平臺多利用知識地圖對微視頻進行組織，比較有代表性的如可汗學院。在課程組織方面可汗學院就如同一個網絡學習資源超市，擁有數學、化學、物理、金融、計算機科學、天文學、法律等5，500多個視頻，但是可汗學院的部分知識地圖依然存在知識點數量龐大、知識點之間關系復雜等缺點，無疑會增加學習者的認知負荷。除了可汗學院以外，日本的Share Wis也是一個基于知識地圖的微視頻教學網站（姜宛彤， 等， 2016），但是Share Wis的知識地圖無連接線，而是通過右下角的加減號放大縮小知識點以控制知識呈現的界面，只能從知識層級關系對知識點進行處理，為學習者提供局部的知識關聯，而無法提供完整知識體系。我國的學生網也具有知識地圖功能，但是與可汗學院和Share Wis不同的是，學生網的知識地圖只用于課后問題的組織，未對微視頻進行組織，無法在學習者利用微視頻進行學習時呈現知識間的關聯，也無法幫助學習者進行知識建構。除此之外，我國比較有代表性的幾大微課程網站如微課網和微課之家等均未引入知識地圖功能。

自2011年胡鐵生基于區域優質資源建設提出“微課”一詞，微課程就作為一種新型教學嘗試進入我國教育教學領域，得到各部門的大力支持和推廣。微課程在發展中不斷完善，但也暴露出諸多問題。從微課程實踐及應用調查來看，存在微課零散、缺乏有效組織的問題（王偉， 2014; 詹春青， 等， 2014; 陳婧燕， 等， 2015），針對此問題也有學者提出利用思維導圖（謝永朋， 等， 2015; 陳如麗， 等， 2015; 崔春陽， 等， 2016）、知識地圖等方式組織微課（任遠紅， 2016; 胥果， 2016）。但思維導圖更適合頭腦風暴等發散思維的組織，而微課是既有事物，需要的是基于某種關聯的有效組織。而且思維導圖只有一個中心節點，但知識點之間可能存在多種關聯，所以思維導圖并不十分適合知識點之間關聯的呈現。而近年來利用知識地圖對微課進行組織的研究，大多是構建不同學科的知識地圖，而且存在諸多問題。其中較為突出的就是注重概念性知識，多是利用知識地圖呈現知識之間的從屬關系，對程序性知識缺少關注。程序性知識是關于“怎么辦”的知識，是問題解決過程中不可缺少的。

（二）知識地圖在微課組織中的新探索——以問題解決為導向

問題解決是人類學習中最重要的獲取和建構知識的手段，21世紀也以培養具有問題解決能力和創新能力的人才為目標。目前，世界上很多國家頒布的綱領性文件都體現出培養學生問題解決能力的重要性。如日本文部省頒布的“學習指導要領”中規定，中小學各學科課程的教學目標和教學內容都要重視培養學生的問題解決能力（陳靜靜， 2008）;美國《國家科學教育標準》也指出，具備良好科學素養的人必須具有較高的問題意識和問題解決能力（國家研究理事會，? 1999， p. 28）;韓國和我國基礎教育課程改革也均指出要加強對學生科學探究精神和問題解決能力的培養。可見學校的教育教學工作也應以培養學生的問題解決能力為目標。

微課程作為一種新型學習方式，近兩年在基礎教育中非常火熱，所以利用知識地圖對微課進行組織的研究不能僅僅停留在組織不同學科的微課這種橫向層面，有必要換一個角度縱向拓展新路徑。基于以上考慮，我們提出以問題解決為導向構建知識地圖組織微課的思路。

三、以問題解決為導向的微課知識地圖構建的理論基礎

（一）認知負荷理論

以問題解決為導向的微課知識地圖組織研究以認知負荷理論為基礎，認知負荷理論又以資源有限理論和圖式理論為基礎。

1. 資源有限理論

資源有限理論認為，人類的認知資源是有限的，如果加工信息所需的認知資源超過個體的認知資源，就會對個體造成認知負荷。從資源有限理論來看，在微課程的學習中需要對微課資源進行組織，有效的微課資源組織能夠降低學習者的認知負荷。

2. 圖式理論

圖式理論認為，知識是以圖式形式存儲在長時記憶中的，個體在學習新知識時，已存儲的圖式可以根據具體情境進行處理，降低個體的認知負荷。認知負荷理論認為，教學的主要功能是在長時記憶中存儲信息，而利用圖式對所學的內容進行構建可以降低短時記憶的負荷，知識可以以圖式的形式儲存于長時記憶中。所以認知負荷理論強調，學習內容不宜一次性呈現過多和過于復雜，否則將增加學習者的認知負荷，影響學習效果。從圖式理論來看，利用圖式對學習資源進行組織也可以降低學習者的認知負荷，所以利用知識地圖對微課資源進行組織，使微課資源以圖式的方式呈現，可以加深學習者的印象，減輕學習者的認知負荷，改善學習效果。

（二）格拉澤解決問題支持三階段論

格拉澤對于新手解決問題支持的研究中曾提出三階段論，這三個階段分別是外界支持期、過渡期和自我調整期。其中第一個階段就指出，若是教師或父母為學習者構建學習支架，給予學習者來自外界的支持，將會促進新手解決問題的能力。羅伯森也指出，在一個不熟悉的領域中，是不容易從問題中歸納出一個原理圖示的，因此用從源問題那里模仿來的行動，將有助于解決問題（轉引自金慧， 2010， pp. 20-22）。所以學習者進入問題情境中試圖解決問題之前，最好給學習者一個可供模仿的問題解決模式，學習者通過學習進行模仿，再將所學的問題解決過程應用于新的問題情境中完成學習遷移。

利用知識地圖對微課進行組織，不僅可以減輕學習者的認知負荷，還可以在學習者進入學習情境時給予一個及時的學習支持，即以知識地圖呈現問題解決步驟給學習者提供一個可供模仿的問題解決模式，促進學習遷移。

四、流程型知識地圖的選擇

（一）以問題解決為導向的知識地圖選擇依據

隨著信息技術的不斷發展，知識地圖衍生出各種不同的形態，其呈現方式和功能以及應用領域也不盡相同。以問題解決為導向構建知識地圖至少要滿足以下要求：

1. 呈現知識點之間的關聯

揭示關系可以說是知識地圖最基本的功能，又可分為揭示知識之間的關系和揭示人員之間的關系。本研究將重點放在揭示知識之間的關系上。因此，以問題解決為導向構建知識地圖，首先應能將知識之間的關聯進行可視化呈現，幫助學習者理解知識點之間的關聯，促進有意義學習。

2. 呈現問題解決流程

吳才喚（2012）曾經指出，知識地圖是解決問題的需求者在創新實踐中尋找到解決特定問題的方法或答案的一種知識管理工具。知識地圖的本質在于使得知識需求者找到解決某項特定問題的方法或答案，因此，它的建構應該以問題為導向，而不是以知識為導向。問題解決是一個有順序的多階段過程，因此，以問題解決為導向構建知識地圖，要能夠呈現問題解決的過程，為學習者提供問題解決步驟的學習支持。

3. 支持知識點定位

梁定彭認為，知識地圖是一個與知識搜索有關的概念（轉引自陳強， 等， 2006）。Mu和Wang（2009）也認為知識地圖是資源獲取、組織和檢索的工具。問題解決過程中需要應用不同類型的知識，能夠快速地對所需知識進行定位就顯得尤為重要。因此，以問題為導向構建知識地圖，要能夠支持知識點定位，學習者能夠根據需要搜索知識點，同時也能搜索到與其相關聯的知識點。

（二）流程型知識地圖的優勢

Logan和Caldwell按照知識的構成將知識地圖分為概念型知識地圖、流程型知識地圖和能力型知識地圖（如表1）（轉引自蘇新寧， 2014， pp. 156-166）。

首先，流程型知識地圖可以呈現事物進行順序過程中的布置和安排。問題解決也是一個有序的過程，解決問題過程中所需的資源也需要一定的布置和安排。因此，流程型知識地圖可以呈現問題解決的過程，以及問題解決過程中所需知識和資源的布置和安排。

其次，在流程型知識地圖中，知識地圖揭示關系的功能還可以按照問題解決的過程提供問題解決所需知識之間的關聯，為問題解決提供支持。同時，流程型知識地圖的知識點定位功能也可以對問題解決所需知識進行搜索和定位，并呈現其關聯知識點。

最后，Logan和Caldwell也指出，流程型知識地圖由概念型知識和流程型知識組成，而問題解決過程中所需的知識也具有一定的層次性，程序性知識要建立在概念型知識的基礎上，才能更好地解決問題，因此，在問題解決所需知識的提供方面也要按照一定順序，從低級知識到高級知識。綜上所述，對于問題解決來說，最適合的當屬流程型知識地圖，下文中的知識地圖均表示流程型知識地圖。

五、以問題解決為導向的知識地圖的要素

要素是構成一個客觀事物最基礎的單位。知識地圖的組織也是由各種不同的要素構成的。本研究認為，知識地圖的要素主要可以分為基本要素和支持要素。

（一）基本要素

知識地圖的基本要素是指在知識地圖組織中最基本的構成，也是整個系統中最小的單位。基本要素具有普遍性，是所有知識地圖都具備的要素，主要包括知識節點、知識關聯和知識鏈接。

1. 知識節點

知識節點是知識地圖組織中提煉出的知識對象，也是知識地圖的核心要素。一個知識節點可以分解成多個相關聯的子知識節點;一組相關聯的知識節點也可以代表知識點的集合;多個知識節點根據其知識關聯共同構成一個完整的知識地圖。

2. 知識關聯

在知識地圖中知識節點所代表的知識之間的關系就是知識關聯。知識關聯將獨立的知識點根據一定的內在關系串聯在一起，形成一個關系清晰的知識網絡。學習者可以通過知識關聯了解知識點之間的關系。知識關聯也可以用于表示流程和演化的過程。

3. 知識鏈接

知識鏈接可以指向鏈接對象的具體位置，在鏈接源和鏈接目標之間建立聯系。知識地圖本身是不呈現知識點內容的，只呈現知識點之間的關聯，通過知識鏈接可以找到以知識節點所代表的知識點的具體內容。

（二）支持要素

知識地圖的支持要素是指在知識地圖中除了基本要素之外的“填充要素”。缺少支持要素的知識地圖只能呈現知識點之間的關聯，而無法用于學習。支持要素將知識點的學習內容“填充”到知識地圖的知識節點中，支持學習者利用知識地圖進行學習。這里的支持要素主要包括微課學習資源和學習引導。

1. 微課學習資源

以問題解決為導向構建的知識地圖中知識節點直接鏈接微課學習資源，學習者點擊知識節點就可以進入相應的學習資源所在的文件夾。

2. 微課學習引導

由于知識地圖主要是由一個個知識節點構成的，無法直觀呈現相關知識描述，在學習者利用知識地圖進行微課學習時，可能會造成困擾。因此，有必要在知識地圖中建立微課學習引導。微課學習引導可以包括知識點描述和知識意義等信息。

六、以問題解決為導向的知識地圖構建原則

（一）以問題解決為導向

以問題解決為導向的知識地圖最大的特點就是知識地圖是以問題解決過程為依據進行構建的。因此，在構建知識地圖之前首先要明確問題，然后根據問題解決步驟組織構建地圖，知識地圖中的知識節點都是解決問題過程中所需掌握的知識點。

（二）結構性與關聯性

關聯主義學習理論認為，學習就是在知識網絡結構中進行關系和節點的重構和建立（王佑鎂， 等， 2006）。奧蘇貝爾的有意義學習也強調，學習是符號所代表的新知識與學習者認知結構中已有的適當觀念建立起非人為的實質性聯系（謝永朋， 等， 2015）。可見知識之間的關聯在學習中尤為重要。因此，構建知識地圖要注意其知識點之間的關聯和結構。

（三）導航性與定位性

知識地圖作為一種知識導航定位工具，其導航功能可以為學習者提供問題解決的步驟支架。同時，定位功能也可以對問題解決所需知識進行搜索和定位。因此，知識地圖構建要注意其導航性和定位性。

（四）要素性與簡潔性

美國心理學家Miller對短時記憶的研究表明，人類的短時記憶廣度為7±2組塊。認知負荷理論也強調在學習中學習內容不宜一次性呈現過多和過于復雜，否則將增加學習者的認知負荷，影響學習效果。因此，在構建知識地圖時要注意不能同時呈現過多的知識模塊，盡量保持知識地圖的簡潔性。

（五）醒目性與提示性

知識地圖主要是由若干知識節點構成的。從知識地圖呈現頁面來看，這些知識點都是相同的，并沒有什么特殊性。學習內容根據難易程度和重要程度可以分為重難點知識點，根據知識類型可分為事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識，這些不同的知識都應該加以區分。因此，知識地圖的構建應該對不同知識點進行標注，既能夠使知識點變得醒目，也能夠幫助學習者對學習內容進行區分。

七、以問題解決為導向的知識地圖構建模式與流程

（一）以問題解決為導向的知識地圖構建模式

為厘清“如何以問題解決為導向構建知識地圖組織微課”的問題，本研究提出以問題解決為導向的知識地圖構建模式（如圖1）。學習者進入問題情境中，利用流程型知識地圖按照問題解決過程組織微課，不僅給予學習者一個可供參考的問題解決步驟，而且可以為學習者提供問題解決過程中所需的知識。在此過程中，學習者不僅掌握了問題解決過程所需的知識，同時也掌握了問題解決的步驟。

（二）以問題解決為導向的知識地圖構建流程

構建知識地圖是一項程序性任務，需要按照一定的步驟來實現。本研究試圖構建以問題解決為導向的知識地圖架構流程（如圖2），作為知識地圖構建的參考步驟，同時也說明了構建知識地圖應從哪幾個方面進行。以問題解決為導向構建知識地圖組織微課的研究涉及三個關鍵詞，分別是問題解決、微課和知識地圖。因此，以問題解決為導向的知識地圖架構可以分別從微課問題層、微課資源層和知識地圖應用層三部分架構流程進行探討。

1. 微課問題層

微課問題層是以問題解決為導向構建知識地圖的第一階段，也是后續制作微課的依據。以問題解決為導向不僅體現在知識地圖的構建中，同時也體現在微課的學習內容上，即將學習內容以問題的形式分成若干專題以及若干相關聯的子問題，以此為依據制作微課，再根據問題解決過程利用流程型知識地圖對其加以組織。

（1）微課問題專題化

微課問題專題化是指將某學科的學習內容劃分為幾大問題專題，每個專題著重解決一個與學習內容相關的問題;專題和專題之間都具有一定的關聯，專題里包含的也是問題解決過程中需要的知識。

（2）微課問題分解化

微課問題分解化是指將專題中包含的學習內容繼續分解成若干相關聯的子問題，先解決子問題，通過逐個攻克子問題的方法，最終解決總問題。微課問題專題化與分解化密切相關，專題化強調將零散微課按照其內容和聯系集合成為一個專題;而分解化強調將復雜問題劃分為子問題逐步解決。專題化和分解化并不矛盾，專題化的目的是有效組織微課，分解化的目的是小步子促進問題解決，二者都是為了促進學習。

（3）問題解決模式

問題解決能力并不是與生俱來的，而是后天學習的結果。所以問題解決的學習往往以某些問題解決支架作為參考。流程型知識地圖可以呈現問題解決的過程，以及問題解決過程中所需知識和資源的布置和安排，為學習者提供一個問題解決步驟的學習支架。本研究的知識地圖構建主要是在學習者學習如何解決某一問題的外界支持期介入，給予學習者問題解決的學習支架，幫助學習者進行學習。

2. 微課資源層

微課資源層是以問題解決為導向構建微課知識地圖的第二階段。首先要可視化呈現微課專題之間和知識點之間的關聯;然后將微課學習所需資源進行封裝，即為知識節點添加相應的學習資源的知識鏈接。微課問題層和資源層都是后續以問題解決為導向構建知識地圖的基礎。