杜曉燕，郭仙洋，林家樂(lè)，張 浩

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來(lái)，知識(shí)更新頻率從幾百年、幾十年更新一次，到現(xiàn)在的一兩年更新一次，知識(shí)量的增速較之過(guò)去提升了6～7倍[1]。知識(shí)快速更新和增長(zhǎng)，對(duì)傳授知識(shí)的教師，尤其大學(xué)教師提出了更高的要求。教師不僅要不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備，辨別淘汰知識(shí)，而且要篩選有效知識(shí)，并行之有效地傳播給學(xué)生。因此，變革教學(xué)模式，使教學(xué)內(nèi)容信息化，滿足現(xiàn)代社會(huì)快速變化發(fā)展是大學(xué)教師面臨的重要課題。

知識(shí)元(Knowledge Element，簡(jiǎn)稱KE)最早出現(xiàn)在知識(shí)服務(wù)領(lǐng)域，早在1964年我國(guó)文獻(xiàn)情報(bào)專(zhuān)家袁翰青提出了對(duì)文獻(xiàn)中的知識(shí)單元進(jìn)行組織的思想[2]。通過(guò)將知識(shí)元從文獻(xiàn)中抽取出來(lái)，組織成知識(shí)元鏈接的檢索系統(tǒng)，產(chǎn)生了極大的知識(shí)增值，推動(dòng)了人類(lèi)對(duì)知識(shí)的利用，促進(jìn)新知識(shí)的創(chuàng)造。隨著知識(shí)更新速度的加快及教學(xué)模式的改革，在教育領(lǐng)域也逐漸提出了知識(shí)元的概念[3]。目前對(duì)于知識(shí)元的概念本身的認(rèn)識(shí)還存在著一定的模糊性，在不同研究領(lǐng)域被叫作知識(shí)元素、知識(shí)單元、知識(shí)因子、知識(shí)基因、知識(shí)節(jié)點(diǎn)、原知識(shí)點(diǎn)等[4]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)知識(shí)元提取、標(biāo)引、鏈接等認(rèn)識(shí)的加深，一些知識(shí)元應(yīng)用模型被提出[5-7]，將其應(yīng)用到課程內(nèi)容的組織領(lǐng)域?qū)⒎浅Ｓ醒芯績(jī)r(jià)值。

本文以安全工程專(zhuān)業(yè)課程“建筑消防工程學(xué)”為例，嘗試將知識(shí)元法應(yīng)用到課堂教學(xué)資源的組織及實(shí)踐應(yīng)用中。

1 相關(guān)研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著人們對(duì)知識(shí)元提取、標(biāo)引、鏈接等認(rèn)識(shí)的加深，知識(shí)元模型被廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)科學(xué)、教育學(xué)、突發(fā)事件應(yīng)急管理等領(lǐng)域。

在教育學(xué)領(lǐng)域，知識(shí)元是組成教學(xué)知識(shí)點(diǎn)最小的獨(dú)立知識(shí)單位，目前以研究教材知識(shí)元的解析和多媒體知識(shí)元庫(kù)的構(gòu)建為主。隨著近年網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的興起，學(xué)習(xí)資源的深度聚合問(wèn)題成為教育技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。

陳智等[8]指出必須以知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)內(nèi)容的基本單位，針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)模式。將知識(shí)點(diǎn)細(xì)化為知識(shí)元、選擇最佳教學(xué)方法，有利于發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，有利于教師發(fā)現(xiàn)和突破教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生的思維、記憶、表達(dá)等能力[9]。楊選輝等[10]利用知識(shí)元理論對(duì)教學(xué)資源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，構(gòu)建了由知識(shí)元提取、知識(shí)元標(biāo)引、知識(shí)元鏈接三大環(huán)節(jié)構(gòu)成的教學(xué)資源組織模式。尹征杰等[11]引入知識(shí)元對(duì)微課的教學(xué)資源庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建。黃信兵等[12]將課程內(nèi)容分解成不可分割的知識(shí)元，通過(guò)具體項(xiàng)目任務(wù)將知識(shí)元串聯(lián)起來(lái)形成知識(shí)鏈，進(jìn)而形成知識(shí)群。馮少婉[13]基于知識(shí)元模型設(shè)計(jì)了“知識(shí)元—視頻元—視頻節(jié)點(diǎn)—視頻聚合網(wǎng)”的視頻資源聚合模型。王小根等[14]基于知識(shí)元模型，在高校傳統(tǒng)文化教育的移動(dòng)學(xué)習(xí)支持下，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了“吳地文化傳承”微信公眾平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了資源推送、對(duì)話交互、微網(wǎng)站、微社區(qū)等資源交互模塊，提高了傳統(tǒng)文化移動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效率。

綜上，隨著人們對(duì)知識(shí)元提取、標(biāo)引、鏈接等認(rèn)識(shí)的加深，知識(shí)元模型被廣泛應(yīng)用到教學(xué)資源的解析和組織中。知識(shí)元法采用“化整為零，化零為整”的思路，將知識(shí)分解成不可分割的知識(shí)元，根據(jù)知識(shí)元類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)識(shí)，選擇不同的教學(xué)手段和學(xué)習(xí)方法，然后根據(jù)知識(shí)元之間的關(guān)系形成知識(shí)鏈，進(jìn)而形成知識(shí)群，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)體系形成系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。本文嘗試將知識(shí)元理論方法引入“建筑消防工程學(xué)”教學(xué)資源的組織架構(gòu)中，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的組織模式，一方面有利于教師篩選課程中的有效知識(shí)，另一方面，可提高教師對(duì)知識(shí)的傳遞率，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的有效獲取率。

2 知識(shí)元法在“建筑消防工程學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

本文以程遠(yuǎn)平、李增華編著，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社出版的《消防工程學(xué)》教材為依據(jù)，運(yùn)用知識(shí)元法從知識(shí)元分類(lèi)、知識(shí)元外部鏈接、知識(shí)元內(nèi)部鏈接三個(gè)方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組織建設(shè)，探討構(gòu)建知識(shí)元法在“建筑消防工程學(xué)”課程中的應(yīng)用模式。

2.1 課程教學(xué)內(nèi)容

本課程目前所用教材，內(nèi)容分為四大部分、21章，32學(xué)時(shí)。根據(jù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃，學(xué)時(shí)有限，授課過(guò)程中只講授前三大部分內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排見(jiàn)表1。

表1 “建筑消防工程學(xué)”教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排

注：A—熟練掌握；B—掌握；C—了解。

“建筑消防工程學(xué)”是安全工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，理論性強(qiáng)，實(shí)踐能力要求高，內(nèi)容涉及火災(zāi)發(fā)生、蔓延等基礎(chǔ)理論，又以建筑火災(zāi)為典型，涵蓋被動(dòng)防護(hù)(建筑構(gòu)件耐火性能、耐火等級(jí)、防火防煙分區(qū)劃分、安全疏散原則及要求、防火設(shè)計(jì)等)、主動(dòng)防護(hù)(滅火劑類(lèi)型及滅火原理、滅火器類(lèi)型及應(yīng)用范圍、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、防排煙設(shè)計(jì)等)兩大方面內(nèi)容。

由于本課程授課內(nèi)容較多，學(xué)時(shí)安排緊湊，而要求學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)多，教師在授課過(guò)程中組織難度大，教學(xué)效果不理想。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，安徽工業(yè)大學(xué)安全工程本科生2018—2019學(xué)年該門(mén)課程平均成績(jī)?yōu)?9.5，不及格率達(dá)到18.97%，優(yōu)秀(90～100分)人數(shù)0人。通過(guò)課后問(wèn)詢學(xué)生，結(jié)合試卷分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中既不能將前期專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容內(nèi)化用于指導(dǎo)本門(mén)課程學(xué)習(xí)，也不能將本課程前后內(nèi)容連貫起來(lái)，舉一反三。引入知識(shí)元方法，劃分知識(shí)元類(lèi)型，在繁雜教學(xué)內(nèi)容中提取有效知識(shí)元是知識(shí)元教學(xué)法的第一步。

2.2 知識(shí)元分類(lèi)及標(biāo)識(shí)

參考知識(shí)元類(lèi)型分類(lèi)[15]，本文將“建筑消防工程學(xué)”內(nèi)容分為概念類(lèi)、原理類(lèi)、方法類(lèi)、規(guī)范類(lèi)四種不同類(lèi)型，如表2所示。

表2 “建筑消防工程學(xué)”知識(shí)元分類(lèi)表

劃分知識(shí)元類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)識(shí)后，在實(shí)際教學(xué)組織過(guò)程中，根據(jù)每類(lèi)知識(shí)元特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)特質(zhì)，針對(duì)不同知識(shí)元類(lèi)型采用不同的教學(xué)手段和方法，活躍課堂氣氛，豐富課堂形式，夯實(shí)學(xué)生對(duì)單個(gè)知識(shí)元的掌握程度。

2.3 與前期基礎(chǔ)課程的外部鏈接

知識(shí)關(guān)聯(lián)是指構(gòu)成知識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)節(jié)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，使各相關(guān)節(jié)點(diǎn)間形成意義系統(tǒng)的聯(lián)系。這種聯(lián)系表現(xiàn)為一種以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式存在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16]。學(xué)生在掌握單個(gè)知識(shí)元后，由已知知識(shí)出發(fā)，向新知識(shí)擴(kuò)展，可以形成完整、清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

作為安全工程專(zhuān)業(yè)本科生必修課，“建筑消防工程學(xué)”安排在大三下學(xué)期，開(kāi)課之前學(xué)生已學(xué)過(guò)“安全科學(xué)與工程導(dǎo)論”“安全系統(tǒng)工程”“安全管理學(xué)”“防火與防爆技術(shù)”等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，前期課程內(nèi)容內(nèi)化為自己知識(shí)后能有效指導(dǎo)本課程的學(xué)習(xí)。

例如“安全系統(tǒng)工程”課程的核心內(nèi)容是針對(duì)“事故”進(jìn)行系統(tǒng)性分析，分析的手段無(wú)論是事故樹(shù)分析(FTA， Fault Tree Analysis)還是事件樹(shù)分析(ETA，Event Tree Analysis)本質(zhì)上是圍繞“風(fēng)險(xiǎn)”展開(kāi)，從“發(fā)生可能性”和“后果”兩個(gè)維度進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。而“安全管理學(xué)”課程的核心內(nèi)容則是從工程技術(shù)、教育或管理方面，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果進(jìn)行控制，例如3E對(duì)策(Engineering Measures、 Education Measures、 Enforcement Measures)。

“建筑消防工程學(xué)”作為后續(xù)課程，實(shí)際上是針對(duì)其中一種工業(yè)事故——建筑火災(zāi)，進(jìn)行分析、控制的課程，因此與前期“安全系統(tǒng)工程”和“安全管理學(xué)”存在著密切的鏈接關(guān)系。從“事故—風(fēng)險(xiǎn)”兩大知識(shí)元角度，繪制本課程內(nèi)容與外部知識(shí)元的鏈接網(wǎng)絡(luò)圖，如圖1所示。

圖1 外部知識(shí)元鏈接示例

圍繞“事故—風(fēng)險(xiǎn)分析—風(fēng)險(xiǎn)消除或控制”主線，課程內(nèi)容可劃分為三大知識(shí)單元：

2.3.1 鏈接事故風(fēng)險(xiǎn)分析的火災(zāi)的發(fā)生：一方面是氣體可燃物、液體可燃物、固體可燃物著火機(jī)理及過(guò)程，對(duì)應(yīng)著事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性；另一方面是火災(zāi)蔓延及煙氣，對(duì)應(yīng)事故風(fēng)險(xiǎn)后果。

2.3.2 鏈接風(fēng)險(xiǎn)消除的建筑火災(zāi)被動(dòng)防護(hù)，主要內(nèi)容包括建筑材料高溫性能、建筑物耐火等級(jí)、防火防煙分區(qū)等，對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制中對(duì)火災(zāi)發(fā)生可能性的控制。

2.3.3 鏈接風(fēng)險(xiǎn)控制的建筑火災(zāi)主動(dòng)防護(hù)，主要內(nèi)容包括滅火劑、滅火器配置、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)等，對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制中對(duì)火災(zāi)后果的控制。

明確三大知識(shí)單元后，針對(duì)每個(gè)大知識(shí)單元，再提煉若干個(gè)知識(shí)元，并進(jìn)行類(lèi)型劃分和標(biāo)識(shí)，根據(jù)知識(shí)元分類(lèi)，采取不同教學(xué)手段進(jìn)行講授。通過(guò)與前期基礎(chǔ)課程知識(shí)元的外部鏈接，使得繁雜的教學(xué)內(nèi)容變得層次分明，結(jié)構(gòu)清晰。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過(guò)程中不僅從前期專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)有效過(guò)渡到本課程學(xué)習(xí)，也有助于加深學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)整個(gè)課程體系的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。

2.4 課程內(nèi)容間的內(nèi)部鏈接

由于本課程內(nèi)容涉及19章，內(nèi)容較多，篇幅有限，本文以其中的火災(zāi)發(fā)生機(jī)理為例，探討內(nèi)部不同知識(shí)元間的鏈接關(guān)系。教材第二章共包括4大節(jié)11小節(jié)，如表3所示。

表3 第二章火災(zāi)發(fā)生教學(xué)內(nèi)容

按照課時(shí)要求，教材第一部分5大章總共8學(xué)時(shí)，因此，第二章授課學(xué)時(shí)頂多安排1～2個(gè)學(xué)時(shí)。然而，本章每一小節(jié)內(nèi)容都較多且為必須講授內(nèi)容，若以傳統(tǒng)的以章節(jié)順序組織教學(xué)，教師很難在有限課時(shí)內(nèi)將本章內(nèi)容講解到位，不利于學(xué)生將知識(shí)串聯(lián)，避免碎片化學(xué)習(xí)。

以知識(shí)元鏈接理論為依據(jù)，針對(duì)本章內(nèi)容，我們以“火災(zāi)發(fā)生機(jī)理”為知識(shí)元，將內(nèi)容進(jìn)行鏈接，形成本章內(nèi)容的鏈接網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2 內(nèi)部知識(shí)元鏈接示例

原先本章節(jié)內(nèi)容以著火對(duì)象進(jìn)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(jī)理分別、順序展開(kāi)論述。但從內(nèi)容本質(zhì)上看，液體可燃物的著火過(guò)程為：蒸發(fā)形成可燃性氣體后的燃燒，可鏈接到氣體可燃物著火機(jī)理；固體可燃物，一部分經(jīng)過(guò)熔融形成可燃性液體，進(jìn)而蒸發(fā)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(jī)理、氣體可燃物著火機(jī)理；氣體可燃物著火機(jī)理又具體為熱自燃機(jī)理、鏈?zhǔn)阶匀紮C(jī)理、強(qiáng)迫著火機(jī)理。因此，通過(guò)知識(shí)元鏈接，本章內(nèi)容可變?yōu)橐浴盎馂?zāi)發(fā)生機(jī)理”為知識(shí)元展開(kāi)論述，以熱自燃機(jī)理、鏈?zhǔn)阶匀紮C(jī)理、強(qiáng)迫著火機(jī)理三個(gè)子知識(shí)元為核心的循環(huán)樹(shù)狀鏈接網(wǎng)絡(luò)圖。其他章節(jié)同理。

經(jīng)過(guò)知識(shí)元內(nèi)部鏈接，形成本門(mén)課程內(nèi)容的知識(shí)元鏈接網(wǎng)絡(luò)，以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來(lái)，打破傳統(tǒng)的以章節(jié)為序組織教學(xué)內(nèi)容和資源，使教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)突出、教學(xué)主線明了，邏輯清晰，有助于延長(zhǎng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的記憶期限，在走向工作崗位后更好地學(xué)以致用。此外，也有助于教師通過(guò)知識(shí)元提取，繪制鏈接網(wǎng)，篩選有效知識(shí)，提高課堂授課過(guò)程中知識(shí)的傳遞率。

3 結(jié)語(yǔ)

基于知識(shí)元方法，將課程內(nèi)容分解成不可分割的知識(shí)元，并根據(jù)知識(shí)元類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)識(shí)，進(jìn)而根據(jù)知識(shí)元標(biāo)識(shí)，選擇不同的教學(xué)手段和教學(xué)方法，豐富了教學(xué)內(nèi)容和形式，有助于活躍課堂氣氛。依據(jù)知識(shí)元鏈接理論，形成本課程與外部課程，本課程內(nèi)部之間的知識(shí)鏈、知識(shí)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)“建筑消防工程學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的完整聚合，形成資源結(jié)構(gòu)體模式的知識(shí)體系。通過(guò)知識(shí)元法優(yōu)化本課程課堂教學(xué)，一方面有利于教師將本課程內(nèi)容化繁為簡(jiǎn)，篩選有效知識(shí)，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)充實(shí)課程教學(xué)內(nèi)容；另一方面，通過(guò)鏈接形成資源結(jié)構(gòu)體模式的知識(shí)體系，更易于教師將知識(shí)行之有效地傳遞給學(xué)生，提高課堂教學(xué)中教師的知識(shí)傳遞率和學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取率。