白描 秦玉芝 楊國順 陳文婷

[摘 要] 大數(shù)據(jù)與知識經(jīng)濟(jì)的時代，如何高效地學(xué)習(xí)并熟練地提取知識及創(chuàng)新顯得尤為重要。本文以大學(xué)《園藝生物技術(shù)》課程為例，探討系統(tǒng)性知識網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，加深學(xué)生對知識的理解與掌握提供參考。該方法是符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的實踐，實現(xiàn)學(xué)習(xí)由教師向?qū)W生傳遞轉(zhuǎn)為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供新的思路與有效途徑。

[關(guān)鍵詞] 知識網(wǎng)絡(luò);園藝生物技術(shù);知識元;建構(gòu)主義

[基金項目] 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項目“基于PBL等教學(xué)模式的園藝生物技術(shù)課程重構(gòu)與實踐”

[作者簡介] 白 描（1984—），男，湖南岳陽人，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)講師，主要從事園藝生物技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0342-04 ? ?[收稿日期] 2020-03-20

懷特海將智力發(fā)展分為浪漫，精準(zhǔn)和綜合三個階段，解釋人的智力發(fā)展是由對新鮮事物的好奇和興奮，對知識的無序積累;轉(zhuǎn)而向開始接受特定的分析事實的方法;最后進(jìn)行分類和綜合[1]。三個階段形成一個循環(huán)周期，并不斷重復(fù)以獲得發(fā)展。大學(xué)生智力活動本應(yīng)處于第一個循環(huán)的綜合階段，而我們現(xiàn)行的教育體制和課程設(shè)置還多是強(qiáng)調(diào)知識碎片的收集。在學(xué)校，系統(tǒng)的知識被分割，分門別類地傳授給學(xué)生。

身處知識大爆炸的時代，我們的大腦被越來越多的知識碎片雜亂充斥，信息和知識超載使人產(chǎn)生焦慮，耽于思考。如何高效地學(xué)習(xí)并理解知識點之間的內(nèi)在邏輯，成為學(xué)生和教師困擾的問題?，F(xiàn)有的書本或知識組織結(jié)構(gòu)，包括知識點以及知識點之間的關(guān)系，都是平面的文字描述。這樣原始的分科歸納，并不會提高提取知識效率。許多被粗暴切割掉的內(nèi)在邏輯，讓知識點缺乏活力，這樣創(chuàng)新也難以被激發(fā)。而將各知識點根據(jù)其內(nèi)在邏輯編織成為系統(tǒng)性知識網(wǎng)絡(luò)，會讓學(xué)生更有效地歸納其所學(xué)知識，更加高效提取知識，并可提高其分析并應(yīng)用知識進(jìn)行創(chuàng)造活動的能力。事實上，真實世界的知識是人類千百年來對這個世界的觀察與描述，本身就是一個系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)。知識網(wǎng)絡(luò)是由學(xué)術(shù)專家、信息、知識組成的一個復(fù)合群體，旨在集合各個領(lǐng)域知識分析解決問題[2]。與這樣的社交網(wǎng)絡(luò)不同，本文所討論的知識網(wǎng)絡(luò)是指知識本身所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

目前，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的完善，對學(xué)生自行進(jìn)行知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建具有指導(dǎo)意義[3]。而基于知識元的共詞和語義網(wǎng)、知識圖譜、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的研究，讓我們可以更好地表達(dá)知識網(wǎng)絡(luò)中各實體之間的聯(lián)系，實現(xiàn)對知識網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的挖掘、集成分析，以及新知識的發(fā)現(xiàn)和可視化展示[4-7]。

一、知識網(wǎng)絡(luò)的特點

（一）知識網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點與邊緣

搭建系統(tǒng)性知識網(wǎng)絡(luò)要明確理解網(wǎng)絡(luò)的兩個關(guān)鍵要素：結(jié)點（Node）和邊緣（Edge）。知識網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點即知識點，邊緣是知識點間的邏輯關(guān)系。在構(gòu)建時，需要正確理解各個知識點，這樣才能幫助學(xué)生構(gòu)建一個正確基本知識框架。如果一些基礎(chǔ)框架搭建不合理，知識點的聯(lián)接很牽強(qiáng)，學(xué)生不會對這套系統(tǒng)產(chǎn)生共鳴。大學(xué)生可能學(xué)習(xí)了很多知識點，同一門課程的知識點相互之間的邏輯比較好理解，但不同課程間的知識點的邏輯關(guān)系需要系統(tǒng)的分析，并綜合不同教師專家的意見。因此，初期的知識網(wǎng)絡(luò)框架，需要專業(yè)老師通力合作來完成。

（二）知識網(wǎng)絡(luò)的開放性和可調(diào)整性

知識網(wǎng)絡(luò)一個重要特點是開放性和可調(diào)整性。因為知識網(wǎng)絡(luò)可以受用一輩子，當(dāng)有知識更新（包括知識點或邊緣的添加，刪除與更換），可以在該網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行更新整理。因此構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，除了用已知知識進(jìn)行組合，還需要留白，給未知一定的空間。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生從自身活動建構(gòu)中的學(xué)習(xí)，是可以被成人協(xié)助及促進(jìn)的[8]。在進(jìn)行知識網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時，教師可先幫助大學(xué)生構(gòu)建一個“種子網(wǎng)絡(luò)”，而后基于網(wǎng)絡(luò)的開放性和可調(diào)整性，學(xué)生可以自行填充豐富。

“種子網(wǎng)絡(luò)”的構(gòu)建可以從任何一個專業(yè)的課程開始。以本校園藝專業(yè)為例，大學(xué)四年學(xué)生需要進(jìn)行通識、專業(yè)、實踐和素質(zhì)拓展教育約70門課程的學(xué)習(xí)。《園藝生物技術(shù)》作為專業(yè)主干課程，該課程主要包括：園藝植物的組織培養(yǎng)、脫毒與離體快繁、細(xì)胞工程、植物基因工程、分子標(biāo)記及生物信息學(xué)等內(nèi)容。該課程在園藝專業(yè)各課程中綜合度很高，它與之前學(xué)生學(xué)過的《植物學(xué)》、《植物生理學(xué)》、《生化與分子生物學(xué)》、《遺傳學(xué)》、《育種學(xué)》等緊密聯(lián)系。這種連接豐富性使得《園藝生物技術(shù)》可以作為一個具有高效發(fā)育能力的種子網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其成長擴(kuò)張時很容易與其他課程知識點建立強(qiáng)連接。

（三）知識網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性

知識網(wǎng)絡(luò)另一個特點是其復(fù)雜性。大數(shù)據(jù)的背景下，知識數(shù)量愈加的龐大，知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，呈現(xiàn)出多重性、多層級、多維度、嵌套性的特征。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，甚至是作為“網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)”所構(gòu)建成的超網(wǎng)絡(luò)，成為知識網(wǎng)絡(luò)搭建的合理形式[9]。在實際操作過程中，同一個知識結(jié)點在不同層面理解可能有多個屬性或特征，如果基于每條屬性與其相關(guān)的知識進(jìn)行連接，則會讓網(wǎng)絡(luò)變得混亂不堪，反而達(dá)不到讓學(xué)生易于記憶和提取的目的。如何忽略一部分屬性是老師在幫助學(xué)生構(gòu)建本門課程知識網(wǎng)絡(luò)所需要做的，但某種程度上相當(dāng)于給學(xué)生發(fā)散性思考筑墻，應(yīng)當(dāng)十分小心。我們的目的不是限制學(xué)生的思考，學(xué)生各自知識網(wǎng)絡(luò)的搭建過程才是重點，在這個過程中學(xué)生能進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí)，至于所搭建的網(wǎng)絡(luò)是否完美并不重要。

（四）知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)點與邊緣的關(guān)系

知識網(wǎng)絡(luò)的基本單元可以描述為：“知識結(jié)點—（邊緣）—知識結(jié)點”。采用“知識元”作為結(jié)點的知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建邏輯較為清晰合理[10]。知識元是區(qū)別于文獻(xiàn)單元的從知識內(nèi)容角度劃分的知識管理單位[11]。知識元可以理解為論文、專著、專利中的具有明確內(nèi)容的詞或關(guān)鍵詞[12]，也可以理解為事物、概念、技術(shù)等。盡管，學(xué)者普遍期望將知識元定義為知識的最小、獨立的知識單位，但基于事物是無限可分的哲學(xué)思想，隨著知識系統(tǒng)的發(fā)展，原來的知識元可以被解構(gòu)，被更細(xì)致的分割;而這種趨勢隨著人類科學(xué)的發(fā)展，幾乎是不可窮盡的。因此，我們在進(jìn)行知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時不必太過糾結(jié)。

在尊重知識元的可發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編織，需要對其進(jìn)行合理解構(gòu)與描述。畢崇武等借鑒元數(shù)據(jù)對信息資源的描述方法，提出知識標(biāo)識、知識描述、知識關(guān)系三個層面構(gòu)建知識元的實體對象結(jié)構(gòu)。其中，標(biāo)識組揭示知識元在知識組織、存儲、利用過程中的唯一編碼、名稱等方面的信息;描述組揭示知識元的內(nèi)在知識內(nèi)容、特征和屬性;關(guān)系組揭示知識元與其他知識元間的關(guān)系，以及知識元與實體資源間的關(guān)系[13]。

在對知識元進(jìn)行上述3層結(jié)構(gòu)的解構(gòu)后，將知識關(guān)系提取作為知識結(jié)點邊緣建立的根據(jù)。邊緣代表知識結(jié)點之間的邏輯關(guān)系。邊緣的建立，前提是對知識結(jié)點進(jìn)行深入而充分地理解。這個邏輯關(guān)系要從知識結(jié)點特征屬性出發(fā)，可以將邊緣特征分為：包含、并列、遞進(jìn)、循環(huán)、對比等任何邏輯關(guān)系。知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建難點在于對邊緣特征的整理，按照思維的樹狀發(fā)散是比較好理解的，如采用思維導(dǎo)圖等方法，但網(wǎng)絡(luò)中邏輯的理清則較難。因為，人們認(rèn)知的建立多如文獻(xiàn)處理與組織中的分類法和索引法，但這并非真正意義上的知識組織。比如，我們理解的教科書，通常就是有根樹狀思維（章—節(jié)）;通常我們會認(rèn)為認(rèn)知具有廣度與深度，但客觀的知識網(wǎng)絡(luò)是無根的，在這個龐大復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)里，也不存在廣度或深度的差異。在這此覺悟的基礎(chǔ)上，我們對網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不必費力尋找基礎(chǔ)起點，從任何一點開始，只需要不斷去拓展與修正。而且，這個構(gòu)建過程本身就是學(xué)習(xí)的過程，所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)是自己對已學(xué)知識的鞏固。下面就如何以《園藝生物技術(shù)》為例構(gòu)建種子網(wǎng)絡(luò)展開探討。

二、以“園藝生物技術(shù)”為例的知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程涉及知識元的提取，標(biāo)引與集成。作為結(jié)點的知識元可以有多個來源，包括教科書、文獻(xiàn)、論著、專利、報告等實體來源，也可以是教師，專家等形成的隱形知識。所有知識元都需要提取文本化后便于網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。知識結(jié)點的標(biāo)引就是對知識進(jìn)行描述，不同類型的知識元描述組具有差異。之后，知識結(jié)點的集成即對結(jié)點—（邊緣）—結(jié)點進(jìn)行連接。邊緣主要是聯(lián)接描述兩個結(jié)點之間的邏輯關(guān)系，是思維的導(dǎo)線，是知識結(jié)點能夠被串聯(lián)提取的關(guān)鍵。為便于理解，參考畢崇武等將知識元劃分為概念型、方法型、數(shù)值型和事實型的方式，結(jié)合《園藝生物技術(shù)》特點，按照知識的標(biāo)識、描述和關(guān)系三個層面，我們將知識結(jié)點總結(jié)為以下幾類，并闡述知識網(wǎng)絡(luò)單元（結(jié)點1—結(jié)點2）的構(gòu)建過程。

1.事實型：結(jié)點1為事實即客觀存在的物體與現(xiàn)象，這里多為明確的實體名詞，如：外植體、DNA、抗生素等;其知識描述包括：內(nèi)容、涉及領(lǐng)域、事件過程等。與之建立連接的結(jié)點2，可以是其內(nèi)容或組成部分、描述所涉及的實體。而其涉及的領(lǐng)域可用于聚類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)絡(luò)或超網(wǎng)絡(luò)的不同層次建構(gòu)。實體名詞通常指實體的基本描述，是基于本體（Ontology）的真實存在，可以是一個特定物體（如DNA，但其亦可分為堿基，核苷酸等多個層級），也可以是一類物體總稱（如某類化合物）。這主要基于物理和化學(xué)知識，依據(jù)是我們的認(rèn)知水平與深度，不必窮盡。

2.方法型：結(jié)點1為明確的技術(shù)方法，如：胚培養(yǎng)、PCR、轉(zhuǎn)基因等，是用來達(dá)到某種目的的行為方式、手段或策略等;其知識描述包括：功能、步驟和涉及領(lǐng)域等。與之連接的結(jié)點2可以是其涉及的受體名詞和步驟等。而其涉及的領(lǐng)域和功能類型可以用于聚類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)絡(luò)或超網(wǎng)絡(luò)的不同層次建構(gòu)。技術(shù)方法通常指是實體的動作描述（動詞），是實體名詞在時間軸（如實驗流程順序）和空間軸（如萃取、離心、轉(zhuǎn)膜等具體操作）上的變化;復(fù)雜一點涉及不同名詞間的互動（如化學(xué)反應(yīng)等）。園藝生物技術(shù)大部分都是這類。這里技術(shù)方法有簡單有復(fù)雜的，簡單比如DNA酶切;復(fù)雜如植物轉(zhuǎn)基因，還有將多個實體和技術(shù)方法整合的如園藝植物的分子標(biāo)記輔助育種等。簡單的技術(shù)可以分解構(gòu)建為一個子網(wǎng)絡(luò);而一個復(fù)雜的技術(shù)可以解構(gòu)為一個超網(wǎng)絡(luò)（由不同子網(wǎng)絡(luò)分層級構(gòu)成）。

3.概念型：結(jié)點1 為明確的理論規(guī)律或概念，如：孟德爾第一定律等，是對事物性質(zhì)和變化規(guī)律的認(rèn)識，反映一個事物本質(zhì)的屬性。其知識描述包括：概念的內(nèi)涵與外延（適用范圍或涉及領(lǐng)域）等。與之連接的結(jié)點2 可以是其涉及的受體名詞或另一子概念。其適用范圍或涉及領(lǐng)域可以用于聚類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的子網(wǎng)絡(luò)或超網(wǎng)絡(luò)的不同層次建構(gòu)。理論規(guī)律通常就是將不同實體的關(guān)系進(jìn)行描述;或?qū)嶓w特征的描述，如：細(xì)胞的全能性等。這類知識元在進(jìn)行邊緣連接時與方法型類似，多會形成一個由不同實體連接成的子網(wǎng)絡(luò)。

4.數(shù)值型：數(shù)值知識元是描述客觀實體在數(shù)值屬性方面的最小獨立單元。其知識描述包括：描述的實體、數(shù)值與單位。這類結(jié)點在園藝生物技術(shù)中，如：培養(yǎng)基配方、各類生化反應(yīng)用試劑配方等。建議將其所描述的實體作為結(jié)點標(biāo)識，而其數(shù)值與單位作為結(jié)點描述組。

最后，我們需要選擇一個開放的，可無限拓展的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建軟件，以對知識網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行記錄與展示。目前，Cytoscape、NetWork、CiteSpace、Ucinet、R等軟件均可作為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建用[14-15]。不同軟件使用方法具有差異，在此不做闡述。

三、知識網(wǎng)絡(luò)搭建中存在的困難

由于標(biāo)識組通常是唯一的，我們選擇普遍接受的名稱即可。但是，描述組通常涉及的內(nèi)容較多，不同類型的知識元要整合到同一個知識網(wǎng)絡(luò)，需要對描述組進(jìn)行多層分割，特別是方法型和概念型的知識結(jié)點。比如，“植物轉(zhuǎn)基因”作為方法型知識元首先需要賦予一個概念，然后需要提取主要步驟，而困難的是每個步驟中會涉及不同類型的知識元，比如事實型的DNA、載體、內(nèi)切酶、外植體、激素、抗生素等;方法型的PCR、酶切、連接、組織培養(yǎng)、基因克隆等;概念型的細(xì)胞全能性等。因此，這類知識元我們建議作為一個超級結(jié)點，它將連接到多個類型的結(jié)點，甚至是子網(wǎng)絡(luò)。而有意思的是，在構(gòu)建較完善的網(wǎng)絡(luò)后，這樣的結(jié)點自然容易別識別，反過來指示學(xué)生這樣突出的結(jié)點即是學(xué)習(xí)的重點。

另外，多年的教學(xué)筆者發(fā)現(xiàn)，同一個班級的同學(xué)對生命科學(xué)的認(rèn)知和相關(guān)知識的掌握差異較大。除去大學(xué)前的初高中教育差異的原因，一些同學(xué)可能較早地就開始接觸科學(xué)研究開始進(jìn)行試驗，并已經(jīng)能提出具體的問題;而一部分同學(xué)則從未接觸實驗室，沒有感性認(rèn)識，對知識理解較為困難。因此，早期教師幫助學(xué)生構(gòu)建一個大家都能理解的種子網(wǎng)絡(luò)顯得十分有必要。

在以《園藝生物技術(shù)》為例構(gòu)建種子網(wǎng)絡(luò)時，為避免知識網(wǎng)絡(luò)過于發(fā)散，這里我們試圖將知識面盡力聚焦園藝植物。但由于園藝植物概念涉及的植物范圍很廣，遺傳背景復(fù)雜多樣，差異也非常大，很難窮盡。因此，我們只能選擇果樹、蔬菜和花卉中一些普遍共性的且重要特點來進(jìn)行講解。通常采用模式植物，整理植物生理，營養(yǎng)和生殖生長特征與分子機(jī)制，及其科學(xué)研究的思路;植物生物技術(shù)方面，不區(qū)分物種講解各項技術(shù)的內(nèi)涵與特點;然后，比較園藝植物，講解邏輯上共性的問題，進(jìn)而推及物種差異，如果樹重點講解果實品質(zhì)形成，花卉主要講顏色和形狀，蔬菜根據(jù)獲取器官（如根、莖、葉、花、果等）類型來進(jìn)行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

四、小結(jié)

教育從整體上來說，是為了使受教育者做好準(zhǔn)備，去迎接現(xiàn)實生活中的種種經(jīng)歷，用相關(guān)的思想和適當(dāng)?shù)男袆尤?yīng)付每時每刻發(fā)生的情況。利用老師和專家的專業(yè)能力，通過幫助學(xué)生進(jìn)行種子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷對知識網(wǎng)路進(jìn)行完善;在各自知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建實踐中，學(xué)生可以不斷吸取知識，并以自己所熟悉的邏輯方式整理成為一個利于提取的知識系統(tǒng)。這樣的實踐符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)思想的初衷，利于學(xué)生進(jìn)行自主和沉浸式的深度學(xué)習(xí)，這不僅僅對大學(xué)生有參考價值，對于其他所有人都適宜。

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