周東岱 董曉曉 顧恒年

[摘? ?要] 人工智能時(shí)代背景下，構(gòu)建面向不同層次教育的知識圖譜是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要優(yōu)先開展的基礎(chǔ)性工作。針對當(dāng)前教育領(lǐng)域知識圖譜研究關(guān)注視角單一、難以全面刻畫教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在邏輯的困境，文章采用理論分析方法，基于教與學(xué)過程中的邏輯轉(zhuǎn)化提出了學(xué)科教學(xué)圖譜的概念，解析了其深層內(nèi)涵，建構(gòu)了學(xué)科知識、學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展三視圖融合的結(jié)構(gòu)模型。文章闡釋了學(xué)科教學(xué)圖譜“冷啟動(dòng)—熱啟動(dòng)”雙階段構(gòu)建與演化過程，并給出了實(shí)踐案例，以期為教育領(lǐng)域知識圖譜創(chuàng)新發(fā)展和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐與參考。

[關(guān)鍵詞] 知識圖譜； 教育領(lǐng)域知識圖譜； 學(xué)科教學(xué)圖譜； 教學(xué)邏輯； 教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 周東岱（1970—），男，吉林長春人。教授，博士，主要從事智能教育、教育領(lǐng)域知識圖譜研究。E-mail：ddzhou@nenu.edu.cn。

一、引? ?言

2023年2月，教育部部長懷進(jìn)鵬在世界數(shù)字教育大會(huì)上指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是全世界教育轉(zhuǎn)型的重要載體和方向[1]。教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中不變的是教育的社會(huì)使命，而需要改革或轉(zhuǎn)變的是利用數(shù)字技術(shù)重構(gòu)學(xué)習(xí)方式、教育方式和優(yōu)化教育治理與決策。教學(xué)信息論認(rèn)為，教學(xué)系統(tǒng)是教學(xué)要素之間、教學(xué)主客體之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系系統(tǒng)，教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展取決于網(wǎng)絡(luò)關(guān)系系統(tǒng)中的邏輯轉(zhuǎn)化，即教學(xué)邏輯[2]。全面、精準(zhǔn)揭示教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，是有效實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)和前提。

知識圖譜作為一種語義網(wǎng)絡(luò)，憑借其語義化、結(jié)構(gòu)化的典型特征，已經(jīng)成為人工智能時(shí)代各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]。應(yīng)用知識圖譜技術(shù)賦能教育教學(xué)被認(rèn)為是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)性、前提性工作[4-7]。近年來，相繼涌現(xiàn)出教育知識圖譜、學(xué)科知識圖譜、學(xué)習(xí)認(rèn)知圖譜、學(xué)習(xí)路網(wǎng)（以下統(tǒng)稱教育領(lǐng)域知識圖譜）等概念與實(shí)踐。但是既有的教育領(lǐng)域知識圖譜研究視角單一，尚不能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)過程中各種教學(xué)要素之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與內(nèi)在邏輯的全面刻畫。

因此，本研究在總結(jié)梳理教育領(lǐng)域知識圖譜既有研究與實(shí)然困境的基礎(chǔ)上，剖析其應(yīng)然定位，提出研究新趨向“學(xué)科教學(xué)圖譜”的概念與內(nèi)涵，進(jìn)而建構(gòu)學(xué)科教學(xué)圖譜的結(jié)構(gòu)模型、闡明其構(gòu)建和演化過程，以期為教育領(lǐng)域知識圖譜創(chuàng)新發(fā)展和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐與參考。

二、教育領(lǐng)域知識圖譜的研究緣起、研究現(xiàn)狀與實(shí)然困境分析

（一）教育領(lǐng)域知識圖譜的研究緣起

從教學(xué)系統(tǒng)論出發(fā)，教學(xué)是師生基于學(xué)習(xí)材料合理設(shè)計(jì)并積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的育人過程，兼具靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過程的雙重屬性。盡管學(xué)界對于教學(xué)系統(tǒng)的認(rèn)識存在多種“要素說”[8-14]，但從教學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)過程兩方面綜合來看，教學(xué)系統(tǒng)除了教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容等結(jié)構(gòu)要素外，還包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)評價(jià)等過程要素。全面、精準(zhǔn)地刻畫教學(xué)系統(tǒng)各種要素間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過程邏輯，對于變革教與學(xué)方式、提高教學(xué)質(zhì)量和效益具有重要意義與價(jià)值。2012年，Google公司提出知識圖譜（Knowledge Graph）概念和相關(guān)技術(shù)，旨在將碎片化的數(shù)據(jù)組織成系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提供知識服務(wù)[3]。知識圖譜不僅能夠?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)域知識的語義化、結(jié)構(gòu)化組織與表示，而且能夠進(jìn)一步支撐實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域邏輯的刻畫、狀態(tài)分析與診斷、推理預(yù)測等，因而已成為人工智能時(shí)代各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。立足教育領(lǐng)域，學(xué)界專家認(rèn)為，在人工智能時(shí)代背景下，構(gòu)建面向不同層次教育的知識圖譜是教育人工智能需要優(yōu)先開展的基礎(chǔ)性、前提性工作，能夠?yàn)榻逃龜?shù)字化轉(zhuǎn)型提供重要支持[4-7]。

（二）教育領(lǐng)域知識圖譜的研究現(xiàn)狀

為全面總結(jié)既有教育領(lǐng)域知識圖譜的研究現(xiàn)狀，本研究從類別、研究者、概念、所表征內(nèi)容四個(gè)方面對既有的代表性研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理與分析，將既有研究歸納為學(xué)科知識組織類、學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)類和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展類三種類型，見表1。

學(xué)科知識組織類研究主要關(guān)注學(xué)科知識、學(xué)習(xí)資源等教學(xué)原材料的結(jié)構(gòu)化組織與表征，研究者通常將其稱之為學(xué)科知識圖譜。例如，李艷燕等提出圍繞學(xué)科知識或與知識相關(guān)的學(xué)習(xí)（教學(xué)）資源，構(gòu)建學(xué)科知識圖譜并在智慧教育中開展應(yīng)用[15]。學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)類研究主要關(guān)注教與學(xué)過程中的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源序列或?qū)W習(xí)行為序列。例如：鐘紹春等從助力智慧課堂角度出發(fā)，提出了學(xué)習(xí)路網(wǎng)的概念[18]。孔維梁等綜合考慮學(xué)生特征、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)活動(dòng)因素構(gòu)建了學(xué)習(xí)路徑圖譜[19]。學(xué)生認(rèn)知發(fā)展類研究主要關(guān)注學(xué)生個(gè)體的認(rèn)知發(fā)展，運(yùn)用知識圖譜表征學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如，萬海鵬等在學(xué)科知識圖譜基礎(chǔ)上，基于學(xué)生對知識點(diǎn)掌握程度和知識間關(guān)聯(lián)關(guān)系理解程度的評價(jià)構(gòu)建學(xué)習(xí)認(rèn)知圖譜[21-22]。

（三）教育領(lǐng)域知識圖譜的實(shí)然困境分析

既有教育領(lǐng)域知識圖譜研究現(xiàn)狀的梳理結(jié)果隱含了當(dāng)前存在的三方面實(shí)然困境。第一，學(xué)科知識組織類別的圖譜關(guān)注學(xué)科知識、學(xué)習(xí)資源等客觀存在的學(xué)科知識的結(jié)構(gòu)化組織和表示，雖然能夠表征教什么、學(xué)什么的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)，但是難以表征師生根據(jù)知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)與性質(zhì)設(shè)計(jì)適切教與學(xué)過程以及學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程邏輯。第二，學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)類別的圖譜雖然關(guān)注了學(xué)習(xí)行為的時(shí)序性，但是缺少對學(xué)習(xí)行為間包含、因果等復(fù)雜語義關(guān)系的考量，不僅尚不能精準(zhǔn)表征師生根據(jù)知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)與性質(zhì)設(shè)計(jì)適切教與學(xué)過程，而且更難以表征學(xué)科的知識內(nèi)容與結(jié)構(gòu)以及學(xué)生認(rèn)知發(fā)展邏輯。第三，學(xué)生認(rèn)知發(fā)展類別的圖譜雖然擁有學(xué)生學(xué)得怎么樣的語義，但難以表征師生根據(jù)知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)與性質(zhì)設(shè)計(jì)適切教與學(xué)過程的動(dòng)態(tài)過程邏輯。

深入分析當(dāng)前教育領(lǐng)域知識圖譜研究與實(shí)踐的實(shí)然困境，其背后隱藏的深層次學(xué)術(shù)問題在于以下兩點(diǎn)：其一，定位欠準(zhǔn)確，概念模糊。一些既有研究把教育領(lǐng)域知識圖譜歸類為知識圖譜概念及技術(shù)在教育領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用或工程項(xiàng)目開發(fā)，未深入地對概念的內(nèi)涵與外延進(jìn)行剖析與厘定，導(dǎo)致存在如表1所示的多種含義模糊或不一致的表述。其二，關(guān)注視角單一，系統(tǒng)性不夠。既有研究多數(shù)從單一視角看待教育領(lǐng)域知識圖譜，未建立多視角融合的綜合性認(rèn)識，難以全面覆蓋并刻畫教學(xué)系統(tǒng)各種要素的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與邏輯轉(zhuǎn)化。

鑒于既有教育領(lǐng)域知識圖譜研究尚存在概念模糊、視角單一等局限和不足，尚未充分發(fā)揮出其在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中應(yīng)然的基礎(chǔ)性和前提性作用，構(gòu)建新的理論認(rèn)知已成為領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)共識。

三、學(xué)科教學(xué)圖譜的意蘊(yùn)解析

從上述分析可知，從理論層面上提出教育領(lǐng)域知識圖譜的新概念，進(jìn)而厘清其內(nèi)涵，對于系統(tǒng)刻畫教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯、推動(dòng)和支撐教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是十分有益且非常必要的。

教學(xué)信息論認(rèn)為，教學(xué)是一種邏輯的存在。朱德全等提出教學(xué)邏輯是教學(xué)系統(tǒng)中主客體關(guān)系的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯，教學(xué)系統(tǒng)基于主客體關(guān)系的邏輯轉(zhuǎn)換生成知識邏輯、授導(dǎo)邏輯（原文為“教學(xué)邏輯”組塊，為與教學(xué)邏輯區(qū)分，以下稱之為“授導(dǎo)邏輯”）、學(xué)習(xí)邏輯和認(rèn)知邏輯四個(gè)邏輯組塊，其中，知識邏輯回答教師教什么、學(xué)生學(xué)什么的內(nèi)容問題，授導(dǎo)邏輯和學(xué)習(xí)邏輯回答教師怎么教、學(xué)生怎么學(xué)的過程問題，認(rèn)知邏輯回答學(xué)生學(xué)得怎么樣的結(jié)果問題，四個(gè)邏輯相互關(guān)聯(lián)、支撐，共同發(fā)力，促進(jìn)教學(xué)的有序化和有效化發(fā)展[23]。

基于此，本研究對學(xué)科知識組織、學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展三個(gè)視角下相互孤立的教育領(lǐng)域知識圖譜的實(shí)然定位進(jìn)行統(tǒng)一、融合，提出學(xué)科教學(xué)圖譜概念。本研究認(rèn)為，學(xué)科教學(xué)圖譜是系統(tǒng)整合觀和教學(xué)邏輯觀視角下知識圖譜技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中拓展應(yīng)用的產(chǎn)物，其內(nèi)涵指向?qū)虒W(xué)系統(tǒng)內(nèi)在邏輯（知識邏輯、授導(dǎo)邏輯、學(xué)習(xí)邏輯以及認(rèn)知邏輯）的系統(tǒng)刻畫，并通過結(jié)構(gòu)化、語義化的圖網(wǎng)絡(luò)外化表征。其中包含以下三重意蘊(yùn)：

其一，強(qiáng)調(diào)學(xué)科教學(xué)圖譜的學(xué)科性。任何一門學(xué)科作為相對獨(dú)立的知識體系，都具有獨(dú)特的知識、技能與方法以及思維方式，不同的學(xué)科會(huì)對學(xué)生的發(fā)展產(chǎn)生不同的影響，在教育教學(xué)上具有不可替代的作用和意義[24]。教育知識圖譜、學(xué)習(xí)認(rèn)知圖譜、學(xué)習(xí)路網(wǎng)等概念在不同程度上都弱化了學(xué)科獨(dú)特的育人功能。

其二，強(qiáng)調(diào)學(xué)科教學(xué)圖譜的系統(tǒng)性。學(xué)科教學(xué)圖譜從教學(xué)系統(tǒng)論與教學(xué)信息論出發(fā)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)是一種師生基于學(xué)習(xí)材料合理設(shè)計(jì)并積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的育人過程，契合了教與學(xué)過程中基于師生主體的“目標(biāo)—內(nèi)容—活動(dòng)—評價(jià)”一體化結(jié)構(gòu)，全面揭示教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，摒棄了已有教育領(lǐng)域知識圖譜研究存在的視角單一、碎片化等積弊。

其三，強(qiáng)調(diào)學(xué)科教學(xué)圖譜的適應(yīng)性。教與學(xué)的本質(zhì)是活動(dòng)，應(yīng)具有個(gè)體的獨(dú)特性和適應(yīng)性。針對不同類型的知識內(nèi)容應(yīng)存在與之相適應(yīng)的教學(xué)策略，針對不同發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的學(xué)習(xí)者的個(gè)性化特征應(yīng)存在適應(yīng)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)和學(xué)習(xí)資源，單純依靠靜態(tài)的學(xué)習(xí)資源或者脫離學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及學(xué)習(xí)者特征的教與學(xué)過程都難以促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。

四、學(xué)科教學(xué)圖譜的要素分析與結(jié)構(gòu)構(gòu)建

結(jié)構(gòu)主義方法論認(rèn)為，認(rèn)識對象不是看事物的現(xiàn)象，而要重視其內(nèi)在的整體結(jié)構(gòu)。認(rèn)識學(xué)科教學(xué)圖譜，必定要認(rèn)識它的結(jié)構(gòu)，既要分析學(xué)科教學(xué)圖譜的構(gòu)成要素，又要闡明其如何刻畫教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯。因此，本研究首先基于學(xué)科教學(xué)圖譜的意蘊(yùn)內(nèi)涵以及教學(xué)系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素，映射抽取學(xué)科教學(xué)圖譜關(guān)鍵構(gòu)成要素，然后根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，推演建立學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)。

（一）學(xué)科教學(xué)圖譜的關(guān)鍵構(gòu)成要素分析

教學(xué)系統(tǒng)是由教學(xué)主體（也就是教師、學(xué)生及共同體）設(shè)計(jì)的、使各種教學(xué)要素結(jié)合在一起，共同實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的活動(dòng)體系，通常認(rèn)為主體、目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)和評價(jià)是教學(xué)系統(tǒng)的基本要素[25]。學(xué)科教學(xué)圖譜本質(zhì)是對教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在邏輯的刻畫與表征。本研究依據(jù)教學(xué)系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素，基于學(xué)科教學(xué)圖譜的意蘊(yùn)內(nèi)涵以及要素確立的必要性和獨(dú)立性原則，映射抽取出學(xué)科教學(xué)圖譜的五個(gè)關(guān)鍵構(gòu)成要素及其子要素，如圖1所示。

1. 主體

教師和學(xué)生作為教與學(xué)實(shí)踐過程中“人”的因素，既是教學(xué)的主體，也是教與學(xué)活動(dòng)得以展開的物質(zhì)載體。主體要素具體指代教師、學(xué)生以及共同體（生生共同體和師生共同體）。

2. 目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教與學(xué)活動(dòng)的第一要素且應(yīng)然具有統(tǒng)領(lǐng)作用，目標(biāo)要素依據(jù)學(xué)科育人的總目標(biāo)進(jìn)行分解。在廣義知識范疇下，學(xué)科知識不僅包括學(xué)科基礎(chǔ)知識、基本技能與方法，還蘊(yùn)含知識創(chuàng)生者所具有的態(tài)度或價(jià)值觀。因此，教學(xué)目標(biāo)既包括學(xué)科中基礎(chǔ)知識、技能與方法（能力），也包括蘊(yùn)含在基礎(chǔ)知識、能力背后的態(tài)度或價(jià)值觀[26]。

3. 內(nèi)容

內(nèi)容是教與學(xué)過程中最實(shí)質(zhì)性的存在，涵蓋了教什么、學(xué)什么。從知識創(chuàng)生出發(fā)，學(xué)科教與學(xué)內(nèi)容不能簡單等同于學(xué)科中抽象的概念、命題與理論，重在學(xué)科知識創(chuàng)生的情景、問題、過程的還原。由此，內(nèi)容要素是對完成學(xué)科某一學(xué)習(xí)目標(biāo)所涉及的學(xué)科知識體系以及對其中具體知識單元進(jìn)行還原的學(xué)習(xí)對象（資源）的抽象。

4. 活動(dòng)

教與學(xué)的本質(zhì)是活動(dòng)，隱喻了怎么教、怎么學(xué)。活動(dòng)是學(xué)生核心素養(yǎng)生成的問題解決過程，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的、滿足不同需求的具體學(xué)習(xí)活動(dòng)。由此，活動(dòng)要素既是完成學(xué)科某一學(xué)習(xí)目標(biāo)所包括的所有學(xué)習(xí)活動(dòng)（教師教的活動(dòng)和學(xué)生學(xué)的活動(dòng)）的抽象，還內(nèi)隱了學(xué)習(xí)活動(dòng)間的關(guān)系（即活動(dòng)結(jié)構(gòu)）。

5. 評價(jià)

教學(xué)評價(jià)圍繞目標(biāo)回答學(xué)生學(xué)得怎么樣的問題，即要回答學(xué)生個(gè)體在特定時(shí)間點(diǎn)，聚焦某一特定學(xué)科，已形成的學(xué)科基礎(chǔ)知識、能力與態(tài)度。在廣義知識范疇下，學(xué)科是學(xué)科基礎(chǔ)知識、能力與態(tài)度一體化的知識體系。而認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指學(xué)生現(xiàn)有知識的數(shù)量、清晰度和組織結(jié)構(gòu)（知識狀態(tài)和知識結(jié)構(gòu)）[25]。因而，在廣義知識范疇下，評價(jià)要素具體可分解為知識狀態(tài)與知識結(jié)構(gòu)。

（二）學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)構(gòu)建

學(xué)科教學(xué)圖譜旨在刻畫教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要抽取出圖譜的要素，還需要依據(jù)教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在邏輯闡明要素間的關(guān)系，構(gòu)建學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)。為此，本研究首先從教學(xué)信息論的教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在邏輯出發(fā)，從知識邏輯、授導(dǎo)邏輯、學(xué)習(xí)邏輯和認(rèn)知邏輯四個(gè)邏輯層面，解析出學(xué)科教學(xué)圖譜五要素之間的核心關(guān)系。

知識邏輯回答教學(xué)“教什么、學(xué)什么”的問題，從來源上看，構(gòu)成教學(xué)系統(tǒng)的知識主要是人類創(chuàng)生的知識，從知識創(chuàng)生的角度出發(fā)，學(xué)科教學(xué)內(nèi)容重在學(xué)科知識創(chuàng)生的情景、問題、過程的還原。因此，倘若教學(xué)系統(tǒng)的知識邏輯中目標(biāo)和內(nèi)容兩個(gè)要素是必不可少的且存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么刻畫教學(xué)系統(tǒng)知識邏輯的學(xué)科教學(xué)圖譜的目標(biāo)與內(nèi)容兩個(gè)要素之間亦存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，而且目標(biāo)與目標(biāo)、內(nèi)容與內(nèi)容各自內(nèi)部之間也存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。

授導(dǎo)邏輯回答教學(xué)“誰來教、怎么教”的問題，從教學(xué)交互角度出發(fā)，Moore等認(rèn)為教學(xué)過程包括學(xué)習(xí)者與內(nèi)容交互、學(xué)習(xí)者與教師交互、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者交互三類交互[27]，涉及教學(xué)系統(tǒng)的主體、目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)四個(gè)要素，且存在主體與目標(biāo)、目標(biāo)與內(nèi)容、目標(biāo)與活動(dòng)、內(nèi)容與活動(dòng)、主體與內(nèi)容、主體與活動(dòng)、主體與主體、內(nèi)容與內(nèi)容、活動(dòng)與活動(dòng)內(nèi)部之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因而，刻畫教學(xué)系統(tǒng)授導(dǎo)邏輯的學(xué)科教學(xué)圖譜的主體、目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)要素之間也應(yīng)然存在著上述九種關(guān)聯(lián)關(guān)系。

學(xué)習(xí)邏輯回答教學(xué)“誰來學(xué)、怎么學(xué)”的問題，與授導(dǎo)邏輯相類似，從教學(xué)交互角度來分析，刻畫教學(xué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)邏輯的學(xué)科教學(xué)圖譜的主體、目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)要素之間，也應(yīng)然存在著主體與目標(biāo)、目標(biāo)與內(nèi)容、目標(biāo)與活動(dòng)、內(nèi)容與活動(dòng)、主體與內(nèi)容、主體與活動(dòng)、主體與主體、內(nèi)容與內(nèi)容、活動(dòng)與活動(dòng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

認(rèn)知邏輯回答學(xué)生“學(xué)得怎么樣”的問題，通過教與學(xué)過程性和結(jié)果性評價(jià)來獲得教與學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。從評價(jià)角度來分析，涉及教學(xué)系統(tǒng)的主體、目標(biāo)、評價(jià)三個(gè)要素，且存在主體與評價(jià)、目標(biāo)與評價(jià)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。由此，刻畫教學(xué)系統(tǒng)認(rèn)知邏輯的學(xué)科教學(xué)圖譜的主體、目標(biāo)、評價(jià)要素之間存在著主體與評價(jià)、目標(biāo)與評價(jià)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

綜合以上四個(gè)層面，學(xué)科教學(xué)圖譜五要素間關(guān)系復(fù)雜，存在十多種的關(guān)聯(lián)關(guān)系?；谶@些核心關(guān)系來建立一個(gè)完整復(fù)雜的結(jié)構(gòu)比較困難，即便勉強(qiáng)建立一個(gè)復(fù)雜模型，其可理解性與可視化表征的效果也不盡如人意。事實(shí)上，隨著信息系統(tǒng)功能越來越多、規(guī)模越來越大，任何一個(gè)大型復(fù)雜信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述都存在上述問題。為了解決這一問題，國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，簡稱IEEE）在軟件密集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn)P1471-2000中提出了多視圖體系結(jié)構(gòu)描述的概念模型，即：一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述可以選擇一個(gè)或多個(gè)視角，包括一個(gè)或多個(gè)視圖，視角的選擇以體系結(jié)構(gòu)描述支持的風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者及其關(guān)注點(diǎn)為依據(jù)[28]。

由此，本研究借鑒IEEE軟件密集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn)的思想，基于學(xué)科教學(xué)圖譜的內(nèi)涵、特征以及要素，構(gòu)建了多視圖融合的學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)，即“學(xué)科知識視圖、學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖、學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖”三合一的學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

其一，關(guān)注知識邏輯刻畫的學(xué)科知識視圖。此視圖從教師、學(xué)生兩類主體的教與學(xué)需求出發(fā)，關(guān)注于回答“教什么、學(xué)什么”問題的學(xué)科知識以及與之適配學(xué)習(xí)對象（資源）的組織，并通過學(xué)科教學(xué)圖譜中目標(biāo)、內(nèi)容兩個(gè)要素以及二者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，刻畫教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在的知識邏輯。其二，關(guān)注教學(xué)過程邏輯刻畫的學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖。此視圖從教師、學(xué)生、共同體三類主體的教與學(xué)需求出發(fā)，關(guān)注于回答“怎么教、怎么學(xué)”問題的教與學(xué)過程設(shè)計(jì)與分析，并通過學(xué)科教學(xué)圖譜中主體、目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)四個(gè)要素以及要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，刻畫教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在的授導(dǎo)邏輯和學(xué)習(xí)邏輯。其三，關(guān)注認(rèn)知邏輯刻畫的學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖。此視圖從學(xué)生主體出發(fā)，關(guān)注于回答“誰掌握了什么、掌握得怎么樣”問題的教與學(xué)效果分析，并通過學(xué)科教學(xué)圖譜中主體、目標(biāo)、評價(jià)三個(gè)要素以及要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，刻畫教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在的認(rèn)知邏輯。

在靜態(tài)結(jié)構(gòu)上，三個(gè)視圖相互關(guān)聯(lián)、彼此貫通，共同發(fā)力構(gòu)成學(xué)科教學(xué)圖譜的完整體系，并指向教學(xué)系統(tǒng)的總目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)邏輯上，學(xué)科知識視圖是學(xué)科教學(xué)圖譜的首要構(gòu)建對象，是學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展視圖構(gòu)建的基礎(chǔ)；學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖的構(gòu)建在學(xué)科知識視圖之后，是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展視圖構(gòu)建的前提；學(xué)生認(rèn)知發(fā)展視圖的構(gòu)建則在最后，而且相對學(xué)科知識視圖和學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖來說，還具有生成性。此外，根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)導(dǎo)致學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)活動(dòng)使學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展的迭代演化關(guān)系，學(xué)科教學(xué)圖譜不是一經(jīng)構(gòu)建生成就靜止不變的，而是隨著教學(xué)的進(jìn)展持續(xù)動(dòng)態(tài)演化。

五、學(xué)科教學(xué)圖譜的構(gòu)建與實(shí)踐案例

依據(jù)學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)，學(xué)科教學(xué)圖譜三個(gè)視圖的構(gòu)建不僅具有邏輯順序，而且具有動(dòng)態(tài)演化特性。為此，本研究以“冷啟動(dòng)—熱啟動(dòng)”雙階段模型闡釋學(xué)科教學(xué)圖譜具體構(gòu)建與演化過程，并以人教版八年級物理上冊“光的反射”教學(xué)內(nèi)容為例，說明學(xué)科教學(xué)圖譜的具體實(shí)踐。

（一）學(xué)科教學(xué)圖譜“冷啟動(dòng)—熱啟動(dòng)”雙階段的構(gòu)建與演化模型

從學(xué)科教學(xué)圖譜結(jié)構(gòu)可知，其構(gòu)建具有從學(xué)科知識視圖到學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖，再到學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖的邏輯順序，且具有動(dòng)態(tài)演化特性。學(xué)科教學(xué)圖譜的構(gòu)建過程也是其應(yīng)用并演化的過程。為了清晰描述這一過程，本研究借用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“冷啟動(dòng)”“熱啟動(dòng)”概念，以“冷啟動(dòng)—熱啟動(dòng)”雙階段的動(dòng)態(tài)構(gòu)建與演化模型闡述學(xué)科教學(xué)圖譜動(dòng)態(tài)構(gòu)建過程，如圖3所示。

1. 冷啟動(dòng)階段

冷啟動(dòng)階段主要指學(xué)科教學(xué)圖譜在實(shí)際教學(xué)的首次構(gòu)建階段，此階段一般只構(gòu)建學(xué)科教學(xué)圖譜的學(xué)科知識視圖，尚未實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)圖譜的完整構(gòu)建。在此階段，根據(jù)國家基礎(chǔ)教育課程標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建刻畫學(xué)科知識及其相關(guān)學(xué)習(xí)對象（資源）的學(xué)科教學(xué)圖譜的學(xué)科知識視圖。然后，應(yīng)用學(xué)科知識視圖開展與教學(xué)目標(biāo)相適配的學(xué)習(xí)活動(dòng)。由于學(xué)習(xí)活動(dòng)尚未結(jié)束，此階段還不能完成學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖和相關(guān)學(xué)生學(xué)科認(rèn)知視圖的構(gòu)建，也不能在學(xué)習(xí)活動(dòng)中應(yīng)用學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖和學(xué)生學(xué)科認(rèn)知視圖。

2. 熱啟動(dòng)階段

在冷啟動(dòng)階段實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)圖譜的學(xué)科知識視圖構(gòu)建的基礎(chǔ)上，師生應(yīng)用學(xué)科知識視圖開展具體學(xué)習(xí)活動(dòng)之后，隨即轉(zhuǎn)入熱啟動(dòng)階段。在此階段，根據(jù)學(xué)習(xí)活動(dòng)構(gòu)建學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖，并根據(jù)階段性學(xué)習(xí)活動(dòng)的評價(jià)結(jié)果，及時(shí)生成學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖，實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)圖譜的完整構(gòu)建；并在隨后的學(xué)習(xí)過程中，全面應(yīng)用學(xué)科教學(xué)圖譜，實(shí)現(xiàn)常態(tài)運(yùn)行。在熱啟動(dòng)階段之后的教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖與學(xué)生學(xué)科認(rèn)知視圖之間存在不斷迭代演化的關(guān)系，即：開展學(xué)習(xí)活動(dòng)之后，不僅能夠根據(jù)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)活動(dòng)的評價(jià)結(jié)果生成學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖，而且還能以其作為學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖更新的觸發(fā)條件。而后，伴隨著學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖的更新，又會(huì)基于新活動(dòng)的評價(jià)結(jié)果生成新的學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖的更新，二者之間相互作用、相互影響，實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)圖譜的演化。

（二）學(xué)科教學(xué)圖譜實(shí)踐案例

本研究按照學(xué)科教學(xué)圖譜“冷啟動(dòng)—熱啟動(dòng)”雙階段的構(gòu)建與演化模型，在深圳、大連、長春等地的多所學(xué)校進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，下面以人教版八年級物理上冊“光的反射”知識單元為例，說明學(xué)科教學(xué)圖譜（如圖4所示）的具體教學(xué)實(shí)踐。

人教版八年級物理上冊“光的反射”知識單元主要包括光沿直線傳播、實(shí)像、虛像、光路可逆、光的反射定律、鏡面反射、漫反射、球面鏡、避免光污染等內(nèi)容。圍繞該單元，在學(xué)科教學(xué)圖譜冷啟動(dòng)階段所構(gòu)建的學(xué)科知識視圖的部分內(nèi)容（如圖4的最左層所示），圖層中的不同大小的圓形節(jié)點(diǎn)表示單元中所涉及的學(xué)科核心素養(yǎng)類、亞類、樣態(tài)[20]以及相適配的學(xué)習(xí)對象，節(jié)點(diǎn)間的邊分別表示它們之間的關(guān)系，刻畫了面向該單元的教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在知識邏輯。

在該單元教學(xué)過程中，師生基于冷啟動(dòng)階段構(gòu)建的學(xué)科知識視圖，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。依據(jù)學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程構(gòu)建的學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖的部分內(nèi)容（如圖4的中間層所示），圖層中不同大小的圓形節(jié)點(diǎn)代表了學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)、行為以及具體操作，節(jié)點(diǎn)間的邊表示了它們之間的橫向、縱向關(guān)系，刻畫了面向該單元的教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)在教學(xué)過程邏輯。

依據(jù)該單元項(xiàng)目教學(xué)的過程性和結(jié)果性測試結(jié)果，生成的學(xué)生學(xué)科認(rèn)知視圖的部分內(nèi)容（如圖4的最右層所示），圖層中不同大小的圓形節(jié)點(diǎn)表示學(xué)生對該知識單元相關(guān)的學(xué)科核心素養(yǎng)類、樣態(tài)的建構(gòu)度[20]，圓形節(jié)點(diǎn)之間連線上標(biāo)注的數(shù)字表示學(xué)生對學(xué)科核心素養(yǎng)類與樣態(tài)間關(guān)系的建構(gòu)度[20]，刻畫了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)生成情況。

此外，在圖4中，學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖中節(jié)點(diǎn)與學(xué)科知識視圖中節(jié)點(diǎn)間的連線表示了學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)活動(dòng)間的適配關(guān)系，與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展視圖中節(jié)點(diǎn)間的連線表示了學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)活動(dòng)之間的相互依賴關(guān)系，即學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)引發(fā)學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)習(xí)活動(dòng)使學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展。

學(xué)科教學(xué)圖譜常態(tài)運(yùn)行之后，教師可以綜合學(xué)生學(xué)科認(rèn)知發(fā)展視圖和學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖，精準(zhǔn)探析并及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)異常，并通過為學(xué)生個(gè)體設(shè)計(jì)適切的學(xué)習(xí)活動(dòng)、推薦適切的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)干預(yù)；學(xué)生可以綜合學(xué)生學(xué)科認(rèn)知視圖和學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)視圖及時(shí)掌握自身的學(xué)習(xí)狀況，并在學(xué)科知識視圖的支撐下，針對學(xué)習(xí)所存在的問題自我改進(jìn)或調(diào)節(jié)；學(xué)生進(jìn)一步發(fā)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)及其認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展將由此后不同時(shí)態(tài)的學(xué)科教學(xué)圖譜所刻畫。本研究通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法和訪談法等方法，驗(yàn)證了教學(xué)中應(yīng)用學(xué)科教學(xué)圖譜不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)水平，而且能夠在一定程度提升學(xué)生學(xué)習(xí)的心流體驗(yàn)、降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。

六、結(jié)? ?語

綜合系統(tǒng)整合觀和教學(xué)邏輯觀的視角研究學(xué)科教學(xué)圖譜及其在教與學(xué)過程中所需承擔(dān)和發(fā)揮的實(shí)際角色與職能，是從根本上促進(jìn)教育領(lǐng)域知識圖譜發(fā)展的有力舉措。本研究在系統(tǒng)梳理分析當(dāng)前教育領(lǐng)域知識圖譜在教與學(xué)實(shí)踐過程中的實(shí)然困境的基礎(chǔ)上，解析了學(xué)科教學(xué)圖譜的意蘊(yùn)內(nèi)涵、確定了學(xué)科教學(xué)圖譜構(gòu)建的關(guān)鍵要素、構(gòu)建了學(xué)科教學(xué)圖譜的結(jié)構(gòu)以及雙階段演化模型，給出了教學(xué)應(yīng)用案例，能夠?yàn)橥苿?dòng)教育領(lǐng)域知識圖譜創(chuàng)新發(fā)展以及教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐與參考。

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A New Trend of Knowledge Graph Research in Education： Subject Teaching Graph

ZHOU Dongdai，? DONG Xiaoxiao，? GU Hengnian

（School of Information Science and Technology， Northeast Normal University， Changchun Jilin 130117）

[Abstract] Under the era of artificial intelligence， the construction of knowledge graphs for various levels of education emerges as a fundamental task that needs to be prioritized in the digital transformation of education. The researches of current knowledge graph in education generally focus on a single perspective and are difficult to comprehensively depict the inherent logic of teaching systems. Using theoretical analysis， this paper puts forward the concept of subject teaching graph based on the logical transformation in the process of teaching and learning， analyzes its deep connotation， and constructs a structural model that integrates subject knowledge， subject learning activities and students' subject cognitive development. This paper explains the dual-phrase construction and evolution process of "cold start-hot start" of the subject teaching graph， and gives practical cases， in order to provide support and reference for the innovative development of knowledge graph in education and the digital transformation of education.

[Keywords] Knowledge Graph; Knowledge Graph in Education; Subject Teaching Graph; Pedagogical Logic; Digital Transformation of Education