基于知识结构和认知结构的学习设计

罗国权

（云南开放大学，云南 昆明 650500）

知识的积累和传承推动了人类文明的进步，知识具有传承人类社会基因的功能。通过语言和文字来表达和获得知识，人类要掌握好的知识的获得和表达功能，就需要深入研究知识结构。到目前为止，人类对知识结构的认识主要基于知识作为复杂系统具有的整体性、层次性、关联性，这种结构指的是知识的宏观结构，比如在认知层面知识包括信息、经验、智慧、思想、理论等，知识的类型结构包括基础经验知识、归纳经验知识、演绎抽象知识等，知识的层次结构包括学科、专业、课程、知识点等。在教学过程中，人们更加关注的是知识的层次结构。比如，课程体系规定了人才培养目标和路径，知识点是教材和课件中的基本单元，教师按照知识点来讲授知识内容。就此，我们提出本文研究的两个问题：知识作为复杂系统，它的结构有什么特征？知识点是教学中的知识单元，它与知识结构之间有什么关系？

学习是人类传承知识和利用知识的重要手段，学习过程被认为是个体认知结构的完善和建构过程[1]，学习者在环境中通过自己的感知来改变自己的认知结构。知识的结构化可以显著影响学习活动过程以及专业知识的共享和交流[2]，也就影响着认知过程的效果。知识信息的结构框为认知过程提供了组织模式，在物理、社会和概念空间中决定了个体的认知结构[3]。因此，知识的结构化是改变认知结构的一个重要因素，有利于实现有效的知识共享和交流。本文根据对知识结构的研究，在重新定义知识点和认知结构的基础上，将学习过程进行了格式化的设计，让学习者实现流程化的有效学习。

一、知识的基本要素

知识来源于人的社会实践活动，是人类思维对客观事物能动反映的结果。知识属于人们的认知经验，是人们在社会实践活动中通过与环境相互作用而获得的对客观现实认识的结果，它反映客观事物的属性与联系。

在知识范畴中，概念反映客观事物的属性，判断反映概念之间的联系。比如，“商品”是一个经济学概念，“商品是在市场中交易的产品和服务”和“商品的供给和需求决定其价格”是定义“商品”的判断。这些判断包括了“价格、供给、需求、市场、产品、服务”等概念，并阐述了这些概念之间的联系，这些概念通过判断反映“商品”这一概念的属性。

概念、判断和推理是人类思维的基础，但是大多数人在思维过程中用的是故事和案例。只有受过良好教育的人才擅长于用推理思维来思考，比如，类比推理、归纳推理和逻辑推理等。相对而言，大多数人在多数时候都是用案例和故事来认知、思考和表达。我们要阐述清楚“商品是在市场中交易的产品和服务”这一判断，最好的方式是用一些案例来讲故事。比如，超市作为市场、超市中销售的产品就是商品，淘宝是一个电子商务的市场、人们可以在淘宝平台上交易各种产品和服务，这些案例让学习者容易理解“商品”“市场”等概念，也容易理解“商品是在市场中交易的产品和服务”这一判断。

根据以上论述，我们看到概念和判断反映了客观事物的属性和联系，而案例是通过人们所见所闻的具体案例来阐述概念和判断。人们更加擅长于用故事和案例来理解概念和判断，因此，在知识的传承和传授过程中故事和案例也应该是知识的载体要素。案例让人们的认知具体化和形象化，而描述事物属性的概念和事物之间联系的判断让人们的认知抽象化和理论化。

概念、判断和案例可以认为是知识的三个基本要素，即知识三要素。依据系统结构观点，概念是知识结构中的节点，判断是知识结构中的连接，案例则是知识结构的载体。比如，“商品”“市场”“产品”等概念是知识结构的节点，“商品是在市场中交易的产品和服务”这一判断将作为节点的概念连接在一起，而超市、淘宝等案例是阐述概念和判断的载体。人类的认知来源于生产生活的实践案例，在认知过程中人类逐渐形成了关于客观事物的各种概念，概念之间的各种关系表现为判断，这些概念和判断就是知识的基本要素，它们与实践案例共同构成了知识体系的全部内容。

二、知识的复杂网络结构

概念是知识结构的基础，知识体系就是由所有概念构成的一个的复杂体系。比如，“市场，商品，生产者，消费者，需求，供给，价格，家庭，企业”等多个概念构成微观经济学关于市场的一个知识子系统，“运动，质点，位置，参考系，时间，时刻，路程，位移，速度，速率，加速度”等概念构成了物理学中关于机械运动的一个知识子系统。所有的这些知识子系统就构成了一个巨大的具有复杂结构的知识体系。

知识中的每个概念都与其他多个概念相互关联，这些概念通过判断来定义和描述主体概念。比如，“市场”这一概念与“商品、生产者、消费者、供给、需求”等概念相互关联，“市场是消费者和生产者交易商品的场所和载体”“企业通过生产在市场中提供供给，家庭因为消费在市场中提供需求”等判断定义和描述了“市场”这一概念。再比如，“运动”这一概念与“位置、时间、速度、加速度”等概念相互关联，“运动是物体的位置随着时间发生的变化”“运动的快慢可以用速度和加速度来描述”等这些判断定义和描述了“运动”这一概念。

现实中的知识结构应该是复杂的网络结构[4][5]。知识中的每个概念都与其他多个概念相互关联，这导致了知识体系统就是由大数量概念构成一个的复杂网络结构。如图1，“市场”和“商品”这两个概念相互关联，它们与其他多个概念相互关联。“商品”与“市场、需求、供给、价格”等概念相互关联，其中“市场”又与“消费、生产、政府”等概念相互关联。这些相互关联使得知识中的概念具有复杂网络的结构特征。

图1 基于概念的知识复杂网络结构

知识概念构成的复杂网络展示了知识体系在宏观层面的结构。无论是从学科到专业，还是从课程到知识点，我们都可以用大数量的概念来阐述相关的知识。比如，人们很容易区分物理学的概念与经济学的概念，人们也可以将机械运动的概念与热力学的概念联系在一起，大数量相互关联的概念可以构成一门课程，少数几个紧密关联的概念可以定义一个知识点。这表明知识概念构成的复杂网络结构可以展示知识体系的宏观结构。

三、知识点的结构

所谓知识点就是教学活动过程中，传递教学信息的基本单元，包括理论、原理、概念、定义、范例和结论等[6]，这种定义并没有给知识点一个明确的范畴和具体的描述。知识点划分的基本原则是保证知识内容的局部完整性，而其大小可以根据需要而定[7]，这要求知识点内容具有整体性，也表明知识点定义的灵活性。根据知识点的定义，任何单独的一个字、词、概念、定理、定律、公式、规律、观点、结论等等都可以是一个知识点[8]。在知识三要素中，概念代表了字词等，判断可以描述定理、定律、公式、规律、观点、结论等。因此，我们就可以用概念和判断来定义和描述知识点。

一个概念可以是一个知识点，一个判断也可以是一个知识点。教学过程中的知识点应该是知识中一个相对较小、具有完整性的学习单元，而这个学习单元可以是一个概念，也可以是一个判断。比如，在经济学中，“市场”这一概念可以是一个知识点，“商品的供给和需求决定其价格”这一判断也可以是一个知识点。

知识点就是多个相互关联概念构成的一个小网络结构。一个概念的定义和描述需要用到与其相互关联的其他概念和相应的判断。比如，阐述“商品”这一个概念需要用到“市场，产品，交换，价格”等相关概念。一个判断的阐述同样也需要与其相互关联的概念，比如，阐述“商品的供给和需求决定其价格”这一判断需要用到“商品、价格、供给、需求”等相关概念。这就表明，作为概念和判断的知识点在知识复杂网络结构中就是一个局部的小网络。

以上论述表明知识点就是一个相互关联的概念群，一个概念群构成了一个知识点。比如，概念群“商品，市场，劳动产品，交换，价格”可以用来定义“商品”这一知识点，概念群“商品，价格，供给，需求”可以用来阐述“商品的供给和需求决定其价格”这一知识点。概念群中的概念相互关联，它们又需要彼此来相互定义和描述。

知识点可以看作是一个系统，知识三要素构成了知识点的结构。依据系统观点，在知识点结构中，概念是节点，判断是节点之间的联系，案例阐述概念和判断。因此，我们可以用一个概念群、相应的判断、对应的案例定义一个知识点的结构。比如，表1展示了“投入和产出”[9]这一知识点的内容被解构为知识要素，我们将知识内容进行了解构并提取了若干“概念”“判断”和“案例”，它们构成知识点结构的要素。其中，概念群包括了“投入、产出、生产要素、土地、劳动、资本”等概念，判断1.1-1.5定义并联系了这些概念，案例1.1-1.5以具体化的方式阐述了判断。

据此，我们将知识点结构的原理总结如下：

·知识点结构的要素可以从知识内容中提取；

·知识点结构的要素包括概念、判断和案例；

·一个概念群构成一个知识点；

·判断通过描述概念之间的联系来定义知识点；

·案例以具体化的方式阐述判断。

如表2所示，知识内容是知识点的基础，从知识内容中提取的概念、判断和案例构成了知识点结构，这些结构要素构成了知识点。比如在表1中，“投入、产出、生产要素、土地、劳动、资本”是一个概念群，判断1.1-1.5对应了案例1.1-1.5，案例阐述了判断，判断是对案例的概括和总结，概念来自判断中的关键词，判断定义了概念之间的联系，概念群定义了知识点。

表1 知识点“投入与产出”的内容被解构为知识要素

表2 知识点的结构

知识点展示了知识体系在微观层面的结构。首先，知识点是概念复杂网络结构中的一个小网络，这个小网络中的概念群定义了知识点。另外，作为知识三要素的概念、判断和案例构成了知识点结构，这种结构属于概念复杂网络中的子系统。在知识点结构中，知识被表述成为抽象的概念、具体的判断和现实中的案例。因此，我们可以认为知识点是知识体系的微观结构。

四、认知结构与知识的获得

个体认知结构对应着知识三要素。依据奥苏伯尔的观点[1]，认知结构是个体掌握的概念、命题和事实构成的体系。知识点结构要素中的概念、判断和案例就对应着认知结构中的概念、命题和事实等体系要素。如表3所示，以概念为节点的知识网络结构是认知结构的基础，定义概念的判断和阐述判断的案例构成了认知结构中的命题和事实的体系。

知识的获得是个体学习者不断充实、完善和建构认知结构的过程。在个体的原有认知结构基础上，通过知识点的结构要素可以构建新的认知结构，这就是认知结构的完善和扩展。比如，关于表3所示的物理学中的“速率”知识点，个体原有的认知结构包括了“参考系，时刻，时间，位移”等概念，知识点中的判断和案例帮助个体构建了包括“速率”这一概念的新认知结构。比如表4所示的“投入与产出”知识点，个体原有的认知结构包括了“土地、劳动、资本”等概念，知识点中的判断和案例帮助个体构建新的认知结构，它包括了新的概念“投入、产出、生产要素”。

表3 知识获得过程：认知结构的更新完善过程

表4 知识获得过程：知识点“投入与产出”

知识内容解构为知识三要素是知识获得的第一步。建构主义强调学习是建构意义的过程[10]，建构主义教学模式强调学生是认知的主体和知识意义的主动建构者，教师只对学生的知识建构起帮助和促进作用[11]，学习者在解构知识内容和提炼知识点的过程中实现知识学习[12]。这些观点表明，知识内容的解构过程就是一种知识的获得和学习过程。根据知识三要素，知识内容可以解构成为若干概念、判断和案例，这种解构过程可以格式化和程序化，可以成为知识获得的一种基本方法，如表1通过“投入与产出”的案例就展示了知识解构过程。

首先，每一个知识点都一定有若干关键概念，这些概念相互关联并可以定义知识点。比如，在表1展示的知识点“投入与产出”中，概念群“投入，产出，生产，消费，生产要素，土地，劳动，资本”中的概念相互关联并定义了该知识点。从知识点内容中提取关键概念是获得知识的出发点。对于学习者而言，在这些概念中有些是熟悉的，有些是了解但不熟悉，有些就是新的概念。学习者的目的就是要通过熟悉的概念来认知新的概念和加深认知不熟悉的概念。

其次，知识点有若干判断来定义关键概念并明确这些概念之间的关系。比如在表1中，判断1.1定义了“投入”和“产出”这两个概念，并阐述了“投入”“产出”“生产”“消费”“物品或劳务”等概念之间的关系。对于一个学习者而言，理解和认知判断就是获得知识的成效。可以说，判断是学习者理解和认知概念的知识要素，也是学习者认知结构的表现。

再次，知识点有若干案例来帮助学习者认知关键概念和理解相应的判断。比如在表1中，案例1.1通过阐述判断1.1来帮助学习者认知“投入”和“产出”这两个概念；案例1.3通过阐述判断1.3来帮助学习者认知“土地”这一概念；案例1.4通过阐述判断1.4来帮助学习者认知“劳动”这一概念；案例1.5通过阐述判断1.5来帮助学习者认知帮助学习者具体认知了“资本”这一概念。可以说，人们的知识来自于对于实践案例的理解和抽象，概念是认知的抽象，判断是认知的表现，案例则是认知的来源。

知识的获得过程是一种初级形式的学习方式。在知识获得过程中，一个知识点的内容可以解构为若干概念、相关判断和相应的案例，学习者可以建构出一个知识点结构并改变认知结构。但是在此过程中，学习者使用的是书本上的案例，而这个案例并非是学习者熟悉或经历过，比如社会实践和科学实验等。这种情况经常发生在很多初级学习者身上，他们仅仅简单完成了知识的获得，仅仅满足于知识点提供的案例，并没有结合自己原有的知识和经历感受，思考和联想更多的相关案例来理解知识点中的概念和判断。这种知识获得的学习过程仅仅是一种初级学习，这就是学习者不能深刻认知和理解知识点的原因。

五、知识的表达和知识的扩展

个体依据认知结构来重构知识点结构的过程是知识的表达过程。个体认知结构主要包括以概念为节点的知识网络结构，也包括与概念相关的判断和案例等。在知识的表达过程中，个体将其认知结构以知识点结构要素的方式表达出来，由此实现知识的共享和交流。根据知识点的结构原理，我们可以从概念、判断和案例中重构知识点内容，这个重构的过程就是知识的表达过程。比如，在表5展示的“投入与产出”知识点中，根据确定的“投入，产出，生产，消费，生产要素，土地，劳动，资本”等概念，我们以自己的方式表述关于“投入和产出”和“生产要素”等判断，并且根据自己的实践和认知结构建构出更多的案例。这些被重新表述的判断和构造出的新案例就是对知识点结构的重构，这也就是知识的表达过程。

表5 知识点“投入与产出”中的新案例

对不同的学习者，用不同的案例来阐述知识点会更有针对性和效果。学习者的认知结构和学习能力会有很大差异性，有针对性的案例可以帮助他们有效获得知识。比如，关于“商品就是在市场中交易的产品和服务”这一知识点，超市的案例适合城市中的学习者，农贸集市的案例又适合农村中的学习者，淘宝和京东的案例适合现代生活的学习者。再比如，在表1中展示的“投入和产出”知识结构中，“披萨生产”和“学校教育”的案例适合在城市和学校的学习者，而如表5中的“养殖场”和“农业种植场”的案例更适合在农村生活的学习者。

用不同的案例来阐述知识点的概念和判断，可以帮助学习者扩展知识面并深入理解知识点。对于一个知识点，其对应的概念和判断是相对确定的，但是案例作为知识表达的载体是可以变化的，可以用不同的案例来阐述同一组概念和判断。比如，超市、农贸集市、淘宝、京东等更多的案例可以帮助学习者扩大关于“商品和市场”知识点的知识面。又比如，从“披萨生产”和“学校教育”等案例到“养殖场”和“农业种植场”的案例也可以帮助学习者深入理解“投入和产出”的知识点。

学习者通过扩展知识要素来表达知识是一种更有效地学习。依据知识点结构中的概念和判断，学习者可以用自己的观点和案例将知识点重新表达出来。学习者在获得知识后再将其表达出来，这种学习方式更加有效，这也是所谓的“费曼学习方法”。但是，知识表达不是简单重复和重组原有的知识要素，而是应该加入新的知识要素，比如新概念、新判断和新案例。表6展示了“数字经济”的知识点结构，它的概念群就是在“投入、产出、生产要素”基础上新增加了“数字技术、数字资源”等概念。在这个知识点中，我们提出了关于“数字经济”“数字技术”和“数字资源”等新判断（判断3.1和3.2），并用相应的新案例（案例3.1、3.2.1和3.2.2）阐述了这些判断。同时，我们也提出了关于“数据、投入、产出、生产要素”等新判断（判断3.3和3.4），阐述了相应的案例（案例3.3和3.4）。这些新概念、新判断和新案例将知识点“投入与产出”扩展到了“数字经济”，这种学习过程让学习者扩展了知识要素，提升了表达水平，学习行为更加主动，更有效改变认知结构。

表6 “投入与产出”的扩展知识点“数字经济”

认知结构是知识表达和知识扩展的基础和出发点，知识表达和知识扩展又进一步完善和扩展了个体的认知结构。如表7所示，在“投入与产出”到“数字经济”的知识点中，个体认知结构的基础就是“自然资源、劳动、资本，投入，产出，生产要素”这一概念群。以此认知结构为出发点，个体可以实现知识的表达和扩展。在知识的表达过程中，学习者可以用新案例“养殖场”和“种植场”来阐述知识点的判断，这有利于进一步完善关于“投入、产出、生产要素”的认知结构。在知识的扩展过程中，个体用新概念、新判断和新案例将自己的认知结构扩展到“数字经济、数字技术、数字资源”等概念。

表7 知识表达和扩展过程：知识点“投入与产出”到“数字经济”

六、学习的格式化设计

学习作为知识要素的构建过程，不仅包括微观层面上的知识点，也包括宏观层面上的知识复杂网络。根据对知识获得、表达和扩展的论述，我们认为，学习者构建知识要素的过程就是学习作为构建意义的过程。依据知识点的结构原理，学习者可以将知识内容解构为概念、判断和案例等知识要素，这个过程是知识要素在微观层次上的构建。依据知识复杂网络结构，学习者把在微观层次上认知的概念联系到知识网络结构，这个过程是知识要素在宏观层次上的构建。因此，学习作为知识要素的构建过程包括了知识点和知识网络。

在知识学习的微观层面上，学习者可以用格式化和流程化的设计方式来完善和扩展认知结构。依据本文论述的知识获得、表达和扩展过程，我们可以将学习过程设计成为格式化的流程，表8展示了这种学习的格式化设计。其中，知识内容是学习的资源和出发点，知识的获得、知识的表达和知识的扩展是从初级到中级和高级的进阶学习模式，它们对应于认知结构的形成、完善和扩展。

表8 学习的格式化设计

学习者通过获得知识、表达知识、扩展知识等三种学习模式分步骤实现进阶学习。如表8所示，获得知识是初级学习模式，学习者以学习资源为出发点，将知识内容解构为概念、判断和案例，这是认知结构的形成基础。表达知识是中级学习模式，学习者根据自己的认知结构加入新的案例，用更多的案例来阐述概念和判断，以此来完善认知结构。扩展知识是高级学习模式，学习者依据认知结构，可以加入新的概念，也可以加入新的判断，并用新的案例来阐述它们，这种学习模式扩展了学习者的认知结构，可以实现“融会贯通”“学以致用”和“理论联系实际”的学习。

七、结语

本文提出的知识三要素包括概念、判断和案例，这是很多学习者比较熟悉的知识要素，我们只是将其系统化和理论化，并将其用于研究知识的复杂结构、定义知识点的结构、论述个体认知结构和学习过程。知识作为复杂系统，它在宏观层面是一个以概念为节点的复杂网络系统，知识点是它的微观结构。知识点可以定义为一个概念群构成的一个小网络结构，它是由概念、判断和案例三个层次构成的一个子系统结构。知识的复杂网络结构与知识图谱的研究和构建密切相关。知识点结构作为基础理论可以应用于课本课件的设计和构建中，帮助授课者用标准和规范来设计课件和知识点，帮助学习者轻松和有效地学习，以此提升知识的共享和交流效果。

本文依据知识点结构和个体认知结构阐述了知识的获得、表达和扩展过程，论述了知识点结构要素如何改变认知结构，并据此提出了学习的格式化设计。这种学习设计使学习行为具有格式化、可视化和流程化的功能，并让学习者在获得知识的基础上不断进阶学习，提升知识表达水平和知识扩展能力，实现认知结构的完善和扩展。在网络教育发达的今天，我们可以利用信息技术和教育技术融合，在网络上实现学习过程的格式化设计，帮助学习者通过网络学习平台实现格式化、可视化和流程化的学习。