基于復雜網絡理論的教材知識結構模型研究

2020年05月30日 02:57:27 拜倫建站 58次

  摘要:從知識之間的聯系出發,可以建立一種能夠客觀、完整地描述教材知識結構的網絡模型。以初中物理教材為研究對象,按照社會網絡分析和復雜網絡中對關系研究的理論,采用矩陣的方式描述教材的知識結構,進而通過對矩陣的計算得到按照度數和平均距離的方法確定的教材核心知識。通過與根據頻數統計得到的結果進行比較發現,這種基于網絡的分析方法所確定的核心知識在物理學體系中更為基礎。研究中所發展的用矩陣進行知識結構網絡分析的方法和所得到的知識結構的特征模型,比傳統方法能夠更客觀、全面、細致地描述教材的知識結構及其整體特征,為深入開展教材研究和比較提供了一種基于現代信息分析技術的新途徑。

  關鍵詞:初中物理;復雜網絡理論;教材知識結構;教科書知識結構;核心知識

  中圖分類號:G634文獻標識碼:A文章編號:1004-633X(2017)20-0042-04

  科學的教科書知識結構應該具有核心概念突出、內容豐富、結構緊湊等特點,從而有助于教師更好地實施課堂教學,并幫助學生在知識與技能、過程與方法以及情感態度和價值觀等方面得到全面、充分和自由的發展。然而,在實際的教學過程中,教師和學生對教材的認識與教育研究人員或教材編寫者有所不同。這些不同認識使得不同的人建立的教材知識結構也不盡相同,這種認識偏差主要表現在教材的編寫過程中更注重知識的結構,也就是知識的分類和知識之間的遞進關系。教材的編寫思想和教育理念是融會在教材的編寫主線中的,是一種自上而下的思路。而學生對教材知識結構的認識,是從點開始一步步發展起來的,是一個從點到面的過程。建立一種由基本知識點構成的反映整個教材體系的知識結構模型,有助于引導學生和教師從大量零散的物理知識中脫離出來,建立對教材整體的認識。同時,這種模型的建立也可以為教材的分析和比較提供一種新的方法。目前,在教學和教材編寫的過程中,教師和教材的編寫者主要是以經驗積累的方式提升水平的,缺乏系統的科學方法。如果能夠建立一種客觀的教材分析方法,幫助教師快速準確地把握教材的整體特征,就能幫助教師提高對教材的認識,領會教材的編寫理念,進而促進教師自身的發展。這種方法也為教材的編寫者提供了更有效的編寫依據,從而保證教材的質量,促進教材的建設。

  一、教科書知識結構分析

  教科書的知識結構分析研究具有重要的意義,學者進行了大量的相關研究工作,并為我國教科書的編制和修改工作提供了大量值得借鑒的成果。對于教科書的基本內容的研究主要分為兩個方面。一方面,是對教材整體特點的研究,但這樣的研究很少涉及具體的知識點,而是將注意力集中在主要內容的分布等方面。在這些研究中,研究者經常以學科或教學經驗為基礎,對教科書進行一些定性和半定量的比較分析,再結合訪談或問卷調查的方式進行相關的實證研究。這種方法的研究結果依賴于研究者個人對學科教育的理解,缺乏以定量分析為基礎的精確的數據分析。例如,對于教材的核心概念、教材難度、教材的知識結構是否緊密等特征,除了統計出現的頻數等少數方法,很難通過量化的方法進行分析。另一方面,研究者針對某一些核心概念或特定領域的研究非常深入,對概念的分析比較透徹,提供了一些概念理解的細節特征。同時,通過概念圖的方式,研究者對一些領域進行了從知識結構的建構到教學指導和學生評價的一系列相關研究。然而,這些研究主要關注的是某幾個具體的概念或特定領域內的知識結構,作為整體的宏觀概念圖主要以展現概念聯系的方式出現,并沒有進行深入的研究,其最主要的原因在于缺乏合適的宏觀概念圖的研究工具。

  適合宏觀概念圖的研究工具可以從近年來發展起來的網絡科學中進行借鑒。網絡科學把重點放在網絡的整體性質上,從網絡中各點之間的聯系入手,從個體到整體分析網絡的性質。把這種方法應用到對教材知識結構的研究中,就可以在教材的最小的知識點的基礎上構建出一個描述整個教材知識關系的結構圖,并通過相關方法分析教材的整體特點。這種分析過程將前面兩種研究方法進行了整合,是立足于概念研究細節上對教材進行整體分析的方法。這種對于知識結構的整體描述更能反映出學科的邏輯性、概念之間的聯系等特點,有助于加深對于學科本身的認識。

  在對以上研究進行綜述和分析的基礎上,本研究以人民教育出版社2001出版的教材《義務教育課程標準實驗教科書物理》(2006年3月第3版)為研究對象,通過對其進行文本分析,運用知識的圖示化方法,從知識點的聯系出發,建立一個初中物理教材的知識結構圖,并按照網絡分析的方法,將這個知識結構用矩陣的模型來描述。在此基礎上,再通過社會網絡分析和網絡科學的相關研究成果分析本網絡的結構,

  從而得到教材知識結構的核心知識等特點。

  二、教材知識結構的建立

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