杨开城等｜能力建模：课程能力目标表征的新方法
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引用:杨开城,陈洁,张慧慧(2022).能力建模：课程能力目标表征的新方法[J].现代远程教育研究,34(2):57-63,84.
摘要：在教育实践中，能力是以特定知识为基础的，最终表现为知识的临场组合运用。能力常常和课程的目标直接相关，属于课程目标的一个领域。课程能力目标作为一种能力表征，是课程开发的依据和指引，对它的描述除了要反映能力的具体要求以及能力所对应的知识基础外，还需要能被清晰表达且易于分解组合，如此才能有利于将能力（目标）转化为课程对象（手段）。受LACID学习目标表征的启发，我们针对课程目标的要求，提出一种能力解析的新方法：能力建模。能力建模通过绘制课程知识建模图、分解宏观能力目标、提取叶子能力结点、补充中间能力结点，形成能力建模图，将具体能力及其相关知识的真实关系清晰完整地呈现出来，不但可以满足课程开发者课程目标表征的需求，还可以帮助课程分析者分析和评估某个具体课程在目标—手段一致性等方面的表现，是课程开发与课程分析的数据基础。此外，能力建模图还有助于廓清某项具体能力的内涵，是一种有别于自然语言的能力内涵的表达方式。
关键词：能力；课程开发；课程目标；能力建模；STEM课程
1.教育情境下能力的本质
教育实践在描述学生发展时，能力是一个非常重要的词汇。可是能力到底是什么呢？如果让教育研究者或实践者描述教育的目标，十有八九他们会提到培养学生的能力；如果再让他们列举出培养哪些能力，他们的回答可能会十分相似，诸如交流与合作的能力、问题解决能力、科学探究能力，等等。但如果我们再追问这些能力具体表现如何？怎样通过教学落实？能力的培养具体体现在课堂的哪些方面？他们则未必立刻能说清楚，也不一定能够说服彼此。
能力同时也是心理学的一个重要概念。站在心理学的视角，能力被看作是成功完成某些活动所需要的那些个性心理特征（阿·阿·斯米尔诺夫，1957；顾明远，1998）。但这种解说对于教育来说仍不够清晰，而且它会误导教育组织在学科知识和技能之外去追寻能力培养（吴红耘等，2013）。
既然心理学视角对能力的解释无法令人满意，那么我们可以尝试更换到知识的视角。知识的视角与教育经验存在着关联。教育实践经验告诉我们，学生的能力最终表现为知识的临场组合运用（不是指机械回忆和套用）。离开了知识我们无法清楚地知道“教育”要培养的能力到底是什么。
当然，这种知识的实际运用离不开心理学所关注的智力、认知能力（或称认知技能）以及凭常识就能看到的肢体能力（或称肢体技能）。但在教育情境中，我们仍聚焦于依托知识所生成的能力。很明显，知识是这种能力所蕴含的内容，同时它也是绕不开的手段。抛开知识孤立地讨论能力，是无法认清这种能力的。所以说，能力培养的关键不在于要不要知识，而在于如何给予适当的情境、任务和问题，将学生的经验和抽象的知识结合，在知识的运用中生成能力。当然其中牵连基本认知能力和肢体能力。由此，我们在辨析能力时，可以将能力区分为一般能力和学科能力。一般能力如“交往能力”等逻辑上和学科知识无关。学科能力背后对应着一组特定知识网络，表现为对这组知识的运用。
2.能力与知识和技能的关系
既然能力属于知识的运用，那么能力是否与技能同义？能力当然不等同于技能，因为真实的能力表现往往不限于技能知识的运用，还包含其他类型知识的运用。心理学家安德森用陈述性知识和程序性知识来解释人们的认知行为（Anderson，1996），前者回答“是什么”的问题，后者回答“如何做”的问题。安德森所讨论的知识概念是广义的。后来人们将这种广义的知识细分为三种：陈述性知识、程序性知识以及策略性知识。陈述性知识是事实、概念、原理等方面的知识，也称狭义的知识。相对于狭义知识，人们将程序性知识以及策略性知识称为技能（知识）。也就是说，技能是广义知识的一部分，是能够表现具体行为的那部分（杨开城，2016，p.27）。本文所讨论的“能力表现为知识的运用”中的知识是指广义知识。这个立场与皮连生先生的“习得的能力是由广义知识构成”（吴红耘等，2005）的立场相同。
能力不等同于技能，也不是（广义）知识，它只是表现为头脑中知识的运用。能力只能在知识的意义建构之后，再在知识的真实运用过程中生成。知识的真实运用就是发挥知识功能作用的过程。知识的功能主要包括：描述、解释、预测和干预（杨开城，2016，p.97）。学生在运用知识的过程中，一方面调整、完善个人的知识系统和人格，另一方面表现出能力行为。很明显，能力表现蕴含着学生的个性表现，源于知识的个性化理解和个体头脑中的知识结构，它无法被客观化为普适的认知和行为过程，所以能力无法通过言语和演示进行传递和存储（记忆）。越是高阶的能力越是如此。即使用出声思维的办法，我们也很难梳理清楚那些高阶能力的具体思维细节。更何况这种高阶能力还可能配合着外部操作，是一种内外合一的表现。而知识具有很强的客观性和公共性，并且可以通过语言清晰表达，因此可以传递和存储，虽然知识的传递和存储并不意味着正确的理解。总之，知识可以传递和存储，能力却无法传递和存储。貌似能传递和存储的“能力”其实只是知识中的技能。师徒模型中，学徒的综合能力并不是由师傅传递过来的，而是在师傅指导、点拨下自我生成的。这是能力与知识的基本关系。能力与知识的关系可以从皮亚杰提出的“图式”概念角度来理解。图式是儿童用以理解和组织经验的认知结构（David R. Shaffer等，2009），是理解周围世界的知识基础。可以说，能力与图式的质量相呼应。图式强调的是理解，而能力还包括行动方面。
1.课程目标必须蕴含能力表达
通过辨析，上文廓清了知识、能力和技能之间的关系，但这远远不够。这只是回答了概念层面上“能力是什么”的问题，却无法直接回答某个具体的能力到底是什么的问题。而这个问题却是教育实践必须直面的问题。
在现代社会，能力是重要的教育价值之一。那么它属于教育实践的哪个方面？实际上，能力和课程的目标直接相关。教育实践中存在着从宏观到微观不同层次的各类目标，比如课程目标、学习目标等。虽然学习目标并不是课程目标经过原子论意义上分解的结果，但学习目标最终是需要指向课程目标的。教学设计理论告诉我们，微观的学习目标往往是局部的目标，有时仅仅表现为知识的习得而不表现为能力的生成。也就是说，有些学习目标可以是一种知识表达，说清楚习得什么知识即可。而课程目标则表达了教育的高阶承诺——（在智识方面）发展学生的能力，因此课程目标必须是一种能力表达，要说清楚具体生成什么能力。当然，课程目标还包含有价值观方面的承诺（杨开城，2018）。本文不讨论价值观目标，只讨论能力目标问题。
2.课程开发需将能力目标转化为课程对象
课程能力目标（后文简称课程目标）是一种能力表达，又是课程开发的依据和指引。虽然无论是前现代教育还是现代教育，在理论上都承认和强调课程目标对课程创制的引领作用，但在前现代教育中，课程的创制是基于经验主义方式的。经验主义的课程创制无法在数据层面上准确协调社会、学生和知识之间的关系，自然也就会生成学科中心课程、学生中心课程和社会中心课程这三类典型的课程。这三类典型课程在功能上各有自己无法回避的缺陷，它们之间的组合也无法完全避免那些缺陷。这种经验主义的课程创制并不需要（也没有能力）提供课程目标的清晰表征，进而也无法根据这个清晰的目标表征来设计课程对象。经验主义课程创制，常常是理念先导、模式先导的。由此所创制的课程，其所承诺的能力目标，多数只是说给人听、写给人看的。在话语和观念层面的表现是“基于XX”的课程编制。当然，“基于XX”的课程编制未必生成“体现XX”的课程产品。经验主义的课程创制方式无法适应现代教育的要求。现代教育需要的是课程开发。它是一种技术化的课程创制过程。课程开发技术无法容忍目标、手段等信息的含混性，更拒绝理念先导、模式先导这类“手段决策先于条件分析”的错误。课程开发技术的功能之一便是系统化处理社会、学生和知识三方面的信息，由此生成明确、清晰的课程目标表征，并将其作为课程对象设计的根本依据。当然在课程对象的设计环节，还需要其他技术操作融入其他教育价值。
那么，什么样的目标表征更有利于将能力（目标）转化为课程对象（手段）呢？课程目标的表征除了要反映能力的具体要求以及能力所蕴含的知识之外，还需要满足以下两个特征：一是清晰、不含混，二是易于分解和组合。清晰的目标表征不存在歧义，方便理解、测量和评价。易于分解和组合的目标表征，既方便课程目标的逐条落实，又方便进行组合，实现能力的整合。课程目标最常见的表征方式是自然语言描述。但经验已经表明，自然语言的描述方式根本无法胜任能力目标的表征。由上文可知，要想说清楚一项具体的能力内涵，就必须说清楚这个具体能力的内在构成以及所蕴含的知识网络。这完全不是几句或几段话能做到的。而且在自然语言的描述方式下，单句陈述中很可能包含多个需要分解并逐一达成的子目标，需要分开学再实现整合。但自然语言的描述方式无法实现能力目标的分解和组合，这很容易导致课程的细节设计缺乏针对性，降低“目标—手段一致性”这个最重要的质量指标。
目标表征的易分解组合特征是有先例的。在以学习活动为中心的教学设计（Learning-Activity-Centered Instructional Design，LACID）理论中，学习目标的表征便不再采用自然语言的方式，而是采用“知识点（学习水平）” （杨开城，2016，p.78） 的方式。例如，重力（理解）、G＝mg（理解，运用），其中“重力”“G＝mg”是知识点，学习水平包括记忆、理解和运用三个层次。“记忆”和“理解”对应的是学习的意义建构阶段，意在掌握知识，属于较低的层级，而“运用”涵盖布卢姆的教育目标分类中的分析、综合、评价等多种知识的运用形式（L·W·安德森等，2008），属于学习的能力生成阶段。LACID的学习目标表征方式虽然比较繁琐，但能够清晰地展现要学习哪些知识以及学到什么水平。这种学习目标表征方式的最主要优势是，学习目标可以单独也可以通过各种组合被安排到特定的活动任务中，使得各个活动任务的设计具有明确的目标针对性，从而满足目标—手段一致性的要求。比如，可以先分别针对特定知识点完成意义建构的学习，然后再将它们组合起来完成能力生成的学习；也可以在完成某些知识点意义建构学习的同时，完成另外知识点能力生成的学习。这种学习目标的表征方式还方便将重点学习目标和难点学习目标交叉、重复地置入多个活动任务之中，以强化对重点和难点的教学。
用“知识点（学习水平）”方式表征学习目标有个前提条件，那就是能够准确鉴别出知识点。鉴别知识点并不是一件简单的事。人们总是将知识点与考点混淆，甚至有些科目的教学也不强调知识点，只强调问题与答案（这当然是课程质量问题）。为了准确鉴别出知识点，LACID提供了一种方法叫知识建模。所谓知识建模就是按照特定规范绘制知识网络图，但这个规范限定了所绘制的知识网络图并不是知识语义关系图，而是根据知识语义绘制的知识之间的隶属关系图。这张图被称为知识建模图。我们的经验表明，当鉴别知识点发生错误的时候，所绘制的知识建模图必然是违背知识建模规范或者阅读起来极其牵强的。也就是说，知识建模的过程同时也是确保准确鉴别知识点的过程。正是因为知识建模，LACID才能成功采纳“知识点（学习水平）”的学习目标表征方式。
3.一种新的课程目标表征方式——能力建模
课程目标能采纳上述LACID提出来的学习目标表征方式吗？当然不能。毕竟课程目标与学习目标居于不同的层次，具有质的差异。宏观层次的目标需要一种有别于微观目标的表征方式。课程目标的表征不但要满足前文所述的两个基本要求，特别是易于分解组合的要求，还要完成课程目标与学习目标之间的联通。因为课程目标与学习目标之间是一种转化关系而非细化的关系。课程目标在转化为学习目标时，一些成分对应着学习目标的知识类型，一些成分对应着学习目标的学习水平，还有一些成分对应着教学过程（而不是学习目标）的某些属性，比如采用合作学习的方式等。自然语言的表征方式不但无法满足上述两个要求，还为实现从课程目标到学习目标的转化设置了障碍。为了清晰地说明课程目标的具体内涵以及不变形地将其转化为学习目标，我们需要一种新的课程目标表征方式。
受LACID学习目标描述方式以及知识建模技术的启发，我们提出一种被称为能力建模的方法来生成课程目标的表征。这种方法会生成一种表达能力内在构成的有向无环图（比如图1，它不是树而是图，并且从任何一个结点出发沿着箭头的方向遍历都不会回到起点），这张图被称为能力建模图。我们认为能力建模图是一种有效替代方式，用来替代课程目标的自然语言表达。所谓能力建模，就是对能力进行逐层分解，将本层能力分解为它的多个子能力。既然能力最终表现为知识的运用，那么这种分解执行到最后，最底层的子能力要么是一般能力，要么便是知识的直接运用。
能力建模是一个通过对能力进行分解，澄清它的构成以及它与特定知识和基本认知技能、肢体技能之间联系的过程，这个过程既需要自顶向下的演绎思维，又需要自底向上的归纳思维。能力建模具体操作过程如下：
1.按照知识建模规范绘制课程知识建模图
LACID的知识建模规范（杨开城，2016，pp.52-61）规定了符号、概念、原理公式、过程步骤、格式、认知策略和事实范例共7种知识点类型以及这些类型知识点之间允许建立的关系方向和名称。知识建模要求不同类型的知识点用不同形状表示。阅读者可以通过图中知识结点的形状判断该知识点的类型。建模者需要先鉴别出知识点，然后根据知识点类型绘制知识结点，再根据知识之间的语义联系确立知识建模规范所允许的知识结点间的关系，由此形成知识建模图。
2.根据课程宏观能力目标分解子能力
初步判断课程期望达到的宏观能力目标，并尝试将它们进行分解成子能力。这些子能力又被称为该能力的能力项。将这些能力项作为结点，初步建立如图1所示“内容包含”的层级结构。当分解出来的能力项是一般能力或者是某项技能性知识或者无法继续分解但该能力项所蕴含的知识点很清晰明确时，分解便可以终止。注意，图1所示的层级结构并非树形结构，而是一种有向无环图。
3.利用FC知识提取叶子能力结点
关注知识建模图中的事实与范例（Fact and Case，FC）知识（在知识建模图中FC知识用
4.补充中间能力结点，形成能力建模图
补充能力建模图的中间能力项结点，根据上下层能力项语义之间的关系，在能力项之间画出特定的弧，最终构成一个完整的有向无环图。上下层能力项之间可以建立“内容包含”和“是一种”两种关系（见表1）。注意，如果发现某个能力项A1“内容包含”了A2，且没有“内容包含”其他子能力项，并且在逻辑上也不可能“内容包含”其他子能力项，那么说明A1与A2实际上是同一个能力项或者能力项分解有误。
哲学家吉尔伯特·赖尔在他的《心的概念》中将知识的类型划分为“了解是什么”和“了解如何做”两类（吉尔伯特·赖尔，1992）。据此，我们建议在补充中间能力项时，可以思考上层宏观能力与叶子能力项之间，学生“还需要掌握什么知识”以及“掌握了特定知识能做什么”。这里的“做什么”是指发挥知识的功能：描述、解释、预测、干预。
经过以上四步操作，我们会形成一张层次结构的能力建模图，它在性质上属于有向无环图。这张图携带的信息有：第一，与学科知识相关联的叶子结点（又称汇点结点）多数可落实为学习目标；第二，中间结点以及源点结点（指最宏观的能力结点，可能有多个）常常表达的是课程目标（并非所有这类结点都适合做课程目标）；第三，学习目标（叶子结点）、课程目标（源点结点和中间结点）之间的内在联系。能力建模图一方面清晰地、无歧义地表达了能力的内在构成，另一方面，如果某个结点是课程目标，我们不但可以通过它的能力项单独地落实自身，也可以与其他结点组合形成更加综合的课程目标。由于任何能力项都可以沿着能力建模图的“内容包含”“是一种”关系找到叶子结点所蕴含的具体知识建模图子图，那么生成该能力项所需要的知识基础也就明确了。由此可知，能力建模图既能表达能力的内涵，又能满足目标描述的两个基本要求，还能呈现课程目标与学习目标之间的关联。
当然能力建模的过程并非机械地按照上述步骤操作的过程，期间必然会发生各种回溯、跳转，调整每个步骤所产生的数据，只要数据保持一致、不存在不连通子图以及闭环即可。
之所以选择STEM课程作为能力建模的操作示例，是因为STEM课程没有单纯的知识目标，除了价值观，STEM课程的目标就是运用S.T.E.M.知识进行创造的能力。而很多传统的分科课程实质上存在着知识目标，虽然不尽合理，但这是历史积淀的结果。
STEM最基本的内涵是科学、技术、工程、数学四门学科知识的整合，旨在整合创新。STEM课程不是简单地包含和拼接四门学科的内容。首先不同学科的知识本就存在边界，我们无法将不同学科在知识逻辑层面进行整合（杨开城等，2020a）；其次工程和技术知识的学习常伴随着动手操作的实践。因此STEM课程需要将学科知识应用于实践，在发明创造中运用知识，发挥知识的作用进而发展能力。在STEM课程中，学生既参与科学探究又参与工程设计实践，根据科学教育新课标，二者都是学习和应用科学知识的有机组成部分（National Research Council，2012）。也就是说，学生通过STEM课程中特定设计和制作的实践活动，可以检测、深化、调节自己所学习到的S.T.E.M.知识，形成有实践价值的知识结构以及这种知识结构所对应的能力。因此，可以认为STEM课程只存在能力目标，不存在知识目标。
STEM教育领域首要的挑战是开发合格的STEM课程（杨开城等，2020b）。目前我国的STEM课程良莠不齐，并非所有贴着STEM标签的课程都适合做能力建模示例。我们只能选择能够体现STEM理念、确实能整合S.T.E.M知识的STEM课程。按照这个要求，我们选择了某公司开发的、已经经过一定市场检验的STEM课程。另一个特别重要的考虑是，该公司的STEM课程开发过程为能力建模储备了必要的数据支持。其具体的能力建模过程如下：
1.STEM课程的知识建模
由于不同的STEM课程模块的STEM主题不同，因此所包含的S.T.E.M.知识也会不同，但它们所指向的宏观能力，在名称描述上却可能相同。因此有必要先将STEM课程所包含的知识内容清晰化，即绘制知识建模图。限于篇幅，本文只是在示例需要时引用其子图，不单独呈现完整的知识建模图。
2.STEM课程总能力的顶层建模
基于以上对STEM课程内涵和能力概念的理解，再加上知识建模图的提示，我们发现除了与学科知识无关的一般能力如“交往能力”，还存在基于STEM情境但与具体领域知识关联不大的能力，诸如“科学探究能力”“工程设计与实践能力”，它们会贯穿STEM教育的始终，是相对固定的科学方法和工程方法，可以与各种领域知识相结合，我们将此部分能力划为“STEM一般能力”。由此，我们将STEM课程的总能力初步分解为（见图2）：一般能力项（General Ability，标识[G]），具体包含沟通能力、协作能力、收集和处理信息的能力；STEM一般能力项，包括科学研究能力（Science General Ability，标识[SG]）和工程设计与实践能力（Engineering General Ability，标识[EG]）；运用知识解决问题的能力（不做标识），具体内容需要根据具体的STEM主题内容确定。
3.叶子能力建模
图2所示的能力建模图顶层结构是所有具体的STEM课程模块共享的，它是根据STEM理念、对多个STEM课程材料做出的一般分析。阅读图2可知，我们无法直接从A3-1或者A3-2直接演绎出具体的能力项。如果仅仅凭借经验继续向下分解具体的能力项，建模结果将无法有效地支撑之后的课程开发和分析的工作。因此我们需要自底向上优先确定叶子能力项。具体做法是：关注课程知识建模图中的FC类知识及其相连接的目标知识点，提炼学生“运用什么知识做什么事”的能力描述，确定叶子能力以及这个叶子能力所对应的知识建模图子图。
图3展示了一个叶子能力及其对应的知识建模图的对应关系。这个叶子能力结点源自STEM课程“抓住风：设计风车”（以下简称“风车”）。在该课程中，学生将学习能量、力与运动、材料的知识并运用工程设计过程完成一个风车模型的制作，最终风车的转动能够提起一定的砝码，这也是机械利用风能做功的展现。在课程学习过程中，学生还需要以船帆为例，探索影响船帆捕捉风能的因素并得出结论，这些结论会进一步帮助学生完成风车的设计与制作。
4.补充中间能力结点
起初源自知识建模图的那些叶子能力项结点与图 2中A3路径上的结点并不总是关联的。现在要做的工作是，补充中间能力项结点建立这些关联，从而使所有结点连通，构成完整的有向无环图。建模之后，我们可以在图中标示出哪些结点是学习目标、哪些是课程目标。图4所示的是“风车”能力建模图的一个局部，其中灰色结点为课程目标能力项（并非所有的能力项都适合作为课程目标，有一些结点是组织性结点，起到系统化的作用），带有*标注的叶子能力项常常是能力生成层次的学习目标（限于篇幅没有给出所对应的知识建模图）。
即使我们对能力的理解是准确的，这种能力分解也会具有一定的主观性。也就是说，不同人针对同一能力可能绘制出不同的能力建模图，而且在语义层面上都是正确的。尤其是中间层的能力项的提取更难以避免主观性。以“风车”课程目标的能力建模为例，由主试和另外一名研究者背对背进行能力建模，然后针对二者不一致之处进行沟通，再根据相互同意度计算建模图的信度。结果发现，顶层子图完全一致，叶子结点提取信度为0.985（主试提取叶子结点数n1为16，另一位研究者提取叶子结点数n2为17，经过沟通完全同意的结点数m为16，相互同意度r＝2m/（n1＋n2）为0.970，最后的信度R＝2r/（1＋r）为0.985）。但中间结点的提取差异性则远远超过预期。但这种主观性并不影响对能力的表达以及后续对能力建模图的应用。因为能力最终落实为叶子能力项，即特定知识的运用而不是能力名称，而叶子能力项的提取受以FC知识为中心的知识建模子图的制约，其主观性几乎会消除殆尽。
在教育情境下，能力主要是指特定学科知识的运用能力，虽然这种能力的生成和表现离不开一般能力的参与。能力常常被当作是课程目标。但具体能力与其相关知识的真实关系如何清晰完整地呈现，对于课程开发与课程分析来说，则是非常重要的。能力建模所生成的能力建模图能够完成这种呈现。有了能力建模图，课程的能力目标表达便不会再给人以“虚的”“抓不住”的感觉。课程开发者可以根据它选择传递哪些知识、提供哪些简单练习和综合训练，从而完成对课程对象的设计。课程分析者可以根据它分析和评估某个具体课程在目标—手段一致性等方面的表现。总的来说，目标的明晰表征是手段设计与分析评估的基本前提。能力建模为课程开发与课程分析评估提供了重要的数据基础。
能力建模的提出虽然着眼于课程开发，但能力建模图却也明显地是一种某个具体能力的内涵表达方式。有别于自然语言描述，能力建模图更能廓清某项具体能力的内涵，能让人们认识到，某些命名不同的能力实则大同小异甚至就是同一种能力。虽然这种对内涵的澄清不是自然语言方式的，可是呈现内涵谁说非得“说明白”而不能“画明白”？无论是说或者画，能让相关的人“看明白”且能用即可。这也再次说明了，技术是一种理解世界的方式，教育技术是理解教育的一种独特方式（杨开城等，2007）。能力建模图要比从能力名称出发、通过语词演绎解释的、貌似简练的几句话或几段话更能让人理解能力到底是什么。
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