面向智慧教育的课程知识图谱构建研究

查欣

【摘  要】 随着信息技术的飞速发展，传统的教学模式面临着课程内容和教学方法的固化、个性化需求难以满足等问题。构建面向智慧教育的课程知识图谱为解决以上问题提供了一种新方法。课程知识图谱以知识元素为节点，建立知识之间的关联和推理，教学内容能够更好地被理解和掌握，实现学习过程的个性化和智能化。因此，文章对面向智慧教育的课程知识图谱构建展开研究，为相关人员提供参考。

【关键词】 智慧教育；知识图谱；应用模式

课程知识图谱作为一种以知识为基础的图形化表示形式，可以有效帮助教师和学生更好地理解和应用课程内容。在传统的教学模式中，教师通常依靠教科书和教学大纲来设计课程，这种方式较为死板，缺乏灵活性和个性化。而课程知识图谱可以通过将课程的各个知识点和概念进行关联与组织，形成一个完整的知识结构，教师和学生可以更加直观了解课程的内在逻辑和有机联系。面向智慧教育的课程知识图谱构建不仅可以改善教学效果，提升学生学习质量，还能够促进教育信息化的发展和智慧教育模式的创新。

一、智慧教育与知识图谱概述

（一）智慧教育

智慧教育是指利用信息技术和人工智能等先进技术，对教育过程进行全方位、个性化、智能化的支持和优化，以提高教育教学效果和学习体验的一种教育模式和理念。智慧教育强调以学生为中心，注重个性化教学，提供多样化的学习资源和学习环境，培养创造力、批判思维和解决问题的能力。智慧教育借助信息技术和人工智能等先进技术，实现了教育的数字化、个性化和智能化。数字化的教学资源让学习资料和教材可以以电子化的形式呈现，学生可以随时随地获取所需的学习资源。个性化教学通过分析学生的学习需求、兴趣和能力进行精准地教学设计，帮助学生更好地适应个人的学习习惯和学习进度。智能化技术如知识图谱、机器学习等可以通过对学生的学习行为和数据进行分析和挖掘，为教师和学生提供精准的学习评估和反馈。

（二）知识图谱

知识图谱是一种基于图谱结构的知识表示模型，它通过将知识点、概念、实体、关系等元素以图的形式进行组织和呈现，形成一个完整的知识网络。在知识图谱中，知识点和概念通过“节点”表示，不同节点之间的关系通过“边”来表示。通过将知识进行图形化的表示，知识图谱能够清晰地呈现知识之间的关联和层次结构，帮助人们更好理解知识的组织和内在规律。知识图谱的应用能够提升智慧教育的个性化程度和教学效果，帮助学生更好地学习和成长。随着技术的进步和创新，知识图谱在教育领域的应用将不断拓展和深化，促进教育的变革与发展。

二、面向智慧教育的课程知识图谱构建

（一）知识建模

知识建模是指将知识以某种形式表示出来，便于存储、管理和利用。知识建模需要考虑到智慧教育的目标和理念。智慧教育强调学生的个性化学习、协同学习和深度学习。因此，在课程知识图谱的构建过程中，需要对不同学科领域的知识进行深入挖掘和细分，以满足学生个性化学习的需求。课程知识图谱应能够清晰地表示知识的层次结构和各个知识点之间的关系。可以利用本体论、概念图、树状图等方式来表示不同学科领域的知识结构，并使用语义关联、相似性等方法来描述知识点之间的关系。随着教育领域的不断发展和变化，课程知识也在不断演化。在构建课程知识图谱时，需要考虑到对新知识的更新和追踪，保证知识图谱的及时性和正确性。知识建模还需要考虑到知识的可视化和交互性。智慧教育倡导利用技术手段提供优质的教育资源和学习工具，在构建课程知识图谱时，可以利用可视化技术、交互式界面等方式，使学生能够直观地了解和掌握知识图谱中的知识内容。

（二）知识抽取

知识抽取是指从大量的文本数据中提取有用的知识信息。在构建面向智慧教育的课程知识图谱时，知识抽取是一个重要的环节，可以从海量的教育资源中提取有价值的知识点和关系，为智慧教育提供有效支持和帮助。知识抽取需要利用自然语言处理和机器学习等技术，对大量教育文本进行分析。使用文本分词、词性标注、句法分析等方法抽取出文本中的实体、属性、关系等信息。例如，通过分析教材文本内容，提取出不同学科领域的知识点和概念。智慧教育强调个性化学习和协同学习，因此，在知识抽取的过程中，需要结合学生的个性化需求，提取与其学习目标相关的知识信息。同时，还需要考虑到不同学科领域之间的关联关系，将跨学科的知识进行整合和抽取。

（三）知识关联

知识关联是指在课程知识图谱中建立起不同知识点之间的关联关系。知识关联在面向智慧教育的课程知识图谱构建中，起着关键作用，可以帮助学生更好地理解和应用知识，促进学生的个性化学习和深度学习。不同的知识点往往存在共同的主题或概念，通过将这些相关的知识点进行关联，可以帮助学生更好地理解其整体结构和内在关系。如在数学学科中，可以将概率、统计、数据分析等相关的知识点进行关联，形成一个主题化知识结构，使学生能够全面地掌握这一学科领域的知识。在学习过程中，知识点往往存在一定的先后順序，前置知识点的掌握对于后续知识的理解和应用至关重要。通过在课程知识图谱中建立起知识点之间的时序关系，可以帮助学生更好地掌握学科的知识进展，有助于知识的迁移和运用。例如在学习数学的过程中，学生需要先掌握基础的四则运算知识，然后才能理解和应用代数、几何等更高级的知识。知识关联还需要考虑到知识点之间的深度和广度。通过在课程知识图谱中建立起知识点之间的深度和广度关系，可以帮助学生更好地理解知识的层次结构和掌握重要的知识内容。

（四）知识推理

知识推理是指通过推理方法和规则，根据已有的知识来得出新的结论或解决问题的过程。在构建面向智慧教育的课程知识图谱时，知识推理是一个关键的环节，它可以帮助学生进行思维训练和问题解决，以及提供个性化和深度学习的支持。课程知识图谱中，各个知识点之间往往存在着逻辑上的关系，通过推理方法和规则，可以将已有的知识进行组合和演绎，得出新的结论或发现新的知识点。这样可以帮助学生进一步拓展和深化对学科知识的理解，并促进知识的迁移和应用。面向智慧教育的课程知识图谱往往包含了丰富的学习资源和学习路径。通过知识推理，可以基于学生的学习目标和学习风格，智能地推断出适合学生的学习路径和学习资源。提供个性化的学习指导和辅助，满足学生的个性化学习需求，并提高学习效果和成果。知识推理还可以帮助学生进行深度学习。深度学习强调对知识的深入理解和运用，通过知识推理，可以帮助学生将不同知识点进行联系和综合，开展跨学科的学习和思考。这样可以促进学生对知识的整体把握和系统学习，培养学生的综合思维和创新能力。

三、课程知识图谱在智慧教育中的应用模式

（一）应用框架

通过构建知识图谱，可以将教育领域中各个分散的系统中的数据进行整合，并利用一系列技术“萃取”领域知识，包括课程知识、教学知识、学科知识和百科知识等，以一种友好的方式沉淀到知识库中，建立各种知识和教学资源之间的关联关系。通过教育知识图谱、自然语言处理、数据挖掘、图挖掘和图推理技术等，可以提供语义搜索、精准推荐、用户画像、智能问答、行为预测、精准分析和决策支持等应用服务。基于智慧教育，知识图谱可以针对不同的教学场景，赋予智慧教育更多的能力。课程知识图谱在智慧教育中的应用框架如图1所示。

（二）智能推送学习内容

课程知识图谱包含课程的结构和内容信息，可以理解不同学习资源之间的关联关系，从而为学生推荐与已学知识相关的学习资源。通过智能推送学习内容，确保学生在学习过程中不会漏掉重要的知识点，避免学生学习过于简单或过于复杂的内容，提高学习的针对性和效果。此外，课程知识图谱可以结合学生的历史学习记录和行为数据，了解学生的兴趣和偏好，从而为其推荐符合其兴趣的学习内容。智能推送可以根据学生的喜好和需求，在学习内容中融入与学生相关的知识和实例，增加学习的趣味性和参与度。智能推送学习内容还可以根据学生的学习需求和学习目标，提供个性化的学习路径和学习建议。智能推送可以根据学生的学习进度和学习反馈，及时调整学习路径并更新推荐的学习内容，帮助学生更好地完成学习目标。

（三）智能备课和智慧课堂

课程知识图谱包含课程的结构和知识关系等信息，教师可以通过课程知识图谱了解课程的整体框架和知识点的关联性，从而有针对性地选择教学资源和设计教学活动。智能备课系统可以基于课程知识图谱为教师推荐合适的教学资源和案例，提供多样化的教学素材，有助于教师更好地构建教学内容和教学活动，提高教学质量和学习效果。在智慧课堂中，教师可以利用课程知识图谱搭建一个教学引擎，实时监测学生的学习进度和理解程度，并根据学生的需要、兴趣和能力提供个性化的指导和支持。教师可以根据课程知识图谱的信息，设计互动式的教学活动，引导学生主动参与讨论和合作，激发学生的学习动力和创造力。

（四）自动评估学习成果

通过构建和利用课程知识图谱，系统可以自动分析和评估学生的学习成果，为教师和学生提供及时准确的反馈和评估结果。首先，基于课程知识图谱的自动评估可以根据学生的学习行为和学习结果，对其学习成果进行多维度的评估。课程知识图谱包含不同知识点的掌握度，学习任务的完成情况，学习行为的记录等信息。通过分析学生在学习过程中的表现和结果，系统可以自动计算、比较和评估学生的学习成果。自动评估可以大大减轻教师的评估负担，提供准确的学习反馈，帮助学生及时调整学习策略和提升学习能力。其次，自动评估学习成果还可以根据课程知识图谱中的关联关系和学习路径，对学生的学习成果进行综合评估。课程知识图谱可以描述不同知识点之间的关联关系和学习路径，系统可以根据学生所学习的知识点和他们之间的关联关系，评估学生是否具备全面的知识掌握和深入的理解。通过综合评估学习成果，可以更准确了解学生的学习状况，为教师和学生提供更具针对性的指导和支持。最后，自动评估学习成果还可以利用机器学习和数据挖掘等技术，对大量学生的学习成果进行分析和比较，提取学生学习的模式和规律，并为教师提供更全面的评估结果和教学建议。通过对学生学习成果的自动评估，可以发现学生的优势和不足之处，为教师提供个性化的指导和辅导，促进学生的进一步发展和成长。

四、结语

智慧教育借助先进的信息技术手段，将人工智能、大数据、云计算等技术与教育教学深度融合，提升教学效果和学习质量。在智慧教育模式中，课程知识图谱的构建与应用成为关键环节之一。课程知识图谱以知识元素为节点，建立了知识之间的关联和推理，能够为教师和学生提供个性化的教学资源和学习指导。文章基于智慧教育和知识图谱的理论基础，对知识图谱的构建要素及其在智慧教育中的应用展开分析，希望为智慧教育的发展贡献一定的理论与实践价值。

■ 参考文献：■

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