高职课程体系知识图谱构建及可视化研究

封小霞

摘要：高职教育在中国的教育体系中占据着重要的地位。它注重培养实际操作能力，并与市场需求紧密结合，为学生提供就业和职业发展的机会。然而，随着社会的快速发展和知识的不断更新，高职课程体系需要进行不断调整和优化，以适应新形势下的教育需求。在这样的背景下，构建高职课程体系的知识图谱并进行可视化研究具有重要的意义。

关键词：高职；课程体系；知识图谱构建；可视化

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）09-0039-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

知识图谱作为一种结构化的知识表示方法，可以将各个课程之间的关联关系、知识点的层次结构以及相关资源等信息进行整合和展示。通过构建高职课程体系的知识图谱，可以更全面地了解不同课程之间的联系，并挖掘隐藏在其中的知识和潜在的价值。同时，借助可视化技术，可以以图形化的方式呈现知识图谱，使其更易于理解和应用。这对于课程规划、学习资源推荐、职业规划和教学质量评估等方面都具有重要的帮助和指导作用。因此，研究高职课程体系知识图谱的构建及可视化是非常必要的。它有助于提升高职教育的质量和效果，为学生提供更好的学习和职业发展支持，同时也促进教师和教育管理者的专业发展和决策制定。通过深入研究和应用，可以进一步推动高职教育的改革和创新，迎接未来社会的挑战和需求。

1 知识图谱的构建方法

知识图谱的构建方法是一个复杂而严谨的过程，其目的是将大量的信息和数据有机地连接起来，形成具有结构化和可理解性的知识网络[1]。在构建知识图谱时，可以采用以下几种方法来确保其准确性和完整性。

首先，收集数据是构建知识图谱的第一步。需要从各种可靠的来源获取数据，包括文本文献、数据库、互联网等。这些数据应当是经过验证和验证过程的，以确保其准确性和可信度。

其次，在数据清洗和预处理阶段，需要对获取到的数据进行清洗和预处理。这包括去除重复数据、纠正数据错误、统一数据格式等。通过此步骤，可以提高数据的质量和一致性，并为后续的处理步骤打下良好的基础。

接下来，在知识抽取与标注阶段，需要将原始数据转化为结构化的知识表示。这可以通过自然语言处理技术、实体识别、关系抽取等方法来实现。通过对文本进行标注和实体抽取，可以将文本信息转化为可计算和可理解的形式，进一步支持知识图谱的构建。

在知识抽取与标注的基础上，可以进行知识表示和存储。这包括选择适当的数据模型和存储方式来表示和存储知识图谱。常用的方法包括图数据库、关系数据库等。通过有效的知识表示和存储，可以提高知识图谱的查询和检索效率，并支持更复杂的知识推理和分析[2]。

最后，在知识图谱构建过程中，还需要进行知识验证和更新。这包括对构建好的知识图谱进行验证和修正，确保其准确性和一致性。同時，还需要根据新的信息和数据不断更新和迭代知识图谱，以保持其时效性和完整性[3]。

2 基于知识图谱的高职课程体系可视化系统设计

2.1 系统架构设计

在当今世界的开发模式技术架构中，C/S架构（客户端/服务器）和B/S架构（浏览器/服务器）是两种主流技术。这两种技术各自有其市场份额，并且都具备独特的优点和缺点。考虑到本文的实际情况以及后期维护成本的考虑，本研究决定采用B/S架构来设计系统。该系统的整体框架如图1所示。

B/S架构由三个关键层次组成，分别是用户界面层（表示层）、业务逻辑处理层（业务层）和数据管理层（数据层）[4]。通过采用这种架构，能够更好地满足用户需求，并提供高效的维护和管理。同时，B/S架构还具备更强大的扩展性和跨平台兼容性，能够适应不同终端设备和操作系统，提供更智能化的用户体验。

在设计过程中，将注重每个层次的功能和协同作用，确保系统的稳定性和可靠性[5]。此外，本研究还将重点关注系统的安全性，采取必要的防护措施，确保用户数据的保密性和完整性。通过B/S架构的选择和设计，系统将能够为用户提供良好的使用体验，并为业务提供高效便捷的支持。

2.2 功能模块设计

基于知识图谱的专业知识体系可视化系统划分为5个关键模块：用户登录模块、用户管理模块、课程管理模块、知识图谱管理模块以及知识结构分析模块[6]。整个系统的模块设计如图2所示。本研究将对每个模块进行详细的解析和说明，以便读者全面了解系统的功能和效果。

用户登录模块：该模块允许用户通过输入用户名和密码进行身份验证，只有经过认证的用户才能进入系统并访问相关功能。这个模块的主要目的是确保系统的安全性和用户的合法性。

用户管理模块：在这个模块中，管理员可以对系统的用户进行管理和控制。管理员可以添加新用户、删除现有用户、重置用户密码等。这个模块的功能使得系统的用户管理更加灵活和便捷。

课程管理模块：这个模块主要负责管理系统中的各种课程信息。管理员可以添加新课程、编辑课程详情、发布课程公告等。学生可以在这个模块中浏览并选择自己感兴趣的课程，方便他们获取所需的专业知识。

知识图谱管理模块：这个模块的目标是构建和维护系统中的知识图谱，它是整个系统的核心。管理员可以通过该模块添加新的知识节点、编辑知识关系、更新知识内容等。这个模块的设计使得系统能够根据用户需求动态生成和更新知识图谱。

知识结构分析模块：这个模块利用图谱上的信息对知识结构进行分析和可视化展示。通过这个模块，用户可以更好地理解和掌握专业知识的内在结构和联系，从而提高学习效率和培养创新能力。

总之，基于知识图谱的专业知识体系可视化系统包含了以上5个关键模块，通过合理的模块设计和功能设置，为用户提供了全面、便捷和高效的学习与管理平台。希望本文的分析能够帮助读者更好地理解并应用这个系统。

2.2.1 登录模块设计

在用户使用系统之前，必须完成登录过程，此过程需要输入正确的用户名和密码。为了确保信息的准确性和安全性，所输入的用户名和密码必须满足特定的格式校验要求。一旦用户填写完毕，只须点击登录按钮，即可将信息提交给后端进行处理。后端会根据用户名在数据库中检索记录，并与数据库存储的密码进行匹配。若匹配成功，则用户将被授权进入系统；若匹配失败，则系统将提示用户信息错误。具体用户登录流程的详细步骤如图3所示。请注意，基于安全考虑，本文不会透露用户登录的具体业务流程，以防止潜在的恶意攻击。

2.2.2 用户管理模块设计

在用户转至新的页面之前，系统会要求获取当前用户的登录信息，并对其权限进行验证。如果用户具备进入该页面的权限，系统将允许其继续跳转至目标页面；若用户没有相应的权限，则系统会显示相应的无权限提示信息。关于权限管理的详细业务流程，如图4所示。

2.2.3 课程管理模块设计

该模块具备展示功能，并且支持课程文件的上传和下载操作，确保用户能够方便地获取相关资料。该模块主要的任务包括以下几个方面：首先，用户可以通过该模块轻松地添加新的课程信息，确保系统中完整记录了所有的课程内容。其次，用户还可以根据需要删除指定的课程，确保数据的准确性和实时性。同时，用户还可以编辑课程的详细信息，包括但不限于课程名称、课程编号以及授课教师等相关信息，以满足不同用户的个性化需求。此外，用户还可以通过该模块方便地查看单个课程的详细信息，了解课程的具体情况。最后，该模块还提供了展示课程列表的功能，使用户可以快速浏览系统中所有的课程，方便找到所需的信息。

在页面设计和业务流程方面，如图5、图6所示，以确保系统的界面美观、易用性和用户体验性。通过精心的设计和流程规划，可以使课程管理模块更加高效、便捷、灵活地满足用户的需求，提高系统的整体管理水平。

2.2.4 知识图谱管理模块设计

知识图谱管理模块負责对课程的知识图谱信息进行有效管理和维护。该模块具备多项功能，包括自动构建、增加、删除、查询和修改知识图谱等。除此之外，该模块还提供了直观的可视化展示效果。

更新知识图谱的主要操作集中在实体和实体间关系的处理上。这些操作包括增加、删除、查询和修改实体及其关系。当用户执行增加实体的操作时，需要输入新增实体的名称和类型，并对实体名称是否已存在进行验证。如果发现实体名称已存在，系统将提供给用户两个选项：复用该实体或新建同名实体。同样，在修改实体时也需要进行类似的验证。而在删除实体时，系统会根据该实体是否存在关联关系来决定是否一并删除相关的关系。

值得注意的是，本系统的关系受之前的信息抽取数据集所定义的关系约束限制，无法添加新的关系类型。无论是增加、修改还是删除操作，它们的流程相似并遵循相同的规则。下面将介绍新增知识点和新增关系的具体流程图，如图7、图8所示。

2.2.5 课程知识结构分析模块设计

知识结构分析模块是课程设计中不可或缺的一环。它通过对课程的知识结构进行评估，旨在确保课程的合理性和协调性。在这个模块中，可以深入探讨课程的组成要素，并寻找潜在的冗余知识。通过对知识结构的分析，能够发现其中存在的问题并加以优化，从而提升课程的教学效果。

首先，知识结构分析模块可以帮助评估课程的合理性。它通过对课程中各个知识点之间的关系进行分析，确定它们在整个课程体系中的地位和重要性。通过对知识结构的有机组织，可以确保课程的逻辑性和完整性。例如，当发现某个知识点与其他知识点之间存在冗余或者重叠时，可以作出相应的调整和优化，以提高课程的连贯性和凝聚力。

其次，知识结构分析模块还能够评估课程与其他相关课程之间的协调性。在现代教育体系中，课程之间相互联系密切，相互依赖。因此，需要通过对课程之间的关系进行分析，确保它们能够协调有序地进行。这样一来，学生在学习过程中能够更好地理解和应用所学知识，在不同的学科领域中形成更加全面的素养。

3 结论

通过构建一个完备的知识图谱，可以帮助学生更清晰地了解自己所学专业的核心知识和技能结构。在构建过程中，首先需明确高职课程体系的学科内涵和外延，确保知识图谱的全面性和准确性。同时，还需要对相关领域的专业知识进行分类整理，梳理出各个学科领域之间的内在联系和关联。这样一来，学生们就能够更系统地学习和应用所学知识，提高学习效果和实际运用能力。而为了使知识图谱更易于理解和使用，可视化是一个不可或缺的环节。通过将知识点以图形或图表的形式进行呈现，学生可以直观地看到知识之间的逻辑关系和层次结构。此外，还可以利用可视化工具和技术将知识图谱嵌入教学材料和学习平台中，为学生提供更便捷的学习方式。

总之，高职课程体系知识图谱构建及可视化研究对于高等职业教育的发展具有重要意义。通过构建完备的知识图谱，并通过可视化方式呈现，可以帮助学生更好地掌握专业知识和技能，提高实际应用能力，进而促进其在职场中的竞争力和就业能力。该研究的深入推进将为高职教育领域的改革和创新提供有力支持。

参考文献：

[1] 吴超.电力调度知识图谱中知识抽取系统的设计与实现[D].北京：中国科学院大学（中国科学院沈阳计算技术研究所），2020.

[2] 金伟豪.基于知识图谱的电商信息抽取系统的设计与实现[D].南京：东南大学，2019.

[3] 许斌，苏伟杰，刘阳.基础教育知识图谱赋能智慧教育[J].人工智能，2019，6（3）：37-43.

[4] 李涓子，侯磊.知识图谱研究综述[J].山西大学学报（自然科学版），2017，40（3）：454-459.

[5] 刘峤，李杨，段宏，等.知识图谱构建技术综述[J].计算机研究与发展，2016，53（3）：582-600.

[6] 化立志.基于知识图谱的领域知识库管理系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2018.

【通联编辑：谢媛媛】