張景文

本文研究基于知識圖譜概念和應(yīng)用跨平臺技術(shù)構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)了“1+X”考試新的在線學(xué)習(xí)途徑。較好解決了“1＋X”考證中，學(xué)生對考試?yán)碚撝R掌握不穩(wěn)固問題。采用多技術(shù)結(jié)合加以創(chuàng)新，將知識圖譜技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“學(xué)情畫像”和個(gè)性化學(xué)習(xí)，具體應(yīng)用于教學(xué)和復(fù)習(xí)各環(huán)節(jié)中，學(xué)生對理論知識掌握有明顯進(jìn)步，成績和通過率得到提升。

一、背景與問題

（一）背景

知識圖譜，是一種通過將數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、信息技術(shù)和關(guān)系映射等結(jié)合在一起的現(xiàn)代化、高度結(jié)構(gòu)化的知識理論（袁博，施運(yùn)梅，張樂，2021）。知識圖譜是基于問答系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，基于知識圖譜的各類學(xué)習(xí)平臺也是人工智能研究的自然語言處理技術(shù)的重點(diǎn)研究方向之一，應(yīng)用知識圖譜技術(shù)優(yōu)化學(xué)習(xí)平臺，借助它的技術(shù)優(yōu)勢構(gòu)建的學(xué)習(xí)平臺目前已在教育多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?；谥R圖譜的技術(shù)支持優(yōu)化原有學(xué)科知識復(fù)習(xí)平臺可提升平臺的智能化和個(gè)性化學(xué)習(xí)?！?+X”證書制度是為了深入貫徹黨的十九大精神和全國教育大會精神，教育部會同國家發(fā)展改革委、財(cái)政部、市場監(jiān)管總局制定了《關(guān)于在院校實(shí)施“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度試點(diǎn)方案》進(jìn)行推廣應(yīng)用的?！?+X”證書制度是一種面向職校學(xué)生的新型人才評價(jià)體系，學(xué)校根據(jù)“1+X”證書制度的實(shí)施要求，積極開展人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)方案的創(chuàng)新探索，系統(tǒng)梳理各學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和定位。學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)科通過“1+X”考證為教學(xué)體系的重塑指明方向，為學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)劃和職業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)指導(dǎo)，搭建基于“公共基礎(chǔ)課+專業(yè)理論課+專業(yè)技能課”的多元課程模塊。目前計(jì)算機(jī)專業(yè)科申請了Web前端（初級）和Web安全（初級）兩個(gè)項(xiàng)目的“1+X”考證試點(diǎn)，每年超過500名學(xué)生進(jìn)行考試。

（二）問題的提出

對于職業(yè)院校學(xué)生而言，“1+X”考證的理論題目難度較大，“1+X”考證的理論內(nèi)容復(fù)習(xí)倚重課內(nèi)輔導(dǎo)，時(shí)間有限導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)不扎實(shí)，影響整體通過率。

“1+X”考證在專業(yè)課堂教學(xué)實(shí)施過程中存在問題歸納如下：

（1）課堂教學(xué)中以操作類為主，理論的講授較少，導(dǎo)致學(xué)生理論基礎(chǔ)不扎實(shí)，加上學(xué)生對學(xué)習(xí)純理論知識缺乏興趣，如何更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到鞏固的效果；

（2）學(xué)生對“1+X”學(xué)習(xí)過程忽視對體系化知識的掌握，知識點(diǎn)之間聯(lián)結(jié)不緊密，碎片化嚴(yán)重，影響學(xué)生對整體內(nèi)容結(jié)構(gòu)的理解。

二、實(shí)踐應(yīng)用

（一）解決路徑和主要技術(shù)

為了充分利用學(xué)生課余時(shí)間進(jìn)行課堂復(fù)習(xí)，本文提出構(gòu)建一種基于知識圖譜與跨平臺技術(shù)移動端學(xué)習(xí)平臺。實(shí)現(xiàn)無論是在課堂用電腦，還是在課余時(shí)間用手機(jī)、PAD等設(shè)備都能進(jìn)行“1+X”復(fù)習(xí)。碎片化學(xué)習(xí)利用各類平臺，搭建碎片化學(xué)習(xí)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)途徑新模式，也是教育革新的一個(gè)突破點(diǎn)。本文研究與論證用知識圖譜與跨平臺學(xué)習(xí)提供了互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下“1+X”證書考試的理論智慧化和個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，彌補(bǔ)課堂學(xué)習(xí)時(shí)間不足，較好地解決了學(xué)生考前復(fù)習(xí)理論的瓶頸問題。

谷歌公司于2012年提出了關(guān)于知識圖譜的概念，也可視為一種用于映射我們客觀世界的語義網(wǎng)絡(luò)，通過其中蘊(yùn)含關(guān)系模式，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界關(guān)系模型梳理與建模。知識圖譜技術(shù)最初用于提高谷歌搜索引擎的效率。知識圖譜包括了本體構(gòu)造、知識抽取和關(guān)系抽取、知識推理和關(guān)系推理等（劉嶠 等，2016）。應(yīng)用知識圖譜技術(shù)構(gòu)建一般采用自動或半自動技術(shù)從結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)資源中抽取知識，并存入基于邏輯劃分的數(shù)據(jù)層和模式層，是一個(gè)迭代更新的過程，主要包含信息抽取、知識融合、知識加工三個(gè)階段（徐增林 等，2015）。基于知識圖譜的特點(diǎn)，本文設(shè)想一個(gè)構(gòu)建于模板化方式的知識圖譜智能問答系統(tǒng)，將學(xué)校使用的移動端理論復(fù)習(xí)題庫進(jìn)行“智慧化”改造，將原來答題模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛谥R圖譜的“練習(xí)——反饋”智能練習(xí)模式，在功能與實(shí)踐效果上均有提升。大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，教育走向智能化，基于知識庫以及知識圖譜模板問答學(xué)習(xí)模式出現(xiàn)，將處理對象的知識圖譜引入，由散亂學(xué)習(xí)文檔和文本轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化、邏輯嚴(yán)密的知識結(jié)構(gòu)，解決了原來理論學(xué)習(xí)不成體系、知識凌亂等問題。

采用微信公眾號作為框架進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)的“1+X”證書考試的理論基礎(chǔ)復(fù)習(xí)平臺，主要因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)+發(fā)展迅速，純原生開發(fā)的時(shí)間成本較大。而微信是一種多平臺使用的軟件框架，使用微信平臺原生技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，界面的繪制調(diào)用原生UI，然后再用 JS 來調(diào)用控件和編寫各類的業(yè)務(wù)代碼，是目前大部分跨平臺框架的思路。本文也使用設(shè)計(jì)框架思路，解決跨平臺開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)和節(jié)省開發(fā)成本和增加代碼復(fù)用性，提高效率。隨著微信生態(tài)不斷擴(kuò)大，企業(yè)客戶的獲取和互動平臺從微信公眾號擴(kuò)展到小程序和微信網(wǎng)頁。安卓手機(jī)、平板、IOS手機(jī)、PC都能支持同一賬號通用登錄及使用。本文提出的平臺可在許多應(yīng)用，例如小程序、公眾號后臺、微信網(wǎng)頁中獲得同一學(xué)生賬號的基礎(chǔ)信息和他們的學(xué)習(xí)軌跡和偏好，并繪制學(xué)生的個(gè)人客戶畫像（Single Customer View），這為學(xué)生的推送和個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了有效知識圖譜的圖像和數(shù)據(jù)支撐。借助微信平臺和平臺框架，我們將各個(gè)有用的信息抽取和借用。將原來的多個(gè)信息孤島——DB、平臺和練習(xí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)（各個(gè)沒有連接數(shù)據(jù)但存儲著用戶的信息孤島）整合成有用的個(gè)人信息畫像。平臺將引用學(xué)生的微信和練習(xí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行整合，在知識圖譜中生成有關(guān)學(xué)生SCV（個(gè)人客戶畫像）是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵概念和技術(shù)。

（二）平臺功能介紹

該平臺可以準(zhǔn)確地顯示出用戶查詢需求和實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的知識推送。系統(tǒng)能夠?qū)τ脩舨樵冃枨蟮男畔⑦M(jìn)行分析，通過前面提到的知識圖譜的用戶個(gè)人客戶畫像知識聚合，為用戶提供精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)參考方案（圖1）。平臺為使用“1+X”證書的理論復(fù)習(xí)考生快速遍歷知識點(diǎn)，提醒用戶存在哪些知識盲點(diǎn)并進(jìn)行推送。主動培養(yǎng)考生學(xué)習(xí)的好習(xí)慣和提高學(xué)習(xí)效率。系統(tǒng)具備如下功能：①知識點(diǎn)練習(xí)，學(xué)生選擇知識點(diǎn)練習(xí)，隨機(jī)抽取試卷進(jìn)行模擬練習(xí)；②成績排行榜，激發(fā)學(xué)生的比較與學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率；③知識圖譜復(fù)習(xí)模式，個(gè)性化地推送“1+X”考證的理論知識。

該系統(tǒng)采用前端框架微信公眾號，后端 Servlet 技術(shù)，編程語言PHP，數(shù)據(jù)庫采用MySQL 數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如表1所示，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

（三）應(yīng)用端主要操作界面（圖3）

（四）功能模塊

教師模塊：導(dǎo)入題庫、知識點(diǎn)關(guān)連模板設(shè)置、題目分值設(shè)定、查看練習(xí)情況、數(shù)據(jù)分析題目的情況、圖形化顯示班級學(xué)習(xí)情況、標(biāo)注個(gè)體的學(xué)情。

課程知識模塊主要完成后臺可創(chuàng)設(shè)多個(gè)課程，例如1+X考證計(jì)算機(jī)一級、英語一級等課程。

學(xué)生模塊：注冊、移動練習(xí)、查詢知識、查閱推送的知識、查看個(gè)人成績及分析和排名。

（五）關(guān)鍵技術(shù)

在公眾號的問答系統(tǒng)中，學(xué)生輸入知識性的問題，在意圖識別之后，對用戶問題進(jìn)行分類，數(shù)據(jù)相匹配獲得最終的答案三元組對應(yīng)關(guān)系模式，根據(jù)三元組尋找與之相匹配的 SPARAL查詢模板，再根據(jù)SPARAL查詢模板與知識庫中的 RDF用SQL語句調(diào)用數(shù)據(jù)庫存放的知識圖譜數(shù)據(jù)，生成答案及推薦相近的答案反饋給用戶（圖4）。為提升學(xué)生復(fù)習(xí)的效率，我們在后臺題庫也采取三元組對應(yīng)關(guān)系方式，將不同題目進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在學(xué)生答題過程中可迅速找出學(xué)生對某些知識點(diǎn)掌握的問題，在進(jìn)行知識的推送時(shí)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)。

三、實(shí)施成效

課程學(xué)習(xí)平臺能夠提供給每個(gè)學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)是一個(gè)非常必要的路徑和提升效率的思路。引入了知識圖譜技術(shù)后，課程學(xué)習(xí)平臺實(shí)現(xiàn)了對課程知識點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況的個(gè)人畫像。我們將數(shù)據(jù)用于“1+X”課堂學(xué)習(xí)的應(yīng)用實(shí)踐?；谇昂髷?shù)據(jù)對比證明，知識圖譜的課程平臺較好解決了以前存在的知識分散和信息孤島問題。將整個(gè)學(xué)習(xí)智能化和精準(zhǔn)化。整個(gè)體系實(shí)現(xiàn)了促進(jìn)關(guān)聯(lián)知識之間的學(xué)習(xí)和記憶，大大提升了學(xué)員對各個(gè)理論知識點(diǎn)的掌握度。自2020年平臺使用以來，該專業(yè)科學(xué)生在“1+X”證書考試中取得了良好的通過率。在移動環(huán)境中，學(xué)生通過體驗(yàn)與探索，熟練掌握相應(yīng)課程的理論知識體系，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)掌握奠定基礎(chǔ)。自2020年6月學(xué)生采取這個(gè)學(xué)習(xí)平臺以后，該專業(yè)科兩門的“1+X”的考證課程的合格率得到提高，從圖5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可見，通過率從原來的6成穩(wěn)定提升到8成以上。

四、推廣應(yīng)用

通過實(shí)踐后，學(xué)校技術(shù)人員將平臺的應(yīng)用進(jìn)行推廣，同時(shí)本平臺已推廣到其他的 “1+X”證書考證和其他考證項(xiàng)目中，從原來的計(jì)算機(jī)“1+X”證書考證練習(xí)輻射到其他考證。筆者將系列課堂教學(xué)資源部署在移動端上使得學(xué)生通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)“3A”學(xué)習(xí)成為可能?；趯W(xué)校公眾號的移動練習(xí)系統(tǒng)目前集成了“1+X WEB前端”“1+X WEB安全”“計(jì)算機(jī)一級理論”“計(jì)算機(jī)一級理論”“英語一級理論”“汽車維修工中級”“數(shù)控車工中級”“數(shù)控銑工中級”等考試題目。目前該平臺積極在學(xué)生考證中進(jìn)行探索，在計(jì)算機(jī)一級考證、數(shù)控考證等專業(yè)考試中都得到推廣與應(yīng)用。學(xué)生把日常碎片化時(shí)間充分利用起來，特別是對專業(yè)課程熱愛的學(xué)生慢慢地轉(zhuǎn)變了使用手機(jī)的方式，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)的積極性，提高了自主學(xué)習(xí)的能力。

五、結(jié)語

基于知識圖譜與微信公眾號的智能平臺是對“IT 教育+互聯(lián)網(wǎng)”新型學(xué)習(xí)模式的探索，通過互聯(lián)網(wǎng)+為“1+X”理論學(xué)習(xí)交流提供線上教學(xué)輔助。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上傳題庫、整理知識圖譜的模板、創(chuàng)建班級、基礎(chǔ)學(xué)情分析等功能。系統(tǒng)的運(yùn)用有效地減少了教師批改作業(yè)的時(shí)間，教師通過學(xué)生的做題情況及答題質(zhì)量，利用數(shù)據(jù)分析，總結(jié)學(xué)生的問題所在，有助于教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，對課堂教學(xué)迅速做出相應(yīng)調(diào)整。學(xué)生隨時(shí)隨地刷題練習(xí)、查看解析以及提問討論，不再受限于時(shí)間和地點(diǎn)，個(gè)性化分析與知識推送功能有助于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高，系統(tǒng)智能時(shí)代下利用好信息化2.0技術(shù)創(chuàng)新，智慧化實(shí)現(xiàn)了課堂和復(fù)習(xí)一體化。

實(shí)現(xiàn)課程知識圖譜的自動化構(gòu)建，精準(zhǔn)化、個(gè)性化學(xué)習(xí)功能，有助于提升和推動教與學(xué)知識服務(wù)智能性和效率，對于推進(jìn)教學(xué)信息化發(fā)展具有較大的意義。

責(zé)任編輯 何麗華