馬友忠

摘 要：課程知識圖譜是實現智慧教學和教育數字化的重要途徑，對改善教學效果、提高學生培養(yǎng)質量具有重要作用。當前，課程知識圖譜的構建與應用仍面臨課程資源多模態(tài)特性、課程資源更新頻繁、質量控制要求嚴格、知識種類形式多樣等諸多挑戰(zhàn)。而基于課程知識圖譜的智慧教學可以實現由“點狀”知識教學向“網狀”知識教學轉變、由“順序”知識教學向“非線性”知識教學轉變以及由“平面式”知識教學向“立體式”知識教學轉變。同時，基于課程知識圖譜可以輔助新形態(tài)教材建設，實現智慧教學評價，支持個性化精準教學和實現智能問答服務，從而助力課程知識點查詢、知識關聯查詢、課程知識資源推薦、個性化學習路徑推薦等，推動以智慧教學為中心的育人模式創(chuàng)新性探索，構建個性化、多樣化、終身化的智慧教學新生態(tài)。

關鍵詞：課程知識圖譜;智慧教學;教育新基建;精準教學

為全面貫徹落實《中國教育現代化2035》《教育信息化2.0行動計劃》要求，《河南省“十四五”教育事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確指出，大力實施智慧教育示范引領工程，高質量推進本科高校智慧教學三年行動計劃，充分發(fā)揮智慧教學在高等教育人才培養(yǎng)過程中的重要作用。課程知識圖譜作為一種規(guī)模巨大、在知識點與教學資源之間建立連接的語義網絡，可以實現知識點的充分細化和有效重組，既能改善教學效果，又能助力智慧教育體系的構建。智慧教學資源建設是智慧教學的核心和關鍵，以課程知識圖譜為基礎，對數字教材、教學大綱、講義等教學資源進行信息化重構，可以有效實現課程知識點查詢、知識關聯查詢、課程知識資源推薦、個性化學習路徑推薦等目標，推動以智慧教學為中心的育人模式創(chuàng)新性探索，構建個性化、多樣化、終身化的智慧教學新生態(tài)。

一、課程知識圖譜的智慧教學研究現狀

基于課程知識圖譜的智慧教學是目前智慧教育領域的重要研究方向。在理論研究方面，北京師范大學李艷燕等人在分析學科知識圖譜內涵、應用案例的基礎上，重點討論了學科知識圖譜在智慧教育中的構建路徑;清華大學許斌等人主要研究了基礎教育知識圖譜賦能智慧教育的若干關鍵問題;東北師范大學鐘卓等人提出了能夠建立知識、問題、能力三者之間映射關系的教育知識圖譜KQA模型;武漢科技大學楊娟等人提出了包含知識內容、關聯關系、映射關系、認知能力與學習路徑五個基本要素的教育知識圖譜KSCG理論模型。在應用方面，美國知名在線教育平臺Knewton基于自己創(chuàng)建的教育知識圖譜構建了連續(xù)性的自適應學習工具，以精準定位每個學生的當前知識盲點，在個性化學習應用中取得了較好的效果。而國內部分高校則圍繞學科知識圖譜進行了一系列的研究與探索，如清華大學知識工程研究室構建了中國第一個基礎教育RDF知識圖譜EduKG;北京師范大學互聯網教育智能技術及應用國家工程實驗室研發(fā)了“唐詩別苑——基于知識圖譜的全唐詩語義檢索與可視化平臺”;立足于課程資源形式多樣、種類豐富，具有多模態(tài)特性，祁曉慧對多模態(tài)課程知識圖譜的數據模式、命名實體識別模型、關系分類、多模態(tài)實體鏈接等問題進行了深入研究，構建了基于知識圖譜的課程多模態(tài)檢索平臺。雖然國內外進行了大量的理論研究和實踐探索，但就高等本科教育領域而言，基于課程知識圖譜的智慧教學尚缺乏系統(tǒng)深入的理論研究和實際有效的應用案例。

二、課程知識圖譜面臨的挑戰(zhàn)

（一）課程資源的多模態(tài)特性

隨著智慧教學的不斷深入發(fā)展和教育數字化進度的不斷加快，教學資源的種類日益豐富，已由傳統(tǒng)的以文本為主要形式的教學資源轉為集文本、圖片、視頻、音頻于一體的多模態(tài)教學資源，提高了學生學習的積極性、主動性，提升了教學成效。然而，不容忽視的是教學資源的多模態(tài)特性也給課程知識圖譜的構建帶來了挑戰(zhàn)，一是圖片、視頻、音頻等資源中視覺（聽覺）實體、概念、事件、關系等的抽取與文本資源相比難度較大，準確率較低，缺乏成熟的技術;二是由于音頻、圖片、視頻等不同類型資源之間的語義表達存在鴻溝，造成不同模態(tài)下數據之間的相互關聯、映射和融合存在較大困難;三是為了消除不同模態(tài)資源之間的語義鴻溝，需要統(tǒng)一多模態(tài)資源的學習方法，提高多模態(tài)課程知識圖譜的構建效率和質量。

（二）課程資源更新頻繁

隨著大數據時代及大語言模型時代的到來，新技術新知識不斷涌現，課程資源每天都在更新，如何高效地將最新的知識、技術、資源融入已有的知識圖譜中，成為當前極具挑戰(zhàn)性的難題。一方面可以采取知識圖譜重構的方式，其優(yōu)勢在于簡單直觀，不足主要是重構代價較大、效率較低;另一方面可以采取增量更新的方式，在已有知識圖譜的基礎上，將最新的技術、知識、資源融入進去，提高增量更新策略的效率和準確性。

（三）質量控制要求嚴格

課程知識圖譜以服務學習者學習知識、提高學習效率、改善學習效果為目的，保證內容準確無誤是其基本要求，也是開展基于課程知識圖譜教學的前提。由于數據源的多源、異構、多模態(tài)等特性，使得課程知識圖譜的質量控制面臨著巨大挑戰(zhàn)?？蓮囊韵氯齻€方面嚴格把控課程知識圖譜的質量：一是優(yōu)先選擇權威教材、大綱、課件等數據源，對其他數據源的質量和可信度進行嚴格審核，確保數據源內容的準確性;二是提高知識抽取、知識融合、知識消歧等算法的有效性，確保課程知識圖譜內容的準確性;三是借助于眾包、強化學習等策略，進一步提高課程知識圖譜的質量。

（四）知識種類形式多樣

隨著自然語言處理技術的不斷發(fā)展，基于文本的實體抽取、關系抽取等相關技術的不斷完善，抽取準確率逐步提高，基本能夠滿足實際應用的需求。但是，課程中的知識點除了以文本形式表示的概念，還有很多其他形式，如公式、命題、定理等。不同形式知識點的抽取技術、方法各不相同，其抽取難度較大，抽取準確性仍面臨著較大挑戰(zhàn)。

三、基于課程知識圖譜的智慧教學創(chuàng)新之處

（一）由“點狀”知識教學向“網狀”知識教學轉變

傳統(tǒng)的教學方法以知識點講解為核心，對知識點之間的關聯關注不夠，往往注重局部知識的講授，卻忽略知識點在全局中的地位和作用。以學科知識圖譜為基礎，以課程核心知識點為對象，對其關聯知識點進行系統(tǒng)分析，找出以核心知識點為中心的“知識團”，實現由以知識點為核心的“點狀”知識教學向以“知識團”為核心的“網狀”知識教學轉變，讓學生不僅能夠掌握知識點本身，還能夠充分了解知識點在整個知識體系中的地位，提高學習成效。

（二）由“線性”知識教學向“非線性”知識教學轉變

傳統(tǒng)的教學方法一般按照教材內容的先后順序進行講解，沒有充分考慮知識點之間的聯系，一定程度上影響了教學效果?；谡n程知識圖譜，可以探索由單一的“線性”知識教學向“非線性”知識教學轉變，以當前知識點為核心，分析已學知識點和未學知識點之間的關聯，對已學知識點復習鞏固，對未學知識點進行適當講解，優(yōu)化課程知識點講授順序和講授策略，改善總體教學效果。

（三）由“平面式”知識教學向“立體式”知識教學轉變

傳統(tǒng)的教學方法由任課教師按照各自承擔課程的教材內容進行講解，涉及課程知識點以外的內容和其他課程相關的知識一般不會講解，只注重單一課程的“平面式”知識教學，不能充分融合不同課程的相關知識點。以課程知識圖譜為基礎，可以找出不同課程知識點之間的相互關系，打破課程與課程之間的知識邊界和壁壘，開展“立體式”知識教學。同時，基于課程知識圖譜，任課教師可以發(fā)現與課內知識點相關聯的其他課程知識點，加強不同課程任課教師之間的溝通與協(xié)作，通過協(xié)同備課、協(xié)同教學等多種途徑，提高學生的知識綜合運用能力和水平。

四、課程知識圖譜在智慧教學中的應用

（一）輔助新形態(tài)教材建設

隨著智慧教學應用的不斷深化，教學資源的種類日益豐富、形式日益多樣，傳統(tǒng)的以文本為主要形式的教材已經無法完全滿足智慧教學的需要。以云教材、網絡教材、數字化教材等為代表的新形態(tài)教材應運而生。新形態(tài)教材以媒體性、交互性、社交化為主要特點，其內容的組織方式與傳統(tǒng)的教材有著較大差別。而課程知識圖譜的特性與新形態(tài)教材的要求大體一致，新形態(tài)教材可以輔助課程知識圖譜對教材內容進行設計，使其更加科學合理。同時，基于新形態(tài)教材的使用數據可以對課程知識圖譜進行補充和完善。

（二）實現智慧教學評價

現有的教學質量評價形式比較單一。大多數是在期末結課，由學生對教師的教學效果進行評價。而對學生的考核仍以傳統(tǒng)的筆試為主，以分數高低評價學習成效，很難考核學生對知識的系統(tǒng)化掌握程度以及培養(yǎng)學生利用所學知識分析問題、解決問題的能力?；谥R圖譜的智慧教學大數據平臺，可以實現智慧教學研究成果、智慧教學資源共享以及教學過程、學習行為、學習效果等全過程的實時跟蹤與管理。在此基礎上，可以設計以學科知識圖譜為基礎的立體化、多維度的教學質量評價體系、確保評價對象的多元化、評價指標的全面化，評價過程的全程化和評價效果的最大化。

（三）支持個性化精準教學

基于課程知識圖譜可以實現完整的教學資源畫像、教師教學畫像和學生學情畫像。在此基礎上，可以從以下兩個方面實現個性化精準教學。一是個性化知識點推薦。通過對學生學情畫像的分析，可以充分了解學生的學習興趣、學習規(guī)律以及學生對各知識點的掌握情況，再結合教學資源畫像，根據學生的學習需求和學習現狀推薦個性化的學習資源，從而提高學生學習的積極性，改善學習效果。二是個性化學習路徑推薦。通過對學生的學習行為、學習過程的分析，利用協(xié)同過濾、深度學習等算法實現個性化學習路徑推薦，從而提高學生的學習效率。

（四）實現智能問答服務

師生互動是提高學生學習效率、改善學習效果的重要途徑，尤其是針對疑難知識點的學習。然而在現實學習中，由于學生與教師的交流機會較少，大多數學生遇到問題不善于向教師求助，問題越積越多，最終積重難返?；谡n程知識圖譜，尤其是課程知識圖譜與大語言模型的有機結合，可以實現基于語義的智能問答服務，學生通過智能問答服務，將學習過程中遇到的知識難點、問題等進行交互式提問，以遞進的方式逐步解決問題，不斷提高學習的自信心和積極性，有效改善學習效果。

課程知識圖譜構建是數字資源新型基礎設施建設的重要組成部分，也是教育新基建中支撐教育高質量發(fā)展的核心。各地各級教育部門已把知識圖譜建設寫入“十四五”教育事業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，加快推進知識圖譜的建設與應用，把知識圖譜作為深化智能時代教育教學方式改革的重要手段迫在眉睫。但當前課程知識圖譜在構建效率、內容質量、應用方式等方面仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，未來需要進一步加強課程知識圖譜關鍵技術的研發(fā)以及知識圖譜在智慧教學中的應用研究，尤其是將知識圖譜與大語言模型技術相結合。同時，除技術因素外，課程知識圖譜的構建和應用是一個系統(tǒng)工程，涉及課程知識圖譜構建、教學方式改革、新形態(tài)教材建設、立體化教學資源建設、教學評價方式改革等諸多方面，這就需要成立專門的工作小組或組織機構，統(tǒng)籌推進課程知識圖譜的構建與應用。

參考文獻：

[1]趙宇博，張麗萍，閆盛，等.個性化學習中學科知識圖譜構建與應用綜述[J].計算機工程與應用，2023（10）.

[2]單佩佩.基于核心課程知識圖譜的學習路徑推薦研究[D].昆明：云南師范大學，2021.

[3]陳瑤，胡旺，王娟.基于知識圖譜的智慧教育研究熱點與趨勢分析[J].中國遠程教育，2016（9）.

[4]郭宏偉.基于智能教育的高校在線課程知識圖譜構建研究：以中國醫(yī)學史為例[J].中國電化教育，2021（2）.

[5]馬燕，陳敏，廖家利.基于知識圖譜的智慧教育研究熱點及發(fā)展趨勢探析[J].數字教育，2023（3）.

[6]王璐.智慧教育背景下教育資源知識圖譜的構建與應用研究[D].大連：大連海事大學，2021.

[7]李艷燕，張香玲，李新，等.面向智慧教育的學科知識圖譜構建與創(chuàng)新應用[J].電化教育研究，2019（8）.

[8]許斌，蘇偉杰，劉陽.基礎教育知識圖譜賦能智慧教育[J].人工智能，2019（3）.

[9]鐘卓，唐燁偉，鐘紹春，等.人工智能支持下教育知識圖譜模型構建研究[J].電化教育研究，2020（4）.

[10]楊娟，杜旭，李浩.自適應學習系統(tǒng)中教育知識圖譜模型構建研究[J].中國教育信息化，2021（24）.

[11]李玲靜，汪存友.Knewton：學習分析支持下的自適應學習平臺[J].成人教育，2019（7）.

[12]余勝泉，彭燕，盧宇.基于人工智能的育人助理系統(tǒng)：“AI好老師”的體系結構與功能[J].開放教育研究，2019（1）.

[13]祁曉慧.多模態(tài)課程知識圖譜構建與應用研究[D].長春：吉林大學，2020.

責編：應 圖