学科知识图谱研究:由知识学习走向思维发展

技术的发展加速教育进入智慧学习时代,新时代对人的培养提出了新的要求,对于如何以知识为基础或载体发展、转化、升华成学科思维成为学界关注的焦点。文章通过文献分析,提出了以问题为线索的学科知识图谱,并从心理学和哲学视角找寻理论依据,完成对思维内涵及其形成过程的把握;从知识抽取技术、语义链接技术和可视化技术三方面论证学科知识图谱构建的技术可行性。基于此设计了以问题体系为核心,向下回溯知识体系,向上抽象能力体系的学科知识图谱结构模型,提出了基于学科知识图谱的思维发展机制,在揭示知识建构与思维发展关系的基础上,从问题解决触及思维本质,以期为人的培养从知识习得走向思维发展的教育实践提供指导。     

新型智能导学系统构建及其关键技术

智能导学系统能够提供个性化的自主学习服务，但仍然面临诸多挑战，如对学习者理解不足、用户体验较差、自动化程度有限等。针对这些挑战与问题，本研究设计并实现了涵盖领域知识层、基础模型层和用户接口层的三层架构新型导学系统，并以“雷达数学”系统为例进行介绍。领域知识层借助知识空间等理论，构建符合教学和认知规律的学科知识图谱和教学策略库；基础模型层利用深度学习、自然语言处理等技术，实现更精准的学习者模型、个性化教学策略模型和自动批阅模型，提升系统对学习者的理解和自动化程度；用户接口层基于可解释人工智能技术与游戏化设计理论，构建可解释的认知地图和个性化导航等服务，改善系统用户的体验。在此基础上，本研究针对学习者、教师、家长等不同角色，阐述了新型智能导学系统的三类典型应用场景并对其发展趋势进行了展望。     

知识图谱助力学科教学——以大学模拟电子技术基础课程为例

知识图谱和个性化推荐技术是教育研究热点。借助学科知识图谱和学习者画像进行学习资源个性化推荐,提出基于学科知识图谱的资源关联推荐方法。在此基础上选取A、B两个模拟电子技术基础课堂进行学习效果验证,实验数据表明,基于知识图谱的学习资源关联推荐模型能在一定程度上提升该课程学习效果。     

基于自然语言处理的教学设计学科知识图谱自动构建研究

近几年,学科知识图谱成为知识可视化领域的研究热点。文章提出基于自然语言处理建立教学设计学科知识图谱,为该学科课程教学实践提供理论材料,同时也丰富学科知识图谱在教育领域的应用实践。首先采用基于字典的机器学习算法进行知识实体抽取,采用混合式实体关系抽取模型抽取非分类关系和学科行为动词关系,丰富关系类型;然后对抽取的知识信息进行实体对齐和实体消歧;最后在“Neo4j”可视化平台上实现了教学设计学科知识图谱的可视化。     

人工智能支持下的智慧学习模型构建研究

智慧学习是人工智能时代教育的基本内涵,智慧学习模型构建是实施智慧学习的关键和基础,也是该领域研究中的瓶颈问题.文章针对智慧学习内在机理难以表征的问题,利用人工智能技术,提出了能够阐述智慧学习特征、要素及运行机制的智慧学习E-GPPE-C模型.该模型由学习环境、教育知识图谱、学习者画像、学习路径、学习评价、学习共同体六大核心要素和基础层、支撑层、服务层、关键层、应用层五个层面构成.基于人工智能相关算法,从教育知识图谱构建、学习者画像构建、学习共同体构建、学习路径推荐四个方面,提出了E-GPPE-C模型的实现方法.研究为人工智能在教育领域应用、智慧学习开展提供了基础,为后续智慧学习模型研究提供了参考.     

自适应学习系统中知识图谱的人机协同构建方法与应用研究

知识图谱为自适应学习系统中的领域知识建模提供了新思路,但现有构建方法缺乏人类智慧与机器智能的有效结合,无法提供高质量、低成本的知识图谱。基于此,文章首先从人机协同视角出发,提出了自适应学习系统中知识图谱的构建方法,具体包括知识图谱模式设计、资源获取与预处理、知识图谱知识元抽取、知识元语义关系挖掘、知识图谱融合等五大环节;随后,文章以"人工智能"学科为例,对构建方法进行了初步验证;最后,文章从碎片化学习资源整合、适应性学习支持服务两个维度,进一步阐述了知识图谱在自适应学习系统中的应用。文章的研究对于开展基于自适应学习系统的大规模个性化学习具有重要意义。     

基于学习认知图谱的适应性学习框架构建与应用

学习者模型用于描述学习者行为、认知、情感等方面的特征,是适应性学习得以实现的基础。针对当前学习者建模在认知要素上主要依赖学生的知识掌握情况和学习风格,而在对个体认知具有重要影响的知识结构和元认知能力等方面关注不足的问题,提出了对学习者的学习认知图谱建模以提升适应性学习过程中认知支持的设想,并从多模态异构数据采集、学科知识图谱的构建、认知诊断模型的设计、学习认知图谱建模和适应性学习服务推送五个方面设计技术框架。随后,通过学习认知图谱在学习元平台和雷达数学系统中的应用,介绍了学习认知图谱的实践示例——学习认知地图,并阐述了其构建原理及所提供的个性化学习支持服务,以期为适应性学习领域的研究者提供理论和实践上的参考。     

职业能力导向下高职专业领域知识图谱模式的构建研究

本文论述职业能力导向下高职专业领域知识图谱模式的构建,认为知识图谱是当今知识工程的先进技术,将其应用于自适应系统的领域模型构建有助于智能化、个性化教学的发展,提出高职专业领域的本体构建流程,即经过专业领域体系分析、本体构建、本体表征三个步骤,设计职业能力导向下的高职专业领域知识图谱模式结构并使用Protégé软件对本体模型进行编辑与设计,实现对专业领域模型层本体的构建。     

基于知识图谱的“水文预报”课程教学改革实践

知识图谱以图形化、结构化的方式呈现复杂的学科知识体系,帮助学生更好地理解和掌握知识,提高学习效率和质量。文章主要介绍了水文预报课程知识图谱建设,阐述了知识图谱在水文预报课程中的应用优势,包括构建完整的知识体系、提供个性化的学习支持等,探讨了知识图谱建设在水文预报课程教学实践改革中的成效。实践表明,水文预报课程知识图谱建设是提高课程教学质量的有效途径之一。     

AI引擎助力下高等数学课程知识图谱建设研究

知识图谱为教师精准化教学和学生个性化学习提供条件,是课程资源系统化的有效方式。高等数学课程知识图谱建设具有3个意义：学生个性化学习需要、教师精准化教学需要、课程教学资源关联需要,其内涵体现在“个性化、精准化、系统化”上,建设过程遵循“建用并进、动态更新”理念,建设内容包括图谱设计、资源建设、图谱生成等3个方面,并介绍高等数学课程知识图谱的建设与应用过程,有助于推动高等数学教学改革。     

知识图谱应用于研究生公共数学课教学探索

国家新工科战略提出了针对网络、大数据、智能制造等新技术设立新专业和升级改造传统专业的要求。研究生公共数学课教学面临着传统学科对数学基础知识需求专门化与新型交叉学科对数学基础知识需求泛化,传统教学模式和培养工程能力创新能力的教学目标等矛盾。以武汉工程大学研究生数学公共课程为例,构建知识图谱,介绍知识图谱实体和关系的提取过程,以及知识图谱应用于研究生数学公共课程教学的方法。知识图谱具有知识点覆盖全面和组织系统化的优势,同时也方便检索使用,能较好地解决上述矛盾。     

知识图谱与教育大数据协同驱动的自适应学习模式研究

为了有机融入领域知识的内在信息与关联,将知识图谱引入智慧教学过程,构建了知识图谱与教育大数据协同驱动的自适应学习模式.通过对多源、异构的大数据进行数据采集与数据分析,认知学生的学习行为特征,为自适应学习构筑重要前提;将课程的知识体系化,构建多维度下的知识图谱,其拓扑结构蕴含领域专家经验、知识关联与学习路径,为基于课程内...     

高职院校“建筑力学”课程教学知识图谱构建路径

针对“建筑力学”课程教学存在的学生对知识点掌握不牢,以及在后续的学习与工作中较难实现学以致用等问题,文章从教学重难点及易错点梳理、教学知识点矩阵创建、教学知识图谱建立三个方面对高职院校“建筑力学”课程教学知识图谱构建路径进行了论述。     

基于知识图谱的余弦定理教学设计

在中学数学学习阶段,经常出现学生单元测试成绩优异,但期中期末考试成绩不理想的现象,其本质是未系统地掌握数学知识体系。而知识图谱作为一种新型学习方式和可视化的图解工具,它的组织形式适合数学知识体系的构建。本文提出基于知识图谱的余弦定理教学设计建议,将知识图谱应用于数学教学中,旨在重构知识之间的联系,增强教学互动,优化教学设计,提高教学质量。     

教育知识图谱构建中的标准词汇参考模型研究

教育是典型的知识密集型领域,因此,进行领域知识的共享研究对教育领域的发展非常重要。多年信息化的历史经验告诫我们:共享的前提是必须对领域资源实施标准化。尽管我国教育领域研发了系列教育元数据标准,但是从智慧教育的需求来看,这些标准普遍表现为缺乏语义、比较零散、体系不够完善等。随着近些年知识图谱的提出,为教育资源的知识整合发展提供了重要的技术手段。然而,目前知识图谱构建的主要焦点在构建技术方面,忽视了构建中的标准化问题。长此以往,领域将会构建出很多“知识孤岛”。为解决这些问题,本文在对国内外教育领域内标准进行研究的基础上,以系统理论为依据提出并构建了一个集预定义词汇的W3C语义Web标准、顶层词汇标准和领域词汇标准于一体的三层架构模型——教育资源知识图谱标准词汇参考模型。基于该模型建构知识图谱,不仅为教育领域数据的标准化提供标准词汇参考,而且也为规范构建教育领域知识图谱提供了参考。     

化学核心概念及其教学模型——以“元素周期律”教学为例

化学核心概念以较强的统摄能力揭示学科知识本质与内在联系,体现出普遍适用性和迁移性的特征,在化学教学中具有促进学生思维能力发展、学习与运用知识的价值。可以从教学活动、问题驱动、一般概念、核心概念四个环节,构建化学核心概念的教学模型。     

基于知识管理的教学网站更新机制研究

目前教学网站面临着知识结构僵化、点击率低、网页内容更新缓慢等问题,严重影响了教学网站知识传播的功能。本文从树形知识结构的角度分析了教学网站的更新机制,将教学网站的知识组成划分为核心层、结构层和感知层三个层次进行定性分析,并将知识、价值和数据等因素结合起来研究。引入网站价值及知识存量等相关概念,提出了基于知识树的教学网站更新机制可参考的度量模型,并用实例说明了此模型的可行性。根据此模型量化教学网站的更新标准,有针对性地给出更新网站的相关建议,形成一种新的教学网站知识管理的方法。     

面向教育的中文知识图谱自动构建技术

随着知识图谱在教育领域的广泛应用,对根据教学内容自动构建知识图谱的需求越来越迫切。针对教育类中文知识图谱生成技术中知识点易遗漏、知识点关系准确率不高、需要人工干预等挑战性问题,文章提出了教育知识图谱的自动构建技术。该技术首先自动提取教学课本中关键知识点及关键知识点间的先后顺序,生成基于课本的知识图谱;其次,利用教学类PowerPoint演示文稿中特有的层次关系提取知识点间先后顺序,设置知识点间权重调整影响系数,生成基于PPT演示文稿的知识图谱;最后,将上述两种途径构建的知识图谱进行融合,形成准确率更高的知识图谱。在真实数据集上的实验结果表明,该技术能够实现教育领域知识图谱的自动生成,且准确率能够达到90%以上。     

基于知识图谱的高校教学实验室综合改革模型分析

基于BP神经网络的高校教学实验室综合改革模型分析方法,缺乏可视化分析过程,存在分析结果误差大的弊端,为此提出基于知识图谱的高校教学实验室综合改革模型分析方法。该方法以中文论文数据库为样本,采用知识图谱技术和Citespace可视化软件,通过定量化、可视化已有文献的研究热点,绘制高校教学实验室综合改革模型的系列知识图谱,获取高校教学实验室综合改革模型数据。在此基础上采用基于信息归纳的概率粗糙集挖掘算法SRII,将原始数据集映射到一个便于粗糙集处理的数据空间,计算各个属性集合的近似统计值,实现对实验室综合改革模型数据的有效挖掘和分析。实验结果表明,所提方法能有效分析高校教学实验室综合改革模型,呈现出了改革模型未来改革热点的直观分析结果,为深化实验室综合改革提供有力条件。     

“图谱支架”在幼儿园文学教育活动中的运用

在整个幼儿园文学教育活动过程中,充分利用"图谱支架",不但能够帮助幼儿更好地理解和掌握作品内容,还能够引导幼儿从口头语言表达向书面语言表达过渡,从而充分发挥自身学习支架的作用。其中图谱支架适用于诗歌、散文教学,以及欣赏作品、朗读作品和仿编作品等活动。基于此,本文主要阐述图谱支架在幼儿园文学教学活动中的运用策略。