基于圖譜的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】科大訊飛個(gè)性化教育研發(fā)部研發(fā)的智學(xué)網(wǎng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，是基于K12基礎(chǔ)教育的學(xué)習(xí)平臺(tái)，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)研究個(gè)性化教學(xué)平臺(tái)的領(lǐng)軍企業(yè)?，F(xiàn)行平臺(tái)的建設(shè)都是在圖譜建設(shè)的大背景下進(jìn)行的。圖譜為平臺(tái)提供了知識(shí)點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)，這為教師和學(xué)生提供了知識(shí)框架，方便其使用;同時(shí)對(duì)前端研發(fā)及教研人員來說，圖譜也起到了提綱契領(lǐng)的作用。

【關(guān)鍵詞】圖譜 個(gè)性化學(xué)習(xí)? K12? 應(yīng)用場(chǎng)景

一、引言

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，是通過學(xué)生每一階段的能力測(cè)評(píng)結(jié)果，再制定出適應(yīng)于用戶自身能力狀況的學(xué)習(xí)解決方案，精準(zhǔn)定制專屬于每一位學(xué)生的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)計(jì)劃的一種學(xué)習(xí)方式。作為一種新型的智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，它和現(xiàn)行的因材施教的教學(xué)方針不謀而合，是符合學(xué)生認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)方式。

基于圖譜的現(xiàn)代智能教育平臺(tái)是智學(xué)網(wǎng)研發(fā)的針對(duì)K12教育的學(xué)習(xí)平臺(tái)，它充分發(fā)揮了教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教育模式，根據(jù)學(xué)生具體學(xué)情量身訂制適合自身的學(xué)習(xí)過程。

二、圖譜的概念和理論背景

（一）圖譜的概念

知識(shí)圖譜又稱為科學(xué)知識(shí)圖譜，是顯示知識(shí)發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列各種不同的圖形，用可視化技術(shù)描述知識(shí)資源及其載體，挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和顯示知識(shí)及它們之間的相互聯(lián)系。

圖譜對(duì)學(xué)科知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)的表示可以從兩個(gè)方面說明： ①對(duì)學(xué)科知識(shí)之間的支撐關(guān)系的表示; ②對(duì)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)路徑的表示.學(xué)科知識(shí)之間的支撐關(guān)系在圖譜中由錨點(diǎn)和連結(jié)這些錨點(diǎn)的箭頭構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示錨點(diǎn)之間存在支撐關(guān)系，有向邊所示的方向?yàn)橹沃R(shí)點(diǎn)到被支撐知識(shí)點(diǎn).

常見的圖譜樣式如圖1，圖2，圖3所示。

知識(shí)圖譜中的所包含的節(jié)點(diǎn)有：

內(nèi)容： 通常作為實(shí)體和語(yǔ)義類的名字、描述、解釋等，可以由文本、圖像、音視頻等來表達(dá)。

屬性（值）： 從一個(gè)實(shí)體指向它的屬性值。不同的屬性類型對(duì)應(yīng)于不同類型屬性的邊。屬性值主要指對(duì)象指定屬性的值。

關(guān)系： 指節(jié)點(diǎn)間的前驅(qū)后置關(guān)系。每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)基本上都不是單獨(dú)存在的，它有先行學(xué)習(xí)材料，就是前驅(qū)，也有延伸學(xué)習(xí)材料，就是后置。

（二）圖譜的架構(gòu)原理

現(xiàn)代圖譜的原型是美國(guó)康奈爾大學(xué)教授Joseph D.Novak提出的concept map ，他將這種技巧運(yùn)用在科學(xué)教學(xué)中，作為一種增進(jìn)理解的教學(xué)技術(shù)概念圖，后來概念圖在科學(xué)、工程方面的教育中很受歡迎。圖4為概念圖原型。

圖4? Concept map 原型

知識(shí)圖譜最基本的本體包括概念、概念層次、屬性、屬性值類型、關(guān)系、關(guān)系定義域及關(guān)系值域等。在此基礎(chǔ)上，我們可以添加額外規(guī)則或公理來表示模式層間更加復(fù)雜的約束關(guān)系。知識(shí)圖譜上的規(guī)則一般涉及兩大類。一類是針對(duì)屬性的，即通過數(shù)值計(jì)算來獲取其屬性值。這類規(guī)則對(duì)于那些屬性值隨時(shí)間或其他因素發(fā)生改變的情況特別有用。另一類是針對(duì)關(guān)系的，即通過（鏈?zhǔn)剑┮?guī)則發(fā)現(xiàn)實(shí)體間的隱含關(guān)系。

三、圖譜的現(xiàn)實(shí)依據(jù)

（一）圖譜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

（1）圖譜在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著公眾對(duì)自我健康的重視和環(huán)境惡化對(duì)人的健康考驗(yàn)增加，現(xiàn)代醫(yī)療的壓力越發(fā)明顯。醫(yī)護(hù)人員的數(shù)量遠(yuǎn)少于需求，因此人工智能在醫(yī)療上的運(yùn)用正在暫露頭角。醫(yī)學(xué)知識(shí)圖譜的應(yīng)用正受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)、學(xué)界的廣泛關(guān)注，有望帶來更廉價(jià)、高效、精準(zhǔn)的醫(yī)療建議和診斷。

同時(shí)，醫(yī)學(xué)知識(shí)圖譜在醫(yī)療信息搜索引擎、醫(yī)療問答系統(tǒng)、醫(yī)療決策支持系統(tǒng)等等方面有重要的作用。目前基于知識(shí)圖譜的醫(yī)療問答系正在迅速推廣中。該系統(tǒng)通過基于知識(shí)圖譜的分詞、模板匹配、模板的翻譯執(zhí)行來回答概念、實(shí)體、屬性、屬性值的模板組合問題，并將圖譜中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成推理引擎適用的推理規(guī)則，? ?再結(jié)合醫(yī)生工作站傳來的病人事實(shí)數(shù)據(jù)，輔助醫(yī)生開方。極大的減輕了醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)，更是緩解了醫(yī)患數(shù)量極度不平衡的問題。圖5為圖譜在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用。

（2）圖譜在金融行業(yè)的應(yīng)用。圖譜在金融業(yè)的應(yīng)用多種多樣，最常見的應(yīng)用是圖譜在風(fēng)控方面的應(yīng)用。最近幾年，金融欺詐的形式多種多樣，提供虛假資料，團(tuán)伙欺詐，內(nèi)外勾結(jié)等手法越來越“高明”，在這種情況下，原來通過單點(diǎn)突破進(jìn)行反欺詐的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要我們建立起一個(gè)積極有效的知識(shí)圖譜。反欺詐的核心是人，首先需要把與借款人相關(guān)的所有的數(shù)據(jù)源打通，并構(gòu)建包含多數(shù)據(jù)源的知識(shí)圖譜，從而整合成為機(jī)器可以理解的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在這里，我們不僅可以整合借款人的基本信息，還可以把借款人的消費(fèi)記錄、行為記錄、關(guān)系信息、線上日志信息等整合到反欺詐知識(shí)圖譜里，從而進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

同時(shí)，圖譜對(duì)金融行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)也起到了舉足輕重的作用。我們可以在客戶、企業(yè)、行業(yè)間建立起緊密關(guān)聯(lián)的知識(shí)圖譜，從行業(yè)關(guān)聯(lián)的維度預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)行業(yè)進(jìn)行細(xì)分，根據(jù)貸款信息、行業(yè)信息建立關(guān)系挖掘模型，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行模型的訓(xùn)練，可展示每個(gè)行業(yè)及與其關(guān)聯(lián)度最高的幾個(gè)行業(yè)，如果某一行業(yè)發(fā)生了行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)事件，我們可以及時(shí)預(yù)測(cè)未來有潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)行業(yè)，金融機(jī)構(gòu)從而可對(duì)相關(guān)行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)做出預(yù)判，盡早地發(fā)現(xiàn)并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

（二）圖譜在職業(yè)教育行業(yè)的應(yīng)用

科技的進(jìn)程日新月異，隨著各行業(yè)人工智能的廣泛參與，圖譜的應(yīng)用場(chǎng)景越來越多。職業(yè)教育中非學(xué)歷培訓(xùn)類目標(biāo)客戶，在時(shí)間和空間上限制較大，加之目標(biāo)客戶本身多為成年人，目標(biāo)性和自制力強(qiáng)，因此在線教育在職業(yè)教育領(lǐng)域占據(jù)重要領(lǐng)域，也是支持其未來成長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)之一。近幾年，在線職業(yè)教育規(guī)模持續(xù)保持18-20%的穩(wěn)定較快增長(zhǎng)，市場(chǎng)空間2016年預(yù)計(jì)達(dá)到355.6億元。

圖譜在職業(yè)教育中的應(yīng)用隨著職業(yè)教育的系統(tǒng)化，專業(yè)化而越發(fā)明顯。利用一些圖譜繪制軟件對(duì)高等職業(yè)教育的關(guān)鍵詞繪制科學(xué)知識(shí)圖譜，通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，探索高等職業(yè)教育研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和演進(jìn)，追蹤高等職業(yè)教育研究的前沿和發(fā)展趨勢(shì)。

例如科學(xué)家利用美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美博士所在團(tuán)隊(duì)開發(fā)的Citespace5.0.R2軟件來繪制我國(guó)高等職業(yè)教育研究的知識(shí)圖譜。他們把1992—2016間研究高等職業(yè)教育的9404篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后導(dǎo)入CiteSpace，以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)，以1年為一個(gè)時(shí)間分區(qū)，節(jié)點(diǎn)閾值為Top=20，即可繪制由關(guān)鍵詞和名詞短語(yǔ)組成得高等職業(yè)教育研究熱點(diǎn)聚類知識(shí)圖譜。經(jīng)過CiteSpace處理后共得到158個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)和349條連線，其結(jié)果以可視化圖譜的形式展示出來。在校學(xué)生可根據(jù)圖譜所示的結(jié)論，選擇相應(yīng)熱門的行業(yè)來進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅節(jié)約了學(xué)生選擇專業(yè)的時(shí)間，還讓學(xué)生對(duì)行業(yè)的趨勢(shì)有所了解，為他們?nèi)蘸缶蜆I(yè)選擇提供了幫助。

四、圖譜在K12教育行業(yè)的應(yīng)用

K12教育（kindergarten through twelfth grade）是指從幼兒園到高中階段的教育，這是基本囊括了國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育的完整教育體系。自2014年以來，基于K12的在線教育平臺(tái)如雨后春筍般進(jìn)入教育領(lǐng)域，給傳統(tǒng)教育領(lǐng)域帶來不小的沖擊。同時(shí)，“寬帶網(wǎng)絡(luò)校校通、優(yōu)質(zhì)資源班班通、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間人人通”等公共資源服務(wù)和教育管理公共服務(wù)平臺(tái)的建立為在線教育平臺(tái)打開了門戶。在現(xiàn)代基礎(chǔ)教育中，教育信息化普及，一些基于K12教育的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)層出不窮。如有專注于小學(xué)英語(yǔ)數(shù)學(xué)方面，提供在線學(xué)習(xí)和專項(xiàng)訓(xùn)練系統(tǒng)的“一起學(xué)習(xí)網(wǎng)”;有提供歷年考試真題和權(quán)威解答的“猿題庫(kù)”;有致力于線上實(shí)時(shí)課堂的“學(xué)而思”;有提供在線解題的“學(xué)霸君”和“小猿搜題”…….強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力讓各種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)不斷更新設(shè)計(jì)理念，力爭(zhēng)讓平臺(tái)更符合學(xué)生的認(rèn)知水平，能最大程度提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，能讓教師教學(xué)過程更具有針對(duì)性。以此為背景，基于圖譜的智學(xué)網(wǎng)教育平臺(tái)應(yīng)勢(shì)而生。

（一）傳統(tǒng)教學(xué)中教師對(duì)學(xué)生的分層方式

分層次教育的主體是以班級(jí)為主體，層次分的好壞直接影響教學(xué)效果。傳統(tǒng)的教師對(duì)學(xué)生的分層組要從以下兩個(gè)方面：

一是按照成績(jī)分層，這也是教師最常用的分層方式。但是學(xué)生的差異是客觀存在的，一味的用成績(jī)來衡量學(xué)生質(zhì)量的好壞是有失偏頗的，而且也不符合我們分層教學(xué)的初衷和意圖。我們做分層教學(xué)，并不是歧視和懷疑待優(yōu)生，而是找到不同層次學(xué)生的差異，長(zhǎng)善補(bǔ)失，最終達(dá)到所有學(xué)生共同進(jìn)步的目的。

二是按照教師自己在平時(shí)教學(xué)中的觀察分層。教師對(duì)一個(gè)學(xué)生的綜合素質(zhì)的評(píng)判以觀察到的學(xué)生在校行為為依托，這樣的判斷，主觀性臺(tái)強(qiáng)，容易受“首因效應(yīng)”的影響，又沒有客觀數(shù)據(jù)的支持，難免對(duì)學(xué)生的判斷有失公允。

（二）個(gè)性化學(xué)習(xí)中圖譜發(fā)揮的作用

個(gè)性化教育就是指通過對(duì)被教育對(duì)象進(jìn)行綜合調(diào)查、研究、分析、測(cè)試、考核和診斷，量身定制教育目標(biāo)、教育計(jì)劃、輔導(dǎo)方案和執(zhí)行管理系統(tǒng)，并且對(duì)被教育對(duì)象的學(xué)習(xí)效果有相對(duì)客觀完整的考核方案，最終使學(xué)習(xí)者形成符合自身身心智力發(fā)展規(guī)律的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

隨著對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方式，認(rèn)知能力和認(rèn)知過程的深入探究，越來越多的在線平臺(tái)開始致力于個(gè)性化教學(xué)的研究。

作者簡(jiǎn)介：萬瑛（1985-），女，漢族，湖北武漢人，華中師大一附中光谷分校，中教二級(jí)教師，中國(guó)科學(xué)院碩士在讀，研究方向：智能教育。