基于知識(shí)圖譜與跨平臺(tái)技術(shù)在“1+X”證書考證學(xué)習(xí)路徑與實(shí)踐

張景文

本文研究基于知識(shí)圖譜概念和應(yīng)用跨平臺(tái)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(duì)考試?yán)碚撝R(shí)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(shí)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(duì)理論知識(shí)掌握有明顯進(jìn)步，成績(jī)和通過率得到提升。

一、背景與問題

（一）背景

知識(shí)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(shí)理論（袁博，施運(yùn)梅，張樂，2021）。知識(shí)圖譜是基于問答系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，基于知識(shí)圖譜的各類學(xué)習(xí)平臺(tái)也是人工智能研究的自然語(yǔ)言處理技術(shù)的重點(diǎn)研究方向之一，應(yīng)用知識(shí)圖譜技術(shù)優(yōu)化學(xué)習(xí)平臺(tái)，借助它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)構(gòu)建的學(xué)習(xí)平臺(tái)目前已在教育多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?；谥R(shí)圖譜的技術(shù)支持優(yōu)化原有學(xué)科知識(shí)復(fù)習(xí)平臺(tái)可提升平臺(tái)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(guó)教育大會(huì)精神，教育部會(huì)同國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、市場(chǎng)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(jí)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(píng)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(qǐng)了Web前端（初級(jí)）和Web安全（初級(jí)）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(duì)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(duì)學(xué)習(xí)純理論知識(shí)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(duì)“1+X”學(xué)習(xí)過程忽視對(duì)體系化知識(shí)的掌握，知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)結(jié)不緊密，碎片化嚴(yán)重，影響學(xué)生對(duì)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(shí)圖譜與跨平臺(tái)技術(shù)移動(dòng)端學(xué)習(xí)平臺(tái)。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(tái)，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(shí)圖譜與跨平臺(tái)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(shí)圖譜的概念，也可視為一種用于映射我們客觀世界的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，通過其中蘊(yùn)含關(guān)系模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界關(guān)系模型梳理與建模。知識(shí)圖譜技術(shù)最初用于提高谷歌搜索引擎的效率。知識(shí)圖譜包括了本體構(gòu)造、知識(shí)抽取和關(guān)系抽取、知識(shí)推理和關(guān)系推理等（劉嶠 等，2016）。應(yīng)用知識(shí)圖譜技術(shù)構(gòu)建一般采用自動(dòng)或半自動(dòng)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(shí)，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(shí)融合、知識(shí)加工三個(gè)階段（徐增林 等，2015）。基于知識(shí)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(shí)圖譜智能問答系統(tǒng)，將學(xué)校使用的移動(dòng)端理論復(fù)習(xí)題庫(kù)進(jìn)行“智慧化”改造，將原來答題模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛谥R(shí)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(shí)庫(kù)以及知識(shí)圖譜模板問答學(xué)習(xí)模式出現(xiàn)，將處理對(duì)象的知識(shí)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(shí)結(jié)構(gòu)，解決了原來理論學(xué)習(xí)不成體系、知識(shí)凌亂等問題。

采用微信公眾號(hào)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(tái)，主要因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)+發(fā)展迅速，純?cè)_發(fā)的時(shí)間成本較大。而微信是一種多平臺(tái)使用的軟件框架，使用微信平臺(tái)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(tái)框架的思路。本文也使用設(shè)計(jì)框架思路，解決跨平臺(tái)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(dòng)平臺(tái)從微信公眾號(hào)擴(kuò)展到小程序和微信網(wǎng)頁(yè)。安卓手機(jī)、平板、IOS手機(jī)、PC都能支持同一賬號(hào)通用登錄及使用。本文提出的平臺(tái)可在許多應(yīng)用，例如小程序、公眾號(hào)后臺(tái)、微信網(wǎng)頁(yè)中獲得同一學(xué)生賬號(hào)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(shí)圖譜的圖像和數(shù)據(jù)支撐。借助微信平臺(tái)和平臺(tái)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(tái)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(chǔ)著用戶的信息孤島）整合成有用的個(gè)人信息畫像。平臺(tái)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(shí)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(tái)功能介紹

該平臺(tái)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(shí)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(shí)圖譜的用戶個(gè)人客戶畫像知識(shí)聚合，為用戶提供精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)參考方案（圖1）。平臺(tái)為使用“1+X”證書的理論復(fù)習(xí)考生快速遍歷知識(shí)點(diǎn)，提醒用戶存在哪些知識(shí)盲點(diǎn)并進(jìn)行推送。主動(dòng)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(shí)點(diǎn)練習(xí)，學(xué)生選擇知識(shí)點(diǎn)練習(xí)，隨機(jī)抽取試卷進(jìn)行模擬練習(xí)；②成績(jī)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(shí)圖譜復(fù)習(xí)模式，個(gè)性化地推送“1+X”考證的理論知識(shí)。

該系統(tǒng)采用前端框架微信公眾號(hào)，后端 Servlet 技術(shù)，編程語(yǔ)言PHP，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，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(kù)、知識(shí)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(jí)學(xué)習(xí)情況、標(biāo)注個(gè)體的學(xué)情。

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

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

（五）關(guān)鍵技術(shù)

在公眾號(hào)的問答系統(tǒng)中，學(xué)生輸入知識(shí)性的問題，在意圖識(shí)別之后，對(duì)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(duì)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(shí)庫(kù)中的 RDF用SQL語(yǔ)句調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)存放的知識(shí)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?cè)诤笈_(tái)題庫(kù)也采取三元組對(duì)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(duì)某些知識(shí)點(diǎn)掌握的問題，在進(jìn)行知識(shí)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(tái)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(shí)圖譜技術(shù)后，課程學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)課程知識(shí)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(duì)比證明，知識(shí)圖譜的課程平臺(tái)較好解決了以前存在的知識(shí)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(shí)之間的學(xué)習(xí)和記憶，大大提升了學(xué)員對(duì)各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握度。自2020年平臺(tái)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(dòng)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(shí)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(tái)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(tái)的應(yīng)用進(jìn)行推廣，同時(shí)本平臺(tái)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(dòng)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(hào)的移動(dòng)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(jí)理論”“計(jì)算機(jī)一級(jí)理論”“英語(yǔ)一級(jí)理論”“汽車維修工中級(jí)”“數(shù)控車工中級(jí)”“數(shù)控銑工中級(jí)”等考試題目。目前該平臺(tái)積極在學(xué)生考證中進(jìn)行探索，在計(jì)算機(jī)一級(jí)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(duì)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(yǔ)

基于知識(shí)圖譜與微信公眾號(hào)的智能平臺(tái)是對(duì)“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(kù)、整理知識(shí)圖譜的模板、創(chuàng)建班級(jí)、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(dòng)態(tài)，對(duì)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(shí)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(shí)圖譜的自動(dòng)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(dòng)教與學(xué)知識(shí)服務(wù)智能性和效率，對(duì)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