面向智能教育的多模態(tài)課程知識(shí)圖譜建構(gòu)與應(yīng)用研究

金靈巧　林希希

關(guān)鍵詞：智能教育；多模態(tài)課堂；知識(shí)圖譜

目前，基于AI 的高速發(fā)展，在教育發(fā)展中，智慧教育成為引領(lǐng)趨勢(shì)。教育部原副部長(zhǎng)、中國教育國際交流協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)劉利民指出，智慧教育是人工智能與教育的融合，實(shí)施智慧教育是創(chuàng)建教育參與者的智慧伙伴[1]；教育部國家語委中國語言文字智能研究中心主任周建設(shè)教授則進(jìn)一步明確，智能教育不是簡(jiǎn)單的兩個(gè)領(lǐng)域相加，而是融合在一起的深度[2]。在多媒體技術(shù)不斷發(fā)展成熟的今天，多模態(tài)課程逐步走入智能教育領(lǐng)域，促進(jìn)了教育信息化的順利推進(jìn)，為學(xué)生們提供了多種多樣的學(xué)習(xí)資源以及途徑，這對(duì)于學(xué)生的發(fā)展是有利的。

雖然學(xué)生的知識(shí)獲取途徑變得多樣，但這種多模態(tài)的資源大部分都是單獨(dú)存在、單獨(dú)使用的，這使得學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解貫通變得十分不易。大學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)大量且細(xì)碎，知識(shí)框架如思維導(dǎo)圖等大多數(shù)是章節(jié)的形式，書中一些精細(xì)的知識(shí)點(diǎn)及各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系不能一目了然，學(xué)生每周只有短短的一兩節(jié)課的時(shí)間去獲取知識(shí)，大多數(shù)時(shí)間都是自己去梳理、理解并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，這對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)十分不利。因此，需要通過構(gòu)建知識(shí)圖譜來促進(jìn)智能教育在實(shí)際教學(xué)的發(fā)展。如果不能消化相關(guān)的知識(shí)，那么后續(xù)的學(xué)習(xí)質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重的影響，還有可能會(huì)影響到學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

知識(shí)圖譜具有較強(qiáng)的語義表達(dá)能力、推理能力和存儲(chǔ)能力，為大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)知識(shí)化組織和智能化應(yīng)用提供了行之有效的解決方案。所以在這幾年的教學(xué)中，知識(shí)圖譜的運(yùn)用是大家非常關(guān)注的。比如，清華大學(xué)的研究人員就用知識(shí)圖譜技術(shù)來表現(xiàn)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的知識(shí)，并在大數(shù)據(jù)時(shí)代將其運(yùn)用到智慧課堂中，構(gòu)造出基礎(chǔ)教育知識(shí)圖譜，不斷為智能教育提供知識(shí)動(dòng)能。所以，多模態(tài)課程知識(shí)圖譜的構(gòu)建不但能夠提高教學(xué)效率，更是實(shí)現(xiàn)智能教育的一項(xiàng)特別重要的研究工作，各個(gè)高校應(yīng)該積極地進(jìn)行運(yùn)用，進(jìn)而發(fā)揮出多模態(tài)課程知識(shí)圖譜的價(jià)值。

一、多模態(tài)課程學(xué)習(xí)

（一）多模態(tài)學(xué)習(xí)

生活中復(fù)雜的對(duì)象一般可以利用多模態(tài)信息加以描述，多模態(tài)學(xué)習(xí)在應(yīng)用場(chǎng)景中廣泛存在，比如網(wǎng)頁里包含著文字、圖片和超鏈接等信息；視頻則可以拆分為圖片、音頻和文字；手機(jī)應(yīng)用從不同方面收集信息并進(jìn)行分析等等。各類事物都可以通過不同模式的信息來加以描述，各種模式的信息都定義為一種模態(tài)。通過多模態(tài)，數(shù)據(jù)可以以更豐富的形式來被表示，基于多模態(tài)方式的學(xué)習(xí)，獲取的信息資源會(huì)更加豐富。在這種情況之下，原本枯燥乏味的專業(yè)知識(shí)可能會(huì)被賦予新的靈魂，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生們進(jìn)行系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，有效地開展后續(xù)的教育教學(xué)工作，高效地發(fā)揮出教育教學(xué)的價(jià)值，為社會(huì)輸送高素質(zhì)的人才。

（二）多模態(tài)課程學(xué)習(xí)

智能教育是以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)為前提條件所搭建的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，在智能教育的大環(huán)境下，知識(shí)以各種模態(tài)出現(xiàn)在我們眼前，視聽、空間感受等多方面感受都是信息的來源，這些感受對(duì)應(yīng)到其相應(yīng)的信息所呈現(xiàn)的形式上，那么可以歸納為文字、圖片、音頻、視頻甚至是實(shí)物等等。在教育中，授課方式與學(xué)習(xí)方式是兩個(gè)極其重要的方面?？萍歼M(jìn)步，使教學(xué)方法推陳出新，不再局限于傳統(tǒng)的板書、課件，還包括視頻、圖片等，甚至于還有翻轉(zhuǎn)課堂等形式，提高了課堂的靈活度。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的高速發(fā)展，多媒體技術(shù)也得到了更多的應(yīng)用。各個(gè)高等院校教師在教學(xué)的過程中都會(huì)積極地進(jìn)行多媒體教學(xué)，這也是多模態(tài)課程的教學(xué)方式之一，這種教學(xué)形式通過不斷地完善，使得學(xué)生們對(duì)其接受程度也很高，以此提升了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效率。此外，多媒體教學(xué)相較于傳統(tǒng)的教育教學(xué)而言，具有很多的優(yōu)勢(shì)。例如，教師不再需要繁重的板書來講解知識(shí)，而是通過課下進(jìn)行課件準(zhǔn)備，在課堂上進(jìn)行詳細(xì)的講解，將更多的時(shí)間及精力放置在提升教學(xué)效率之上，在這種氛圍下，學(xué)校內(nèi)部的教學(xué)質(zhì)量會(huì)得到提升，為學(xué)校樹立良好的聲譽(yù)，吸引更加優(yōu)秀的學(xué)生。

（三）多模態(tài)課程學(xué)習(xí)的弊端

老師的課件是目前學(xué)生在課后復(fù)習(xí)時(shí)最主要的資源，但課件主要是輔助老師教學(xué)，以一個(gè)大體框架的形式來引導(dǎo)這節(jié)課的進(jìn)度，大多數(shù)課件呈現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)是概括性的，缺少在課堂上教師補(bǔ)充的詳細(xì)解讀，這很容易導(dǎo)致如果學(xué)生上課沒有掌握知識(shí)點(diǎn)，等到課后再復(fù)習(xí)，就更難理解了，但邊聽課邊記筆記，聽課質(zhì)量又會(huì)受到影響?；诟黝惥€上學(xué)習(xí)平臺(tái)的出現(xiàn)，學(xué)生獲取的知識(shí)冗雜，學(xué)習(xí)整合起來極其復(fù)雜。在這種情況之下，可能會(huì)出現(xiàn)本末倒置的結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)生的課業(yè)量增加，增大了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。

二、多模態(tài)課程知識(shí)圖譜的構(gòu)建

（一）多模態(tài)課程知識(shí)圖譜

目前，學(xué)生獲取知識(shí)的方式也不再局限于上課這一環(huán)節(jié)，還包括各類線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，例如：中國高校MOOC、智慧樹等平臺(tái)。獲取渠道的增多也就意味著知識(shí)量的增加，而知識(shí)量的增加則意味著學(xué)生吸納整合知識(shí)的難度上升，但通過構(gòu)建知識(shí)圖譜，可以有效地解決這個(gè)問題，提高整體學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，以上的多模態(tài)課程內(nèi)部分類比較詳細(xì)，學(xué)生們的學(xué)習(xí)會(huì)更加具有針對(duì)性，學(xué)生們可以尋找自身的缺陷，并積極地進(jìn)行學(xué)習(xí)，保證自身能力提升效果更加顯著。

知識(shí)圖譜本質(zhì)上是由實(shí)體－關(guān)系－實(shí)體組成的語義知識(shí)庫，通過有向圖的形式對(duì)概念和概念之間的關(guān)系進(jìn)行描述[3]。通過尋找知識(shí)點(diǎn)之間的不同與相同之處，或者其相互之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)與梳理。構(gòu)建知識(shí)圖譜，能夠?qū)⒏黝愔R(shí)以一種更加清晰的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

例如刑法學(xué)中，包含了大量罪名的概念、構(gòu)成特征以及罪名的認(rèn)定，知識(shí)圖譜從它們之間相似的角度解析各類知識(shí)，將知識(shí)點(diǎn)以實(shí)體－關(guān)系－實(shí)體的形式連接成有向網(wǎng)絡(luò)圖，從而直觀地表示知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系以及它們之前的差異，便于知識(shí)點(diǎn)的理解與拓展。

（二）多模態(tài)課程知識(shí)圖譜的構(gòu)建

構(gòu)建一個(gè)知識(shí)圖譜系統(tǒng)，需要建立一個(gè)多層級(jí)知識(shí)體系，先通過定義、組織、管理數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)關(guān)系等信息，將信息轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)庫；再將來源不同卻又重合的知識(shí)信息融合在一起；然后利用圖譜資料將不同來源、不同結(jié)構(gòu)的信息資料進(jìn)行整合，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（解析）、知識(shí)標(biāo)引、知識(shí)推理等，保障數(shù)據(jù)的有效性和完整性[4]；最后建立合理、靈活、多樣化及可拓展性強(qiáng)的知識(shí)存儲(chǔ)方案，適用于不同的場(chǎng)景。在構(gòu)建知識(shí)圖譜需提供圖譜檢索、知識(shí)計(jì)算、圖譜可視化等，并提供各類知識(shí)計(jì)算的SDK，以此構(gòu)建多模態(tài)知識(shí)圖譜。

多模態(tài)知識(shí)圖譜的構(gòu)建需做到以下幾點(diǎn)：

①先將來源于大綱、教材及網(wǎng)絡(luò)資源等途徑的信息組合成教案，對(duì)整合后的教案中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉，設(shè)計(jì)出具有屬性的知識(shí)點(diǎn)；然后，把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系串聯(lián)起來，通過知識(shí)的融會(huì)貫通，形成清晰的語義網(wǎng)絡(luò)；最后利用可視化工具，如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，生成比較完整的多模態(tài)課程知識(shí)圖譜。[5-6]

②知識(shí)獲取。識(shí)別來自整合完成的各個(gè)課程教學(xué)模塊教案的主要內(nèi)容，提取課程中的重要內(nèi)容，包括其概念、定義、拓展知識(shí)、關(guān)聯(lián)案例等，還包括思考題、復(fù)習(xí)題、課堂練習(xí)、課外作業(yè)、大作業(yè)、論述題等一些考試資源。通過考題來鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)，并分類整合各個(gè)知識(shí)要點(diǎn)和關(guān)聯(lián)資源[7]。如在“刑法學(xué)”這一模塊的教學(xué)中，從刑法概說、基本原則、適用范圍三個(gè)方面了解刑法的基礎(chǔ)理論；通過刑法概念、刑法淵源以及刑法的分類了解刑法學(xué)的知識(shí)體系、學(xué)習(xí)的范圍和運(yùn)用。還可將知識(shí)點(diǎn)延伸到相關(guān)司法解釋、現(xiàn)實(shí)中適用相關(guān)法條的案例以及各類罪名的差異。[8]

③知識(shí)點(diǎn)屬性設(shè)計(jì)。給各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行屬性設(shè)計(jì)，標(biāo)識(shí)知識(shí)點(diǎn)其所屬于模塊、知識(shí)點(diǎn)類型、基本概念、拓展知識(shí)、關(guān)聯(lián)案例等基本特性，還可以標(biāo)注教學(xué)目標(biāo)、對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)情況的教學(xué)要求、該知識(shí)的重點(diǎn)程度、理解的難易程度等。

④融合知識(shí)。融合多個(gè)來源、互有關(guān)聯(lián)的知識(shí)信息，使各個(gè)知識(shí)的體系更加全面。

⑤關(guān)聯(lián)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，各類知識(shí)點(diǎn)也存在前后關(guān)聯(lián)，構(gòu)建知識(shí)圖譜的重要點(diǎn)在于掌握知識(shí)點(diǎn)之間承前啟后的關(guān)系，以及各類知識(shí)點(diǎn)的相同與不同。在關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系時(shí)，要求在含義或語義上確定各知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，明確關(guān)系名稱，區(qū)分語義關(guān)系的種類[9]。

（三）多模態(tài)知識(shí)圖譜的拓展

通過構(gòu)建知識(shí)圖譜，實(shí)行可視化學(xué)習(xí)，可以構(gòu)建一個(gè)互動(dòng)性較強(qiáng)的知識(shí)圖譜。學(xué)生可以通過此知識(shí)圖譜更好地獲取理解知識(shí)，而教師可以通過此知識(shí)圖譜，調(diào)整課堂講解形式，還可以通過此知識(shí)圖譜的反饋獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，讓教師對(duì)于自己的教學(xué)效果有一個(gè)更直觀地了解。

三、多模態(tài)課程知識(shí)圖譜的應(yīng)用

（一）多模態(tài)課程知識(shí)圖譜應(yīng)用的益處

將多模態(tài)課程知識(shí)圖譜應(yīng)用到智能教育領(lǐng)域，以多模態(tài)課程知識(shí)圖譜為導(dǎo)引，為學(xué)生和老師提供多模態(tài)的教學(xué)環(huán)境，會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率大大提高?；诖?，在教學(xué)過程中，會(huì)產(chǎn)生多模態(tài)的互動(dòng)，比如教師與學(xué)生之間的互動(dòng)、學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的互動(dòng)、教師與教學(xué)內(nèi)容之間的互動(dòng)等，有效提升學(xué)生們的課堂參與度[10]。在如此多模式的課程教學(xué)環(huán)境下，對(duì)于教師來說，課程創(chuàng)新余地更大；對(duì)于學(xué)生來說，學(xué)習(xí)熱情也會(huì)被極力地提高。

（二）多模態(tài)課程知識(shí)圖譜可視化功能

由于通用知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)大多來源于網(wǎng)絡(luò)、百科全書等，具有數(shù)據(jù)量大的特性，而行業(yè)知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)具有一定的領(lǐng)域性，容易被提取出來，所以構(gòu)建多模態(tài)知識(shí)圖譜可以將兩者結(jié)合起來，使大量知識(shí)都顯示于知識(shí)圖譜上，且易被教師及學(xué)生提取出來。通過有向圖的形式呈現(xiàn)知識(shí)，且增加在學(xué)習(xí)某一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以通過兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，從而學(xué)習(xí)到另一個(gè)知識(shí)點(diǎn)[11-12]。

（三）多模態(tài)課程知識(shí)圖譜應(yīng)用

在智能教育的大背景下，教學(xué)應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容，通過整體的知識(shí)圖譜，構(gòu)建針對(duì)本內(nèi)容的子知識(shí)圖譜，子知識(shí)圖譜中應(yīng)包含來自多渠道的資源；將子知識(shí)圖譜中的知識(shí)點(diǎn)作為重點(diǎn)講解內(nèi)容，使課堂教學(xué)的內(nèi)容和形式通過知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)信息或相似、易混等方面的信息進(jìn)行編排。多模態(tài)課程知識(shí)圖譜為智能教學(xué)提供了便捷的形式，豐富了其資源。該知識(shí)圖譜可將相應(yīng)信息增添到對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)所在的知識(shí)圖譜位置上，能夠?yàn)閷W(xué)生在自主學(xué)習(xí)或課后復(fù)習(xí)時(shí)提供重要參考，實(shí)現(xiàn)知識(shí)之間的融會(huì)貫通，同時(shí)也能幫助教師使課堂流程更加清晰化，提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的吸收程度[13-14]。

四、結(jié)束語

在人工智能走向教育行業(yè)的大背景下，多模態(tài)課程學(xué)習(xí)與知識(shí)圖譜的交互作用，能在教學(xué)上為智能教育提供輔助。本文對(duì)多模態(tài)課程的知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用有關(guān)的問題做了相關(guān)分析，以課程知識(shí)點(diǎn)為主體，以教材、輔助學(xué)習(xí)書籍、網(wǎng)絡(luò)上提取相關(guān)內(nèi)容以及相關(guān)資源等為基礎(chǔ)，構(gòu)建多模態(tài)課程知識(shí)圖譜，并在實(shí)際教學(xué)中加以應(yīng)用。教師可以進(jìn)行更有效的多模式、智能化的課堂教學(xué)，使學(xué)生能更加高效地學(xué)習(xí)和吸納知識(shí)。構(gòu)建互動(dòng)性較強(qiáng)的知識(shí)圖譜，能夠使智能教育發(fā)揮更大的作用，將智能應(yīng)用在學(xué)習(xí)的方方面面，實(shí)現(xiàn)真正的智能化學(xué)習(xí)。

作者單位：金靈巧 三亞學(xué)院 財(cái)經(jīng)學(xué)院 林希希 三亞學(xué)院 法學(xué)院