多模態(tài)知識圖譜支持下智慧學(xué)習(xí)者畫像構(gòu)建和精準教學(xué)的應(yīng)用研究

摘要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，教育領(lǐng)域逐漸向智能化轉(zhuǎn)型，通過先進的技術(shù)手段來構(gòu)建學(xué)習(xí)者畫像，為個性化教學(xué)提供支撐。在高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程中，智慧學(xué)習(xí)者畫像的應(yīng)用為教學(xué)創(chuàng)新提供了新的方向。以智慧學(xué)習(xí)者畫像為研究對象，在人工智能背景下，以高職院?！按髷?shù)據(jù)金融”課程為例，探討如何借助智能技術(shù)促進個性化、精準化教學(xué)的實施，并對高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)課程的教學(xué)創(chuàng)新實踐展開研究。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)者畫像；多模態(tài)知識圖譜；智慧學(xué)習(xí)；教學(xué)創(chuàng)新

一、前言

隨著機器學(xué)習(xí)和知識圖譜等人工智能技術(shù)的快速進步，越來越多的研究者將這些技術(shù)引入教育領(lǐng)域，提出了教育知識圖譜等相關(guān)概念。人才培養(yǎng)新模式的核心在于智慧學(xué)習(xí)的實施，而智慧學(xué)習(xí)的首要步驟是對學(xué)習(xí)者畫像的精準描述。本文基于多模態(tài)知識圖譜，結(jié)合智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性，旨在為高職院校中的學(xué)習(xí)者建立準確的畫像，從而實現(xiàn)精準教學(xué)的目標(biāo)。

二、研究現(xiàn)狀

（一）多模態(tài)知識圖譜概述

知識圖譜用于描述世界中的概念、實體、事件及其關(guān)系，它本質(zhì)上是由實體、屬性等構(gòu)成的節(jié)點，以及它們之間的語義關(guān)系構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖。隨著大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，研究者開始整合文本、視覺、聽覺、觸覺等不同模態(tài)的信息，形成多模態(tài)知識圖譜（Multi-modal knowledge graph，MMKG）。多模態(tài)知識圖譜使得實體的數(shù)據(jù)類型不再是單獨的文本，它提升了語義理解的深度和系統(tǒng)性能，從而提高了知識利用效率。在對多模態(tài)知識圖譜的理解上，業(yè)界的關(guān)注點各有不同。Zheng等人認為，多模態(tài)知識圖譜的構(gòu)建方式主要有兩種：一種是在已有單模態(tài)知識圖譜基礎(chǔ)上，通過多模態(tài)技術(shù)擴展實體類型；另一種是分別構(gòu)建文本、圖片、音頻等單模態(tài)知識圖譜，再通過技術(shù)融合形成多模態(tài)知識圖譜。李華昱等人認為區(qū)別于傳統(tǒng)知識圖譜，多模態(tài)知識圖譜強調(diào)實體與實體之間語義關(guān)系的構(gòu)建，提升了圖譜的表現(xiàn)力度和應(yīng)用廣度[1]。當(dāng)前，我國對多模態(tài)知識圖譜的研究主要在軍事、農(nóng)業(yè)、地理、人工智能等方面。

（二）智慧學(xué)習(xí)概述

智慧學(xué)習(xí)是指人基于自身特征并結(jié)合環(huán)境的學(xué)習(xí)行為[2]。國外學(xué)者最初將智慧學(xué)習(xí)的研究重心放在利用技術(shù)來支持學(xué)習(xí)者，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)的目標(biāo)。國內(nèi)學(xué)者認為，智慧學(xué)習(xí)是在智慧環(huán)境即學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持下，學(xué)習(xí)者根據(jù)自身需求獲取資源，進行個性化學(xué)習(xí)，從而得到最有效的教師指導(dǎo)，并迅速構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)者畫像被認為是實現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)的“必要條件”，它最早由Alan Cooper 提出，并在其研究中稱之為“用戶角色”。這種概念最初用于軟件開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，通過細致描繪目標(biāo)用戶的需求、目標(biāo)、行為和痛點，為產(chǎn)品設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)?！皩W(xué)習(xí)者畫像”是“用戶角色”概念在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，它用來反映學(xué)習(xí)者的行為特征和信息，包括個人基本信息、情感需求和學(xué)習(xí)動機。通過識別并分類學(xué)習(xí)者，為學(xué)習(xí)者提供精準的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗[3]。

三、學(xué)習(xí)者畫像構(gòu)建對高職院校人才培養(yǎng)的重要性

《中國教育現(xiàn)代化2035》明確提出，要利用現(xiàn)代技術(shù)推動人才培養(yǎng)模式的改革，實現(xiàn)大規(guī)模教育與個性化培養(yǎng)的有效結(jié)合[4]。高職院校是以企業(yè)崗位為導(dǎo)向進行人才培養(yǎng)，在當(dāng)前人工智能技術(shù)和信息化蓬勃發(fā)展的時代，高職院校的人才培養(yǎng)模式更應(yīng)該符合企業(yè)和時代的需求，培養(yǎng)出產(chǎn)業(yè)復(fù)合型人才、創(chuàng)新創(chuàng)造型人才、高素質(zhì)技能型人才。

學(xué)習(xí)者畫像的構(gòu)建不僅可以優(yōu)化教學(xué)過程，提高學(xué)習(xí)效果，還能支持教育技術(shù)的個性化定制，使得教育資源能夠更好地與學(xué)習(xí)者的需求對接，促進教育公平和質(zhì)量的提升。學(xué)習(xí)者畫像通過整合多種數(shù)據(jù)來源，提供了對學(xué)生學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)成績的深刻洞察，使教師能夠獲得更為全面和立體的學(xué)生畫像。通過引入學(xué)習(xí)者畫像技術(shù)，教師能夠基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，更精確地識別學(xué)生的優(yōu)勢與不足，對學(xué)生進行更加科學(xué)和系統(tǒng)的評價。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的評估，教育者可以更早地發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能遇到的問題，從而及時采取干預(yù)措施。通過構(gòu)建學(xué)習(xí)者畫像，實現(xiàn)學(xué)生、教師和企業(yè)的協(xié)同合作，從而推動教學(xué)改革，實現(xiàn)教學(xué)的升級。

四、多模態(tài)知識圖譜下學(xué)習(xí)者畫像的構(gòu)建

（一）模型介紹

在了解多模態(tài)知識圖譜和智慧學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，本文對學(xué)習(xí)者畫像的構(gòu)建提出了4個層級，如圖1所示，即基礎(chǔ)層、支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層，來共同構(gòu)建多模態(tài)知識圖譜下高職院校智慧學(xué)習(xí)者畫像。第一層是基礎(chǔ)層，是以學(xué)習(xí)環(huán)境為基點，支持學(xué)習(xí)者進行建構(gòu)性學(xué)習(xí)的條件集合，在本研究中主要包括硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和智能環(huán)境。第二層是支撐層，支撐層是模型構(gòu)建的關(guān)鍵，其重點是以多模態(tài)知識圖譜為研究方法收集到的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進行清洗、篩選、分析、歸納、編號等方式，來補充并完善高職院校的學(xué)習(xí)者畫像。第三層是服務(wù)層，一方面模型的構(gòu)建離不開學(xué)習(xí)者畫像和學(xué)習(xí)者路徑的支持，另一方面模型的服務(wù)對象為高職學(xué)習(xí)者。第四層為應(yīng)用層，模型的核心目的在于通過學(xué)習(xí)反饋和學(xué)習(xí)評價，來幫助高職院校開展針對不同學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)活動。

（二）學(xué)習(xí)環(huán)境

學(xué)習(xí)環(huán)境作為基礎(chǔ)層，主要由三個部分構(gòu)成：硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和智能環(huán)境。硬件環(huán)境包括了各種終端設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)以及集中控制終端等基礎(chǔ)設(shè)施。軟件環(huán)境則指的是支持智能學(xué)習(xí)的各類學(xué)習(xí)資源和工具。智能環(huán)境則側(cè)重于在學(xué)習(xí)過程中采用有效的學(xué)習(xí)方法和策略，以促進學(xué)習(xí)活動的順利進行[5]。

本研究的對象為重慶財經(jīng)職業(yè)學(xué)院大數(shù)據(jù)與會計專業(yè)的學(xué)生。隨著智慧課堂理念的深入推廣，交互式多媒體教學(xué)系統(tǒng)與課堂教學(xué)的有效結(jié)合已經(jīng)成為教學(xué)的必要手段。通過智能技術(shù)和平臺的應(yīng)用，創(chuàng)造了學(xué)生與教師之間即時互動的教學(xué)環(huán)境。

“智慧課堂”是一個基于大數(shù)據(jù)的個性化教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過收集數(shù)據(jù)、決策支持、評估教學(xué)三位一體的路徑，能夠有效提高課堂教學(xué)效果。即前期動態(tài)地收集并分析學(xué)生學(xué)習(xí)書，通過挖掘數(shù)據(jù)價值，幫助教師做出更精確的決策判斷。同時，智慧課堂還鼓勵學(xué)生進行個性化的自主學(xué)習(xí)，讓他們在自己的學(xué)習(xí)路徑上靈活探索，充分發(fā)揮其潛能。此外，智能教室的配備也進一步增強了學(xué)習(xí)的互動性。通過學(xué)習(xí)平臺和交互式白板，促進了教師與學(xué)生之間的多元互動。這種技術(shù)不僅提升了課堂的活躍度，還增強了學(xué)生的參與感，使他們能夠更加主動地投入學(xué)習(xí)中。這一新型教育模式不僅提升了教學(xué)的效率和質(zhì)量，也為學(xué)生的個性化發(fā)展和自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了更為有利的條件，最終推動了教育的現(xiàn)代化進程。

（三）數(shù)據(jù)集：多模態(tài)知識圖譜

作為支撐層，數(shù)據(jù)集是模型的關(guān)鍵部分。本研究的數(shù)據(jù)來源于線上學(xué)習(xí)平臺，如智慧樹、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，以及線下教學(xué)活動中的課堂互動、即時問答、隨堂練習(xí)等活動。

高職學(xué)習(xí)者職業(yè)能力數(shù)據(jù)采集包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，主要來源于智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)和其他信息系統(tǒng)，如圖2所示。

靜態(tài)數(shù)據(jù)指學(xué)生的基本信息（如學(xué)院、專業(yè)、學(xué)號、姓名、性別等）[5]。動態(tài)數(shù)據(jù)則由線上線下產(chǎn)生的三類數(shù)據(jù)組成：知識掌握測試數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)者問卷數(shù)據(jù)。知識掌握測試數(shù)據(jù)由兩部分組成：作業(yè)數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)。作業(yè)數(shù)據(jù)包括課后作業(yè)和作業(yè)質(zhì)量，測試數(shù)據(jù)包含課堂測驗、專項測驗等。學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)主要包括課堂行為數(shù)據(jù)和在線行為數(shù)據(jù)。課堂行為數(shù)據(jù)包括主動發(fā)言、發(fā)言質(zhì)量、匯報演說、協(xié)作討論。在線行為數(shù)據(jù)包括視頻學(xué)習(xí)、資源訪問。學(xué)習(xí)者問卷數(shù)據(jù)包含學(xué)習(xí)者滿意度問卷和知識掌握程度問卷。

由于不同類別的特征數(shù)據(jù)對職業(yè)能力的影響程度各異，因此，在高職學(xué)生畫像模型的建立過程中，需要識別出真正關(guān)鍵的特征，以便構(gòu)建有效的學(xué)習(xí)者畫像模型。考慮到數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化特性，必須對數(shù)據(jù)進行適當(dāng)處理。在學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)者問卷數(shù)據(jù)處理中，需要通過清洗及編碼的形式來進行預(yù)處理，處理方式如圖3所示。

（四）高職學(xué)習(xí)者畫像

學(xué)習(xí)者畫像是在數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，基于不同的學(xué)習(xí)者特征要素建模。畫像構(gòu)建中，學(xué)習(xí)者特征的選取主要可以分為三類：靜態(tài)特征、動態(tài)特征和結(jié)果特征[6]。靜態(tài)特征主要是指學(xué)習(xí)者的個人基本特征，這些特征通常在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定，如教育背景、興趣愛好等。動態(tài)特征則指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的行為特征，如課堂參與度、學(xué)習(xí)進程等。結(jié)果特征最能直觀反映學(xué)習(xí)者的最終成果，如考試成績、學(xué)業(yè)水平等。本文的研究對象是高職學(xué)習(xí)者，高職院校培養(yǎng)人才的模式是以社會需求和職業(yè)素養(yǎng)為導(dǎo)向。因此本文高職學(xué)習(xí)者畫像主要包括兩個方面：崗位所需專業(yè)能力和職業(yè)基本素養(yǎng)。

崗位專業(yè)能力是評估一個人是否具備從事特定職業(yè)的重要依據(jù)，是個體在特定崗位上高效完成工作的基礎(chǔ)。它從專業(yè)知識、專業(yè)技能和專業(yè)判斷這三個方面反映了學(xué)生在該崗位上的基本能力水平。專業(yè)知識涵蓋行業(yè)相關(guān)理論，專業(yè)技能涉及實際操作，而專業(yè)判斷則強調(diào)在復(fù)雜情境下做出有效決策的能力。職業(yè)基本素養(yǎng)是評估學(xué)生在特定崗位工作能力的另一個重要方面，涵蓋職業(yè)選擇、時間管理和工作規(guī)劃等方面。職業(yè)基本素養(yǎng)不僅關(guān)系到學(xué)生的適應(yīng)能力，還包括學(xué)習(xí)能力、溝通能力、團隊協(xié)作能力及解決問題的能力。

（五）個性化學(xué)習(xí)

個性化學(xué)習(xí)是該模型的最后一層，即應(yīng)用層。它是在收集數(shù)據(jù)并形成精準的學(xué)習(xí)者畫像后，教師將基于這些畫像進行個性化干預(yù)。這種學(xué)習(xí)方式旨在根據(jù)每位學(xué)生的個體差異和特點，提供量身定制的教學(xué)內(nèi)容和方法，以滿足學(xué)生的需求、適合學(xué)生的能力，從而使學(xué)習(xí)更加有效和高效。

在個性化學(xué)習(xí)過程中，教師通過深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、興趣和需求，設(shè)計出適合每個學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)計劃。這種方法強調(diào)學(xué)生的個體發(fā)展與差異化，充分考慮每個學(xué)生的興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格。此外，個性化教學(xué)模式還需對學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進行準確評估，以便為學(xué)生和教師提供反饋信息，并制定有效的個性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，即教師和學(xué)生都需要對學(xué)生自己進行教學(xué)評估。通過個性化教學(xué)評估，教師可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生能全面了解自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)。學(xué)習(xí)平臺通過教師和學(xué)生的雙向評估路徑，來為學(xué)生智能地推薦適合的相關(guān)學(xué)習(xí)服務(wù)，并提供后續(xù)資源。

五、高職院?！按髷?shù)據(jù)金融”課程智慧教學(xué)實踐策略

高職院校在開展“大數(shù)據(jù)金融”課程的智慧教學(xué)實踐中，可以采用線上線下混合教學(xué)模式。一方面利用學(xué)習(xí)通、智慧樹等在線平臺發(fā)布金融類專業(yè)課程資源、視頻講座和問題討論區(qū)，讓學(xué)生可以根據(jù)自身興趣和學(xué)習(xí)能力來自主選擇難度不同的資源進行學(xué)習(xí)。另一方面，在線下教學(xué)課程實踐中，強調(diào)智慧型自主學(xué)習(xí)，即引入真實的金融數(shù)據(jù)和案例，讓學(xué)生通過已學(xué)的大數(shù)據(jù)分析軟件，如Python、R、Tableau等，來處理數(shù)據(jù)并做出可視化分析圖。項目驅(qū)動學(xué)習(xí)法可以鼓勵學(xué)生自由組隊并選擇不同項目。

教師需要對線上線下學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行評估，利用在線測驗和課堂投票工具實時收集學(xué)生反饋，調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，并根據(jù)學(xué)生的興趣和能力進行差異化評估，制定個性化學(xué)習(xí)計劃。同時還可以利用智能算法推薦學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生在適合的水平上進行深入學(xué)習(xí)。通過這些智慧教學(xué)實踐策略，可以有效提升“大數(shù)據(jù)金融”課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生掌握必要的知識和技能，適應(yīng)未來的職業(yè)挑戰(zhàn)。

六、結(jié)語

綜上所述，在高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程創(chuàng)新中，構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)者畫像至關(guān)重要，需依托多模態(tài)知識圖譜支持。學(xué)習(xí)者畫像的構(gòu)建涉及學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)據(jù)集、高職學(xué)習(xí)者特征和個性化學(xué)習(xí)的協(xié)同發(fā)展，旨在通過個性化智慧教學(xué)培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的高質(zhì)量、復(fù)合型大數(shù)據(jù)管理人才。

參考文獻

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基金項目：1.2024年度重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究計劃項目“多模態(tài)知識圖譜支持下智慧學(xué)習(xí)者畫像構(gòu)建和精準教學(xué)的應(yīng)用研究”（項目編號：KJQN202404205）的階段性成果；2.重慶市教育委員會2023年職業(yè)教育教學(xué)改革項目“人工智能背景下智慧學(xué)習(xí)者畫像的精準教學(xué)干預(yù)與應(yīng)用研究——以高職《大數(shù)據(jù)金融》課程教學(xué)為例”（項目編號：Z232036）；3.重慶市高等職業(yè)技術(shù)教育研究會2024年高等職業(yè)教育科學(xué)研究規(guī)劃課題“精準教學(xué)視域下智慧學(xué)習(xí)者畫像模型構(gòu)建與應(yīng)用研究——以高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)為例”（項目編號：GY240017）

作者單位：重慶財經(jīng)職業(yè)學(xué)院

■ 責(zé)任編輯：張津平 尚丹