AI+知識(shí)圖譜賦能采礦專業(yè)數(shù)智化課程建設(shè)探索與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.19.006

Exploration and Practice of AI + Knowledge Graph Empowering Intelligent Curriculum Construction for Mining Engineering

LI Jianzhong，WANG Kai， ZHANG Xiaoqiang

（CUnvg Ul ivg Lngmuvig， iayuan Umvvisity Ul ivviugy， 1aiyuall， Suaiai UJvvz4） AbstractAgainst the backdropof rapid advancements in artificial inteligence （AI） and knowledge graph technologies，mining engineering educationis facing strategic opportunities fordigitaltransformation.The deep integrationof these two technologies provides key technical support for constructinganew intelligent curriculum systemforminingengineering.This papersystematicallydiscusses the integration pathwaysand practical modelsof AI and knowledge graph technologies in the intelligent curriculum constructionof mining engineering，demonstrating their application value and practical effects from multiple dimensions，including curriculum system redesign， innovationin knowledgedeliverymethods，constructionofpersonalized learningpaths，and deepeningof industryuniversity-research colaborativeeducation mechanisms.Based onempirical analysis of typical teaching cases，this studyaims toprovideoperationalpractical guidance forminingeducationprofesionals，withaviewto promoting the intelligent transformation of mining engineering education.

Keywordsartificial intelligence（AI）; knowledge graph; mining engineering; intelligent curriculum

在智能化時(shí)代背景下，高等教育體系正面臨多維度的轉(zhuǎn)型壓力。當(dāng)前學(xué)習(xí)主體的認(rèn)知范式呈現(xiàn)顯著變革態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)的單向知識(shí)傳輸模式已難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，這要求教育者必須實(shí)現(xiàn)從知識(shí)權(quán)威向?qū)W習(xí)引導(dǎo)者的角色躍遷，并系統(tǒng)性重構(gòu)教學(xué)策略與方法。國(guó)家層面相繼頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》等戰(zhàn)略文件，為前沿技術(shù)在教育領(lǐng)域的深度滲透提供了制度保障。在此雙重驅(qū)動(dòng)下，加速人工智能技術(shù)與高等教育的有機(jī)融合已成為推進(jìn)教育現(xiàn)代化的必然選擇。本研究聚焦AI⁺ 知識(shí)圖譜技術(shù)在采礦工程教育中的創(chuàng)新應(yīng)用，通過該技術(shù)的知識(shí)建模能力與智能推理優(yōu)勢(shì)，預(yù)期可在課程體系重構(gòu)、個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新及教學(xué)質(zhì)量評(píng)估等維度形成突破。本文基于實(shí)證案例解析，系統(tǒng)闡述技術(shù)賦能下采礦工程數(shù)智化課程建設(shè)的實(shí)施路徑與效果驗(yàn)證，旨在為專業(yè)教育改革提供可復(fù)制的范式參考。

1AI+知識(shí)圖譜技術(shù)概述

1.1 AI技術(shù)

AI（ArtificialIntelligence）技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的重要分支，其核心目標(biāo)是通過構(gòu)建具備類人智能的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)感知、推理、學(xué)習(xí)、決策等復(fù)雜認(rèn)知功能[。該技術(shù)以數(shù)學(xué)模型構(gòu)建與算法創(chuàng)新為理論基礎(chǔ)，融合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)范式與知識(shí)引導(dǎo)機(jī)制，持續(xù)提升機(jī)器在特定領(lǐng)域的任務(wù)執(zhí)行效能。近年來，該技術(shù)已深度融入醫(yī)療健康、智能制造、金融服務(wù)、智慧交通及現(xiàn)代教育等多元領(lǐng)域。聚焦教育領(lǐng)域應(yīng)用，AI技術(shù)通過大數(shù)據(jù)解析、機(jī)器學(xué)習(xí)建模、自然語(yǔ)言處理及自動(dòng)化評(píng)估系統(tǒng)等技術(shù)手段，為涵蓋學(xué)前教育至研究生教育的全階段學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)化的教育解決方案，具體表現(xiàn)為個(gè)性化教學(xué)系統(tǒng)、智能導(dǎo)學(xué)助手、教育仿真環(huán)境、實(shí)時(shí)評(píng)估反饋機(jī)制，以及學(xué)業(yè)預(yù)測(cè)干預(yù)模型等創(chuàng)新應(yīng)用形態(tài)，為教育生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性變革注入持續(xù)動(dòng)能。

1.2知識(shí)圖譜技術(shù)

知識(shí)圖譜是一種獨(dú)特的知識(shí)庫(kù)架構(gòu)，以符號(hào)形式描繪現(xiàn)實(shí)世界中的各種概念、實(shí)體，以及它們之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。它以網(wǎng)絡(luò)的形式，將信息編織成由各種節(jié)點(diǎn)（象征著實(shí)體和概念）和邊（代表著關(guān)系）構(gòu)成的宏大結(jié)構(gòu)，為知識(shí)的表達(dá)、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用提供了高效途徑2。在教育技術(shù)領(lǐng)域，知識(shí)圖譜通過建立學(xué)科知識(shí)本體框架、開發(fā)智能教育資源庫(kù)、構(gòu)建交互式學(xué)習(xí)場(chǎng)景以及完善教學(xué)評(píng)估體系，為教育內(nèi)容結(jié)構(gòu)化重組和教育服務(wù)精準(zhǔn)化供給提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

1.3 AI⁺ 知識(shí)圖譜的融合應(yīng)用

AI與知識(shí)圖譜的深度融合，開創(chuàng)了知識(shí)管理的智能化范式。AI技術(shù)通過自動(dòng)化的知識(shí)抽取、語(yǔ)義關(guān)聯(lián)挖掘與動(dòng)態(tài)知識(shí)推理，賦能教育領(lǐng)域形成個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦系統(tǒng)與智能教學(xué)輔助平臺(tái)。知識(shí)圖譜提供的多維度語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)與上下文關(guān)聯(lián)體系則顯著增強(qiáng)了AI系統(tǒng)的知識(shí)理解深度與決策可信度。二者的協(xié)同應(yīng)用有效推進(jìn)了數(shù)字化課程資源的智能化重構(gòu)，在教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)化與學(xué)習(xí)效能提升方面展現(xiàn)出顯著的技術(shù)賦能價(jià)值。

2AI+知識(shí)圖譜在數(shù)智化課程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)更新

在數(shù)智化課程體系建設(shè)進(jìn)程中，AI與知識(shí)圖譜技術(shù)的融合應(yīng)用已成為關(guān)鍵支撐技術(shù)。通過精心構(gòu)建涵蓋全方位的專業(yè)知識(shí)圖譜，教育者得以將專業(yè)領(lǐng)域錯(cuò)綜復(fù)雜的知識(shí)體系以直觀、清晰的方式呈現(xiàn)出來，不僅揭示了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，還為教師提供了科學(xué)設(shè)計(jì)課程大綱與教學(xué)計(jì)劃的堅(jiān)實(shí)基石[3。借助AI技術(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能可實(shí)時(shí)獲取學(xué)習(xí)者的知識(shí)掌握軌跡與認(rèn)知反饋數(shù)據(jù)，據(jù)此進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的深度適配與廣度調(diào)控，既保障課程內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，又實(shí)現(xiàn)差異化學(xué)習(xí)需求的針對(duì)性滿足。值得注意的是，面對(duì)技術(shù)迭代加速與科研成果持續(xù)產(chǎn)出的行業(yè)特征，基于AI的知識(shí)圖譜技術(shù)可建立課程內(nèi)容自動(dòng)更新機(jī)制，確保教學(xué)資源始終與學(xué)科前沿保持同步，形成動(dòng)態(tài)演進(jìn)的課程生態(tài)系統(tǒng)。

2.2提升教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)智能輔助教學(xué)

AI與知識(shí)圖譜技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，正推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)模式創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。知識(shí)圖譜通過多維可視化技術(shù)，將復(fù)雜的工藝流程與關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為立體認(rèn)知模型，顯著降低了知識(shí)建構(gòu)的難度，提升了教學(xué)信息的傳遞效率。人工智能驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化教學(xué)系統(tǒng)通過采集與分析學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)者能力矩陣與知識(shí)圖譜映射關(guān)系，既可實(shí)施精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)資源推送，又能基于預(yù)測(cè)模型生成適應(yīng)性訓(xùn)練方案。特別是在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人工智能的結(jié)合可構(gòu)建高仿真作業(yè)場(chǎng)景，使學(xué)習(xí)者在沉浸式環(huán)境中完成從理論認(rèn)知到實(shí)踐應(yīng)用的能力遷移，有效激發(fā)其創(chuàng)新思維與問題解決能力。

2.3促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生的多樣化需求

基于AI與知識(shí)圖譜的數(shù)智化課程體系，可構(gòu)建多維度學(xué)習(xí)者特征分析模型。通過構(gòu)建詳盡的學(xué)生畫像和學(xué)習(xí)路徑圖，AI系統(tǒng)能夠深入洞察每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣愛好、認(rèn)知能力等個(gè)性化特征，進(jìn)而為他們提供量身定制的學(xué)習(xí)資源和教學(xué)策略。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)模式不僅實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)效率的量化提升，還通過智能挑戰(zhàn)任務(wù)生成機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的自主探究能力與創(chuàng)新思維品質(zhì)。系統(tǒng)配備的智能推薦引擎可依據(jù)學(xué)習(xí)者知識(shí)圖譜的缺口與興趣熱點(diǎn)，動(dòng)態(tài)推送前沿學(xué)術(shù)成果、行業(yè)技術(shù)白皮書及典型工程案例，形成知識(shí)拓展與能力提升的良性循環(huán)。

2.4推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研融合，促進(jìn)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

通過構(gòu)建專業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研知識(shí)圖譜，教育者能夠準(zhǔn)確把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和人才需求變化，從而及時(shí)調(diào)整課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容，確保人才培養(yǎng)與市場(chǎng)需求的高度契合[]。人工智能支持的產(chǎn)學(xué)研協(xié)作平臺(tái)具備智能匹配、需求預(yù)測(cè)與協(xié)同創(chuàng)新功能，可精準(zhǔn)對(duì)接科研機(jī)構(gòu)技術(shù)供給與企業(yè)創(chuàng)新需求，加速科技成果轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)，基于產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)構(gòu)建的人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)估模型，可為專業(yè)建設(shè)提供市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)、能力標(biāo)準(zhǔn)更新等決策支持，最終形成教育與產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的良性生態(tài)。

3 AI⁺ 知識(shí)圖譜賦能采礦工程專業(yè)數(shù)智化課程建設(shè)

理工大學(xué)積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于教育信息化的號(hào)召，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)需求多樣化和學(xué)習(xí)方式多元化的現(xiàn)狀，致力于將 AI⁺ 知識(shí)圖譜技術(shù)融入采礦工程專業(yè)教育，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，提升教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度融合。

3.1知識(shí)圖譜框架構(gòu)建

課程團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)性文獻(xiàn)調(diào)研與多維度專家訪談，對(duì)采礦工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)梳理。運(yùn)用自然語(yǔ)言處理與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，構(gòu)建了包含采礦學(xué)、巖石力學(xué)與工程、礦井通風(fēng)與安全、礦山壓力與巖層控制、礦井開采設(shè)計(jì)等核心專業(yè)模塊的知識(shí)圖譜框架。該框架通過語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)，精準(zhǔn)呈現(xiàn)了各課程模塊間的知識(shí)關(guān)聯(lián)與邏輯層級(jí)，形成具有嚴(yán)密拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，為教學(xué)資源體系化整合與智能教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)提供了理論支撐。

3.2教學(xué)資源系統(tǒng)整合

基于知識(shí)圖譜的架構(gòu)特征，課程團(tuán)隊(duì)對(duì)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源進(jìn)行系統(tǒng)整合。資源體系涵蓋教學(xué)大綱、教材、教學(xué)課件、視頻、動(dòng)畫等基礎(chǔ)教學(xué)材料，同時(shí)納入相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)、規(guī)程規(guī)范、工程實(shí)踐案例及思政案例等拓展性資料。通過語(yǔ)義標(biāo)注與知識(shí)節(jié)點(diǎn)映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源與知識(shí)圖譜的智能關(guān)聯(lián)，構(gòu)建起具有動(dòng)態(tài)更新機(jī)制的教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，顯著提升了教學(xué)資源配置的精準(zhǔn)度與時(shí)效性。

3.3智能輔助系統(tǒng)開發(fā)

課程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合智慧樹課程運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)，研發(fā)基于知識(shí)圖譜的智能教學(xué)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成智能化的課程內(nèi)容解析與匹配引擎，可依據(jù)學(xué)習(xí)者認(rèn)知特征與知識(shí)掌握度生成個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。同時(shí)搭載多維度學(xué)情分析模塊，通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為軌跡的實(shí)時(shí)追蹤與教學(xué)成效的動(dòng)態(tài)評(píng)估，為教學(xué)策略優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)為采礦工程專業(yè)數(shù)智化教學(xué)改革提供了關(guān)鍵性技術(shù)支撐。

4AI+知識(shí)圖譜賦能采礦工程專業(yè)數(shù)智化課程建設(shè)成效

AI技術(shù)與知識(shí)圖譜技術(shù)的深度融合，推動(dòng)了采礦工程專業(yè)教學(xué)向智慧化方向變革，促使教師角色向?qū)W習(xí)引導(dǎo)者轉(zhuǎn)型，學(xué)生成為主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)者，智慧教學(xué)模式已從工具賦能轉(zhuǎn)向教育生態(tài)重構(gòu)?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)化教學(xué)決策、個(gè)性化學(xué)習(xí)支持與知識(shí)體系重構(gòu)，顯著提升了教學(xué)效率與質(zhì)量，為采礦工程專業(yè)教學(xué)創(chuàng)新注入了新動(dòng)能，也為培養(yǎng)創(chuàng)新型采礦高級(jí)人才提供了新路徑。

4.1提高教師教學(xué)效率

AI技術(shù)通過知識(shí)圖譜建模，幫助教師將零散知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為邏輯清晰的網(wǎng)狀知識(shí)體系，輔助教師優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容邏輯，為課程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)；通過學(xué)情分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)追蹤學(xué)生課堂互動(dòng)、作業(yè)完成等數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識(shí)別群體知識(shí)盲區(qū)，使教師能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略。同時(shí)，智能備課系統(tǒng)基于歷年教學(xué)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成匹配學(xué)情的教案框架，節(jié)省教師 30% 以上的備課時(shí)間，自動(dòng)化作業(yè)批改與學(xué)習(xí)預(yù)警系統(tǒng)減輕教師 50% 的重復(fù)性工作，使其更專注于教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)生指導(dǎo)。

4.2提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效

通過AI輔助系統(tǒng)的精準(zhǔn)分析和個(gè)性化指導(dǎo)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性被充分激發(fā)，其學(xué)習(xí)動(dòng)力與效率也得到了提升；智能推薦系統(tǒng)通過分析學(xué)生的認(rèn)知水平、興趣偏好，推送適配的微課視頻、拓展文獻(xiàn)和分層習(xí)題，學(xué)生反饋學(xué)習(xí)針對(duì)性顯著增強(qiáng)；知識(shí)圖譜的可視化呈現(xiàn)將抽象理論轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生建立跨章節(jié)的知識(shí)遷移能力，調(diào)查顯示，學(xué)生知識(shí)內(nèi)化速度加快 22% ；融合AI與知識(shí)圖譜技術(shù)的智慧教學(xué)模式使學(xué)生平均成績(jī)提升 12.6% 課程參與度提高 25% 。

★基金項(xiàng)目：2024年省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“AI+知識(shí)圖譜賦能采礦專業(yè)數(shù)智化課程建設(shè)探索與實(shí)踐\"（J20240268）；2024年省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“數(shù)字化教育背景下采礦工程國(guó)家一流專業(yè)深化內(nèi)涵建設(shè)與實(shí)踐”（J20240325）；2024年省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“知識(shí)圖譜賦能智慧教育新形態(tài)課程建設(shè)與創(chuàng)新實(shí)踐\"（J20240391）；2024年省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“雙一流建設(shè)背景下卓越（拔尖）人才產(chǎn)教融合協(xié)同育人模式探索與實(shí)踐\"（J20240266）；2024年省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“基于科教融匯協(xié)同育人理念的采礦專業(yè)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新\"（J20240383）。

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