一、前言
2025年1月19日,中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《教育強(qiáng)國建設(shè)規(guī)劃綱要(2024—2035年)》指出:推進(jìn)智慧校園建設(shè),探索數(shù)字賦能大規(guī)模因材施教、創(chuàng)新性教學(xué)的有效途徑,主動適應(yīng)學(xué)習(xí)方式變革[。知識圖譜(KnowledgeGraph)作為一種教學(xué)輔助工具在知識管理中應(yīng)運(yùn)而生,它能夠通過算法抽取學(xué)科中的概念、技術(shù)理論、操作實(shí)踐案例和場景等構(gòu)建成課程知識網(wǎng)絡(luò)和多學(xué)科融合的知識體系,打通學(xué)科邊界,為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí),促進(jìn)教師對教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新和優(yōu)化,并進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)評價。
近年來,新一代信息技術(shù)迅速發(fā)展,跨學(xué)科交叉融合運(yùn)用信息技術(shù)是當(dāng)下高職學(xué)生必備素養(yǎng)。高職信息技術(shù)通識課原為高職計算機(jī)文化基礎(chǔ)課,教育部2021年版課程標(biāo)準(zhǔn)是:重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)實(shí)際操作能力,形成信息意識、計算思維、數(shù)字化創(chuàng)新與發(fā)展、信息社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng),為學(xué)習(xí)、工作、生活打下良好的信息素養(yǎng)基礎(chǔ)。但作為一門公共基礎(chǔ)課程,學(xué)生的課堂參與度不高,教學(xué)效果不甚理想,又因傳統(tǒng)的課程內(nèi)容設(shè)計與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)度不深,導(dǎo)致學(xué)生信息化應(yīng)用能力不能較好地適應(yīng)不同的工作創(chuàng)新發(fā)展需求。潘懋元曾經(jīng)說過:所有宏觀的理論、宏觀的政策,只有通過微觀的教學(xué)過程才能夠進(jìn)人人才培養(yǎng)的實(shí)踐[2。為此,基于知識圖譜技術(shù)進(jìn)行“高職信息技術(shù)通識課”課程改革是新思路、新方法、新技術(shù)在新政策、新導(dǎo)向下的具體實(shí)踐應(yīng)用。
二、基于知識圖譜的課程改革研究現(xiàn)狀
(一)知識圖譜的概念
作為一種表達(dá)豐富的、結(jié)構(gòu)化的語義知識庫,知識圖譜能夠?qū)⑽锢硎澜缰懈拍詈蛯?shí)物的關(guān)系用符號的形式進(jìn)行描述,并把知識存儲在一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫中,能夠方便查找并厘清實(shí)體之間的關(guān)系。它多以三元組的形式表達(dá)出來,即 G=(E,R,S) 。E是實(shí)體的集合,在課程設(shè)計中代表知識點(diǎn),可包含無數(shù)多個。R是關(guān)系,也是知識庫中的關(guān)系集合,可以在課程設(shè)計中表示屬于哪一章節(jié)、哪一類型等。S代表知識庫中的三元組,三元組的形式一般為(實(shí)體1,關(guān)系,實(shí)體2)或者概念,屬性、屬性值等。實(shí)體是知識圖譜中最基本的結(jié)點(diǎn)。每個實(shí)體在知識圖譜數(shù)據(jù)庫中都有一個唯一的ID,這樣能夠保證實(shí)體的單一性。
(二)相關(guān)文獻(xiàn)梳理
可視化的知識表達(dá)方式是知識圖譜的一大特征,而這也為高等教育教學(xué)中信息技術(shù)等相關(guān)課程的改革提供了新的方向、技術(shù)和思路。就相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理可以發(fā)現(xiàn),對于知識圖譜輔助信息化教學(xué)創(chuàng)新以及知識圖譜與教育融合的適切性的探討是國內(nèi)眾學(xué)者所著重研究的。例如,程平、范洵在《云會計與智能財務(wù)共享》一文中從知識獲取、知識抽取、知識融合與驗(yàn)證等方面構(gòu)建了課程教學(xué)內(nèi)容知識圖譜,通過獲取教學(xué)課件、學(xué)生心得總結(jié)等相關(guān)文本,展現(xiàn)課程知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián),幫助教師改善教學(xué)效果以及學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率[3]。曾露、李其娜在《知識圖譜賦能信息化教學(xué)創(chuàng)新》一文中認(rèn)為利用知識圖譜可以支持學(xué)科交叉、融合的變革,有助于培養(yǎng)具有交叉學(xué)科視野和問題解決能力的新型人才[4。桂小林、何欽銘在《AI賦能的大學(xué)計算機(jī)通識教育的體系化改革探索》一文中提出了一套人工智能賦能的大學(xué)計算機(jī)通識教育新體系,從學(xué)生的能力目標(biāo)出發(fā),創(chuàng)建了融合計算與智能的大學(xué)計算機(jī)通識教育知識體系,設(shè)計了面向“四新”專業(yè)的“寬、專、融”的大學(xué)計算機(jī)通識教育課程體系[。施江勇、唐晉韜、王勇軍等研究者在《基于知識圖譜的新興領(lǐng)域課程教學(xué)資源建設(shè)》一文中則以人工智能專業(yè)為例,提出基于知識圖譜構(gòu)建新興領(lǐng)域課程教學(xué)資源建設(shè)方[。
(三)相關(guān)文獻(xiàn)述評
知識圖譜是近年來的熱門話題,現(xiàn)有文獻(xiàn)主要集中在本科課程的教學(xué)改革,而基于知識圖譜技術(shù)研究高職課程改革的比較少。應(yīng)用知識圖譜技術(shù)可以為大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供數(shù)據(jù),精準(zhǔn)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、興趣愛好和學(xué)習(xí)風(fēng)格,為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)方案和學(xué)習(xí)資源,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。職業(yè)教育作為一種類型教育,其特點(diǎn)是突出實(shí)踐技能培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)個性化教學(xué)。教育數(shù)字化技術(shù)可以為學(xué)生提供更加真實(shí)、高效的實(shí)踐環(huán)境。例如,職業(yè)教育注重學(xué)生的實(shí)踐技能培養(yǎng),通過虛擬仿真技術(shù),學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行操作練習(xí),降低實(shí)踐成本和安全風(fēng)險,提高實(shí)踐教學(xué)效果,學(xué)生個體差異較大,傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足每個學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。本研究基于知識圖譜技術(shù),從專業(yè)需求角度展現(xiàn)《信息技術(shù)通識課》的技術(shù)和方法,具有比較明顯的計算技術(shù)與各類專業(yè)交叉融合的特征,目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生利用新一代信息技術(shù)開展專業(yè)學(xué)習(xí),提高工作能力。
(四)知識圖譜在數(shù)字化教學(xué)中的運(yùn)用
在處理一些交叉融合、關(guān)系比較復(fù)雜的場景上,知識圖譜具有天然優(yōu)勢,尤其是在當(dāng)前多學(xué)科交叉發(fā)展的教育背景下。知識圖譜主要以交互式、可視化的形式呈現(xiàn)知識點(diǎn),其呈現(xiàn)方式具有結(jié)構(gòu)化、組織化,是一個相對完整的認(rèn)知框架,能夠幫助學(xué)生快速、深入地理解和掌握所學(xué)知識,且有利于進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在數(shù)字化教學(xué)改革中引入和應(yīng)用知識圖譜技術(shù),有利于實(shí)現(xiàn)課程改革形式上的多元化,從而更加有利于針對性的人才培養(yǎng)[]。知識圖譜技術(shù)具體有以下運(yùn)用:一是教學(xué)與信息技術(shù)融合,知識圖譜與人工智能技術(shù)的結(jié)合將更加緊密,通過自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),實(shí)現(xiàn)更加智能化的教學(xué)輔助系統(tǒng)。二是完善的個性化學(xué)習(xí),知識圖譜能夠?yàn)閷W(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)路徑推薦,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力,動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度。三是教學(xué)內(nèi)容動態(tài)更新,知識圖譜的應(yīng)用將推動教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新,通過整合跨學(xué)科知識,培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)新能力。四是科學(xué)評價體系形成,知識圖譜將有助于構(gòu)建更加科學(xué)的評價體系,通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和課程效果形成精準(zhǔn)畫像,實(shí)現(xiàn)過程性評價和結(jié)果性評價的有機(jī)結(jié)合。五是教育資源開放共享,知識圖譜將促進(jìn)教育資源的開放和共享,通過構(gòu)建開放的知識圖譜平臺,實(shí)現(xiàn)教育資源的互聯(lián)互通。
三、基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)的設(shè)計思路
要以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為根本,以信息技術(shù)能力養(yǎng)成為目標(biāo),以融合專業(yè)崗位知識應(yīng)用為起點(diǎn),以課堂教學(xué)內(nèi)容和形式變革為突破,調(diào)研實(shí)際工作中信息技術(shù)需求,對學(xué)生進(jìn)行學(xué)情分析,要根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)需求重塑信息技術(shù)課程內(nèi)容,依據(jù)超星或智慧樹課程平臺,設(shè)計開發(fā)課程知識點(diǎn)的知識圖譜,進(jìn)行“理實(shí)一體化”教學(xué),并依據(jù)數(shù)據(jù)動態(tài)評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果和課程教學(xué)效果,形成學(xué)生、課程等精準(zhǔn)畫像,為學(xué)生的學(xué)習(xí)評價、課程的教學(xué)效果等評價提供依據(jù),同時動態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容。
(一)知識圖譜構(gòu)建
知識圖譜構(gòu)建是推動數(shù)字化教學(xué)實(shí)現(xiàn)的最關(guān)鍵一部分。知識圖譜構(gòu)建一般分為三個步驟:信息抽取 $$ 知識融合 $$ 知識加工。在課程知識圖譜構(gòu)建中,其表示為:信息抽取主要是抽取課程的知識點(diǎn),但知識點(diǎn)的表現(xiàn)形式有很多樣,有的是文本,有的是視頻,還有其他表現(xiàn)形式。知識融合是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,使其保持完整的含義。例如,同一實(shí)體在不同的地方有不同的名字,就需要使實(shí)體具有唯一性。知識加工則是對每一個知識點(diǎn)完善它的三元組表示形式,實(shí)體、關(guān)系、屬性等知識要素要有確定值,具有清晰的語義才能加入知識庫中,以確保知識庫中的數(shù)據(jù)清晰有效,知識圖片的構(gòu)建過程如圖1所示。
(二)課程項(xiàng)目設(shè)計
調(diào)研專業(yè)對信息技術(shù)的使用需求和偏好,依據(jù)學(xué)情進(jìn)行需求分析,尤其要依據(jù)校企合作、產(chǎn)教融合對信息技術(shù)的使用要求進(jìn)行學(xué)生實(shí)踐項(xiàng)自設(shè)計,融合多種知識,形成教學(xué)項(xiàng)目。這一過程需要考慮的重點(diǎn)在教學(xué)大綱上,要覆蓋教學(xué)大綱中的知識點(diǎn),基于職業(yè)教育,還應(yīng)考慮職業(yè)教育的特殊性(如重實(shí)踐),在項(xiàng)目設(shè)計的時候,融人產(chǎn)學(xué)研需求。因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)課是公共課程,一般對應(yīng)全校各個學(xué)院,要想在各專業(yè)有特色應(yīng)用就應(yīng)該考慮跨學(xué)科的設(shè)計和應(yīng)用。例如,農(nóng)科就需要考慮智慧農(nóng)業(yè)對課程的需要,機(jī)電等新工科就需要考慮智慧制造對課程的需要。
圖1知識圖譜的構(gòu)建過程
(三)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計
開發(fā)基于知識圖譜的課程教學(xué)平臺,可依據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)平臺(如國家智慧教育公共服務(wù)平臺、超星、智慧樹),根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、課程目標(biāo)科學(xué)設(shè)置知識點(diǎn)的關(guān)系與屬性,建立相關(guān)知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,形成知識體系。然后基于不同的知識形式,對課程知識點(diǎn)提取、關(guān)系梳理與屬性編輯,通過課程平臺的知識圖譜技術(shù)將設(shè)置好的知識點(diǎn)添加到課程內(nèi)容里,即可完成基于知識圖譜的課程平臺建設(shè)。基于知識圖譜的課程平臺,易于更新課程資源,實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容的動態(tài)更新。多樣化教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計形成的教學(xué)資源庫,可讓學(xué)生根據(jù)需求尋找實(shí)踐項(xiàng)目,而且教學(xué)平臺能夠推送符合學(xué)生需求的學(xué)習(xí)項(xiàng)目,并反饋學(xué)習(xí)效果,實(shí)現(xiàn)個性化教學(xué)。
(四)教學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動
數(shù)字化教學(xué)的典型形式是能夠形成數(shù)據(jù)驅(qū)動,這也是和信息化教學(xué)的最大區(qū)別。信息化教學(xué)階段教學(xué)設(shè)計知識把教育資源由紙質(zhì)的形式轉(zhuǎn)化為線上的教學(xué)資源,仍舊沒有改變教學(xué)的基本形態(tài)。但利用知識圖譜課程平臺的教學(xué)就能夠驅(qū)動新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。例如,分析學(xué)生使用情況,根據(jù)學(xué)生在線的時間以及在線做題的結(jié)構(gòu)就能分析學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中達(dá)到的能力水平,也可以看到課程教學(xué)與課程計劃實(shí)施效果,通過多數(shù)學(xué)生的在線痕跡和使用結(jié)果就可以依據(jù)這些數(shù)據(jù)形成學(xué)生畫像、課程畫像、專業(yè)對信息化應(yīng)用的需求畫像,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)驅(qū)動,讓教學(xué)效果能夠“看得見”、課堂的執(zhí)行效果能夠“摸得著”。在學(xué)生深度反饋實(shí)習(xí)階段對課程知識的需求以及工作中遇到的問題,通過課程數(shù)據(jù)平臺就可以看出專業(yè)需求與課程的匹配度。
(五)教學(xué)效果評價
教學(xué)效果評價是數(shù)字化教學(xué)中的重要組成部分,課堂的效果評價必不可少。教學(xué)效果評價一般通過課程考試、學(xué)習(xí)過程性評價、能力畫像知識達(dá)成度進(jìn)行評價。對學(xué)生的評價一般包括知識掌握與技能實(shí)踐效果的評價,關(guān)系到知識圖譜覆蓋度評估,所以在課程知識圖譜設(shè)計階段一定要制作豐富的教學(xué)資源,包括各種形式的教學(xué)資源。另外,對于學(xué)生實(shí)踐能力的評估一定要搭建虛擬仿真與真實(shí)場景的銜接,虛擬實(shí)訓(xùn)平臺的記錄與通過真實(shí)場景完成的任務(wù)表現(xiàn)結(jié)合來評估學(xué)生的能力形成。基于知識圖譜的課程教學(xué)效果評價不僅要評價學(xué)生的能力形成,更重要的是要評價教學(xué)資源的精準(zhǔn)匹配度。數(shù)字化教學(xué)設(shè)計重要的是形成教學(xué)資源推送的精準(zhǔn)度,參照職業(yè)教育的特點(diǎn)還應(yīng)該把企業(yè)真實(shí)崗位上的一些資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源給學(xué)生推送。學(xué)生的協(xié)作效果也應(yīng)該能夠體現(xiàn)出來,達(dá)成虛擬課堂的深度互動,形成科學(xué)評價體系。
從課程項(xiàng)目設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容實(shí)施、教學(xué)數(shù)據(jù)分析,到教學(xué)效果評價,教育工作者要致力于形成一個教學(xué)執(zhí)行過程的完整閉環(huán),并能根據(jù)評價結(jié)果對課程內(nèi)容進(jìn)行更新。具體的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計框架如圖2所示。
四、基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新性
基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計因具有很強(qiáng)的數(shù)字化特征,需要大量的數(shù)據(jù),所以構(gòu)建工作特別復(fù)雜、工作量很大,很多工作需要細(xì)心整理添加。教育改革具有抽象性、原則性,屬于頂層設(shè)計范疇,教育創(chuàng)新則具有具體性、靈活性,從基層發(fā)動,有著明顯的“草根”性質(zhì)。因此,教育創(chuàng)新的主體應(yīng)是置身于教育一線的“實(shí)踐者”,而不是“改革家”或者“理論家”[8],在教學(xué)創(chuàng)新的路上,積累足夠的量變才能更容易發(fā)生質(zhì)變,提高教學(xué)效果。
知識圖譜構(gòu)建、實(shí)體識別、關(guān)系抽取、實(shí)體連接、實(shí)體分類、大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、AI人工智能技術(shù)等的應(yīng)用,讓人工智能與教育領(lǐng)域有了更深層次的融合,能夠吸引對新方法感興趣的教育工作者和決策者。通過教學(xué)實(shí)踐可以讓廣大任課教師進(jìn)一步理解課程知識點(diǎn)以及與時俱進(jìn)地重構(gòu)課程內(nèi)容。一是有利于提升教學(xué)質(zhì)量,推動教學(xué)模式創(chuàng)新。通過創(chuàng)新教學(xué)方法和資源整合,有助于教師更好地理解和實(shí)施信息技術(shù)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué),改變了傳統(tǒng)的教育模式,強(qiáng)調(diào)師生與機(jī)器之間的多維互動。這種模式不僅提升了教師的教學(xué)效果,也滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求、專業(yè)導(dǎo)向的公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)需求,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提升教學(xué)質(zhì)量。二是有利于培養(yǎng)學(xué)生能力,鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維。知識圖譜理實(shí)一體化教學(xué)平臺的教學(xué)實(shí)踐,有助于學(xué)生理解知識的實(shí)際應(yīng)用價值。通過融入專業(yè)需求的信息技術(shù)課程項(xiàng)目實(shí)踐,學(xué)生可以提高通過信息技術(shù)解決專業(yè)問題的能力,這個過程不僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力,還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維與終生學(xué)習(xí)的理念。三是有利于錘煉教師技能,促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展。本研究旨在為職業(yè)教育教師提供基于知識圖譜的教學(xué)設(shè)計的相關(guān)思路和方法。教師數(shù)字化教學(xué)能力提升不僅僅是簡單地掌握一些技術(shù)工具,更是一種綜合能力的發(fā)展和提高,它涵蓋了教師的數(shù)字素養(yǎng)、教學(xué)設(shè)計能力、技術(shù)操作能力、教學(xué)評價能力以及與學(xué)生進(jìn)行互動和合作的能力。
五、結(jié)語
知識圖譜作為信息化時代的一種教學(xué)輔助工具,為信息技術(shù)專業(yè)教師在復(fù)雜的教學(xué)設(shè)計中提供了一種全新的教學(xué)設(shè)計理念和方法。通過知識圖譜,教師能夠重塑課程內(nèi)容,可以跨專業(yè)、跨學(xué)科將抽象的知識點(diǎn)具體化,進(jìn)而更加有效地組織教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法,切實(shí)提升教學(xué)效果。在數(shù)智化時代,結(jié)合數(shù)字化技術(shù)發(fā)掘知識圖譜在數(shù)智化課程建設(shè)中的應(yīng)用,也能夠?yàn)槁殬I(yè)教育的創(chuàng)新發(fā)展提供更加廣闊的空間。
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基金項(xiàng)目:1.2025年度教育部信息化教指委全國高等職業(yè)院校信息化教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于知識圖譜的高職信息技術(shù)通識課教學(xué)改革與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號:KT2503016);2.2024年度山東省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“行業(yè)產(chǎn)教融合共同體視域下高職工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場工程師培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號:2024284);3.2024年度山東省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目““101計劃’背景下高職一流核心課程建設(shè)研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號:2024037)
作者單位:張得元,商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院;王晨倩,濱州職業(yè)學(xué)院、曲阜師范大學(xué)教育學(xué)院;代玉梅,商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院、曲阜師范大學(xué)教育學(xué)院
責(zé)任編輯:王穎振 楊惠娟