基于知識圖譜的AI輔助數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計與實施研究

一、前言

隨著數(shù)智化技術(shù)對教育領(lǐng)域的深度重構(gòu)，高等教育正在經(jīng)歷著從范式轉(zhuǎn)型到生態(tài)重塑的歷史性變革階段。在“三教改革”持續(xù)推進(jìn)的背景下，以學(xué)生為中心的教學(xué)理念已通過混合式教學(xué)平臺、虛擬仿真實驗室等數(shù)字化載體得到了初步的實踐。在高職計算機相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)改革中，MOOC、SPOC等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的普及顯著提升了教學(xué)資源的可獲得性。然而，面對人工智能時代對數(shù)智化人才的復(fù)合型能力要求，現(xiàn)行教學(xué)模式在個性化育人維度仍存在比較顯著的短板，許多高職計算機專業(yè)學(xué)生在編程能力培養(yǎng)中存在顯著個體差異，但是現(xiàn)有教學(xué)模式對學(xué)生認(rèn)知特征、能力圖譜的動態(tài)感知與精準(zhǔn)適配仍顯不足。

在此背景下，構(gòu)建基于知識圖譜的AI輔助教學(xué)模型具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。知識圖譜是一種信息可視化工具，它通過圖形化的方式展示知識領(lǐng)域的動態(tài)演變過程及其內(nèi)在邏輯關(guān)系，能夠直觀揭示知識點間的關(guān)聯(lián)與層級結(jié)構(gòu)。以高職數(shù)據(jù)庫課程為實踐載體，重點探討知識圖譜與AI技術(shù)融合的創(chuàng)新路徑，不僅需要重構(gòu)課程的目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，還需要深度參與到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程中去，實現(xiàn)教學(xué)個性優(yōu)化。這種智能教育新范式不僅能破解傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)與個體差異化需求之間的矛盾，更有助于培養(yǎng)符合智能時代要求的“數(shù)據(jù)思維 + 編程能力 +AI 素養(yǎng)”三位一體的數(shù)據(jù)庫相關(guān)的復(fù)合型技術(shù)技能人才。

二、課程設(shè)計理念

（一）目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本研究課程以目標(biāo)導(dǎo)向為原則確立明確的教學(xué)目標(biāo)，旨在培育精通編程語言、熟悉數(shù)據(jù)處理流程、擅長智能應(yīng)用開發(fā)，又追求卓越的高素質(zhì)數(shù)字工匠。課程內(nèi)容設(shè)計圍繞戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)等領(lǐng)域堅持以“培根鑄魂、啟智增慧”為核心理念，將思政教育與專業(yè)知識學(xué)習(xí)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)據(jù)處理方面的系統(tǒng)性思維、數(shù)據(jù)安全方面的多維意識、數(shù)據(jù)服務(wù)方面的服務(wù)與創(chuàng)新意識、行業(yè)應(yīng)用方面的個性化能力。學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、查詢、管理和設(shè)計等關(guān)鍵知識點，著重提高自身的數(shù)據(jù)分析技能、系統(tǒng)優(yōu)化能力、安全防護(hù)意識以及創(chuàng)新應(yīng)用能力，促進(jìn)他們在知識掌握、技能提升和素質(zhì)培養(yǎng)方面的全面進(jìn)步，培養(yǎng)德才兼?zhèn)洹⒆非笞吭降男聲r代數(shù)字工匠。

（二）任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

課程組成員調(diào)研需求后根據(jù)相關(guān)企業(yè)真實崗位的典型工作任務(wù)流程設(shè)計了數(shù)據(jù)庫建庫建表、數(shù)據(jù)查詢與優(yōu)化、數(shù)據(jù)的增刪改操作、視圖管理、存儲過程與觸發(fā)器開發(fā)、安全性管理、完整性管理、智能化數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理八大工作任務(wù)。每個任務(wù)結(jié)合實際項目又設(shè)計不同難度的實踐任務(wù)，幫助學(xué)生逐步掌握復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫開發(fā)技能。學(xué)生也可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度選擇合適的任務(wù)進(jìn)行深人學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中采用案例驅(qū)動、項目引導(dǎo)的教學(xué)方法保證理論與實踐深度融合，通過線上線下多元化教學(xué)手段，增強學(xué)生動手操作能力，培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問題的綜合素養(yǎng)。

（三）五階培養(yǎng)路徑設(shè)計

確定了教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容后設(shè)計了“目標(biāo)導(dǎo)航一情境構(gòu)建一任務(wù)拆解一實訓(xùn)演練一能力拓展”的五階培養(yǎng)路徑。教學(xué)過程從明確學(xué)習(xí)目標(biāo)到構(gòu)建任務(wù)情境，再到對任務(wù)的詳細(xì)分解，使學(xué)生能夠在真實工作環(huán)境中運用所學(xué)知識完成相關(guān)技能操作。然后，學(xué)生通過實訓(xùn)任務(wù)的演練，進(jìn)一步深化對知識的理解和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在能力拓展階段自主深度學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐。在這樣的環(huán)環(huán)相扣路徑中層層遞進(jìn)，確保學(xué)生在每個階段都能獲得扎實的技能提升與思維拓展，逐步實現(xiàn)從基礎(chǔ)理論到實戰(zhàn)應(yīng)用的全面提升。

三、教學(xué)目標(biāo)智能化重構(gòu)

本研究從學(xué)生導(dǎo)向的個性化學(xué)習(xí)視角出發(fā)，探索基于知識圖譜的個性化學(xué)習(xí)模型構(gòu)建及個性化學(xué)習(xí)支持機制，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有意識地主動探索自身學(xué)習(xí)情況，從而有效地進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)[1。為實現(xiàn)課程從\"標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)”向“個性化能力圖譜”的轉(zhuǎn)變，提出并實踐基于知識圖譜的教學(xué)目標(biāo)智能化重構(gòu)方法。這種方法的核心在于深度融合Bloom分類法的認(rèn)知層級框架與智慧職教等MOOC平臺AI的分析推薦能力，構(gòu)建“認(rèn)知分層一動態(tài)適配一精準(zhǔn)干預(yù)”的教學(xué)自標(biāo)動態(tài)優(yōu)化體系。

（一）基于Bloom分類法的認(rèn)知層級解構(gòu)與目標(biāo)設(shè)定

Bloom教學(xué)目標(biāo)分類是一種廣泛應(yīng)用于教學(xué)和評估教學(xué)成果的教育理論模型，對于評價教學(xué)領(lǐng)域?qū)W生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)管理有著重要的指導(dǎo)意義。經(jīng)修訂后將認(rèn)知領(lǐng)域的教育目標(biāo)分為識記、理解、運用、分析、評價、創(chuàng)造六個層次。依據(jù)Bloom分類法，對數(shù)據(jù)庫課程核心能力在“識記、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造”六個認(rèn)知層級進(jìn)行精細(xì)化解構(gòu)，為每個任務(wù)設(shè)定明確、可衡量的分層教學(xué)目標(biāo)。

識記（Remember）是指認(rèn)識并記憶。結(jié)合課程，學(xué)生能夠準(zhǔn)確識別與復(fù)述基本數(shù)據(jù)庫概念，熟記SQL語法結(jié)構(gòu)等。

理解（Understand）是指對事物的領(lǐng)會，但不是深刻地領(lǐng)會，而是初步的。結(jié)合課程能夠闡釋不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫中的適用性及特點，解釋SQL語句的執(zhí)行邏輯等。

應(yīng)用（Apply）是指對所學(xué)習(xí)的概念、法則、原理的運用。結(jié)合課程能夠在給定場景下，運用SQL語句的增刪改查、連接查詢等功能完成實際的數(shù)據(jù)操作任務(wù)。

分析（Analyze）是指能把材料分解成它的組成要素部分，從而使各概念間的相互關(guān)系更加明確。結(jié)合課程能夠診斷現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案的合理性，識別其潛在的性能瓶頸或邏輯錯誤等。

評價（Evaluate）是以分析為基礎(chǔ)，全面加工已經(jīng)分解的各要素，并再次把它們按要求重新組合成整體，以便綜合地、創(chuàng)造性地解決問題。結(jié)合課程能夠比較和評估不同數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案的優(yōu)缺點，并做出合理選擇。

創(chuàng)造（Create）是指綜合內(nèi)在與外在的資料、信息，作出符合客觀事實的推斷。結(jié)合課程能夠綜合運用數(shù)據(jù)庫知識，獨立設(shè)計并實現(xiàn)一個滿足特定功能需求的、結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

這種分層目標(biāo)體系不僅為學(xué)生提供了清晰的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑，也為后續(xù)AI驅(qū)動的個性化適配奠定了結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)。

（二）AI驅(qū)動的個性化目標(biāo)適配及學(xué)習(xí)支持

本研究基于上述Bloom分類法分層目標(biāo)體系，充分利用智慧職教MOOC平臺（本課程的教學(xué)平臺為智慧職教MOOC平臺）集成的AI大模型能力。AI模型會持續(xù)分析學(xué)生在平臺上的學(xué)習(xí)軌跡，分析視頻觀看時長、習(xí)題操作正確率、討論參與度、測試成績等交互數(shù)據(jù)[2，精準(zhǔn)評估學(xué)生在每個教學(xué)任務(wù)和每個Bloom認(rèn)知層級上的當(dāng)前掌握程度，構(gòu)建細(xì)粒度的學(xué)生個性化知識圖譜和能力圖譜。知識圖譜以可視化方式呈現(xiàn)課程知識點關(guān)系，涵蓋知識點與教學(xué)目標(biāo)、資源間聯(lián)系[3]。

平臺通過一定機制與學(xué)生個性化學(xué)習(xí)過程建立關(guān)聯(lián)，提高個性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的認(rèn)知智能。AI助手在六大認(rèn)知層級框架下，智能識別學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)和發(fā)展需求，動態(tài)生成并推薦高度個性化的下一階段學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，對于“應(yīng)用”層級薄弱的學(xué)生，系統(tǒng)會優(yōu)先推薦強化該層級的實踐任務(wù)目標(biāo)；對于已達(dá)到“分析”層級的學(xué)生，可推薦學(xué)生挑戰(zhàn)“評價”或“創(chuàng)造”層級的目標(biāo)。通過可視化方式解決學(xué)習(xí)過程中的監(jiān)控、評價和反饋問題，幫助學(xué)生優(yōu)化決策、提升學(xué)習(xí)體驗，有效促進(jìn)個性情境設(shè)計、項目驅(qū)動、任務(wù)實施 \"數(shù)字工匠”成長記校企開發(fā)真實項目能力提升項目 “城市綠色出行公共自行車管理”數(shù)據(jù)庫設(shè)計↑ 校企開發(fā)實踐鞏固項目 醫(yī)療垃圾處理”數(shù)據(jù)庫的管理與維護(hù) 中 真實項目 工程師-寧小職做中學(xué)項目 1 “職工信息”數(shù)據(jù)庫查詢與管理 》目標(biāo)導(dǎo)航 情境構(gòu)建 任務(wù)拆解 實訓(xùn)演練 能力拓展實習(xí)工程師-寧小職增刪改操作 觸發(fā)器開發(fā)智慧教學(xué)平臺 （知識圖譜，分階段智能推送） + AI輔助教學(xué)新時代道德法治意識 職業(yè)素養(yǎng) 知識技能\"數(shù)字工匠”化學(xué)習(xí)。與個性化學(xué)習(xí)目標(biāo)同步，系統(tǒng)智能推薦適配的微課、實訓(xùn)任務(wù)、練習(xí)、拓展閱讀等學(xué)習(xí)資源，確保學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)高度契合。

知識圖譜提供結(jié)構(gòu)化支持，AI助手賦予動態(tài)交互能力。例如，學(xué)生點擊“完整性”節(jié)點，AI助手能推薦學(xué)習(xí)資源，還能依據(jù)學(xué)習(xí)情況動態(tài)調(diào)整圖譜展示，分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)生成學(xué)習(xí)路徑、推薦資源、生成測試并分析測試覆蓋率，助力學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率。這種個性化適配讓學(xué)生不僅能針對性地彌補知識短板，還能在興趣驅(qū)動下主動探索更高層級的能力挑戰(zhàn)，形成良性循環(huán)。

四、基于AI助手與真實情境的教學(xué)實踐

為了將上述智能化教學(xué)目標(biāo)重構(gòu)體系有效融人實際教學(xué)，并強化學(xué)生的職業(yè)能力與工程素養(yǎng)，本研究設(shè)計并實施了以“龍騰暢想軟件公司派駐實習(xí)數(shù)據(jù)庫工程師前往青檸公司”為主線的項目驅(qū)動式教學(xué)實踐。依托智慧職教MOOC平臺及其AI大模型將真實的企業(yè)項目引入課堂，讓學(xué)生在模擬職場環(huán)境中完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計、開發(fā)與管理的全過程。

（一）真實項目情境構(gòu)建

將真實的數(shù)據(jù)庫項目進(jìn)行了教學(xué)化的升級改造，以“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫的管理與維護(hù)”作為課堂實踐項目，同時以“城市綠色出行公共自行車管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計”作為課后提升項目。在“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫管理與維護(hù)”項目中，學(xué)生扮演“龍騰暢想”公司派駐“青檸公司\"的數(shù)據(jù)庫實習(xí)工程師角色，負(fù)責(zé)構(gòu)建及管理一個全面追蹤醫(yī)療垃圾收集、轉(zhuǎn)運至處置的全流程信息管理數(shù)據(jù)庫。該項目涉及敏感的醫(yī)療數(shù)據(jù)和嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中除了完成必要的任務(wù)外還需要全面考慮數(shù)據(jù)的完整性與安全性，來實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)查詢功能，在提升專業(yè)技能的同時也提升了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)項目的推進(jìn)中借助平臺給學(xué)生推送不同難度的任務(wù)，以滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，提升學(xué)生在實際操作中解決問題的能力，強化數(shù)據(jù)庫管理核心技術(shù)并培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和合規(guī)意識。

在“城市綠色出行公共自行車管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計”項目中，實習(xí)工程師們需設(shè)計一個高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，涵蓋自行車分布、租借記錄、維護(hù)狀態(tài)等關(guān)鍵信息。通過該項目，學(xué)生不僅掌握了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本原則，還學(xué)會了如何優(yōu)化查詢性能、處理并發(fā)訪問。本項目的完成更側(cè)重于分析、評價、創(chuàng)造層級的目標(biāo)實現(xiàn)。在項目實踐中培養(yǎng)學(xué)生對綠色出行數(shù)據(jù)的敏感性和社會責(zé)任感，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合職業(yè)素養(yǎng)。課程通過階段性評估與反饋機制，實時監(jiān)測學(xué)生項目進(jìn)展，助力學(xué)生逐步成長為具備實戰(zhàn)經(jīng)驗的數(shù)據(jù)庫工程師，為未來職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

在項目實施中，AI平臺根據(jù)學(xué)生當(dāng)前的知識圖譜和能力圖譜，智能推送相關(guān)的行業(yè)背景知識、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)文檔等作為學(xué)習(xí)資源，以幫助學(xué)生快速掌握項目業(yè)務(wù)需求和約束條件。AI平臺實時分析學(xué)生操作數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識別學(xué)習(xí)難點，提供個性化輔導(dǎo)方案，助力學(xué)生高效突破技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)個性化教學(xué)。

（二）貫穿項目生命周期的AI賦能實踐

AI平臺在學(xué)生完成項自的過程中動態(tài)調(diào)整教學(xué)策略，提供實時反饋，保證學(xué)生深度理解項目邏輯，精準(zhǔn)掌握技術(shù)要點，全面提升實戰(zhàn)能力。通過AI賦能助力學(xué)生構(gòu)建知識體系，強化實戰(zhàn)技能，培養(yǎng)高效解決問題的綜合素養(yǎng)[4]。

在數(shù)據(jù)庫需求分析與設(shè)計階段，學(xué)生需運用“分析”與“評價”層級能力，解讀項目需求文檔，識別核心實體與關(guān)系。平臺AI分析學(xué)生的E-R圖，基于知識圖譜推薦常見的設(shè)計模式或存在的問題，并提供相關(guān)案例參考。在SQL開發(fā)與實現(xiàn)階段，學(xué)生在平臺提供的在線數(shù)據(jù)庫環(huán)境中編寫和執(zhí)行SQL語句。AI實時分析學(xué)生的SQL代碼，并進(jìn)行語法和邏輯糾錯。針對不同學(xué)生的差異進(jìn)行個性化任務(wù)推送，智能推送針對性的實訓(xùn)任務(wù)。

通過實習(xí)工程師角色代入和“醫(yī)療垃圾處理”“綠色出行”等真實企業(yè)項目的驅(qū)動，學(xué)生在高度仿真的職業(yè)情境中運用數(shù)據(jù)庫知識解決實際問題，如圖1所示。MOOC平臺的AI深度融入項目全流程，提供從資源推薦、智能輔助開發(fā)到動態(tài)目標(biāo)調(diào)整的全方位支持，有效實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)智能化重構(gòu)體系在教學(xué)實踐中的落地，強化了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，顯著提升了學(xué)生的工程實踐技能和職業(yè)適應(yīng)能力。

五、數(shù)據(jù)賦能優(yōu)化教學(xué)評價

依托智慧職教MOOC平臺強大的AI分析能力和構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫課程知識圖譜，融合核心概念、技能點、Bloom認(rèn)知層級及項目任務(wù)關(guān)聯(lián)，建立基于能力畫像的動態(tài)評價體系。它超越了傳統(tǒng)的靜態(tài)、單一維度的評價，能實現(xiàn)對學(xué)生數(shù)據(jù)庫能力成長的全流程、多維度、智能化監(jiān)測與反饋，優(yōu)化教學(xué)。

利用AI教學(xué)平臺，對學(xué)生在知識掌握和基礎(chǔ)應(yīng)用能力上的評價實現(xiàn)智能提升。平臺通過動態(tài)生成的智能測驗，實時捕捉學(xué)生對核心知識點的理解情況，特別是對教學(xué)中重點和難點的掌握情況。AI助手深度分析作答數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位薄弱環(huán)節(jié)，并即時推送相關(guān)聯(lián)的微課、強化任務(wù)及其他學(xué)習(xí)資料，形成“評測一診斷一補救”的閉環(huán)。在“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫管理”項目實踐中，平臺全程自動捕獲學(xué)生在SQL編寫、模型設(shè)計、性能調(diào)優(yōu)等環(huán)節(jié)的操作數(shù)據(jù)，智能解析代碼邏輯、評估設(shè)計合理性等，生成可視化能力儀表盤。對學(xué)生從理論轉(zhuǎn)化為實踐能力的評估，從依賴教師主觀觀察轉(zhuǎn)變?yōu)榛诙嗑S數(shù)據(jù)的客觀呈現(xiàn)。在完整項目評估中，平臺結(jié)合知識圖譜與預(yù)設(shè)規(guī)則，智能輔助評判方案的創(chuàng)新性、技術(shù)合理性及問題解決深度。相比于傳統(tǒng)的結(jié)果評價，AI更能基于學(xué)生在項目全周期中的行為軌跡，有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有據(jù)可依的自我剖析，提升反思質(zhì)量與自我認(rèn)知能力。

貫穿從知識點掌握到復(fù)雜項目實踐與反思的學(xué)習(xí)全流程，AI教學(xué)平臺構(gòu)建了多維度、動態(tài)化的能力畫像。它不再是離散的評價點，而是持續(xù)匯聚知識測驗、項目實操、創(chuàng)新設(shè)計、反思、創(chuàng)新等多源數(shù)據(jù)，通過智能分析形成對學(xué)生數(shù)據(jù)庫核心能力成長的全景式、精細(xì)化刻畫。這種基于AI的智能化評價體系，不僅為教師提供了精準(zhǔn)、高效的評估工具，更重要的是為學(xué)生提供了即時、個性化的反饋與成長指引，真正賦能教與學(xué)的雙向優(yōu)化。

六、結(jié)語

探討了基于知識圖譜的AI輔助數(shù)據(jù)庫課程的設(shè)計與實施，重點圍繞課程目標(biāo)的設(shè)定及重構(gòu)、項目驅(qū)動的教學(xué)模式和個性化學(xué)習(xí)路徑的實現(xiàn)，以及多維度的教學(xué)評價體系。研究實踐表明，該課程通過真實企業(yè)工作場景的引入與AI技術(shù)的輔助，能夠有效提高學(xué)生的項目實踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。通過數(shù)據(jù)賦能的優(yōu)化教學(xué)評價，不僅能夠全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也為后續(xù)課程的改進(jìn)提供了有效的依據(jù)。下一步，將繼續(xù)探索和實踐如何更深人地結(jié)合AI與知識圖譜技術(shù)，提升學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)體驗，提高數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)數(shù)智化背景下新型復(fù)合型人才的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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基金項目：2022年浙江省課程思政教學(xué)項目課程思政示范課程“數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用”（項目編號：浙教函〔2022]51號）

作者單位：寧波職業(yè)技術(shù)大學(xué)

責(zé)任編輯：張津平 尚丹