基于知识图谱驱动的程序类课程教育技术研究

分类：论文范文 发表时间：2021-08-12 10:31

　　摘要：新工科教育技术的变革和创新沿着大数据驱动的模式发展，在形成产学研校企协同教育和智能学习的创新教育模式的过程中，本文提出了应用复杂性网络理论和形式化理论研究构建专业课程群（以程序类课程为例）的学科知识图谱架构和技能能力考核点图谱架构。通过研究规范形式化的描述模型，完成具有理论知识图谱管理和精准行为分析的协同教育创新服务平台，解决市场对专业知识与技能能力需求的动态变化，推进高等教育专业教学管理效率和决策水平。

　　关键词：知识图谱；形式化；协同教育；教学管理

　　0引言

　　随着高校信息化建设的不断发展，大部分地方院校虽然在教学管理上越来越重视新技术、新模式的应用，但其教学管理所需的配套设备与配套技术的更新相对滞后，这一现象导致地方院校与高水平院校之间的差距越显明显。传统的教学模式主要存在以下的几个问题：①教师的教学强度大，工作量大，教师主观上愿意改进培养方式，但缺乏时间和精力对教学进行跨步式的改革，使得教学改革推进缓慢甚至是凝滞不前；②教学过程中没有科学的行为数据分析手段和工具，难以针对学生的学习特点，进行个性化教学，教学效果不显著，学生体验差；③教学资源的更新和共享程度差，无法避免课程知识点的重复，从而削弱了教学团队的协同性，使得协同培养模式无法开展；④缺乏精准控制和精准教学方式的实施环境和手段。上述的这些问题约束制约着教学管理大数据的实施和推广。

　　1计算机专业人才培养的特殊性

　　计算机专业中理论知识和编程实现是两个不同层次的教学内容，这是计算机专业课程体系中最为突显的特征：作为理论体系其核心知识更新相对平缓，通过传统的教学模式能达到较好的教学效果，但理论的应用和实践则是通过不同的程序设计平台和运行环境呈现其效果，在这个过程中涉及到不同的程序设计语言、编程平台、编程环境、运行环境和应用场景，还涉及到学生的个人能力及个性化的学习。

　　2大数据技术驱动计算机专业程序类课程协同教育平台

　　构建以大数据技术驱动计算机专业程序类课程协同教育平台——一个具有理论知识图谱[1-2]管理和精准行为分析[3-4]的协同教育环境。通过云计算平台的应用，以教学资源、教学过程管理、教师的教学行为、学生的学习行为、学习过程管理等作为教育大数据的基础数据，优化应用型人才培养模式的过程管理，优化程序类课程的教育和实训方式，优化师资团队的协同教学模式。平台的核心能力体现在：

　　（1）以大数据技术驱动构建基于教学行为和学习行为数据集，以程序类课程中产生的行为特征数据为教育大数据提供数据源，研究大数据在高校各类课程教学管理中的运用提供参考。有利于培养基于课程群的大数据思维，做到宏观与微观相结合，即时、全面、客观记录教育管理大数据，预测、分析教育管理规律，对“高校如何充分利用智慧技术，更好地坚持‘以人为本’的原则，服务教师发展、服务学生个性化学习、服务过程化评价”等，为精准教学和精准学习提供支撑环境。

　　（2）以大数据技术推进程序类课程群的两段式教学模式的开展，适应市场对专业知识与技能能力需求的动态变化。计算机专业课程体系中最为突显的特征是——专业课程中理论知识体系和编程实现是两个不同层次的教学内容，前者是基础理论的学习，后者是具体编程的实现。第一段的理论教学中，利用大数据技术，通过本体、Web语义方式描述非结构化数据——课程理论知识体系中众多的知识点，通过课程中核心理论知识表示与建模，建立核心理论知识关系图谱，为知识存储、知识推理、语义搜索、知识问答和课程知识图谱应用提供支撑；第二段的实践教学中，利用云虚拟平台，为学生提供各类编程环境，按需按个性配置运行环境，使得理论知识的实验验证不再局限于某一编程模式，也有利于学生的自主按需个性化发展，教师只着重于验证结果的检查，而不必关心其实现过程。

　　3图谱架构及其规范形式化描述模型研究

　　3.1构建知识图谱

　　以知识图谱的相关研究理论作为课程群教育技术创新平台的核心支撑，以专业教育作为应用场景，构建一个以学科（以程序类课程）知识点图谱架构为基础，形成基于学科知识点复杂性网络逻辑结构，应用大数据分析、大数据存储、大数据处理技术，形成管理者、教师、学生等多方协同的教育环境。构建基于程序类课程的核心理论与专业技能的知识图谱架构，实现教学知识（包括理论教学和实践训练）以知识图谱的形式进行表达。

　　3.2基于知识图谱的精准画像

　　通过大数据技术采集教师教学过程中的教学行为、学生学习过程的学习行为记录数据，利用大数据分析和特征工程技术，勾画教师、学生的精准画像，为促进精细化、精准化和智能化的教与学提供数据支持。该研发工作按进度逐步实施，目前阶段主要完成教学行为、学生行为的数据采集和数据分析的工作，形成教师与学生的精准画像。

　　4基于知识图谱的协同教育及服务平台

　　应用知识图谱及其架构的管理，市场对人才技能的需求能迅速、动态地反映到学科知识图谱和专业技能能力图谱架构中相应的节点（复杂性网络结构中每个节点代表学科上的一个知识点和技能能力点）上，专业教育过程中能动态调整学生知识和技能学习链，以适应市场对领域知识需求的动态变化。

　　知识图谱及专业技能学习链的调整过程中，团队教师只需维护及更新自己研究、讲授的课程体系中的某一课程，甚至是某些核心知识点，工作量少，且是团队教师各自自己所研究的领域，对其教学和科研都有促进作用，也实现了资源的最大化共享。专业技能学习链的构建及市场需求与专业技能学习的动态联动式人才培养管理模式及子平台逻辑结构示意图如图2所示。

　　5结语

　　在新工科教育技术的变革和创新发展的推动下，为解决市场对专业知识与技能能力需求的动态变化，本文提出：①应用复杂性网络理论和形式化理论研究构建两类图谱架构——学科知识图谱架构和专业技能实践能力考核点图谱架构，形成基于程序类课程的学科知识图谱架构和专业技能实践能力考核点图谱架构的规范形式化描述模型（创新平台的理论支撑）；②应用学科知识图谱，通过大数据分析技术构建研究教师与学生的精准画像，为促进精细化、精准化和智能化的教与学提供数据支持；③研究市场需求与专业技能学习的动态联动式人才培养创新教育模式，结合学科知识图谱的应用，在专业教育过程中动态调整学生知识和技能学习链，以适应市场对领域知识需求的动态变化；最终将构建大数据技术驱动的程序类课程教育技术创新平台——一个具有理论知识图谱管理和精准行为分析的协同教育创新服务平台。

　　参考文献：

　　[1]王义，任君庆.基于引证的国内职业教育研究群体可视化知识图谱构建与分析[J].高等工程教育研究，2017（1）:108-112.

　　[2]万海鹏，余胜泉.基于学习元平台的学习认知地图构建[J].电化教育研究，2017，38（9）:83-88.

　　[3]姜强，赵蔚，李松，等.大数据背景下的精准个性化学习路径挖掘研究——基于AprioriAll的群体行为分析[J].电化教育研究，2018，39（2）:45-52.

　　[4]韩锡斌，马婧，程建钢.高校混合教学推动策略下师生群体行为关系分析[J].电化教育研究，2017，38（12）:37-43.

　　[5]漆桂林，高桓，吴天星.知识图谱研究进展[J].情报工程，2017，3（1）:4-25.

　　[6]ZHUM，BAOB，XUC.知识图谱发展与构建的研究进展[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2017，9（6）:575-582

　　朱嘉贤1，宋向瑛2

上一篇：基于知识可视化的教育认知工具模型构建研究 下一篇：线上教学共振体系的研究与实践