教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型視域下醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型構(gòu)建與實(shí)踐

袁磊 宋瑩瑩 靳瑞霞

摘 要：本研究在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理念下，依托醫(yī)學(xué)院校校本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，基于知識(shí)圖譜的知識(shí)建模、知識(shí)抽取、知識(shí)加工、知識(shí)融合、知識(shí)更新等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建包含學(xué)科知識(shí)圖譜、智能知識(shí)推薦、智能學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃等模塊的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)服務(wù)，幫助教師及教學(xué)管理人員進(jìn)行智慧教育改革，建立醫(yī)學(xué)院校“以學(xué)生為中心”的育人體系，提升醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型；知識(shí)圖譜；自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型

基金項(xiàng)目：河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)項(xiàng)目（軟科學(xué)）（編號(hào)：232400410338）；河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2021SJGLX320）

作者簡(jiǎn)介：袁磊（1983— ），男，新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院副教授，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)高等教育、教育信息化；宋瑩瑩（1993— ），女，新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院助教，研究方向?yàn)榻逃髷?shù)據(jù)；靳瑞霞（1973— ），女，新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榻逃畔⒒⒔逃髷?shù)據(jù)。

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國(guó)。2022年全國(guó)教育工作會(huì)議明確提出實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)。教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖也曾指出，高等教育數(shù)字化不是一般的策略問(wèn)題，而是決定高等教育高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)高等教育從學(xué)習(xí)革命到質(zhì)量革命再到高質(zhì)量發(fā)展的突破口和創(chuàng)新路徑。2022年8月，河南省教育廳等八部門聯(lián)合頒布《河南省“十四五”教育信息化發(fā)展規(guī)劃》，將“構(gòu)建信息化支撐環(huán)境，推動(dòng)學(xué)校數(shù)字化轉(zhuǎn)型”作為八大重點(diǎn)任務(wù)之一。基于此，課題組結(jié)合醫(yī)學(xué)院校自身專業(yè)特點(diǎn)，探索將大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與教育教學(xué)融合，推進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以期改變傳統(tǒng)教育模式，提升醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

一、基于教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“知識(shí)圖譜+自適應(yīng)學(xué)習(xí)”教育生態(tài)系統(tǒng)

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)和人工智能等新興信息技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)著教育信息化步入2.0階段，這也意味著智慧教育時(shí)代的到來(lái)。數(shù)字化教育教學(xué)資源海量增長(zhǎng)，給學(xué)習(xí)者帶來(lái)了便利，也帶來(lái)了資源過(guò)載、資源選擇困難、自適應(yīng)學(xué)習(xí)難度加大等問(wèn)題。研究表明，作為智慧教育的主要踐行模式，自適應(yīng)學(xué)習(xí)能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特點(diǎn)和發(fā)展?jié)撃埽捎渺`活和適合的方式充分滿足學(xué)習(xí)者個(gè)體需求的學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。而自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型構(gòu)建的核心在于知識(shí)圖譜的構(gòu)建，知識(shí)圖譜可以為自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的精準(zhǔn)化教學(xué)、智能化學(xué)習(xí)診斷、高效教育資源整合等教育應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐，從而為學(xué)生提供符合其個(gè)性特征的適應(yīng)性支持和服務(wù)，促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)、能力和情感等方面多元發(fā)展。

祝智庭教授指出，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是建立在數(shù)字化轉(zhuǎn)換（從模擬格式到數(shù)字格式的轉(zhuǎn)變）、數(shù)字化升級(jí)（利用數(shù)字技術(shù)和信息改變組織的運(yùn)作過(guò)程）基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)型，指向系統(tǒng)化的發(fā)展。由此可見(jiàn)，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程也是一個(gè)教育生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的過(guò)程。知識(shí)圖譜能夠幫助教師和學(xué)生在這些方面獲得良好體驗(yàn)，可以促進(jìn)教育生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)教師教學(xué)路徑、學(xué)生學(xué)習(xí)路徑設(shè)計(jì)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)教育生態(tài)系統(tǒng)良性、上升式發(fā)展。因此，課題組基于教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型理念，構(gòu)建“知識(shí)圖譜+自適應(yīng)學(xué)習(xí)”的教育生態(tài)系統(tǒng)（如圖1所示），以高校學(xué)生、教師、管理人員的數(shù)字素養(yǎng)及能力培養(yǎng)為核心要素，以教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)要素，通過(guò)基于知識(shí)圖譜的智能分析、智能推薦、智能問(wèn)答等技術(shù)，落實(shí)“全要素、全領(lǐng)域、全業(yè)務(wù)、全流程”的智慧教育，支撐高校的校本教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建以學(xué)習(xí)評(píng)估、知識(shí)推薦、學(xué)習(xí)規(guī)劃為中心的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型。

二、醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型構(gòu)建及應(yīng)用

（一）教育領(lǐng)域?qū)W科知識(shí)圖譜構(gòu)建的模式及流程分析

北京大學(xué)教育學(xué)院的郭文革博士等，對(duì)基于知識(shí)圖譜的新型教材進(jìn)行了深層次定義，其認(rèn)為基于知識(shí)圖譜的新型教材是一種采用文字、圖畫、色彩、音頻、視頻、VR、游戲等多模態(tài)表達(dá)元素，以超鏈接、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)編排和組織內(nèi)容，通過(guò)服務(wù)器＋PC、iPad、智能手機(jī)、電子書等設(shè)備的方式發(fā)布使用的出版形態(tài)。基于此，課題組依托基于知識(shí)圖譜的新型教材概念及其建設(shè)理念，從沉浸感、愉悅感、個(gè)性化、自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果等學(xué)習(xí)感知及效能維度，對(duì)學(xué)科知識(shí)、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)活動(dòng)等知識(shí)體系進(jìn)行規(guī)劃，具體涵蓋文字、圖畫、色彩、音頻、視頻、VR、游戲等多模態(tài)形式，然后通過(guò)知識(shí)抽取（實(shí)體抽取、關(guān)系抽取、屬性抽取）、知識(shí)融合、知識(shí)加工等方法對(duì)數(shù)據(jù)層的“知識(shí)元”進(jìn)行專家評(píng)判、知識(shí)校驗(yàn)、知識(shí)補(bǔ)充及優(yōu)化，構(gòu)建形成教育領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)圖譜。基于學(xué)科知識(shí)圖譜，學(xué)生可以使用服務(wù)器+PC、iPad、智能手機(jī)、電子書、VR設(shè)備等，依托語(yǔ)義搜索、智能問(wèn)答、個(gè)性化推薦等知識(shí)圖譜技術(shù)，獲取個(gè)性化引導(dǎo)、個(gè)性化評(píng)價(jià)、個(gè)人圖譜等服務(wù)，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升自我管理意識(shí)，提高學(xué)習(xí)能力，完成知識(shí)構(gòu)建，順利進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。

（二）醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)

當(dāng)前，隨著生物、電子、材料、能源信息、計(jì)算機(jī)等學(xué)科與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的深度融合，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速，醫(yī)學(xué)科研與教學(xué)、臨床診斷與治療、疾病預(yù)防與康復(fù)也由于新技術(shù)的融入，有了新的研究視角。《關(guān)于加強(qiáng)醫(yī)教協(xié)同實(shí)施卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》明確提出，要推動(dòng)醫(yī)科與工科、理科等多學(xué)科交叉融通。因此，對(duì)醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)貫穿整個(gè)醫(yī)學(xué)生涯，醫(yī)學(xué)生需要養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)能力，經(jīng)過(guò)在校教育、住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)、繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育等階段，不斷更新醫(yī)學(xué)知識(shí)、學(xué)習(xí)醫(yī)療先進(jìn)技術(shù)、開(kāi)展臨床研究等，持續(xù)提升專業(yè)知識(shí)、技能與素質(zhì)。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育由于無(wú)法打破時(shí)空限制，存在諸多不足。實(shí)踐證明，將知識(shí)圖譜引入依托于校本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)支持工具與學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)過(guò)程的深度融合。醫(yī)學(xué)院校利用知識(shí)圖譜技術(shù)，在校本教學(xué)平臺(tái)上記錄與追蹤醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)情況、認(rèn)知水平、能力水平、情感態(tài)度等個(gè)性化特征，同時(shí)將醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化特征與醫(yī)學(xué)學(xué)科知識(shí)圖譜中的實(shí)體屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的主要功能模塊設(shè)計(jì)如下。

1.學(xué)情分析模塊。基于知識(shí)圖譜及數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)醫(yī)學(xué)院校校本在線教學(xué)平臺(tái)的醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)記錄等行為軌跡進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以分析醫(yī)學(xué)生的知識(shí)掌握情況等顯性特征以及學(xué)習(xí)速度、學(xué)習(xí)偏好、認(rèn)知水平等隱性特征。基于學(xué)情分析數(shù)據(jù)，醫(yī)學(xué)院校教師，可以在課前制定教學(xué)策略，做到?jīng)Q策數(shù)據(jù)化；在課中利用制定的教學(xué)策略，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)，講解知識(shí)點(diǎn)，分組討論教學(xué)，利用知識(shí)圖譜對(duì)知識(shí)內(nèi)在的關(guān)聯(lián)進(jìn)行可視化處理，幫助醫(yī)學(xué)生構(gòu)建深層次認(rèn)知；在課后推薦相關(guān)習(xí)題，讓學(xué)生根據(jù)學(xué)情狀況、學(xué)習(xí)能力，有針對(duì)性地進(jìn)行練習(xí)，實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)。

2.內(nèi)容推薦模塊。基于知識(shí)圖譜及數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合醫(yī)學(xué)學(xué)科知識(shí)體系的特征，對(duì)醫(yī)學(xué)生過(guò)程化動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析，檢測(cè)醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，精確診斷醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并分析醫(yī)學(xué)生薄弱知識(shí)點(diǎn)，從而有針對(duì)性地向醫(yī)學(xué)生推送學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，融合協(xié)同過(guò)濾等多種推薦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)所需要的路徑推薦、資源推薦、同伴推薦、試題推薦、系統(tǒng)引導(dǎo)等，有針對(duì)性地向醫(yī)學(xué)生推薦更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源，提升個(gè)性化學(xué)習(xí)效果。此外，基于知識(shí)圖譜，醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以通過(guò)語(yǔ)義搜索、智能問(wèn)答、個(gè)性化推薦等功能，充分實(shí)現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”，發(fā)揮個(gè)人感知、決策判斷與修正等主體作用，積極主導(dǎo)并完成學(xué)習(xí)活動(dòng)。

3.學(xué)習(xí)策略規(guī)劃模塊。基于知識(shí)圖譜技術(shù)，挖掘醫(yī)學(xué)學(xué)科知識(shí)體系中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，研判醫(yī)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)能力等因素，從而幫助醫(yī)學(xué)生進(jìn)行目標(biāo)設(shè)定、路徑選擇、資源選擇、知識(shí)建構(gòu)、監(jiān)控評(píng)價(jià)、反饋調(diào)節(jié)等，構(gòu)建基于醫(yī)學(xué)學(xué)科知識(shí)體系的學(xué)習(xí)效果精準(zhǔn)檢測(cè)、學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)推送、學(xué)習(xí)路徑精準(zhǔn)規(guī)劃的動(dòng)態(tài)閉環(huán)，為醫(yī)學(xué)生量身定制個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，使醫(yī)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從表層知識(shí)學(xué)習(xí)到深層知識(shí)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)化，穩(wěn)步提升醫(yī)學(xué)生學(xué)科專業(yè)知識(shí)掌握程度。

三、醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)鍵模塊分析

課題組構(gòu)建的基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，依托于學(xué)校的校本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及雨課堂，以課程的線上線下混合式教學(xué)為抓手，進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用驗(yàn)證。

（一）多模態(tài)醫(yī)學(xué)學(xué)科課程知識(shí)圖譜框架搭建

目前，教育知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)來(lái)源通常是文本數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，但基于醫(yī)學(xué)類課程的特色以及醫(yī)學(xué)院校在線教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用特色，教學(xué)資源大多是文本、圖片、音頻、視頻等信息。同時(shí)，在線教學(xué)平臺(tái)中的課程資源還包含測(cè)驗(yàn)作業(yè)、問(wèn)題討論、記錄教學(xué)及學(xué)習(xí)資源，體現(xiàn)多模態(tài)資源的特性。在醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，目前醫(yī)學(xué)院校校本在線教學(xué)平臺(tái)中的課程資源往往是單獨(dú)存在的，課程知識(shí)的整體框架多是依托課程教材的章節(jié)目錄關(guān)系呈現(xiàn)。一方面，課程群中的各課程之間沒(méi)有建立知識(shí)點(diǎn)之間的緊密聯(lián)系；另一方面，章節(jié)中所包含的細(xì)小知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系并不是十分明確，影響了基于知識(shí)圖譜的智慧教學(xué)模式的運(yùn)用。基于此，課題組從知識(shí)點(diǎn)檢索、個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑推薦、智能教育分析三個(gè)維度，依托學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)實(shí)體資料庫(kù)、學(xué)科知識(shí)實(shí)體識(shí)別模型庫(kù)，圍繞文本、圖片、音頻、視頻、測(cè)驗(yàn)作業(yè)、問(wèn)題討論等要素，構(gòu)建多模態(tài)學(xué)科課程知識(shí)圖譜框架。此外，在模型框架中以知識(shí)節(jié)點(diǎn)的先序、后序關(guān)系，對(duì)知識(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定級(jí)，確定父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)、兄弟節(jié)點(diǎn)等，構(gòu)建醫(yī)學(xué)學(xué)科的多模態(tài)學(xué)科課程知識(shí)圖譜框架，以期有效解決以上問(wèn)題。

（二）基于知識(shí)圖譜的智能化推薦框架搭建

在醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)生獲取智能的學(xué)習(xí)資源推薦、學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃，教師獲得智能學(xué)情分析、智慧教學(xué)等服務(wù)，都離不開(kāi)智能化推薦技術(shù)。在教學(xué)過(guò)程中，所謂的智能推薦功能，是指不需要教師或?qū)W生提出明確的需求，平臺(tái)或系統(tǒng)只需要根據(jù)教師或?qū)W生的歷史行為數(shù)據(jù)去建模，然后根據(jù)他們的歷史行為判斷接下來(lái)的行為和喜好，為教師或?qū)W生進(jìn)行內(nèi)容推薦或策略規(guī)劃服務(wù)。目前，醫(yī)學(xué)院校構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的智能化推薦框架，可以通過(guò)知識(shí)圖譜的概念層次結(jié)構(gòu)，采集醫(yī)學(xué)生的用戶學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)行為屬性等，并通過(guò)知識(shí)圖譜的關(guān)聯(lián)語(yǔ)義推理，挖掘醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，構(gòu)建醫(yī)學(xué)生興趣模型，并在此基礎(chǔ)上，依托自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中基于知識(shí)圖譜管理的學(xué)科課程項(xiàng)目數(shù)據(jù)，建立醫(yī)學(xué)學(xué)科課程之間的多層次、強(qiáng)關(guān)聯(lián)知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的高效利用。實(shí)踐證明，基于知識(shí)圖譜關(guān)聯(lián)挖掘用戶歷史行為數(shù)據(jù)以獲取其興趣特征等實(shí)體屬性，是醫(yī)學(xué)院校基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化推薦的關(guān)鍵。因此，醫(yī)學(xué)院校構(gòu)建基于知識(shí)圖譜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，必須設(shè)計(jì)教育大數(shù)據(jù)的采集、挖掘及管理環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)適配數(shù)據(jù)源、遷移數(shù)據(jù)庫(kù)模式等數(shù)據(jù)分析需求，為智能教育奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]童名文，師亞飛，戴紅斌，等.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)制研究[J].電化教育研究，2020（2）.

[2]祝智庭，胡姣.教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)探析與研究展望[J].中國(guó)電化教育，2022（4）.

[3]郭文革，黃榮懷，王宏宇，等.教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)樞紐工程：基于知識(shí)圖譜的新型教材建設(shè)[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2022（4）.

[4]高茂，張麗萍.融合多模態(tài)資源的教育知識(shí)圖譜的內(nèi)涵、技術(shù)與應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2022（8）.

[5]孫雨生，祝博.基于知識(shí)圖譜的信息推薦架構(gòu)體系研究[J].情報(bào)理論與實(shí)踐，2021（11）.

責(zé)編：初 心