高職課程體系知識圖譜構建及可視化研究

封小霞

摘要：高職教育在中國的教育體系中占據著重要的地位。它注重培養實際操作能力，并與市場需求緊密結合，為學生提供就業和職業發展的機會。然而，隨著社會的快速發展和知識的不斷更新，高職課程體系需要進行不斷調整和優化，以適應新形勢下的教育需求。在這樣的背景下，構建高職課程體系的知識圖譜并進行可視化研究具有重要的意義。

關鍵詞：高職；課程體系；知識圖譜構建；可視化

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）09-0039-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

知識圖譜作為一種結構化的知識表示方法，可以將各個課程之間的關聯關系、知識點的層次結構以及相關資源等信息進行整合和展示。通過構建高職課程體系的知識圖譜，可以更全面地了解不同課程之間的聯系，并挖掘隱藏在其中的知識和潛在的價值。同時，借助可視化技術，可以以圖形化的方式呈現知識圖譜，使其更易于理解和應用。這對于課程規劃、學習資源推薦、職業規劃和教學質量評估等方面都具有重要的幫助和指導作用。因此，研究高職課程體系知識圖譜的構建及可視化是非常必要的。它有助于提升高職教育的質量和效果，為學生提供更好的學習和職業發展支持，同時也促進教師和教育管理者的專業發展和決策制定。通過深入研究和應用，可以進一步推動高職教育的改革和創新，迎接未來社會的挑戰和需求。

1 知識圖譜的構建方法

知識圖譜的構建方法是一個復雜而嚴謹的過程，其目的是將大量的信息和數據有機地連接起來，形成具有結構化和可理解性的知識網絡[1]。在構建知識圖譜時，可以采用以下幾種方法來確保其準確性和完整性。

首先，收集數據是構建知識圖譜的第一步。需要從各種可靠的來源獲取數據，包括文本文獻、數據庫、互聯網等。這些數據應當是經過驗證和驗證過程的，以確保其準確性和可信度。

其次，在數據清洗和預處理階段，需要對獲取到的數據進行清洗和預處理。這包括去除重復數據、糾正數據錯誤、統一數據格式等。通過此步驟，可以提高數據的質量和一致性，并為后續的處理步驟打下良好的基礎。

接下來，在知識抽取與標注階段，需要將原始數據轉化為結構化的知識表示。這可以通過自然語言處理技術、實體識別、關系抽取等方法來實現。通過對文本進行標注和實體抽取，可以將文本信息轉化為可計算和可理解的形式，進一步支持知識圖譜的構建。

在知識抽取與標注的基礎上，可以進行知識表示和存儲。這包括選擇適當的數據模型和存儲方式來表示和存儲知識圖譜。常用的方法包括圖數據庫、關系數據庫等。通過有效的知識表示和存儲，可以提高知識圖譜的查詢和檢索效率，并支持更復雜的知識推理和分析[2]。

最后，在知識圖譜構建過程中，還需要進行知識驗證和更新。這包括對構建好的知識圖譜進行驗證和修正，確保其準確性和一致性。同時，還需要根據新的信息和數據不斷更新和迭代知識圖譜，以保持其時效性和完整性[3]。

2 基于知識圖譜的高職課程體系可視化系統設計

2.1 系統架構設計

在當今世界的開發模式技術架構中，C/S架構（客戶端/服務器）和B/S架構（瀏覽器/服務器）是兩種主流技術。這兩種技術各自有其市場份額，并且都具備獨特的優點和缺點?？紤]到本文的實際情況以及后期維護成本的考慮，本研究決定采用B/S架構來設計系統。該系統的整體框架如圖1所示。

B/S架構由三個關鍵層次組成，分別是用戶界面層（表示層）、業務邏輯處理層（業務層）和數據管理層（數據層）[4]。通過采用這種架構，能夠更好地滿足用戶需求，并提供高效的維護和管理。同時，B/S架構還具備更強大的擴展性和跨平臺兼容性，能夠適應不同終端設備和操作系統，提供更智能化的用戶體驗。

在設計過程中，將注重每個層次的功能和協同作用，確保系統的穩定性和可靠性[5]。此外，本研究還將重點關注系統的安全性，采取必要的防護措施，確保用戶數據的保密性和完整性。通過B/S架構的選擇和設計，系統將能夠為用戶提供良好的使用體驗，并為業務提供高效便捷的支持。

2.2 功能模塊設計

基于知識圖譜的專業知識體系可視化系統劃分為5個關鍵模塊：用戶登錄模塊、用戶管理模塊、課程管理模塊、知識圖譜管理模塊以及知識結構分析模塊[6]。整個系統的模塊設計如圖2所示。本研究將對每個模塊進行詳細的解析和說明，以便讀者全面了解系統的功能和效果。

用戶登錄模塊：該模塊允許用戶通過輸入用戶名和密碼進行身份驗證，只有經過認證的用戶才能進入系統并訪問相關功能。這個模塊的主要目的是確保系統的安全性和用戶的合法性。

用戶管理模塊：在這個模塊中，管理員可以對系統的用戶進行管理和控制。管理員可以添加新用戶、刪除現有用戶、重置用戶密碼等。這個模塊的功能使得系統的用戶管理更加靈活和便捷。

課程管理模塊：這個模塊主要負責管理系統中的各種課程信息。管理員可以添加新課程、編輯課程詳情、發布課程公告等。學生可以在這個模塊中瀏覽并選擇自己感興趣的課程，方便他們獲取所需的專業知識。

知識圖譜管理模塊：這個模塊的目標是構建和維護系統中的知識圖譜，它是整個系統的核心。管理員可以通過該模塊添加新的知識節點、編輯知識關系、更新知識內容等。這個模塊的設計使得系統能夠根據用戶需求動態生成和更新知識圖譜。

知識結構分析模塊：這個模塊利用圖譜上的信息對知識結構進行分析和可視化展示。通過這個模塊，用戶可以更好地理解和掌握專業知識的內在結構和聯系，從而提高學習效率和培養創新能力。

總之，基于知識圖譜的專業知識體系可視化系統包含了以上5個關鍵模塊，通過合理的模塊設計和功能設置，為用戶提供了全面、便捷和高效的學習與管理平臺。希望本文的分析能夠幫助讀者更好地理解并應用這個系統。

2.2.1 登錄模塊設計

在用戶使用系統之前，必須完成登錄過程，此過程需要輸入正確的用戶名和密碼。為了確保信息的準確性和安全性，所輸入的用戶名和密碼必須滿足特定的格式校驗要求。一旦用戶填寫完畢，只須點擊登錄按鈕，即可將信息提交給后端進行處理。后端會根據用戶名在數據庫中檢索記錄，并與數據庫存儲的密碼進行匹配。若匹配成功，則用戶將被授權進入系統；若匹配失敗，則系統將提示用戶信息錯誤。具體用戶登錄流程的詳細步驟如圖3所示。請注意，基于安全考慮，本文不會透露用戶登錄的具體業務流程，以防止潛在的惡意攻擊。

2.2.2 用戶管理模塊設計

在用戶轉至新的頁面之前，系統會要求獲取當前用戶的登錄信息，并對其權限進行驗證。如果用戶具備進入該頁面的權限，系統將允許其繼續跳轉至目標頁面；若用戶沒有相應的權限，則系統會顯示相應的無權限提示信息。關于權限管理的詳細業務流程，如圖4所示。

2.2.3 課程管理模塊設計

該模塊具備展示功能，并且支持課程文件的上傳和下載操作，確保用戶能夠方便地獲取相關資料。該模塊主要的任務包括以下幾個方面：首先，用戶可以通過該模塊輕松地添加新的課程信息，確保系統中完整記錄了所有的課程內容。其次，用戶還可以根據需要刪除指定的課程，確保數據的準確性和實時性。同時，用戶還可以編輯課程的詳細信息，包括但不限于課程名稱、課程編號以及授課教師等相關信息，以滿足不同用戶的個性化需求。此外，用戶還可以通過該模塊方便地查看單個課程的詳細信息，了解課程的具體情況。最后，該模塊還提供了展示課程列表的功能，使用戶可以快速瀏覽系統中所有的課程，方便找到所需的信息。

在頁面設計和業務流程方面，如圖5、圖6所示，以確保系統的界面美觀、易用性和用戶體驗性。通過精心的設計和流程規劃，可以使課程管理模塊更加高效、便捷、靈活地滿足用戶的需求，提高系統的整體管理水平。

2.2.4 知識圖譜管理模塊設計

知識圖譜管理模塊負責對課程的知識圖譜信息進行有效管理和維護。該模塊具備多項功能，包括自動構建、增加、刪除、查詢和修改知識圖譜等。除此之外，該模塊還提供了直觀的可視化展示效果。

更新知識圖譜的主要操作集中在實體和實體間關系的處理上。這些操作包括增加、刪除、查詢和修改實體及其關系。當用戶執行增加實體的操作時，需要輸入新增實體的名稱和類型，并對實體名稱是否已存在進行驗證。如果發現實體名稱已存在，系統將提供給用戶兩個選項：復用該實體或新建同名實體。同樣，在修改實體時也需要進行類似的驗證。而在刪除實體時，系統會根據該實體是否存在關聯關系來決定是否一并刪除相關的關系。

值得注意的是，本系統的關系受之前的信息抽取數據集所定義的關系約束限制，無法添加新的關系類型。無論是增加、修改還是刪除操作，它們的流程相似并遵循相同的規則。下面將介紹新增知識點和新增關系的具體流程圖，如圖7、圖8所示。

2.2.5 課程知識結構分析模塊設計

知識結構分析模塊是課程設計中不可或缺的一環。它通過對課程的知識結構進行評估，旨在確保課程的合理性和協調性。在這個模塊中，可以深入探討課程的組成要素，并尋找潛在的冗余知識。通過對知識結構的分析，能夠發現其中存在的問題并加以優化，從而提升課程的教學效果。

首先，知識結構分析模塊可以幫助評估課程的合理性。它通過對課程中各個知識點之間的關系進行分析，確定它們在整個課程體系中的地位和重要性。通過對知識結構的有機組織，可以確保課程的邏輯性和完整性。例如，當發現某個知識點與其他知識點之間存在冗余或者重疊時，可以作出相應的調整和優化，以提高課程的連貫性和凝聚力。

其次，知識結構分析模塊還能夠評估課程與其他相關課程之間的協調性。在現代教育體系中，課程之間相互聯系密切，相互依賴。因此，需要通過對課程之間的關系進行分析，確保它們能夠協調有序地進行。這樣一來，學生在學習過程中能夠更好地理解和應用所學知識，在不同的學科領域中形成更加全面的素養。

3 結論

通過構建一個完備的知識圖譜，可以幫助學生更清晰地了解自己所學專業的核心知識和技能結構。在構建過程中，首先需明確高職課程體系的學科內涵和外延，確保知識圖譜的全面性和準確性。同時，還需要對相關領域的專業知識進行分類整理，梳理出各個學科領域之間的內在聯系和關聯。這樣一來，學生們就能夠更系統地學習和應用所學知識，提高學習效果和實際運用能力。而為了使知識圖譜更易于理解和使用，可視化是一個不可或缺的環節。通過將知識點以圖形或圖表的形式進行呈現，學生可以直觀地看到知識之間的邏輯關系和層次結構。此外，還可以利用可視化工具和技術將知識圖譜嵌入教學材料和學習平臺中，為學生提供更便捷的學習方式。

總之，高職課程體系知識圖譜構建及可視化研究對于高等職業教育的發展具有重要意義。通過構建完備的知識圖譜，并通過可視化方式呈現，可以幫助學生更好地掌握專業知識和技能，提高實際應用能力，進而促進其在職場中的競爭力和就業能力。該研究的深入推進將為高職教育領域的改革和創新提供有力支持。

參考文獻：

[1] 吳超.電力調度知識圖譜中知識抽取系統的設計與實現[D].北京：中國科學院大學（中國科學院沈陽計算技術研究所），2020.

[2] 金偉豪.基于知識圖譜的電商信息抽取系統的設計與實現[D].南京：東南大學，2019.

[3] 許斌，蘇偉杰，劉陽.基礎教育知識圖譜賦能智慧教育[J].人工智能，2019，6（3）：37-43.

[4] 李涓子，侯磊.知識圖譜研究綜述[J].山西大學學報（自然科學版），2017，40（3）：454-459.

[5] 劉嶠，李楊，段宏，等.知識圖譜構建技術綜述[J].計算機研究與發展，2016，53（3）：582-600.

[6] 化立志.基于知識圖譜的領域知識庫管理系統的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2018.

【通聯編輯：謝媛媛】