知識圖譜在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學中的應(yīng)用設(shè)想

摘要：針對計算機網(wǎng)絡(luò)的課程特點和教學實際，提出了引入知識圖譜以輔助傳統(tǒng)課堂教學、提高課程教學數(shù)智化的思路，闡述了如何運用知識圖譜構(gòu)建課程知識體系、智能教材體系、輔助教師備課、生成學習路徑等，旨在為該課程建設(shè)和改革提供參考。

關(guān)鍵詞：知識圖譜；計算機網(wǎng)絡(luò)；教學數(shù)智化；可視化

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）05-0132-03 開放科學（資源服務(wù)） 標識碼（OSID） ：

數(shù)智化時代的到來，以及人工智能大模型的技術(shù)突破，為高等教育帶來了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。與此同時，網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略與新基建作為驅(qū)動國家發(fā)展的兩大核心戰(zhàn)略導(dǎo)向，對網(wǎng)絡(luò)人才的培養(yǎng)提出了更高更迫切的期許[1]。計算機網(wǎng)絡(luò)，既是計算機類專業(yè)學生的基礎(chǔ)必修課，也是很多其他專業(yè)學生的公共基礎(chǔ)課，對于學生掌握網(wǎng)絡(luò)原理、協(xié)議機制、技術(shù)方法及拓寬專業(yè)視野具有重要作用，對于學科建設(shè)和人才培養(yǎng)舉足輕重[2]。該課程因其知識領(lǐng)域?qū)挿骸⒗碚摮橄蟆⑴c實踐結(jié)合緊密、技術(shù)更新速度快等特點，常使學生感到內(nèi)容枯燥、理解難度大，難以構(gòu)建完整的知識體系，在實際授課和學習過程中面臨諸多挑戰(zhàn)。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)的課程特點與教學現(xiàn)狀

1.1 知識涵蓋領(lǐng)域?qū)挿海橄笮詮?/p>

計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議設(shè)計及運行模式等受到通信技術(shù)、計算機軟硬件、電子技術(shù)、商業(yè)策略乃至歷史原因等多重因素的交叉影響，這使得其知識構(gòu)成既寬泛又復(fù)雜。傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學，通常按照OSI七層模型或TCP/IP四層模型進行逐層講解，學生往往疲于記憶知識點，按照不同層次來理解知識，卻忽視了計算機網(wǎng)絡(luò)是一個整體，各層之間存在緊密而復(fù)雜的聯(lián)系，因此難以從宏觀層面把握這一龐大復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)。此外，計算機網(wǎng)絡(luò)中的許多概念和原理都是抽象的，如網(wǎng)絡(luò)層的路由算法、傳輸層的流量控制等，對這些抽象概念的理解需要一定的數(shù)學和邏輯思維能力，對于初學者來說具有一定難度。

1.2 教材內(nèi)容有限，更新速度慢

教材作為知識和信息的載體，是教師授課的重要依據(jù)，是學生獲取知識的主要來源，教材的內(nèi)容和質(zhì)量直接影響到教學質(zhì)量和學習效果。盡管當下教材的形態(tài)多樣，涵蓋傳統(tǒng)紙質(zhì)書籍到電子文檔乃至視頻教程等，但其所記載的知識與信息都是靜態(tài)的。隨著網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略的深入實踐，計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，這要求計算機網(wǎng)絡(luò)課程必須緊跟時代步伐、迅速吸納新知。然而，這種靜態(tài)化的信息記錄模式，極大地束縛了教材內(nèi)容的更新迭代。經(jīng)常能夠看到，一本教材在作者撰寫時尚屬前沿，待出版后，書中的很多知識點已暗淡褪色，而新興的知識卻難以及時更新。這種知識更新的滯后性，無疑給教和學帶來了沉重的負擔，挑戰(zhàn)著教育的時效性與前瞻性。

1.3 傳統(tǒng)教學注重知識傳授，因材施教不夠

傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)教學模式往往是以教師為中心，教師通過PPT、現(xiàn)場講解等方式將計算機網(wǎng)絡(luò)的概念、原理和技術(shù)等知識逐層傳遞給學生，學習進度和學習內(nèi)容深度均由教師把控，學生作為聽眾按部就班地逐層進行學習，完成作業(yè)，最后參加標準化考核得到課程成績。這種“教師講，學生聽”的知識灌輸模式雖然注重了知識的完整性和系統(tǒng)性，但卻忽略了學生的個體差異，如學習基礎(chǔ)、認知方式、興趣愛好等，難以進行有針對性的教學設(shè)計和調(diào)整，難以兼顧學生日趨多樣化的學習需求，難以激發(fā)學生主動探索和自主學習的積極性，不利于學生適應(yīng)這個知識爆炸的時代和快速更新的技術(shù)環(huán)境。

2 知識圖譜核心技術(shù)與優(yōu)勢

當前，知識圖譜已成為人工智能領(lǐng)域的熱門技術(shù)，在自然語言處理、智能搜索、個性化推薦、輔助決策等多個領(lǐng)域均展現(xiàn)出強大的應(yīng)用潛力和推廣價值[3]。知識圖譜具有豐富的語義信息和強大的表達能力，它以實體為節(jié)點、以關(guān)系為邊，以圖形化的方式直觀展示知識之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，所謂“一圖勝千言”，圖形比文本或表格更加符合人類的認知方式，更加直觀和易于理解；而且，新的節(jié)點和邊也可以很方便地添加到現(xiàn)有圖譜中，這種自適應(yīng)性和高可擴展性使得知識圖譜能夠保持高度的時效性和完整性，這一特質(zhì)對于快速迭代更新的計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域尤其適用；此外，知識圖譜中的信息是結(jié)構(gòu)化的，基于圖算法可以進行高效的信息檢索和復(fù)雜推理，這大大提高了用戶在海量數(shù)據(jù)中的信息處理效率，這一特質(zhì)正好可以解決計算機網(wǎng)絡(luò)知識點多、涉及領(lǐng)域廣的問題；最后，知識圖譜是一種標準化的知識表達形式，可以在不同人員和系統(tǒng)之間進行知識共享和復(fù)用，這有助于打破信息孤島，彌補個人知識局限，提高知識的利用率[4]。

知識圖譜以其獨特的知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、可視化和可擴展的優(yōu)勢，非常適用于計算機網(wǎng)絡(luò)課程的課程特點，能夠有效解決教學中的諸多難題，為學生提供一個更加高效、直觀和有趣的學習環(huán)境[5]。

3 知識圖譜在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學中的應(yīng)用設(shè)想

知識圖譜在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學中有豐富的應(yīng)用場景。對于學生而言，知識圖譜可以幫助學生構(gòu)建課程知識體系，實現(xiàn)知識的動態(tài)更新，并制定個性化的學習路徑，能夠有效激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)自主學習能力。對于教師層而言，知識圖譜不僅能在課前協(xié)助教師進行精準學情分析、提高備課的效率和質(zhì)量；在課中，可以助力智慧課堂的建設(shè)、實施精準教學；在課后，它還能輔助教師進行作業(yè)和試卷批閱、學員考核評價等，能夠有效減輕教師的負擔，提高教研與授課的效率和質(zhì)量。

3.1 課程知識體系構(gòu)建與可視化

3.1.1 構(gòu)建課程知識圖譜

獲取知識數(shù)據(jù)是構(gòu)建知識圖譜的第一步，由教師和學生共同以眾包方式完成，構(gòu)建步驟如圖1所示。首先，由任課教師在計算機網(wǎng)絡(luò)課程每個章節(jié)授課結(jié)束后，選擇本章中若干個重要的知識點作為關(guān)鍵詞發(fā)布初始眾包任務(wù)，學生根據(jù)這些關(guān)鍵詞展開知識聯(lián)想，發(fā)掘與之相關(guān)的知識點及其關(guān)聯(lián)，將其分別作為節(jié)點和邊相互連接，構(gòu)建出屬于自己的知識子圖。之后，將不同學生構(gòu)建的知識子圖中所包含的新知識點提取出來，添加到關(guān)鍵詞中并更新眾包任務(wù)，學生據(jù)此迭代知識聯(lián)想過程，得到初始的知識資源；第二步，融合知識子圖。以眾多學生所構(gòu)建的知識子圖為基礎(chǔ)，對知識和關(guān)聯(lián)關(guān)系進行補充完善，生成課程知識圖譜。該圖譜中包含了既完整又權(quán)威的知識體系，可以作為學員對比分析、查漏補缺的參照物；第三步，將課程知識圖譜中導(dǎo)入Noe4j等圖形化數(shù)據(jù)庫中，借助圖數(shù)據(jù)庫強大的圖查詢和展示能力，自動繪制出知識圖譜的全貌，完成課程知識體系的可視化。

3.1.2 知識體系動態(tài)更新

動態(tài)更新課程知識體系是一個復(fù)雜但又至關(guān)重要的過程，這種更新不僅有助于保持課程內(nèi)容的時效性和準確性，還有助于學生拓寬專業(yè)視野、了解學科前沿知識。知識圖譜的更新工作主要涉及知識點、屬性以及關(guān)聯(lián)關(guān)系等實體的新增、修改與刪除，這一過程可以采用如下兩種更新機制：1） 實時更新機制：借助流式數(shù)據(jù)處理技術(shù)，持續(xù)不斷地從不同數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)并整合，以實現(xiàn)知識圖譜的實時更新，確保所含知識的時效性和準確性；2） 增量更新機制：在每次開課前或結(jié)課后，定期收集現(xiàn)有知識實體的更新信息，在保持知識圖譜準確性的基礎(chǔ)上，增量更新數(shù)據(jù)，從而有效避免數(shù)據(jù)的重復(fù)處理，降低更新成本。

3.1.3 生成學習路徑

課程知識圖譜在宏觀層面為學生呈現(xiàn)出了整個計算機網(wǎng)絡(luò)的“知識地圖”。基于該可視化的“知識地圖”，學生能夠非常直觀地了解到課程的整體知識架構(gòu)，了解到每個知識點的重要性以及知識之間的聯(lián)系，從而規(guī)劃出適合于自己的學習路徑，提升學習過程的趣味性和互動性。如圖3所示，展示了數(shù)據(jù)鏈路層“最短幀長”這一知識點的學習路徑，從中可以清晰地看出在學習此知識點之前需要具備哪些前置知識，以及這些知識之間的學習順序。

3.2 精準學情分析

傳統(tǒng)教師進行學情分析，主要依靠經(jīng)驗、談話、調(diào)查問卷等方式，缺乏數(shù)據(jù)量化指標和及時反饋，具有較大的偶然性和主觀性。基于知識圖譜，可以開展精準深入的多維度學情分析，涵蓋學員知識結(jié)構(gòu)、能力基礎(chǔ)、興趣所在、學習習慣等豐富的行為軌跡，從中既可以發(fā)現(xiàn)學員的薄弱知識點等顯性特征，更能挖掘出深層次的學習偏好、學習速度、認知水平等隱性特征。通過量化手段，使學情分析更加精準和客觀。針對未能達成的學習目標，知識圖譜可進行原因分析，識別出相關(guān)的薄弱知識點及其關(guān)聯(lián)依賴，進而精準定位并彌補短板。此分析既可針對單個學員，也可針對群體，具備更好的個性化和自適應(yīng)性。

3.3 智能教材構(gòu)建

傳統(tǒng)教材通常采用目錄、章節(jié)及段落的扁平化信息結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)限制了知識的擴展性和多樣性，導(dǎo)致知識形式單一、更新與維護困難。相比之下，基于知識圖譜構(gòu)建的智能教材能夠有效解決此問題。第一步，明確智能教材的教學目標和受眾群體，精準定位教材內(nèi)容，確保知識的準確性和適用性；第二步，從教材、書籍、網(wǎng)絡(luò)資源等多種渠道收集與教材內(nèi)容相關(guān)的素材，可以是文本、圖像、視頻、鏈接、習題等多種形式，對其進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；第三步，將上述素材作為知識的屬性添加到課程知識圖譜中，構(gòu)建出知識形式多樣、素材豐富、查詢便利、可及時擴展更新的智能教材。

該智能教材具備高度的靈活性與擴展性，允許以任意節(jié)點為起點，動態(tài)調(diào)整知識布局、節(jié)點及其關(guān)聯(lián)關(guān)系。這一特性賦予了其極大的應(yīng)用潛力，能夠根據(jù)不同需求，靈活便捷地服務(wù)于各類教學場景，大大減少教師的重復(fù)性勞動。

3.4 智能備課

備課是教師日常工作中一項繁重且艱辛的事情。利用知識圖譜教材，可以根據(jù)教師的教學任務(wù)和目標，設(shè)計和開發(fā)備課模板。將知識圖譜結(jié)構(gòu)的教材、資源、題庫等與備課模板相結(jié)合，可以快速生成所需的課件和教案。該課件和教案能夠根據(jù)教學計劃，設(shè)定每一個教學場景，規(guī)劃教學活動時長，提前預(yù)演模擬教學過程，包括與學生的互動等；還可以與智慧教室相關(guān)聯(lián)，通過智能設(shè)備記錄教學活動中的每一個細節(jié)，然后采用深度學習和知識圖譜的協(xié)同分析，將教學活動中產(chǎn)生的新知識信息抽取出來，形成寶貴的樣本數(shù)據(jù)，不斷豐富教材庫、資源庫和課件庫。

此外，課程知識圖譜還能將知識點與教材、講義、習題等相關(guān)聯(lián)。根據(jù)教師所選用的教材版本和教學進度，快速準確地智能推薦符合教學需求的備課資源，顯著提升備課效率與質(zhì)量。除此之外，在智能組卷和考試分析方面，課程知識圖譜作為背景知識輔助完成相關(guān)任務(wù)，同樣能夠發(fā)揮重要作用，顯著提升教研效率。

3.5 智慧課堂打造

基于對學情的精準分析，可以采用一系列的針對性教學策略，來打造智慧課堂，實現(xiàn)精準教學因材施教。具體做法如下：課前，利用課程知識圖譜分析學情數(shù)據(jù)，推薦課前學習資源，制定教學策略。課中，利用制定的教學策略實施針對性教學，關(guān)注重點知識點和重點學生群體，通過角色扮演、分組協(xié)作等方式豐富課堂組織形式，活躍課堂氣氛，激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效果；同時，教師可根據(jù)實時反饋及時調(diào)整教學策略，確保每位學生都能學有所得。課后，根據(jù)學生的掌握狀況和學習能力，為他們推薦有針對性的練習題和拓展資源，消化鞏固課堂所學知識。這種數(shù)字化智能化的教學方法，不僅提升了智慧課堂的針對性和有效性，還真正貫徹了因材施教的教育理念。

3.6 作業(yè)和試卷批改

批改作業(yè)和試卷是教師又一項繁重但不可或缺的工作，包含大量重復(fù)性勞動，價值密度低，但對于教學效果評估卻比較直觀。為了減輕教師負擔，提升教學效率，克服教師的主觀因素干擾，可以依托已構(gòu)建的智能教材和智能題庫，將作業(yè)和試卷批改交由智能系統(tǒng)完成。基于智能題庫，教師可以根據(jù)教學計劃和目標，提前在作業(yè)系統(tǒng)里設(shè)計并發(fā)布作業(yè)。學生完成作業(yè)后，只需要提交給智能作業(yè)批改系統(tǒng)之后，系統(tǒng)便可以快速準確地給出批改結(jié)果，并自動生成個性化的批語和指導(dǎo)建議；同時，系統(tǒng)將批改結(jié)果匯總后同步反饋給授課教師，形成個人、班級、習題等多維度的成績分析報告，幫助教師及時掌握學習情況。此外，系統(tǒng)還可以持續(xù)不斷累積學生的作業(yè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為樣本進行學習和訓練，支持多維度數(shù)據(jù)分析和預(yù)測。經(jīng)過幾輪次教學數(shù)據(jù)的積累，樣本不斷豐富，對教師的考核風格和學生的學習情況就能把握越準確，作業(yè)批改的準確率就會越高。

4 結(jié)束語

知識圖譜在計算機網(wǎng)絡(luò)教學領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景和巨大潛力，它為課程教學的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級提供了堅實的支撐。通過深度挖掘并充分利用知識圖譜的獨特優(yōu)勢，教師能夠擺脫傳統(tǒng)教學中繁重的重復(fù)性勞動，進而專注于為學生提供更為高效且個性化的學習體驗。對于學生而言，知識圖譜幫助他們構(gòu)建完整的知識體系，規(guī)劃清晰的學習路徑，使他們能夠便捷地審視自己的學習進度，提升學習效果。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】