基于知識圖譜構(gòu)建智慧化教學模式

摘要：醫(yī)學統(tǒng)計學是一門培養(yǎng)學生科研素養(yǎng)、統(tǒng)計學思維、有效提升科研能力的專業(yè)基礎(chǔ)課。如何有效提升其教學效果是課程建設亟待解決的問題。基于此，本文通過教育與信息技術(shù)的融合，構(gòu)建基于知識圖譜的智慧化教學模式，以期為醫(yī)學統(tǒng)計學的教育教學改革提供新的思考方向。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學統(tǒng)計學；知識圖譜；智慧化教學

一、引言

《中國教育現(xiàn)代化2035》等國家教育部相關(guān)文件的出臺，為高等醫(yī)學教育改革指明了方向[1]。如何利用信息技術(shù)推動教育改革，探索數(shù)字化賦能醫(yī)學教育的新理念、新模式，構(gòu)建智慧教學新生態(tài)成為高等院校教學改革的重點。醫(yī)學統(tǒng)計學是醫(yī)學院校各專業(yè)學生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。但由于授課內(nèi)容較為抽象、公式繁多、知識點零碎，理論知識復雜、應用技巧豐富、知識點繁多，再加上學生高等數(shù)學基礎(chǔ)不強，還存在部分學生是文科背景的情況，本門課程已成為目前公認的難教、難學的課程。

如何運用信息技術(shù)手段，實現(xiàn)個性化、多樣化、終身化的智慧教學，使教師“教得更高效”，學生“學得更好”，學校“管得更科學”；如何梳理歸納醫(yī)學統(tǒng)計學各知識點及知識點之間的關(guān)系，并通過信息技術(shù)構(gòu)建知識地圖，對信息進行及時更新形成課堂迭代，從而建立起以網(wǎng)狀學科知識圖譜為核心、體現(xiàn)“兩性一度”的智慧化教學新模式，以幫助學生建立統(tǒng)計學思維，培養(yǎng)綜合運用能力，內(nèi)化提升科研素養(yǎng)，成為有效提升醫(yī)學統(tǒng)計學教學效果新的思考方向。

二、醫(yī)學統(tǒng)計學教學現(xiàn)狀

醫(yī)學統(tǒng)計學是一門進行科研素養(yǎng)培訓的必修方法學，是醫(yī)學院校各專業(yè)學生重要的基礎(chǔ)必修課，是學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的必經(jīng)階段。傳統(tǒng)的授課模式采取的是大班授課方式，無法滿足“以學生為中心”的教學需求，導致學生的學習積極性和主動性不高，且由于實訓室數(shù)量有限，理論教學與實訓的課時比例失衡，從而造成學生理論功底尚可、實操能力極度欠缺的局面。如此一來，學生便難以體會到醫(yī)學統(tǒng)計學運用的精髓，其基本知識、基本理論也與實際應用嚴重脫節(jié)。同時，傳統(tǒng)的教學模式是以單門課程為模塊、按照教材順序按部就班開展教學活動的。

這種模式存在著兩點不足：首先，學科知識體系以紙質(zhì)版教材為主綱，教材更新遲緩，難以及時準確反映知識結(jié)構(gòu)的更替及前沿知識的發(fā)展趨勢；其次，按照課程與章節(jié)順序展開的線性教學過程，存在容易忽視不同課程之間潛在關(guān)聯(lián)性的風險，不便于培養(yǎng)學生對學科知識結(jié)構(gòu)的整體化與系統(tǒng)性的全方位認識存在。

三、知識圖譜概況

知識圖譜在日常生活中已經(jīng)相當普及，例如基于百度知識圖譜的百度搜索、基于知立方數(shù)據(jù)庫的搜狗搜索等，與人們的生活息息相關(guān)。而在科研領(lǐng)域，知識圖譜同樣發(fā)揮著重要作用，例如圖譜構(gòu)建，基于現(xiàn)有Neuro-Linguistic Programming任務對知識圖譜進行應用，以及與大模型集合進行知識重構(gòu)等。但是，與教育之間的融合，知識圖譜尚屬于新型研究領(lǐng)域。教育知識圖譜是以“知識學習”為核心，梳理專業(yè)、課程層級結(jié)構(gòu)和關(guān)系，構(gòu)建全部知識點之間的關(guān)聯(lián)，再鏈接相關(guān)數(shù)字化教學內(nèi)容，最終以可視化圖譜形象地展示完整知識架構(gòu)，從課程整體的角度出發(fā)，以“知識地圖”的形式直觀地呈現(xiàn)了整個課程的知識結(jié)構(gòu)和分布[2]。

構(gòu)建課程知識圖譜，從學生層面而言，有助于重構(gòu)課程教學資源、促進個性化學習；從教師層面而言，有助于老師科研創(chuàng)新與突破，準確定位前沿知識發(fā)展；從管理者層面而言，有助于管理者完善人才培養(yǎng)方案，以知識視角規(guī)劃學生培養(yǎng)[3-4]。

四、構(gòu)建基于知識圖譜的智慧化教學模式

（一）從四個維度推動課程知識圖譜構(gòu)建

高等教育的核心在于學生思維能力的培養(yǎng)，在于“立德樹人”。除了幫助學生掌握課程的基礎(chǔ)理論知識，還要系統(tǒng)提升學生利用知識解決問題等能力。這就決定了課程知識圖譜不光要有“知識”，還要與培養(yǎng)目標和能力相關(guān)聯(lián)。因此，本次醫(yī)學統(tǒng)計學課程知識圖譜的構(gòu)建主要包括如下四個維度：課程目標層、問題體系層、基礎(chǔ)知識層、教學資源層。具體維度見圖1所示。

（二）八個步驟構(gòu)建課程知識圖譜

1.梳理課程知識點，形成本門課程知識圖譜概要

收集不同專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、課程教學大綱、自有或可供參考的慕課、教材等教學相關(guān)資料，并通過搜索引擎，垂直匹配全網(wǎng)與本課程相關(guān)的高質(zhì)量資源信息。隨后知識服務顧問團隊將進行全面的研讀和分析，并結(jié)合教學場景和面向的專業(yè)方向，通過與課程團隊研討，提出課程知識圖譜構(gòu)建的亮點和目標[5]。

基于搜索分析和會議研討的結(jié)果，總結(jié)、梳理課程背景、課程簡介、課程目標、課程特色、知識邏輯、教學計劃等課程知識圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)信息、思路和目標，形成本門課程知識圖譜的課程概要。

2.根據(jù)課程建設思路，設計課程框架

根據(jù)課程的建設思路，確定本課程的講授邏輯，如知識導向、問題導向、技能導向、綜合導向等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)階段教學目標、知識領(lǐng)域的邊界及領(lǐng)域間的關(guān)系設計課程主題的整體框架，確認主題內(nèi)容范圍，羅列主題，描述主題的內(nèi)容范圍、主題包含的子主題及其內(nèi)容范圍，并將它們進行呈現(xiàn)。

3.通過教學團隊研討，提取課程地圖

課程教師團隊與技術(shù)服務顧問團隊進行研討，對本課程的知識點、技能點的語義性質(zhì)、范圍顆粒度等認知達成統(tǒng)一，以知識點、技能點為課程內(nèi)容節(jié)點，構(gòu)建樹狀思維導圖形式的課程地圖，并劃分內(nèi)容類型，如概述、案例、實操/訓練、總結(jié)、練習、問題（引例）、思政點，課程重點、難點、考點等，同時對知識點添加這些內(nèi)容類型標記，從而使課程地圖能夠呈現(xiàn)課程完整講解邏輯、描繪知識結(jié)構(gòu)和知識點在整個系統(tǒng)中的層級關(guān)系[6]。

4.分析課程已有資源，與知識點整合對接

查看、分析課程已有資源，包括：視頻、動畫、虛仿、教材、課件、資料等，進行結(jié)構(gòu)拆解，對文本類資料進行文本轉(zhuǎn)化和識別，將視頻動畫等與知識點對應的起止時間、課件與知識點對應的分頁、教材資料與知識點對應的段落進行標記、關(guān)聯(lián)、掛載，建設與知識點精準對應、多模態(tài)的教學資源[7]。

5.定義關(guān)系字典，建立不同課程間的組織形式

不同的學科、專業(yè)的知識都有著客觀的組織形式，將其通過不同的算法連接在一起，既勾畫出了學科、專業(yè)所涵蓋知識的組織形式，同時也是AI學習、存儲、檢索匹配的條件。結(jié)合邏輯學、教育學、計算機科學和人工智能機器學習的理論，將這些關(guān)系總結(jié)為三個大的關(guān)系類別，即：順序、包含、相關(guān)三種基礎(chǔ)關(guān)系。在順序、包含、相關(guān)三種基礎(chǔ)關(guān)系的基礎(chǔ)上，知識服務顧問團隊將基于專業(yè)特性、課程領(lǐng)域為課程知識設定特有關(guān)系，而這些特有關(guān)系因其特殊性，需要結(jié)合本課程內(nèi)容單獨進行排列展示、解釋和基于課內(nèi)知識的示例示意，定義關(guān)系字典。

6.分別以“教”與“學”兩條不同路徑，生成課程知識體系

知識圖譜主要形態(tài)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的節(jié)點圖，這樣做的原因是知識服務顧問在知識圖譜的圖形化設置上會盡可能凸顯專業(yè)、課程的特性和以“教”為主線的學習路徑，而在學生端，基于圖譜的網(wǎng)絡關(guān)系對學生進行個性化推薦時則以“學”為主線，學生的學習路徑亦會被記錄下來，這樣后續(xù)可基于兩條主線的學習路徑進行比對，為以教學應用效果提升為目的圖譜優(yōu)化提供依據(jù)。繪制圖譜需要知識服務顧問在知識圖譜畫布上依據(jù)課程主題和教學團隊的需要設置和擺放知識點作為圖譜的基礎(chǔ)元素，并基于已定義的關(guān)系字典，通過關(guān)系連線連接知識點，生成完整的課程知識體系。

7.梳理課程復雜問題，使“四維”課程知識圖譜完全貫通

確認本課程在專業(yè)培養(yǎng)目標中所需要覆蓋的范圍，梳理本課程培養(yǎng)的能力目標，根據(jù)課程培養(yǎng)的能力目標構(gòu)建課程的能力圖譜。整理本課程知識在理論研究和應用中真實的常見問題、實際生產(chǎn)生活場景下的經(jīng)典工作任務，梳理出本課程的綜合運用問題、實際操作問題、理論與實踐相結(jié)合問題，并基于問題間的關(guān)系進行連線設置，再將解決問題所涉及的知識點與對應問題進行關(guān)聯(lián)設置，構(gòu)建課程的問題圖譜，從而最終建立能力、問題、知識、資源的銜接，使“四維”課程圖知識譜完全貫通，并具備解決具體知識應用問題的指導意義，同時各維間跨維度的關(guān)系也得以明示[8]。

8.基于各大搜索引擎，及時完善知識內(nèi)容

基于各大搜索引擎全網(wǎng)檢索匹配為主、人工收集、審核過濾為輔，為知識點更新、補充外部拓展相關(guān)的知識點及知識點的實際應用情況與案例資料，不斷完善、迭代單個知識點畫像。

（三）將現(xiàn)有教學資源結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)

根據(jù)課程建設完成的知識圖譜，將本校已有的各類教學資源進行結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)知識服務的供給側(cè)改革，將資源知識化，將課程已有的各類知識內(nèi)容傳承保留下來，提升既有資源的利用效率。

（四）建設知識圖譜管理與可視化平臺

項目建設過程中同步打造課程知識圖譜的構(gòu)建系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)。課程知識圖譜的構(gòu)建系統(tǒng)幫助創(chuàng)建管理課程內(nèi)全部知識點、知識點具體內(nèi)容、知識關(guān)系、問題體系、能力體系等內(nèi)容，將課程整體的知識體系進行動態(tài)管理與維護[9]。

可視化系統(tǒng)則從課程整體的角度出發(fā)，將知識點的重要程度、不同知識點之間的聯(lián)系、知識點的自動聚類等，以“知識地圖”的形式可視化地顯示出來，從而幫助學生利用知識搜索、學習導航等功能進行知識體系構(gòu)建，以輔助傳統(tǒng)課堂教學。

五、知識圖譜在課程運用中的創(chuàng)新之處

（一）創(chuàng)建基于數(shù)智化知識圖譜的新形態(tài)AI課程教學新模式

通過信息技術(shù)與教育教學融合創(chuàng)新，基于可視化、數(shù)智化知識圖譜，構(gòu)建以能力培養(yǎng)為目標、以問題解決為核心、以知識體系為基礎(chǔ)、以數(shù)字資源為支撐的醫(yī)學統(tǒng)計學新形態(tài)AI課程，重構(gòu)教學方式，改進教學模式，優(yōu)化教學評價，創(chuàng)新課堂教學模式，為高等中醫(yī)藥院校醫(yī)學統(tǒng)計學課程教學改革提供示范與借鑒。

（二）建立科學化、個性化教學評價新范式

利用人工智能技術(shù)和數(shù)智化知識圖譜，構(gòu)建科學化、個性化教學評價模型，建立數(shù)字化學情分析與學業(yè)預警機制，勾畫出學習者清晰完整的學習風格、學習行為、學習能力和學習成效的畫像，實現(xiàn)精準、個性化教學評價。

（三）AI賦能“教”和“學”，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞尼t(yī)藥人才

通過AI賦能“教”和“學”，建立以網(wǎng)狀學科知識圖譜為核心、體現(xiàn)“兩性一度”智慧化教學新模式，為學習者提供個性化的學習內(nèi)容和學習路徑，實現(xiàn)個性化、多樣化、終身化智慧教學，智能分析學生的學習數(shù)據(jù)和行為，提供針對性的建議和指導，幫助學生更有效地學習和掌握知識，推動課堂教學革命，實現(xiàn)“學得更好”“教得更高效”“管得更科學”，提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞尼t(yī)藥人才。

六、結(jié)束語

綜上所述，知識圖譜作為新興的知識管理與教育教學輔助工具，為傳統(tǒng)的教學模式帶來了革新性的突破。就醫(yī)學統(tǒng)計學的教育教學而言，運用信息挖掘技術(shù)，能夠從海量資源中自動挖掘出該領(lǐng)域內(nèi)的各種概念或知識點及其關(guān)聯(lián)性，進而構(gòu)建醫(yī)學統(tǒng)計學相關(guān)知識圖譜。因此，以基于網(wǎng)狀學科知識圖譜的在線教學模式替代傳統(tǒng)的線性教學過程，有助于實現(xiàn)教學資源集成化、教學內(nèi)容網(wǎng)絡化、教學手段智能化。這也將成為構(gòu)建更高效、更便捷的智慧化教學模式的重要途徑。

作者單位：王瑾瑾 閆國立 劉德臣 河南中醫(yī)藥大學 醫(yī)學院

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