信息技術背景下深度學習視域下中職課程知識圖譜構建研究

摘"要：知識圖譜是通過數據挖掘、信息處理、圖形繪制等技術應用將復雜的知識體系可視化呈現，直觀形象地展現學科的核心結構，理順不同知識單元之間的關系。本文研究了信息技術背景下深度學習視域下中職課程知識圖譜構建，在掌握深度學習和知識圖譜概念內涵的基礎上，分析了知識圖譜構建方式，并從知識圖譜數據獲取、結構設計、知識抽取等方面出發，分析了中職課程知識圖譜構建的核心工作，最后，通過專業軟件的應用，實現知識圖譜的可視化呈現，為具體教學應用奠定良好基礎。

關鍵詞：信息技術背景；深度學習視域；中職課程；知識圖譜構建

中職教育是人才培養的重要途徑，需要滿足社會發展需求，保證教育教學質量。隨著教學與就業矛盾的不斷激化，凸顯出中職教學中存在的諸多問題，根據相關政策指導，需要運用信息技術和其他現代化教學方式，積極挖掘網絡學習資源，推動中等職業教育的信息化建設。現階段，中職課程的教材、輔導書大多以文字內容為主，增加了閱讀理解難度，無法滿足深度學習需求，而知識圖譜是在信息技術支撐下實現深度學習的重要工具，有利于推動信息技術在課程教學中的應用，為教學活動開展提供新思路。

一、深度學習與知識圖譜概念內涵

（一）深度學習

深度學習理論最早用于界定信息處理方式，從教育教學的角度出發，關于深度學習也有一定的研究成果。針對內化階段、外化階段、情感投入狀態，深度學習涵蓋了深度學習方式、深度理解、深度參與等不同層面，需要摒棄機械式學習方式，更加注重學習過程，需要消耗大量的學習時間，實現具有一定深度的知識理解和應用，而且在整個學習過程中的情感投入狀態也是深度學習的重要組成部分，需要改變灌輸式、被動式的教學方式，激發學生的主動性和積極性。深度學習是在淺層學習的基礎上開展的，更加注重知識網絡架構的建立，并在解決實際問題中實現新舊知識的融合，引導學生發展創新思維，勇于突破知識框架和固有思維的禁錮，實現不斷的自我學習和提升。

（二）知識圖譜

知識圖譜是展示知識發展進程與結構關系的圖形，充分利用圖形學、數字學、信息技術，通過數據采集、數據挖掘、信息處理等方式，對復雜知識體系進行可視化呈現，理清知識之間的關系和脈絡。知識圖譜主要由點和線組成，節點表示實體或屬性，線表示節點之間的關系，通常以三元組的形式進行描述，比如（實體，關系，屬性）（實體，關系，實體）等。知識圖譜在教育教學領域具有較高的應用價值，按照一定發展規律和遞進層次構建知識網絡，有利于幫助學生循序漸進地進入學習狀態。而知識圖譜與深度學習之間存在辯證統一關系，通過信息技術的應用，知識圖譜的構建更加科學便捷，能夠輔助實現深度學習效果，通過構建知識圖譜，可以理清教學思路，根據教學資源，合理編制教學設計，讓學生在充滿設計感的教學路徑下發揮主觀能動性，開展深入學習，達到因材施教的目的。同時，深度學習能夠指導知識圖譜的構建，通過深度學習，可以讓學生快速掌握知識框架和內容，并根據自己的理解對知識圖譜進行補充，形成更加符合自我認知和經驗的個性化知識圖譜，有效規避了統一應用一張圖造成的局限性［1］。

二、信息技術下深度學習視域下中職課程知識圖譜構建

（一）知識圖譜構建方式

從知識圖譜整體架構上來看，可以分為模式層和數據層，其中，模式層是一種概念性描述，相對而言比較抽象，主要以建立規則和關系約束為主，數據層則是模式層的有力支撐，以具體知識為主，是知識框架的最終落腳點。基于模式層和數據層之間的關系，可以采用兩種方式構建知識圖譜，即自上而下和自下而上。自上而下需要先確定高層次的知識概念框架，也就是模式層，然后再定義低層次的知識概念框架，最終形成完整的知識體系。自下而上的圖譜構建則是一個相反的過程，先建立數據層，然后根據數據挖掘、數據處理進行提煉，向上構建模式層。這兩種知識圖譜構建方式都有一定的優缺點，需要根據實際課程特點合理選擇。對于一些對教材依賴較大的課程，可以采用自上而下的構建方式，在教材固有脈絡的基礎上適度調整；對于注重知識拓展、需要開展多維度教學的課程，則需要采用自下而上的構建方式，比如，有些中職課程需要做好中高職銜接，而且面臨就業、考證的需求，因此就不能局限于教材框架，需要根據不同維度教學需求，整合相應的知識內容，并向上完善教學架構。還有一些課程采用了混合式知識圖譜構建方式，需要注重模式層、數據層的有效銜接與融合，形成較為完善協調的知識體系。

除了知識圖譜不同層次構建順序的區分，還有技術方法的應用，隨著知識圖譜自動化、智能化構建技術的不斷發展，利用專業軟件工具可以實現全自動構建，但由于許多課程資源存在大量非結構化數據，在信息的提取、處理方面難度較大，依然存在半自動化構建和人工構建模式，所以，需要根據課程資源數據類型，采用合適的知識圖譜構建方法，在此基礎上，做好構建工具、構建人員的配置工作，為具體實施做好準備［2］。

（二）知識圖譜數據獲取

中職課程知識圖譜的構建需要大量數據資源的支持，能夠實現更好的深度學習，一方面，主要來源于教學系統提供的課程教材、輔導書等資料，另一方面，主要來源于網絡相關教學資源，能夠起到一定的豐富和補充作用，教師需要根據課程特點，平衡二者之間的關系，防止出現偏離教學目標的問題。課程教材和輔導書籍一般是由教育專家編寫的，具有較高的權威性和準確性，但也存在不同的版本，需要以學校選用教材為主，同時補充利用其他版本。在部分中職課程教學中，尤其是計算機類專業，具有行業發展節奏快的顯著特點，經常出現教學與實踐脫節的問題，為了滿足學生升學、就業、考證等多方面需求，需要讓課程知識體系更加豐富，從而更好地跟上行業發展節奏。采用網絡爬蟲技術，能夠按照一定規則自動檢索網頁，并抓取相關數據信息，存儲到本地磁盤上，可以以低成本的代價獲取大量數據，需要選擇合適的軟件工具編寫爬蟲程序，能夠在多種操作系統上運行，同時，面對海量復雜的數據，需要高效地進行數據分析、數據清洗、數據存儲，保留數據的結構化信息，方便后續的知識抽取工作。

（三）知識圖譜結構設計

知識圖譜結構設計是對模式層和數據層的知識單元及其關系進行的規劃設計。首先，要明確目的，中職課程知識圖譜需要為具體教學活動提供服務，應該清晰地展現知識點之間的關系，為學生提供標準化、規范化的思路，同時，允許學生個性化選擇學習路徑，滿足不同情況的深度學習需求。其次，要掌握數據源特點，在獲取數據的基礎上，需要對數據進行分析，以中職“信息技術”課程為例，知識點相對散亂，存在著界限模糊現象，容易因彼此關系不明確導致學習混亂。在進行知識圖譜結構設計時，應該參考現有教材結構框架，沿用章節關系，然后根據數據源復雜程度，可以增加知識組的概念，將章、節、知識組納入模式層，同一章中包含多個節，同一節又可以劃為多個知識組，章、節、知識組在縱向上屬于包含關系，從橫向上看，不同的章、節、知識組存在一定的順序關系，從第一章到最后一章、從第一節到最后一節、從第一個知識組到最后一個知識組依次學習。數據層是模式層的實例化表現，用于描述事實性知識，是學習活動的最終落腳點，可以從知識組列出知識點，也可以直接從節劃分出知識點，知識組、節與知識點之間屬于包含關系，而知識點之間存在著順序關系、包含關系、等價關系、相關關系等。其中，順序關系指的是要遵循學習的先后順序，包含關系指的是父類與子類的關系，等價關系表示二者的指向一致，相關關系表示二者之間存在某種關聯，這樣就初步明確了中職課程知識圖譜結構，然后按照基本結構框架，通過數據分析處理，將各知識單元依次落位［3］。

（四）知識圖譜知識抽取

由上述分析可知，中職課程知識圖譜可以分為模式層和數據層。相對而言，模式層的構建更加簡單，可以結合教材和大綱，采用自上而下的方式，依次整理出章、節、知識組，并以類的形式存儲，形成本體知識集。而數據層主要針對知識點的提取，需要從課程教材、輔導資料、網絡資源等諸多途徑獲取的數據中，提取實體、關系、屬性等信息，并以三元組的形式進行保存，這就是知識抽取的過程。所以，知識抽取包括實體抽取、屬性抽取、關系抽取，是知識圖譜構建的核心環節，直接關系到知識圖譜的準確性和可靠性。實體抽取主要是將教學資源中的專業術語提取出來，為每個知識進行分類并打上標簽；屬性抽取則是將描述知識具體特征的數據提取出來，在知識圖譜中既可以是知識詳細信息，又可以是編程代碼解釋說明；關系抽取需要將知識實體涉及的關系有效識別，方便建立三元組。

如何選擇知識抽取方式成為關鍵所在，在信息技術背景下，面對海量的數據資源，需要提高知識抽取的自動化、智能化水平，基于機器學習的知識抽取具有廣闊的應用前景，需要先建立模型，然后經過大量訓練后才可以用于實踐。模型質量直接決定著知識抽取效果，可以采用市面上比較成熟的詞性標注模型，比如THULAC模型，這是一種基于字符級別標注的中文分詞模型，結合了大量的自動規則和人工規則，提供分詞和詞性標注功能，具有自動學習能力，能夠不斷提高自然語言處理質量和效率，可以利用該模型對數據資源進行預處理，由于實體和屬性具有相鄰特性，可以同時進行實體抽取和屬性抽取，然后抽取知識實體之間的關系。在此基礎上，基于THULAC模型的局限性進行人工篩選，這樣可以大大減少人工處理工作量，而且保證知識抽取的可靠性。對于一些非數據資源，比如紙質教材和輔導書，如果采用機器學習模型進行知識抽取，需要先將紙質資料掃描成圖片，然后利用圖像識別技術轉化成數字資源，這個過程中可能會出現一定的錯誤，所以，從知識圖譜構建的可靠性、準確性的角度考慮，需要采用人工篩選的方法抽取紙質資料知識，通讀全文，把握全書脈絡，并重點研究目錄，分析目錄中的章節結構，整理出知識實體、屬性、關系，并以三元組形式保存，同樣，實體與屬性之間存在相鄰或相近關系，可同步進行實體抽取和屬性抽取［4］。

（五）知識圖譜可視化呈現

基于模式層章、節、知識組這三類知識單元之間的關系，完成中職課程知識圖譜本體構建，從模式層和數據層融合的角度考慮，可以根據實際情況對不同層次結構做適當調整，形成更為協調順暢的章、節、知識組、知識點框架體系。同時，對于學習難度較大的知識點，可以進行不同形式的知識擴充處理，通過設置資源鏈接，能夠補充與教學內容相關的知識，實現進一步向下挖掘，通過設置游戲小程序，能夠更好地激發學生興趣，降低知識理解難度，產生深刻的學習印記，這些都符合深度學習的理念。信息技術背景下，中職課程知識圖譜的構建需要采用專業工具，許多軟件提供了圖形化用戶界面，方便建立可視化的知識圖譜，能夠清晰呈現模型層與數據層的知識關系，在完成知識圖譜的初步構建工作后，還可以利用軟件的自動推理功能，找到語義關系錯誤，經過人工驗證后進行修改，有效提高知識圖譜構建質量和效率，并將修改后的成果可視化展現，最后保存為標準格式，方便后續的知識圖譜擴展和使用。另外，采用一些高性能的圖形數據庫，能夠將結構化數據存儲在網絡上，比較適合中職課程知識圖譜相關數據的存儲和調用，而且能夠提供可視化的管理界面，方便學生進行知識查詢，利用相關工具，能夠實現知識圖譜的可視化創建和修改，同時，可支持知識導航器、關系查找器、知識瀏覽器等多種功能。其中，利用知識導航器，可以查看整個知識圖譜包含的所有知識以及知識與知識的關系，還可以查看某個知識點的相關信息以及與該知識相關聯的知識，加強新舊知識之間的聯系，有利于更好地開展線上教學活動。

基于知識圖譜的中職課程教學設計，需要充分發揮知識圖譜的教學引導作用，還要鞏固學生的學習主體地位，遵循可視化、歸納性等基本原則，將抽象難懂的學習過程可視化呈現，實現從抽象到具象的轉變，提供清晰的知識框架，讓學生系統掌握課程全貌，建立內在邏輯框架。在掌握教學內容、學生特點、教學需求的基礎上，首先，分析知識圖譜用于中職課程教學的可行性，開展教學前端設計；其次，根據前端分析結果，設計基于知識圖譜的教學流程，從課前預習、課中自主探究、課后拓展延伸等方面著手，讓知識圖譜貫穿其中，完成教學過程的閉環設計，并開始教學實驗；最后，根據實驗結果，驗證知識圖譜對于教學效果的影響，證明知識圖譜應用于該課程教學的有效性。為了獲得更加全面、準確的評價，需要增加授課對象數量，擴大實踐對象范圍，為基于知識圖譜的中職課程教學實踐提供更加科學、有效的建議［5］。

綜上所述，深度學習是培養高質量人才的重要教學理論，能夠超越淺層的知識傳授，而知識圖譜則是在信息技術支持下實現深度學習的有效工具，需要采用合適的構建方式，通過數據獲取技術，充分利用教材資源和網絡資源。同時，要明確知識圖譜結構設計，并從海量數據中進行知識提取，并合理定義，理順關系，最終在專業軟件的支持下可視化呈現知識圖譜，為線上教學設計和活動開展奠定良好基礎。

參考文獻：

［1］張遠，梁銀.深度學習視域下中職課程知識圖譜構建研究：以“信息技術”課程為例［J］.計算機時代，2023（8）：8992.

［2］殷曉燕.中職計算機基礎課程的知識圖譜教學研究［J］.知識經濟，2023（1）：163165.

［3］李海洲，楊杰，張學軍.知識圖譜下職業教育“課程思政”研究的現狀、熱點及預判［J］.高等職業教育（天津職業大學學報），2021，30（6）：7179.

［4］張慕文，祝士明.十八大以來我國職業本科研究的熱點議題與未來展望：基于CiteSpace知識圖譜的可視化分析［J］.西南民族大學學報（人文社會科學版），2023（8）：215223.

［5］熊天芝，時曙暉.語文教學中傳統文化教育滲透研究熱點和發展趨勢：基于CNKI數據庫中的知識圖譜分析［J］.教育進展，2023，13（12）：1034710354.

課題項目：2022年度山東省職業教育教學改革研究項目《國家教育數字化戰略行動背景下中職學校基于知識圖譜的在線課程建設與應用研究》（項目編號：2022016）

作者簡介：王燦（1989—"），女，漢族，山東聊城人，碩士研究生，講師，研究方向：中職教育。