知識圖譜賦能研究生個性化數(shù)字教學(xué)改革

摘"要：隨著教育信息化的快速發(fā)展，研究生教育對教學(xué)方式和內(nèi)容的個性化需求越來越明顯，傳統(tǒng)的數(shù)字教學(xué)平臺通常以課程為中心，忽視了不同學(xué)生對于學(xué)習(xí)需求的差異性。文章論述分析了將知識圖譜賦能個性化數(shù)字教學(xué)的必要性和所面臨的實施問題，提出了知識圖譜賦能“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”課程的個性化數(shù)字教學(xué)的策略及實施方法，搭建了個性化數(shù)字教學(xué)平臺，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和個性化推薦，并以實際教學(xué)結(jié)果為導(dǎo)向驗證了改革的可行性，為教育信息化和現(xiàn)代化提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：知識圖譜；個性化教學(xué)；數(shù)字教學(xué)平臺；CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用

Knowledge"Graph"Enables"Personalized"Digital"Teaching"Reform

for"Graduate"Students

—Taking"the"Course"\"CAD/CAE"Systems"and"Applications\""as"an"Example

Li"Yana*"Zhao"Ziping"Qiu"Xinyu

Zhan"Tianyounbsp;College，Dalian"Jiaotong"University"LiaoningDalian"116028

Abstract：With"the"rapid"development"of"information"technology"in"education，the"demand"for"personalization"in"teaching"methods"and"content"has"become"more"and"more"obvious"in"postgraduate"education.Traditional"digital"teaching"platforms"are"usually"coursecentered，ignoring"the"differences"in"the"learning"needs"of"different"students.The"article"discussed"and"analyzed"the"necessity"of"personalized"digital"teaching"empowered"by"knowledge"graph"and"the"implementation"problems"faced，and"proposed"the"strategy"and"implementation"method"of"personalized"digital"teaching"empowered"by"knowledge"graph"for"the"course"\"CAD/CAE"systems"and"applications\".A"personalized"digital"teaching"platform"was"built"to"provide"students"with"rich"learning"resources"and"personalized"recommendations，and"the"feasibility"of"the"reform"was"verified"by"the"actual"teaching"results，which"provided"new"ideas"for"the"informatization"and"modernization"of"education.

Keywords：Knowledge"Graph；Personalized"Teaching；Digital"Teaching"Platform；CAD/CAE"Systems"and"Applications

隨著教育信息化的迅猛發(fā)展，研究生教育越來越需要教學(xué)方式和內(nèi)容的個性化。將最新的知識圖譜技術(shù)和個性化推薦算法應(yīng)用于研究生數(shù)字教學(xué)領(lǐng)域，能夠精準(zhǔn)匹配和推送學(xué)習(xí)資源。個性化數(shù)字教學(xué)平臺相較于傳統(tǒng)以課程為核心的數(shù)字教學(xué)平臺更加注重每個學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和習(xí)慣。

現(xiàn)代研究生教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，關(guān)注每位學(xué)生的個人特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格和職業(yè)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。知識圖譜技術(shù)通過分析學(xué)生的個性化需求，能夠為他們量身定制更加精確的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，顯著提高學(xué)習(xí)成效［1］。葛惟昆［2］研發(fā)了清華學(xué)堂在線學(xué)習(xí)平臺，實現(xiàn)了以學(xué)生和課程為知識圖譜的課程推薦和能力培養(yǎng)。劉曉玲等［3］以“機(jī)械設(shè)計”課程為例，探索基于知識圖譜的教學(xué)模式，為“新工科”背景下的深度學(xué)習(xí)，以及構(gòu)建新型課堂教學(xué)模式提供借鑒。融入知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)是推動教育技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的重要途徑。

基于上述背景，以“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”課程為例，將知識圖譜融入課程中，有機(jī)整合分散、無序的教學(xué)資源，形成一個結(jié)構(gòu)化、可視化的知識體系。這不僅方便學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，還能幫助教師更好地組織和呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，提升個性化教學(xué)質(zhì)量。

1"知識圖譜賦能個性化數(shù)字教學(xué)的意義

傳統(tǒng)的數(shù)字教學(xué)平臺多以課程為中心，而個性化數(shù)字教學(xué)平臺則以學(xué)生為中心。個性化數(shù)字教學(xué)平臺應(yīng)用最新的知識圖譜技術(shù)和個性化推薦算法實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的精準(zhǔn)匹配和推送。平臺通過知識圖譜技術(shù)系統(tǒng)化地呈現(xiàn)出相關(guān)領(lǐng)域的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生建立清晰的知識結(jié)構(gòu)。這種整合不僅能夠幫助學(xué)生構(gòu)建更為全面的知識體系，還能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。利用知識圖譜對教學(xué)資源進(jìn)行深度挖掘和智能推薦可以幫助學(xué)生更快地找到適合自己的學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)習(xí)效率［4］。通過構(gòu)建跨學(xué)科的知識圖譜關(guān)聯(lián)不同領(lǐng)域的知識點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)［5］。

在“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”這門涉及多學(xué)科知識的課程中，知識圖譜的應(yīng)用可以極大地促進(jìn)學(xué)生深入理解復(fù)雜問題。個性化數(shù)字教學(xué)平臺給學(xué)生和教師提供了一個全方位、一站式的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供了在線學(xué)習(xí)資源，并整合了互動討論、作業(yè)提交等功能。基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)建設(shè)是教育信息化與現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)［6］。通過引入先進(jìn)的技術(shù)手段和教育理念可以推動整個教育行業(yè)的創(chuàng)新與變革，為培養(yǎng)新時代的高素質(zhì)人才提供有力支持。

2"知識圖譜賦能個性化數(shù)字教學(xué)存在的難題

實現(xiàn)個性化教學(xué)的核心環(huán)節(jié)是先構(gòu)建一個完善且高效的知識圖譜。想要保證知識圖譜的準(zhǔn)確性與完整性必須應(yīng)用實體識別和關(guān)系抽取等技術(shù)。在實體識別任務(wù)中系統(tǒng)需要從海量文本資料中準(zhǔn)確抽取關(guān)鍵信息，關(guān)系抽取的任務(wù)是確定這些實體之間的聯(lián)系，理清它們在特定領(lǐng)域中的邏輯關(guān)系與相互作用［7］。持續(xù)更新和維護(hù)知識圖譜，才能反映最新的學(xué)術(shù)研究和行業(yè)發(fā)展。

高效的推薦算法決定了能否精準(zhǔn)地推薦個性化教學(xué)資源。每個學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑和需求不同，所以推薦系統(tǒng)必須具備處理海量數(shù)據(jù)的能力。這些推薦算法要綜合考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史、興趣愛好、知識掌握水平，還需要實時評估學(xué)生的當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)。系統(tǒng)要從中識別出學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)模式和趨勢，確保為每位學(xué)生提供最適合的學(xué)習(xí)資源。

想要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，數(shù)字化教學(xué)平臺就要具有良好的用戶體驗和互動性。平臺設(shè)計了豐富的互動環(huán)節(jié)來提高學(xué)生的積極性。這些互動形式不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的參與感，還能促進(jìn)師生之間的交流與合作，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得及時的指導(dǎo)。平臺的界面設(shè)計也應(yīng)該直觀、簡潔且易于操作，確保學(xué)生和教師都能快速上手。

利用教學(xué)數(shù)據(jù)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，需要建立有效的數(shù)據(jù)分析機(jī)制，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有益的反饋和指導(dǎo)。需要先明確哪些數(shù)據(jù)是重點(diǎn)，比如學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)、教師的教學(xué)效果和課堂參與度等關(guān)鍵因素。之后通過合適的數(shù)據(jù)分析工具分析這些數(shù)據(jù)，找出可能影響教學(xué)質(zhì)量的問題。數(shù)據(jù)的分析結(jié)果應(yīng)該以實際可行的建議反饋給教師和管理人員，幫助他們調(diào)整教學(xué)策略、優(yōu)化課程內(nèi)容。通過定期跟蹤和評估數(shù)據(jù)的變化，確保改進(jìn)措施能夠持續(xù)發(fā)揮作用，逐步形成一個循環(huán)的教學(xué)質(zhì)量提升機(jī)制。

3"知識圖譜賦能個性化數(shù)字教學(xué)的優(yōu)化策略及實踐結(jié)果

3.1"優(yōu)化策略

3.1.1"構(gòu)建知識圖譜

根據(jù)“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”教學(xué)大綱，從課程目標(biāo)出發(fā)，建立知識、能力和價值三方面的分解教學(xué)目標(biāo)，梳理教學(xué)內(nèi)容和資源，細(xì)分知識點(diǎn)顆粒度，將課程目標(biāo)、教學(xué)目標(biāo)、知識點(diǎn)、工程實踐分析等與知識圖譜相連接，涵蓋研究生課程的核心概念、理論和實踐，形成一個豐富的教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2"個性化教學(xué)資源推薦

在數(shù)字化學(xué)習(xí)時代，結(jié)合知識圖譜與個性化推薦算法為研究生教育領(lǐng)域帶來了深刻的變革。利用知識圖譜和個性化推薦算法根據(jù)研究生的學(xué)習(xí)歷史、興趣和能力，為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資源和路徑。構(gòu)建一個包含各學(xué)科領(lǐng)域知識點(diǎn)和這些知識點(diǎn)之間復(fù)雜關(guān)系的知識圖譜可以使教育內(nèi)容呈現(xiàn)得更加直觀和系統(tǒng)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的智能匹配可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)體驗。知識圖譜可以幫助學(xué)生理解單個知識點(diǎn)和更好地建立全局性的知識框架，推薦算法通過分析研究生的學(xué)習(xí)行為和知識掌握情況可以為不同學(xué)科的交叉學(xué)習(xí)提供支持，幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)深度和創(chuàng)新能力［8］。

3.1.3"數(shù)字化教學(xué)平臺建設(shè)

基于超星知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)平臺為學(xué)生提供了一個全面的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)。平臺界面設(shè)計得十分簡潔，確保學(xué)生和教師都能輕松運(yùn)用。學(xué)生能通過在線學(xué)習(xí)、參與實時討論、作業(yè)提交等互動環(huán)節(jié)提升學(xué)習(xí)體驗。該平臺進(jìn)行了跨學(xué)科資源整合，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的興趣和研究方向探索相關(guān)領(lǐng)域的知識，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

3.1.4"教學(xué)數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化

系統(tǒng)地收集并深入分析學(xué)生在平臺上的學(xué)習(xí)時間、課程完成率、互動次數(shù)、資源使用頻率等各種學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅能夠全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣偏好，還能找出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行有針對性的調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法。基于數(shù)據(jù)反饋進(jìn)一步調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，確保教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生需求高度契合，從而提升教學(xué)的有效性與吸引力。通過不斷地改進(jìn)數(shù)據(jù)驅(qū)動，可以為學(xué)生提供更加個性化的學(xué)習(xí)體驗，大幅提高整體教學(xué)質(zhì)量，并實現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)優(yōu)化。

3.2"實施方案

3.2.1"需求分析與前期準(zhǔn)備

進(jìn)行學(xué)情分析，明確研究生數(shù)字教學(xué)的需求和痛點(diǎn)。通過分析研究生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)識別學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難和瓶頸。常見的痛點(diǎn)包括學(xué)習(xí)資源與個人需求匹配度不高、課程內(nèi)容難度與學(xué)生實際掌握情況不匹配等問題。組建一個由網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和學(xué)科專家組成的跨學(xué)科團(tuán)隊，協(xié)同推動研究生教育的創(chuàng)新與優(yōu)化。

3.2.2"技術(shù)研發(fā)與平臺搭建

開發(fā)知識圖譜構(gòu)建技術(shù)的核心目標(biāo)是系統(tǒng)化整理和組織大規(guī)模的知識信息，能夠有效關(guān)聯(lián)不同領(lǐng)域的知識點(diǎn)，并通過可視化手段清晰呈現(xiàn)［9］。借助個性化推薦算法，深入分析用戶的學(xué)習(xí)行為、興趣及需求，確保精準(zhǔn)推送符合學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)資源。構(gòu)建的數(shù)字化教學(xué)平臺集成了知識圖譜、學(xué)習(xí)資源、實時互動功能及智能分析工具。該平臺具備智能化數(shù)據(jù)分析能力，能夠?qū)崟r監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，動態(tài)調(diào)整推薦內(nèi)容。同時，直觀易用的用戶界面，以優(yōu)化用戶體驗，讓學(xué)生輕松獲取與自身學(xué)習(xí)需求相匹配的資源。

3.2.3"資源整合與內(nèi)容填充

收集并整理研究生教學(xué)相關(guān)的優(yōu)質(zhì)資源，將這些資源系統(tǒng)地納入知識圖譜中，形成一個結(jié)構(gòu)化的教育資源庫。這些資源不僅局限于傳統(tǒng)的教材和講義，還包括多媒體教學(xué)材料、學(xué)術(shù)研究論文以及實際應(yīng)用的工程案例等。構(gòu)建這種資源庫為研究生提供了豐富多樣的學(xué)習(xí)材料，使他們能夠從不同維度深入學(xué)習(xí)和掌握學(xué)科知識。使學(xué)生既能學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論，也能應(yīng)用于實踐，增強(qiáng)對學(xué)科的全面理解。通過與高校、教育機(jī)構(gòu)的合作，可以共享和擴(kuò)充教學(xué)資源庫，實現(xiàn)合理配置和高效利用這些資源。

3.2.4"試點(diǎn)應(yīng)用與反饋收集

在平臺的初期應(yīng)用階段，選擇車輛工程和機(jī)械工程專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，收集教師和學(xué)生的使用反饋。根據(jù)試點(diǎn)效果，調(diào)整知識圖譜平臺各項功能，完善個性化推薦機(jī)制。隨后在本校或其他高校進(jìn)行推廣，吸引更多的老師和學(xué)生使用知識圖譜平臺，提升教學(xué)效果和效率。通過用戶的實際體驗，發(fā)現(xiàn)功能使用上的不足或不便之處，尤其是學(xué)習(xí)資源推薦的準(zhǔn)確性、知識圖譜的邏輯關(guān)聯(lián)性，以及平臺交互設(shè)計的易用性等關(guān)鍵方面。技術(shù)團(tuán)隊針對反饋中的共性問題進(jìn)行迭代改進(jìn)，增強(qiáng)資源匹配的個性化和精準(zhǔn)度。優(yōu)化平臺的界面和用戶操作流程，確保師生能夠方便快捷地訪問和使用各類功能。

3.3"實踐結(jié)果

隨著教學(xué)方法的不斷創(chuàng)新和教學(xué)內(nèi)容的逐步深化，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與度得到了顯著提升。通過與教師建立的信任關(guān)系，學(xué)生不僅在知識層面獲得了豐富的收獲，還在道德修養(yǎng)和科學(xué)思維上取得了顯著進(jìn)展，并通過項目驅(qū)動的方式展現(xiàn)出自己的才能。學(xué)生的成績評定由查閱文獻(xiàn)、CAD建模、CAE分析和案例分析四個方面構(gòu)成，從2018年到2022年，各項成績和總成績都呈上升趨勢：查閱文獻(xiàn)分?jǐn)?shù)從12.9分增至15.8分；CAD建模分?jǐn)?shù)從18.2分波動至18.15分；CAE分析分?jǐn)?shù)從15.6分增至16.7分；案例分析分?jǐn)?shù)從34.4分增至38.4分；總成績從81.1分增至89.05分，案例分析部分成績提升最為顯著，總成績上升明顯。

結(jié)語

本文深入探討了知識圖譜技術(shù)在“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”研究生課程中的應(yīng)用，旨在通過教育信息化手段提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。通過構(gòu)建一個全面的知識圖譜，不僅為學(xué)生提供了一個豐富的學(xué)習(xí)資源網(wǎng)絡(luò)，還為教師提供了一個有效的教學(xué)支持工具。這種創(chuàng)新的教學(xué)模式融合了前沿的信息技術(shù)和教育理論，已經(jīng)在實踐中得到了驗證，并取得了顯著的成效。

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基金項目：遼寧省研究生教育教學(xué)改革項目：基于知識圖譜的研究生個性化數(shù)字教學(xué)平臺建設(shè)及應(yīng)用——以“CAD/CAE系統(tǒng)及應(yīng)用”課程為例（編號：LNYJG2024135）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目：新工科背景下智能制造工程專業(yè)師資隊伍建設(shè)（編號：231103177245029）

*通信作者：李婭娜（1977—"），女，漢族，遼寧大連人，博士研究生，教授，研究方向：車輛CAD/CAE及其關(guān)鍵技術(shù)。