知識圖譜賦能高職數字教材建設的動因、路徑與實踐

摘要：數字教材作為教育數字化轉型的重要抓手，目前越來越受到各界人士的關注。文章分析了知識圖譜賦能數字教材的動因，闡述了知識圖譜應用于數字教材建設的現狀，剖析了高職數字教材的內涵和特征，提出了數字教材的建設路徑：構建多元結構化開發團隊、確定數字教材的體系結構、使用專業工具繪制數字教材知識圖譜、依據知識圖譜建設數字教材資源，進而在數字教材平臺部署資源。基于該路徑開發完成了《Web前端開發案例教程》數字教材，在人民郵電出版社青藍云數字教材平臺上線，通過一學期的教學實施，師生反饋良好，學生自主學習時長增加2.1倍，知識點掌握度提高16.3%，較傳統教學模式成績提升17.2個百分點，提升了教師的教學成就感與學生學習獲得感，為高職數字教材的建設和使用提供了可復制的實踐范式。

關鍵詞：數字教材；知識圖譜；高職；職業能力；體系結構

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）15-0147-04

0引言

當前，教育數字化轉型背景下，職業教育教材體系正經歷結構性變革。教育部《“十四五”職業教育規劃教材建設實施方案》等政策明確要求推動教材數字化轉型，構建融合多媒體資源的新型教材形態。數字教材通過整合文字、音視頻、虛擬仿真等資源，構建“學練測評”一體化智能學習平臺，其開放性、交互性特征突破了傳統教材的時空限制[1]，為職業教育產教融合、理實一體化教學提供了重要支撐。面對技術技能人才培養需求升級，如何構建符合職業教育類型特征的數字教材，已成為當前數字化轉型過程中的關鍵命題。

1知識圖譜賦能數字教材的動因

知識圖譜技術作為一種結構化知識表示工具[2]，在數字教材建設中展現出獨特優勢。其核心價值在于通過語義網絡構建教材知識體系，將文字、音視頻、虛擬仿真等資源轉化為可動態關聯的知識節點，實現教材內容的智能化組織與呈現。具體應用場景包括：（1）知識體系可視化：通過節點（知識點）與邊（邏輯關系）的圖形化展示，幫助學生快速掌握教材章節間的層級結構與因果關聯。（2）個性化學習導航：基于學生的知識掌握程度與學習軌跡數據，動態生成個性化學習路徑。（3）智能資源推薦：通過分析學習者的興趣標簽與職業能力目標，精準匹配數字教材中的拓展資源。系統可根據學生學習的薄弱環節，自動推送相關資源。（4）實時學習評估：依托知識圖譜的推理引擎，對學生的作業完成情況、測試結果進行多維分析。（5）動態內容更新：基于職業領域的技術發展動態，自動更新教材知識圖譜中的過時節點。知識圖譜與數字教材的深度融合實現了數字教材從“資源集合”向“智能導師”的轉型，為職業教育做學教一體化教學提供了知識建模與教學實施的雙重支撐。

當前，知識圖譜技術在教育領域的應用研究呈現快速發展態勢，尤其在教材數字化轉型中展現出顯著價值。現有研究可歸納為三個維度：（1）知識組織與動態適配。張治等（2021）提出通過知識圖譜的結構化表示，將離散知識點轉化為語義網絡，實現學習資源的動態調整。這種技術路徑為解決傳統教材線性編排的局限性提供了方案，但對職業教育中“理實一體化”場景下的知識動態更新機制尚未深入探討。（2）多模態內容呈現。劉超等（2023）構建了以知識圖譜為底層邏輯的多模態數字教材模型，強調文字、音視頻、VR等元素的協同表達。該研究雖突破了單一媒體形式，但在職業教育特有的“作過程系統化”內容組織方面，缺乏具體的實踐案例支撐。（3）職業教育知識建模。徐曄（2023）提出利用AI技術構建職業教育立體知識圖譜，為技能型人才培養提供了新思路。然而，現有研究對職業能力標準與知識圖譜的映射關系研究不足，尚未形成可推廣的知識建模方法論。

當前研究多聚焦技術實現層面，對職業教育數字教材的“職業性”“實踐性”特征回應不足，本文在分析高職數字教材具有的內涵和特征的基礎上，探索高職數字教材的開發路徑，并通過建設人工智能專業群適用的《Web前端開發案例教程》數字教材為例，采用行動研究方法，構建基于職業能力標準的知識圖譜，探索數字教材建設和應用范式。

2高職數字教材的內涵和特征

高職數字教材要具備價值引領作用，落實立德樹人根本任務，堅持正確方向和價值引領，注重鑄魂育人，構建德技并修的育人體系。在《Web前端開發案例教程》數字教材中，構建“四心”思政主線：科技報國育紅心——精益求精筑匠心——編寫代碼培耐心——巧妙構思釀創新，在網站內容中講好中國故事、培養家國情懷，浸潤科技報國責任擔當，鑄就愛國紅心；在編輯代碼中培養學生耐心細致、精益求精的工匠精神；在網站規劃和設計中釀造創意之心，培養創新意識。將“四心”主線全方位融入數字教材體系中，實現德技并修。

高職數字教材體系要以職業能力為導向，充分體現職業教育類型特征[3]。要通過知識圖譜建立“Web前端開發工程師職業標準—課程教學目標—技能大賽賽項—1+X證書”的映射關系，實現崗課賽證融通培養。教材內容要動態對接行業需求。在《Web前端開發案例教程》數字教材中，教材知識圖譜要實時關聯W3C國際標準和Web相關職業技能證書標準，將最新Web技術和框架等內容嵌入教材體系，確保教材內容與行業需求無縫對接，并及時迭代更新。教材內容要以工作過程為導向進行系統化設計，基于典型工作過程構建“網站開發知識圖譜”。要以真實網站項目為引領，將項目劃分為具體的任務，在任務實現中學習HTML5語言、CSS3和JavaScript知識點，并通過任務實現、實訓練習、拓展案例等得到職業能力的提升。數字教材平臺根據崗位需求動態推送學習任務，實現\"工作即學習、課堂即崗位\"的沉浸式培養，學生學習數據自動生成能力雷達圖，直觀反映與職業標準的差距，進而在差距中不斷尋求知識、技能和素養的全面提升。

高職計算機類數字教材還應具有多樣性、智能性和開放性等特征。構建教材的完整知識體系結構，構建智慧課堂教學環境，提供微課視頻、動畫、電子文檔、PPT課件、實訓案例、拓展案例、習題庫和拓展案例庫等多樣性的教材資源，通過真實項目提供沉浸式學習體驗，促進學習者從接受學習向體驗學習、探究學習的轉變，為學生提供全面、系統、智能的學習環境和知識服務，為不同層次的學生提供智能化的學習導學，同時密切關注Web前端開發領域的新知識、新技能和Web前端開發工具等的升級迭代，及時將行業最新標準、技術框架等融入教材，持續對教材進行迭代更新，實現教材內容與崗位需求的無縫對接。

3高職數字教材建設的路徑

3.1構建多元結構化開發團隊

首先，構建由出版人員、系統研發人員、行業企業專家和一線教師等構成的多元結構化開發團隊[4]。出版人員須具備國家級職業教育數字教材出版資質、熟悉《職業教育教材管理辦法》等政策文件；系統研發人員須具有知識圖譜、大數據分析等相關技術認證，掌握數據分析工具及知識圖譜構建工具；行業企業專家須具有3年以上計算機行業一線工作經驗，參與過國家職業標準制定或行業技術規范編制、具備技師以上職業資格或高級工程師職稱；一線教師須獲得過省級以上教學能力大賽獎項，或主持過國家級或省級職業教育教學改革項目，具有企業實踐經歷等。

其次，制訂結構化團隊的合作機制。以角色協同與流程迭代為核心，通過明確分工與動態協作實現資源整合。出版人員主導內容規劃與標準合規，系統研發團隊負責技術平臺搭建與功能實現，行業專家提供真實項目、實訓與拓展案例與職業標準，一線教師則從教學場景出發優化內容設計。協作流程通常分為需求分析、內容開發、技術適配、測試迭代四個階段。需求分析階段通過多方研討確定教材定位與目標；內容開發階段采用并行模式，出版人員與教師聯合進行內容開發，技術團隊同步構建系統框架；技術適配階段需將教學邏輯轉化為交互功能，如實訓環境、數據分析模塊等；測試階段通過試點教學收集反饋，推動內容與技術的雙向優化。溝通機制依賴定期會議、共享文檔平臺及敏捷開發模式，確保問題快速響應。跨領域協作的難點在于專業語言差異與進度協調，需建立標準化術語庫并制定甘特圖明確節點責任。最終通過持續迭代，實現教育性、實踐性與技術性的深度融合。

3.2確定數字教材體系結構

數字教材的體系結構需平衡技術創新性與教學實用性，通過層次化設計實現內容、技術與教學的深度融合，最終服務于高效、個性化的學習目標，設計原則包括開放性、靈活性、可持續性和智能性，支持跨平臺集成與資源共享，適應不同教學場景（如翻轉課堂、混合式學習），通過模塊化設計降低后期維護成本，同時以學生為中心，符合職業教育教學規律。

數字教材的體系結構是其內容組織、技術架構與功能模塊的系統性框架，通常可劃分為技術架構層、內容結構層、功能模塊層和用戶體驗層構成，如圖1所示。技術架構層采用云計算、大數據和AI技術構建底層架構，支持多終端（PC、平板、手機）無縫適配，集成內容管理系統（CMS）和學習管理系統（LMS），實現資源存儲、權限管理與教學數據追蹤，并且要遵循國際標準和國內教育信息化規范，確?？缙脚_兼容和數據安全與隱私保護。內容結構層以項目引領、任務或案例驅動進行組織，在每個任務或案例中包括知識點模塊、任務或案例實現模塊、實訓練習模塊、拓展和創新模塊、素質提升模塊和學習評價模塊。功能模塊層包括教學資源庫、互動協作系統和評估反饋系統，集成與內容相關的文本、音頻、視頻、3D模型等多模態資源，支持教師自定義組合，提供行業企業專家審核的真實案例庫與職業技能實訓系統，提供實時問答、在線討論區、小組任務協同編輯等功能，強化師生互動，內置題庫、智能組卷與自動批改功能，生成學生學習報告，通過機器學習分析學習軌跡，提供個性化學習建議。用戶體驗層包括界面設計與學習路徑規劃，界面設計采用響應式布局，適配不同屏幕尺寸，優化加載速度與操作流暢度，提供夜間模式、字體縮放、語音朗讀等無障礙功能，支持學生自主選擇學習路徑，或由系統根據能力評估推薦個性化方案，記錄學習進度與難點，生成學習者畫像。

3.3繪制數字教材知識圖譜

繪制數字教材知識圖譜，可以選用專業的工具如Neo4j和GraphDB等，實現知識圖譜的存儲和可視化[5]，目前也可以借助一些網絡教學平臺完成知識圖譜的構建。本文基于Neo4j圖數據庫構建數字教材知識圖譜。

首先，需要設計《Web前端開發案例教程》數字教材的學習任務，并獲取各個任務之間的關系。以《Web前端開發案例教程》為例，經過教材開發團隊的研討，將數字教材圍繞學院網站真實項目的制作分為10個任務，分別為搭建簡單學校網站、美化簡單學院網站、制作學院介紹頁面、制作學院網站導航條、制作學院新聞塊、制作學生信息表、制作學生信息注冊表單、制作學院網站風景墻、布局學院網站主頁和拓展項目（攝影網站）。各個任務是按照由易到難的順序進行的，不同任務又有各自的子任務，如制作學院網站導航條任務又包含無序列表樣式設置和超鏈接樣式設置兩個子任務。然后，抽取各任務涉及的知識點及知識點之間的關系。本文采用中文分詞工具進行中文的分詞，并構建自定義分詞典，共得到知識點的數量為210個。接著，手動梳理知識點間的關系，主要包括包含關系、進階關系和并列關系。最后，基于Neo4j圖數據庫可視化構建出數字教材的知識圖譜。在知識圖譜中，用圓圈表示節點，節點間的有向連接線表示節點之間的關系。根據抽取的知識點和知識點間的關系，分別構建實體清單和關系清單，導入Neo4j圖數據庫，最終《Web前端開發案例教程》數字教材的知識圖譜可視化如圖2所示。

3.4依據知識圖譜建設數字教材資源

建設數字教材內容需要由出版方、系統研發人員、行業企業專家和一線教師共建共管，構筑“網絡平臺+移動終端”的數字化學習環境，以此承載更多更豐富的資源類型，包括但不限于微課視頻、動畫、交互式課件、實訓內容、課程標準、行業標準文檔、職業資格認證題庫等，為不同層次學習者的學習提供更好的學習環境和學習資源。

以知識圖譜為基礎，組織相關教師、企業工程師等相關人員認領數字教材建設任務，在教材前期已有資源的基礎上，優化視頻、課件、習題、案例、實驗項目、電子教案和文檔、實訓項目、拓展案例等教學資源。按照《數字教育資源質量規范》（GB/T36342-2018）要求，依據資源質量基礎標準：分辨率≥1080P，視頻幀率≥25fps，音頻信噪比≥40dB；內容標準：思政元素融入率≥30%，行業新技術覆蓋率≥20%（每季度更新）；交互標準：課件互動節點≥5個/10分鐘；評價標準：習題難度系數分布（易∶中∶難=3∶5∶2），案例典型性評分≥85分等建設各類資源。在資源建設過程中，嚴格執行ISO29110學習資源質量標準體系，通過“雙盲審校+用戶測試”雙重驗證機制，建立動態更新機制，核心知識點資源更新周期≤6個月；行業標準文檔更新周期≤3個月；職業資格認證題庫更新周期≤1個月。按照“建用并進、持續迭代”的方式，逐步擴大資源規模，形成豐富的教學資源布局[6]。建立知識圖譜與教學資源的智能關聯系統，實現知識點與資源、習題、試題的多維映射。通過大數據分析學習者行為軌跡，動態優化資源推薦算法，將資源有效利用率提升至85%以上，保障教學資源的可用性、有效度和前沿性。

3.5在數字教材網絡平臺部署資源

首先，一線教師通過數字資源管理系統提交各類資源，系統自動進行格式校驗（如視頻需為H.264編碼，文檔需為PDF/A-2U）。隨后，出版方進行資源提交與審核，啟動“三審三?！绷鞒?，進行內容政治性和科學性審查即初審，然后再根據技術標準進行二審，隨后再對元數據進行完整性校驗即三審，通過審核的資源自動生成唯一資源標識符（URI），并加密存儲于區塊鏈存證系統。資源部署后再由作者進行學習路徑規劃，平臺提供可視化路徑編排工具，支持拖拽式知識點關聯，作者通過智能備課系統建立課前預習資源包（含微課視頻、閱讀文檔、查詢資料以及交互式測試等），課中活動資源包（含任務實現+實時答題系統）和課后拓展資源包（含行業案例庫+AI答疑機器人），系統自動生成學習路徑圖。選用教材的教師可以使用作者提前做好的學習路徑規劃方案，也可以對作者的規劃方案進行修改，或者補充要學習的資源和內容，也就是可以進行二次備課，最后選用教師將備課的內容發布后，學習者才能根據前期設置好的方案進行學習，但前提是學生要事先在平臺進行注冊，選用且購買教材后，才能使用教材并使用其中部署好的教材資源。

4實踐及結論

本研究團隊基于上述數字教材開發路徑，成功完成《Web前端開發案例教程》數字教材開發并在人民郵電出版社青藍云平臺上線。通過一學期的教學實踐驗證，該數字教材在教學實施層面構建了包含微課視頻、動畫、交互式課件、實訓內容、習題庫、試題庫、拓展案例庫等數字化資源的立體化教材體系，教師備課效率提升40%以上，通過智能備課模塊實現教學任務的動態重組，課堂互動頻次增加35%；學習效果層面建立了“知識圖譜+學習分析”的個性化學習支持系統，學生自主學習時長增長2.1倍，知識點掌握度提高16.3%，較傳統教學模式提升17.2%；教育生態層面形成了“教材-平臺-服務”一體化解決方案，實現教學數據的全流程采集與分析，為精準教學提供了決策支持。該研究成果為職業教育數字化轉型提供了可復制的實踐范式，其實施路徑可推廣至高職其他專業課程，智能化教學支持系統對“崗課賽證”綜合育人模式具有重要參考價值。未來研究將聚焦在深化人工智能技術在教材開發中的應用，構建自適應學習系統，在知識圖譜的基礎上探索能力圖譜的構建方法，以能力圖譜融入教材體系建設，持續完善教材迭代優化模型。

參考文獻：

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[5]張治，劉德建，徐冰冰.智能型數字教材系統的核心理念和技術實現[J].開放教育研究，2021（2）：44-54.

[6]李志云，李曉，王思艷.數字化賦能高職模塊化教學模式的探索與實踐[J].中國新通信，2024（23）：122-124.

【通聯編輯：王力】