基于知識圖譜的職業(yè)教育數(shù)字化教學(xué)設(shè)計框架構(gòu)建

一、前言

2025年1月19日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《教育強國建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》指出：推進智慧校園建設(shè)，探索數(shù)字賦能大規(guī)模因材施教、創(chuàng)新性教學(xué)的有效途徑，主動適應(yīng)學(xué)習(xí)方式變革[。知識圖譜（KnowledgeGraph）作為一種教學(xué)輔助工具在知識管理中應(yīng)運而生，它能夠通過算法抽取學(xué)科中的概念、技術(shù)理論、操作實踐案例和場景等構(gòu)建成課程知識網(wǎng)絡(luò)和多學(xué)科融合的知識體系，打通學(xué)科邊界，為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)，促進教師對教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新和優(yōu)化，并進行科學(xué)的教學(xué)評價。

近年來，新一代信息技術(shù)迅速發(fā)展，跨學(xué)科交叉融合運用信息技術(shù)是當下高職學(xué)生必備素養(yǎng)。高職信息技術(shù)通識課原為高職計算機文化基礎(chǔ)課，教育部2021年版課程標準是：重點培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)實際操作能力，形成信息意識、計算思維、數(shù)字化創(chuàng)新與發(fā)展、信息社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)習(xí)、工作、生活打下良好的信息素養(yǎng)基礎(chǔ)。但作為一門公共基礎(chǔ)課程，學(xué)生的課堂參與度不高，教學(xué)效果不甚理想，又因傳統(tǒng)的課程內(nèi)容設(shè)計與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)度不深，導(dǎo)致學(xué)生信息化應(yīng)用能力不能較好地適應(yīng)不同的工作創(chuàng)新發(fā)展需求。潘懋元曾經(jīng)說過：所有宏觀的理論、宏觀的政策，只有通過微觀的教學(xué)過程才能夠進人人才培養(yǎng)的實踐[2。為此，基于知識圖譜技術(shù)進行“高職信息技術(shù)通識課”課程改革是新思路、新方法、新技術(shù)在新政策、新導(dǎo)向下的具體實踐應(yīng)用。

二、基于知識圖譜的課程改革研究現(xiàn)狀

（一）知識圖譜的概念

作為一種表達豐富的、結(jié)構(gòu)化的語義知識庫，知識圖譜能夠?qū)⑽锢硎澜缰懈拍詈蛯嵨锏年P(guān)系用符號的形式進行描述，并把知識存儲在一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫中，能夠方便查找并厘清實體之間的關(guān)系。它多以三元組的形式表達出來，即 G=（E，R，S） 。E是實體的集合，在課程設(shè)計中代表知識點，可包含無數(shù)多個。R是關(guān)系，也是知識庫中的關(guān)系集合，可以在課程設(shè)計中表示屬于哪一章節(jié)、哪一類型等。S代表知識庫中的三元組，三元組的形式一般為（實體1，關(guān)系，實體2）或者概念，屬性、屬性值等。實體是知識圖譜中最基本的結(jié)點。每個實體在知識圖譜數(shù)據(jù)庫中都有一個唯一的ID，這樣能夠保證實體的單一性。

（二）相關(guān)文獻梳理

可視化的知識表達方式是知識圖譜的一大特征，而這也為高等教育教學(xué)中信息技術(shù)等相關(guān)課程的改革提供了新的方向、技術(shù)和思路。就相關(guān)文獻進行梳理可以發(fā)現(xiàn)，對于知識圖譜輔助信息化教學(xué)創(chuàng)新以及知識圖譜與教育融合的適切性的探討是國內(nèi)眾學(xué)者所著重研究的。例如，程平、范洵在《云會計與智能財務(wù)共享》一文中從知識獲取、知識抽取、知識融合與驗證等方面構(gòu)建了課程教學(xué)內(nèi)容知識圖譜，通過獲取教學(xué)課件、學(xué)生心得總結(jié)等相關(guān)文本，展現(xiàn)課程知識點的關(guān)聯(lián)，幫助教師改善教學(xué)效果以及學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率[3]。曾露、李其娜在《知識圖譜賦能信息化教學(xué)創(chuàng)新》一文中認為利用知識圖譜可以支持學(xué)科交叉、融合的變革，有助于培養(yǎng)具有交叉學(xué)科視野和問題解決能力的新型人才[4。桂小林、何欽銘在《AI賦能的大學(xué)計算機通識教育的體系化改革探索》一文中提出了一套人工智能賦能的大學(xué)計算機通識教育新體系，從學(xué)生的能力目標出發(fā)，創(chuàng)建了融合計算與智能的大學(xué)計算機通識教育知識體系，設(shè)計了面向“四新”專業(yè)的“寬、專、融”的大學(xué)計算機通識教育課程體系[。施江勇、唐晉韜、王勇軍等研究者在《基于知識圖譜的新興領(lǐng)域課程教學(xué)資源建設(shè)》一文中則以人工智能專業(yè)為例，提出基于知識圖譜構(gòu)建新興領(lǐng)域課程教學(xué)資源建設(shè)方[。

（三）相關(guān)文獻述評

知識圖譜是近年來的熱門話題，現(xiàn)有文獻主要集中在本科課程的教學(xué)改革，而基于知識圖譜技術(shù)研究高職課程改革的比較少。應(yīng)用知識圖譜技術(shù)可以為大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法提供數(shù)據(jù)，精準了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、興趣愛好和學(xué)習(xí)風(fēng)格，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)方案和學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。職業(yè)教育作為一種類型教育，其特點是突出實踐技能培養(yǎng)，實現(xiàn)個性化教學(xué)。教育數(shù)字化技術(shù)可以為學(xué)生提供更加真實、高效的實踐環(huán)境。例如，職業(yè)教育注重學(xué)生的實踐技能培養(yǎng)，通過虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進行操作練習(xí)，降低實踐成本和安全風(fēng)險，提高實踐教學(xué)效果，學(xué)生個體差異較大，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足每個學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。本研究基于知識圖譜技術(shù)，從專業(yè)需求角度展現(xiàn)《信息技術(shù)通識課》的技術(shù)和方法，具有比較明顯的計算技術(shù)與各類專業(yè)交叉融合的特征，目標是培養(yǎng)學(xué)生利用新一代信息技術(shù)開展專業(yè)學(xué)習(xí)，提高工作能力。

（四）知識圖譜在數(shù)字化教學(xué)中的運用

在處理一些交叉融合、關(guān)系比較復(fù)雜的場景上，知識圖譜具有天然優(yōu)勢，尤其是在當前多學(xué)科交叉發(fā)展的教育背景下。知識圖譜主要以交互式、可視化的形式呈現(xiàn)知識點，其呈現(xiàn)方式具有結(jié)構(gòu)化、組織化，是一個相對完整的認知框架，能夠幫助學(xué)生快速、深入地理解和掌握所學(xué)知識，且有利于進一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在數(shù)字化教學(xué)改革中引入和應(yīng)用知識圖譜技術(shù)，有利于實現(xiàn)課程改革形式上的多元化，從而更加有利于針對性的人才培養(yǎng)[]。知識圖譜技術(shù)具體有以下運用：一是教學(xué)與信息技術(shù)融合，知識圖譜與人工智能技術(shù)的結(jié)合將更加緊密，通過自然語言處理和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，實現(xiàn)更加智能化的教學(xué)輔助系統(tǒng)。二是完善的個性化學(xué)習(xí)，知識圖譜能夠為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)路徑推薦，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和能力，動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度。三是教學(xué)內(nèi)容動態(tài)更新，知識圖譜的應(yīng)用將推動教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，通過整合跨學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)新能力。四是科學(xué)評價體系形成，知識圖譜將有助于構(gòu)建更加科學(xué)的評價體系，通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和課程效果形成精準畫像，實現(xiàn)過程性評價和結(jié)果性評價的有機結(jié)合。五是教育資源開放共享，知識圖譜將促進教育資源的開放和共享，通過構(gòu)建開放的知識圖譜平臺，實現(xiàn)教育資源的互聯(lián)互通。

三、基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)的設(shè)計思路

要以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為根本，以信息技術(shù)能力養(yǎng)成為目標，以融合專業(yè)崗位知識應(yīng)用為起點，以課堂教學(xué)內(nèi)容和形式變革為突破，調(diào)研實際工作中信息技術(shù)需求，對學(xué)生進行學(xué)情分析，要根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)需求重塑信息技術(shù)課程內(nèi)容，依據(jù)超星或智慧樹課程平臺，設(shè)計開發(fā)課程知識點的知識圖譜，進行“理實一體化”教學(xué)，并依據(jù)數(shù)據(jù)動態(tài)評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果和課程教學(xué)效果，形成學(xué)生、課程等精準畫像，為學(xué)生的學(xué)習(xí)評價、課程的教學(xué)效果等評價提供依據(jù)，同時動態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容。

（一）知識圖譜構(gòu)建

知識圖譜構(gòu)建是推動數(shù)字化教學(xué)實現(xiàn)的最關(guān)鍵一部分。知識圖譜構(gòu)建一般分為三個步驟：信息抽取 $$ 知識融合 $$ 知識加工。在課程知識圖譜構(gòu)建中，其表示為：信息抽取主要是抽取課程的知識點，但知識點的表現(xiàn)形式有很多樣，有的是文本，有的是視頻，還有其他表現(xiàn)形式。知識融合是指對數(shù)據(jù)進行整合，使其保持完整的含義。例如，同一實體在不同的地方有不同的名字，就需要使實體具有唯一性。知識加工則是對每一個知識點完善它的三元組表示形式，實體、關(guān)系、屬性等知識要素要有確定值，具有清晰的語義才能加入知識庫中，以確保知識庫中的數(shù)據(jù)清晰有效，知識圖片的構(gòu)建過程如圖1所示。

（二）課程項目設(shè)計

調(diào)研專業(yè)對信息技術(shù)的使用需求和偏好，依據(jù)學(xué)情進行需求分析，尤其要依據(jù)校企合作、產(chǎn)教融合對信息技術(shù)的使用要求進行學(xué)生實踐項自設(shè)計，融合多種知識，形成教學(xué)項目。這一過程需要考慮的重點在教學(xué)大綱上，要覆蓋教學(xué)大綱中的知識點，基于職業(yè)教育，還應(yīng)考慮職業(yè)教育的特殊性（如重實踐），在項目設(shè)計的時候，融人產(chǎn)學(xué)研需求。因為信息技術(shù)課是公共課程，一般對應(yīng)全校各個學(xué)院，要想在各專業(yè)有特色應(yīng)用就應(yīng)該考慮跨學(xué)科的設(shè)計和應(yīng)用。例如，農(nóng)科就需要考慮智慧農(nóng)業(yè)對課程的需要，機電等新工科就需要考慮智慧制造對課程的需要。

圖1知識圖譜的構(gòu)建過程

（三）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

開發(fā)基于知識圖譜的課程教學(xué)平臺，可依據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)平臺（如國家智慧教育公共服務(wù)平臺、超星、智慧樹），根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、課程目標科學(xué)設(shè)置知識點的關(guān)系與屬性，建立相關(guān)知識點的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成知識體系。然后基于不同的知識形式，對課程知識點提取、關(guān)系梳理與屬性編輯，通過課程平臺的知識圖譜技術(shù)將設(shè)置好的知識點添加到課程內(nèi)容里，即可完成基于知識圖譜的課程平臺建設(shè)。基于知識圖譜的課程平臺，易于更新課程資源，實現(xiàn)課程內(nèi)容的動態(tài)更新。多樣化教學(xué)項目設(shè)計形成的教學(xué)資源庫，可讓學(xué)生根據(jù)需求尋找實踐項目，而且教學(xué)平臺能夠推送符合學(xué)生需求的學(xué)習(xí)項目，并反饋學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)個性化教學(xué)。

（四）教學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動

數(shù)字化教學(xué)的典型形式是能夠形成數(shù)據(jù)驅(qū)動，這也是和信息化教學(xué)的最大區(qū)別。信息化教學(xué)階段教學(xué)設(shè)計知識把教育資源由紙質(zhì)的形式轉(zhuǎn)化為線上的教學(xué)資源，仍舊沒有改變教學(xué)的基本形態(tài)。但利用知識圖譜課程平臺的教學(xué)就能夠驅(qū)動新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。例如，分析學(xué)生使用情況，根據(jù)學(xué)生在線的時間以及在線做題的結(jié)構(gòu)就能分析學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中達到的能力水平，也可以看到課程教學(xué)與課程計劃實施效果，通過多數(shù)學(xué)生的在線痕跡和使用結(jié)果就可以依據(jù)這些數(shù)據(jù)形成學(xué)生畫像、課程畫像、專業(yè)對信息化應(yīng)用的需求畫像，實現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)驅(qū)動，讓教學(xué)效果能夠“看得見”、課堂的執(zhí)行效果能夠“摸得著”。在學(xué)生深度反饋實習(xí)階段對課程知識的需求以及工作中遇到的問題，通過課程數(shù)據(jù)平臺就可以看出專業(yè)需求與課程的匹配度。

（五）教學(xué)效果評價

教學(xué)效果評價是數(shù)字化教學(xué)中的重要組成部分，課堂的效果評價必不可少。教學(xué)效果評價一般通過課程考試、學(xué)習(xí)過程性評價、能力畫像知識達成度進行評價。對學(xué)生的評價一般包括知識掌握與技能實踐效果的評價，關(guān)系到知識圖譜覆蓋度評估，所以在課程知識圖譜設(shè)計階段一定要制作豐富的教學(xué)資源，包括各種形式的教學(xué)資源。另外，對于學(xué)生實踐能力的評估一定要搭建虛擬仿真與真實場景的銜接，虛擬實訓(xùn)平臺的記錄與通過真實場景完成的任務(wù)表現(xiàn)結(jié)合來評估學(xué)生的能力形成。基于知識圖譜的課程教學(xué)效果評價不僅要評價學(xué)生的能力形成，更重要的是要評價教學(xué)資源的精準匹配度。數(shù)字化教學(xué)設(shè)計重要的是形成教學(xué)資源推送的精準度，參照職業(yè)教育的特點還應(yīng)該把企業(yè)真實崗位上的一些資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源給學(xué)生推送。學(xué)生的協(xié)作效果也應(yīng)該能夠體現(xiàn)出來，達成虛擬課堂的深度互動，形成科學(xué)評價體系。

從課程項目設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容實施、教學(xué)數(shù)據(jù)分析，到教學(xué)效果評價，教育工作者要致力于形成一個教學(xué)執(zhí)行過程的完整閉環(huán)，并能根據(jù)評價結(jié)果對課程內(nèi)容進行更新。具體的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計框架如圖2所示。

四、基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新性

基于知識圖譜的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計因具有很強的數(shù)字化特征，需要大量的數(shù)據(jù)，所以構(gòu)建工作特別復(fù)雜、工作量很大，很多工作需要細心整理添加。教育改革具有抽象性、原則性，屬于頂層設(shè)計范疇，教育創(chuàng)新則具有具體性、靈活性，從基層發(fā)動，有著明顯的“草根”性質(zhì)。因此，教育創(chuàng)新的主體應(yīng)是置身于教育一線的“實踐者”，而不是“改革家”或者“理論家”[8]，在教學(xué)創(chuàng)新的路上，積累足夠的量變才能更容易發(fā)生質(zhì)變，提高教學(xué)效果。

知識圖譜構(gòu)建、實體識別、關(guān)系抽取、實體連接、實體分類、大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、AI人工智能技術(shù)等的應(yīng)用，讓人工智能與教育領(lǐng)域有了更深層次的融合，能夠吸引對新方法感興趣的教育工作者和決策者。通過教學(xué)實踐可以讓廣大任課教師進一步理解課程知識點以及與時俱進地重構(gòu)課程內(nèi)容。一是有利于提升教學(xué)質(zhì)量，推動教學(xué)模式創(chuàng)新。通過創(chuàng)新教學(xué)方法和資源整合，有助于教師更好地理解和實施信息技術(shù)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的教育模式，強調(diào)師生與機器之間的多維互動。這種模式不僅提升了教師的教學(xué)效果，也滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求、專業(yè)導(dǎo)向的公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量。二是有利于培養(yǎng)學(xué)生能力，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維。知識圖譜理實一體化教學(xué)平臺的教學(xué)實踐，有助于學(xué)生理解知識的實際應(yīng)用價值。通過融入專業(yè)需求的信息技術(shù)課程項目實踐，學(xué)生可以提高通過信息技術(shù)解決專業(yè)問題的能力，這個過程不僅鍛煉了學(xué)生的實際應(yīng)用能力，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維與終生學(xué)習(xí)的理念。三是有利于錘煉教師技能，促進教師專業(yè)發(fā)展。本研究旨在為職業(yè)教育教師提供基于知識圖譜的教學(xué)設(shè)計的相關(guān)思路和方法。教師數(shù)字化教學(xué)能力提升不僅僅是簡單地掌握一些技術(shù)工具，更是一種綜合能力的發(fā)展和提高，它涵蓋了教師的數(shù)字素養(yǎng)、教學(xué)設(shè)計能力、技術(shù)操作能力、教學(xué)評價能力以及與學(xué)生進行互動和合作的能力。

五、結(jié)語

知識圖譜作為信息化時代的一種教學(xué)輔助工具，為信息技術(shù)專業(yè)教師在復(fù)雜的教學(xué)設(shè)計中提供了一種全新的教學(xué)設(shè)計理念和方法。通過知識圖譜，教師能夠重塑課程內(nèi)容，可以跨專業(yè)、跨學(xué)科將抽象的知識點具體化，進而更加有效地組織教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法，切實提升教學(xué)效果。在數(shù)智化時代，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)發(fā)掘知識圖譜在數(shù)智化課程建設(shè)中的應(yīng)用，也能夠為職業(yè)教育的創(chuàng)新發(fā)展提供更加廣闊的空間。

參考文獻

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基金項目：1.2025年度教育部信息化教指委全國高等職業(yè)院校信息化教學(xué)改革研究項目“基于知識圖譜的高職信息技術(shù)通識課教學(xué)改革與實踐”（項目編號：KT2503016）；2.2024年度山東省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目“行業(yè)產(chǎn)教融合共同體視域下高職工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場工程師培養(yǎng)模式研究與實踐”（項目編號：2024284）；3.2024年度山東省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目““101計劃’背景下高職一流核心課程建設(shè)研究與實踐”（項目編號：2024037）

作者單位：張得元，商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院；王晨倩，濱州職業(yè)學(xué)院、曲阜師范大學(xué)教育學(xué)院；代玉梅，商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院、曲阜師范大學(xué)教育學(xué)院

責(zé)任編輯：王穎振 楊惠娟