基于知識圖譜的AI輔助數(shù)據(jù)庫課程設計與實施研究

一、前言

隨著數(shù)智化技術對教育領域的深度重構，高等教育正在經(jīng)歷著從范式轉(zhuǎn)型到生態(tài)重塑的歷史性變革階段。在“三教改革”持續(xù)推進的背景下，以學生為中心的教學理念已通過混合式教學平臺、虛擬仿真實驗室等數(shù)字化載體得到了初步的實踐。在高職計算機相關專業(yè)課程教學改革中，MOOC、SPOC等網(wǎng)絡教學平臺的普及顯著提升了教學資源的可獲得性。然而，面對人工智能時代對數(shù)智化人才的復合型能力要求，現(xiàn)行教學模式在個性化育人維度仍存在比較顯著的短板，許多高職計算機專業(yè)學生在編程能力培養(yǎng)中存在顯著個體差異，但是現(xiàn)有教學模式對學生認知特征、能力圖譜的動態(tài)感知與精準適配仍顯不足。

在此背景下，構建基于知識圖譜的AI輔助教學模型具有深遠的現(xiàn)實意義。知識圖譜是一種信息可視化工具，它通過圖形化的方式展示知識領域的動態(tài)演變過程及其內(nèi)在邏輯關系，能夠直觀揭示知識點間的關聯(lián)與層級結(jié)構。以高職數(shù)據(jù)庫課程為實踐載體，重點探討知識圖譜與AI技術融合的創(chuàng)新路徑，不僅需要重構課程的目標和教學內(nèi)容，還需要深度參與到學生的學習進程中去，實現(xiàn)教學個性優(yōu)化。這種智能教育新范式不僅能破解傳統(tǒng)標準化教學與個體差異化需求之間的矛盾，更有助于培養(yǎng)符合智能時代要求的“數(shù)據(jù)思維 + 編程能力 +AI 素養(yǎng)”三位一體的數(shù)據(jù)庫相關的復合型技術技能人才。

二、課程設計理念

（一）目標導向的教學結(jié)構設計

本研究課程以目標導向為原則確立明確的教學目標，旨在培育精通編程語言、熟悉數(shù)據(jù)處理流程、擅長智能應用開發(fā)，又追求卓越的高素質(zhì)數(shù)字工匠。課程內(nèi)容設計圍繞戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)等領域堅持以“培根鑄魂、啟智增慧”為核心理念，將思政教育與專業(yè)知識學習相結(jié)合，培養(yǎng)學生在數(shù)據(jù)處理方面的系統(tǒng)性思維、數(shù)據(jù)安全方面的多維意識、數(shù)據(jù)服務方面的服務與創(chuàng)新意識、行業(yè)應用方面的個性化能力。學生通過系統(tǒng)學習數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、查詢、管理和設計等關鍵知識點，著重提高自身的數(shù)據(jù)分析技能、系統(tǒng)優(yōu)化能力、安全防護意識以及創(chuàng)新應用能力，促進他們在知識掌握、技能提升和素質(zhì)培養(yǎng)方面的全面進步，培養(yǎng)德才兼?zhèn)洹⒆非笞吭降男聲r代數(shù)字工匠。

（二）任務驅(qū)動的教學內(nèi)容設計

課程組成員調(diào)研需求后根據(jù)相關企業(yè)真實崗位的典型工作任務流程設計了數(shù)據(jù)庫建庫建表、數(shù)據(jù)查詢與優(yōu)化、數(shù)據(jù)的增刪改操作、視圖管理、存儲過程與觸發(fā)器開發(fā)、安全性管理、完整性管理、智能化數(shù)據(jù)庫設計與管理八大工作任務。每個任務結(jié)合實際項目又設計不同難度的實踐任務，幫助學生逐步掌握復雜的數(shù)據(jù)庫開發(fā)技能。學生也可以根據(jù)自己的學習進度選擇合適的任務進行深人學習。在教學過程中采用案例驅(qū)動、項目引導的教學方法保證理論與實踐深度融合，通過線上線下多元化教學手段，增強學生動手操作能力，培養(yǎng)其解決復雜工程問題的綜合素養(yǎng)。

（三）五階培養(yǎng)路徑設計

確定了教學目標和教學內(nèi)容后設計了“目標導航一情境構建一任務拆解一實訓演練一能力拓展”的五階培養(yǎng)路徑。教學過程從明確學習目標到構建任務情境，再到對任務的詳細分解，使學生能夠在真實工作環(huán)境中運用所學知識完成相關技能操作。然后，學生通過實訓任務的演練，進一步深化對知識的理解和應用，引導學生在能力拓展階段自主深度學習和創(chuàng)新實踐。在這樣的環(huán)環(huán)相扣路徑中層層遞進，確保學生在每個階段都能獲得扎實的技能提升與思維拓展，逐步實現(xiàn)從基礎理論到實戰(zhàn)應用的全面提升。

三、教學目標智能化重構

本研究從學生導向的個性化學習視角出發(fā)，探索基于知識圖譜的個性化學習模型構建及個性化學習支持機制，讓學生在學習過程中有意識地主動探索自身學習情況，從而有效地進行個性化學習[1。為實現(xiàn)課程從\"標準化教學”向“個性化能力圖譜”的轉(zhuǎn)變，提出并實踐基于知識圖譜的教學目標智能化重構方法。這種方法的核心在于深度融合Bloom分類法的認知層級框架與智慧職教等MOOC平臺AI的分析推薦能力，構建“認知分層一動態(tài)適配一精準干預”的教學自標動態(tài)優(yōu)化體系。

（一）基于Bloom分類法的認知層級解構與目標設定

Bloom教學目標分類是一種廣泛應用于教學和評估教學成果的教育理論模型，對于評價教學領域?qū)W生的學習目標和教學管理有著重要的指導意義。經(jīng)修訂后將認知領域的教育目標分為識記、理解、運用、分析、評價、創(chuàng)造六個層次。依據(jù)Bloom分類法，對數(shù)據(jù)庫課程核心能力在“識記、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造”六個認知層級進行精細化解構，為每個任務設定明確、可衡量的分層教學目標。

識記（Remember）是指認識并記憶。結(jié)合課程，學生能夠準確識別與復述基本數(shù)據(jù)庫概念，熟記SQL語法結(jié)構等。

理解（Understand）是指對事物的領會，但不是深刻地領會，而是初步的。結(jié)合課程能夠闡釋不同數(shù)據(jù)結(jié)構在數(shù)據(jù)庫中的適用性及特點，解釋SQL語句的執(zhí)行邏輯等。

應用（Apply）是指對所學習的概念、法則、原理的運用。結(jié)合課程能夠在給定場景下，運用SQL語句的增刪改查、連接查詢等功能完成實際的數(shù)據(jù)操作任務。

分析（Analyze）是指能把材料分解成它的組成要素部分，從而使各概念間的相互關系更加明確。結(jié)合課程能夠診斷現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫設計方案的合理性，識別其潛在的性能瓶頸或邏輯錯誤等。

評價（Evaluate）是以分析為基礎，全面加工已經(jīng)分解的各要素，并再次把它們按要求重新組合成整體，以便綜合地、創(chuàng)造性地解決問題。結(jié)合課程能夠比較和評估不同數(shù)據(jù)庫設計方案的優(yōu)缺點，并做出合理選擇。

創(chuàng)造（Create）是指綜合內(nèi)在與外在的資料、信息，作出符合客觀事實的推斷。結(jié)合課程能夠綜合運用數(shù)據(jù)庫知識，獨立設計并實現(xiàn)一個滿足特定功能需求的、結(jié)構合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

這種分層目標體系不僅為學生提供了清晰的學習進階路徑，也為后續(xù)AI驅(qū)動的個性化適配奠定了結(jié)構化基礎。

（二）AI驅(qū)動的個性化目標適配及學習支持

本研究基于上述Bloom分類法分層目標體系，充分利用智慧職教MOOC平臺（本課程的教學平臺為智慧職教MOOC平臺）集成的AI大模型能力。AI模型會持續(xù)分析學生在平臺上的學習軌跡，分析視頻觀看時長、習題操作正確率、討論參與度、測試成績等交互數(shù)據(jù)[2，精準評估學生在每個教學任務和每個Bloom認知層級上的當前掌握程度，構建細粒度的學生個性化知識圖譜和能力圖譜。知識圖譜以可視化方式呈現(xiàn)課程知識點關系，涵蓋知識點與教學目標、資源間聯(lián)系[3]。

平臺通過一定機制與學生個性化學習過程建立關聯(lián)，提高個性化學習系統(tǒng)的認知智能。AI助手在六大認知層級框架下，智能識別學生薄弱環(huán)節(jié)和發(fā)展需求，動態(tài)生成并推薦高度個性化的下一階段學習目標。例如，對于“應用”層級薄弱的學生，系統(tǒng)會優(yōu)先推薦強化該層級的實踐任務目標；對于已達到“分析”層級的學生，可推薦學生挑戰(zhàn)“評價”或“創(chuàng)造”層級的目標。通過可視化方式解決學習過程中的監(jiān)控、評價和反饋問題，幫助學生優(yōu)化決策、提升學習體驗，有效促進個性情境設計、項目驅(qū)動、任務實施 \"數(shù)字工匠”成長記校企開發(fā)真實項目能力提升項目 “城市綠色出行公共自行車管理”數(shù)據(jù)庫設計↑ 校企開發(fā)實踐鞏固項目 醫(yī)療垃圾處理”數(shù)據(jù)庫的管理與維護 中 真實項目 工程師-寧小職做中學項目 1 “職工信息”數(shù)據(jù)庫查詢與管理 》目標導航 情境構建 任務拆解 實訓演練 能力拓展實習工程師-寧小職增刪改操作 觸發(fā)器開發(fā)智慧教學平臺 （知識圖譜，分階段智能推送） + AI輔助教學新時代道德法治意識 職業(yè)素養(yǎng) 知識技能\"數(shù)字工匠”化學習。與個性化學習目標同步，系統(tǒng)智能推薦適配的微課、實訓任務、練習、拓展閱讀等學習資源，確保學習內(nèi)容與目標高度契合。

知識圖譜提供結(jié)構化支持，AI助手賦予動態(tài)交互能力。例如，學生點擊“完整性”節(jié)點，AI助手能推薦學習資源，還能依據(jù)學習情況動態(tài)調(diào)整圖譜展示，分析學習數(shù)據(jù)生成學習路徑、推薦資源、生成測試并分析測試覆蓋率，助力學生提高學習效率。這種個性化適配讓學生不僅能針對性地彌補知識短板，還能在興趣驅(qū)動下主動探索更高層級的能力挑戰(zhàn)，形成良性循環(huán)。

四、基于AI助手與真實情境的教學實踐

為了將上述智能化教學目標重構體系有效融人實際教學，并強化學生的職業(yè)能力與工程素養(yǎng)，本研究設計并實施了以“龍騰暢想軟件公司派駐實習數(shù)據(jù)庫工程師前往青檸公司”為主線的項目驅(qū)動式教學實踐。依托智慧職教MOOC平臺及其AI大模型將真實的企業(yè)項目引入課堂，讓學生在模擬職場環(huán)境中完成數(shù)據(jù)庫設計、開發(fā)與管理的全過程。

（一）真實項目情境構建

將真實的數(shù)據(jù)庫項目進行了教學化的升級改造，以“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫的管理與維護”作為課堂實踐項目，同時以“城市綠色出行公共自行車管理數(shù)據(jù)庫設計”作為課后提升項目。在“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫管理與維護”項目中，學生扮演“龍騰暢想”公司派駐“青檸公司\"的數(shù)據(jù)庫實習工程師角色，負責構建及管理一個全面追蹤醫(yī)療垃圾收集、轉(zhuǎn)運至處置的全流程信息管理數(shù)據(jù)庫。該項目涉及敏感的醫(yī)療數(shù)據(jù)和嚴格的環(huán)保法規(guī)，在數(shù)據(jù)庫設計過程中除了完成必要的任務外還需要全面考慮數(shù)據(jù)的完整性與安全性，來實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)查詢功能，在提升專業(yè)技能的同時也提升了學生的職業(yè)素養(yǎng)。在教學項目的推進中借助平臺給學生推送不同難度的任務，以滿足學生個性化的學習需求，提升學生在實際操作中解決問題的能力，強化數(shù)據(jù)庫管理核心技術并培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和合規(guī)意識。

在“城市綠色出行公共自行車管理數(shù)據(jù)庫設計”項目中，實習工程師們需設計一個高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，涵蓋自行車分布、租借記錄、維護狀態(tài)等關鍵信息。通過該項目，學生不僅掌握了數(shù)據(jù)庫設計的基本原則，還學會了如何優(yōu)化查詢性能、處理并發(fā)訪問。本項目的完成更側(cè)重于分析、評價、創(chuàng)造層級的目標實現(xiàn)。在項目實踐中培養(yǎng)學生對綠色出行數(shù)據(jù)的敏感性和社會責任感，進一步提升學生的綜合職業(yè)素養(yǎng)。課程通過階段性評估與反饋機制，實時監(jiān)測學生項目進展，助力學生逐步成長為具備實戰(zhàn)經(jīng)驗的數(shù)據(jù)庫工程師，為未來職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎。

在項目實施中，AI平臺根據(jù)學生當前的知識圖譜和能力圖譜，智能推送相關的行業(yè)背景知識、法規(guī)標準文檔等作為學習資源，以幫助學生快速掌握項目業(yè)務需求和約束條件。AI平臺實時分析學生操作數(shù)據(jù)，精準識別學習難點，提供個性化輔導方案，助力學生高效突破技術瓶頸，實現(xiàn)個性化教學。

（二）貫穿項目生命周期的AI賦能實踐

AI平臺在學生完成項自的過程中動態(tài)調(diào)整教學策略，提供實時反饋，保證學生深度理解項目邏輯，精準掌握技術要點，全面提升實戰(zhàn)能力。通過AI賦能助力學生構建知識體系，強化實戰(zhàn)技能，培養(yǎng)高效解決問題的綜合素養(yǎng)[4]。

在數(shù)據(jù)庫需求分析與設計階段，學生需運用“分析”與“評價”層級能力，解讀項目需求文檔，識別核心實體與關系。平臺AI分析學生的E-R圖，基于知識圖譜推薦常見的設計模式或存在的問題，并提供相關案例參考。在SQL開發(fā)與實現(xiàn)階段，學生在平臺提供的在線數(shù)據(jù)庫環(huán)境中編寫和執(zhí)行SQL語句。AI實時分析學生的SQL代碼，并進行語法和邏輯糾錯。針對不同學生的差異進行個性化任務推送，智能推送針對性的實訓任務。

通過實習工程師角色代入和“醫(yī)療垃圾處理”“綠色出行”等真實企業(yè)項目的驅(qū)動，學生在高度仿真的職業(yè)情境中運用數(shù)據(jù)庫知識解決實際問題，如圖1所示。MOOC平臺的AI深度融入項目全流程，提供從資源推薦、智能輔助開發(fā)到動態(tài)目標調(diào)整的全方位支持，有效實現(xiàn)了教學目標智能化重構體系在教學實踐中的落地，強化了學生的學習動機，顯著提升了學生的工程實踐技能和職業(yè)適應能力。

五、數(shù)據(jù)賦能優(yōu)化教學評價

依托智慧職教MOOC平臺強大的AI分析能力和構建的數(shù)據(jù)庫課程知識圖譜，融合核心概念、技能點、Bloom認知層級及項目任務關聯(lián)，建立基于能力畫像的動態(tài)評價體系。它超越了傳統(tǒng)的靜態(tài)、單一維度的評價，能實現(xiàn)對學生數(shù)據(jù)庫能力成長的全流程、多維度、智能化監(jiān)測與反饋，優(yōu)化教學。

利用AI教學平臺，對學生在知識掌握和基礎應用能力上的評價實現(xiàn)智能提升。平臺通過動態(tài)生成的智能測驗，實時捕捉學生對核心知識點的理解情況，特別是對教學中重點和難點的掌握情況。AI助手深度分析作答數(shù)據(jù)，精準定位薄弱環(huán)節(jié)，并即時推送相關聯(lián)的微課、強化任務及其他學習資料，形成“評測一診斷一補救”的閉環(huán)。在“醫(yī)療垃圾處理數(shù)據(jù)庫管理”項目實踐中，平臺全程自動捕獲學生在SQL編寫、模型設計、性能調(diào)優(yōu)等環(huán)節(jié)的操作數(shù)據(jù)，智能解析代碼邏輯、評估設計合理性等，生成可視化能力儀表盤。對學生從理論轉(zhuǎn)化為實踐能力的評估，從依賴教師主觀觀察轉(zhuǎn)變?yōu)榛诙嗑S數(shù)據(jù)的客觀呈現(xiàn)。在完整項目評估中，平臺結(jié)合知識圖譜與預設規(guī)則，智能輔助評判方案的創(chuàng)新性、技術合理性及問題解決深度。相比于傳統(tǒng)的結(jié)果評價，AI更能基于學生在項目全周期中的行為軌跡，有效引導學生進行有據(jù)可依的自我剖析，提升反思質(zhì)量與自我認知能力。

貫穿從知識點掌握到復雜項目實踐與反思的學習全流程，AI教學平臺構建了多維度、動態(tài)化的能力畫像。它不再是離散的評價點，而是持續(xù)匯聚知識測驗、項目實操、創(chuàng)新設計、反思、創(chuàng)新等多源數(shù)據(jù)，通過智能分析形成對學生數(shù)據(jù)庫核心能力成長的全景式、精細化刻畫。這種基于AI的智能化評價體系，不僅為教師提供了精準、高效的評估工具，更重要的是為學生提供了即時、個性化的反饋與成長指引，真正賦能教與學的雙向優(yōu)化。

六、結(jié)語

探討了基于知識圖譜的AI輔助數(shù)據(jù)庫課程的設計與實施，重點圍繞課程目標的設定及重構、項目驅(qū)動的教學模式和個性化學習路徑的實現(xiàn)，以及多維度的教學評價體系。研究實踐表明，該課程通過真實企業(yè)工作場景的引入與AI技術的輔助，能夠有效提高學生的項目實踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。通過數(shù)據(jù)賦能的優(yōu)化教學評價，不僅能夠全面了解學生的學習情況，也為后續(xù)課程的改進提供了有效的依據(jù)。下一步，將繼續(xù)探索和實踐如何更深人地結(jié)合AI與知識圖譜技術，提升學生的個性化學習體驗，提高數(shù)據(jù)庫課程的教學質(zhì)量，達到培養(yǎng)數(shù)智化背景下新型復合型人才的目標。

參考文獻

[1]劉鳳娟，趙蔚，姜強，等.基于知識圖譜的個性化學習模型與支持機制研究[J].中國電化教育，2022（05）：75-81 +90

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[3]凌寶紅.人工智能賦能職業(yè)教育：程序設計類課程教學改革的研究與實踐[J].中國多媒體與網(wǎng)絡教學學報（中旬刊），2025（04）：1-4.

[4]肖樂，單昕，鄧淼磊.基于AI輔助教學的計算機程序設計課程體系[J].計算機教育，2024（07）：134-139+146.

基金項目：2022年浙江省課程思政教學項目課程思政示范課程“數(shù)據(jù)庫技術及應用”（項目編號：浙教函〔2022]51號）

作者單位：寧波職業(yè)技術大學

責任編輯：張津平 尚丹