摘要：課程知識圖譜作為數(shù)字化教育創(chuàng)新的關鍵技術之一，能有效實現(xiàn)課程資源的系統(tǒng)整合與優(yōu)化。旨在借助知識圖譜技術，探索“數(shù)據(jù)挖掘”在線課程建設新路徑，實踐混合式教學改革，以期為課程建設智能化發(fā)展提供新的思路。該課程建設路徑包括梳理課程知識點關系、構建清晰的知識體系、建設多種類型的線上資源庫，進而實現(xiàn)資源與知識點的深度關聯(lián)與融合，最后搭建一個全面的數(shù)字化學習環(huán)境。實踐證明，知識圖譜能高效助力集體備課、精準學情分析，并個性化規(guī)劃學習路徑，顯著推動“數(shù)據(jù)挖掘”在線課程智能化建設。

關鍵詞：知識圖譜；課程建設；個性化學習

一、前言

人工智能技術的廣泛應用，尤其是知識圖譜技術的興起，為高等教育的智能化發(fā)展提供了新的動力和可能。課程知識圖譜是數(shù)字化課程建設的新形勢，可以展現(xiàn)課程的二維和三維結構，運用海量數(shù)據(jù)形成學習者畫像和教育知識圖譜，可更好實現(xiàn)因材施教?！皵?shù)據(jù)挖掘”課程作為信息科學、計算機科學及數(shù)據(jù)科學領域的重要課程，其教學內容不僅涉及復雜的算法與理論，還要求學生具備解決實際復雜工程問題的能力[1]。然而，該課程傳統(tǒng)的教學方式存在知識傳授碎片化、學生學習路徑不明確、個性化指導不足等問題，往往難以滿足這些要求。知識圖譜作為人工智能領域的重要技術之一，以其強大的語義處理能力和知識推理能力，為課程資源的整合、優(yōu)化和個性化提供了強有力的支持[2]。因此，通過構建“數(shù)據(jù)挖掘”課程的知識圖譜，并實現(xiàn)學習資源的掛載，系統(tǒng)地梳理和展示課程中的知識點、概念、資源及其相互關系，形成一個清晰、完整的知識體系，進而實現(xiàn)課程資源的系統(tǒng)整合與優(yōu)化。

二、基于知識圖譜的“數(shù)據(jù)挖掘”課程線上資源建設的目的

（一）促進課程資源整合與共享

“數(shù)據(jù)挖掘”課程存在課程資源零散、缺乏系統(tǒng)性和關聯(lián)性、學生興趣低，教學模式單一、教學資源少等問題[3]。線上資源建設可以匯聚來自不同渠道、不同形式的課程資源進行結構化的整理，包括教學視頻、電子書籍、案例分析、實驗數(shù)據(jù)等。知識圖譜作為一種有效的知識組織方式，能夠揭示知識點之間的內在聯(lián)系和相互影響，將資源形成更加全面、深入的學習體系[4]。通過構建該課程的知識圖譜，將收集到的線上教學資源按照其內在的邏輯關系進行組織，形成層次分明、結構清晰的知識體系。例如，將教學視頻與相關的學術論文、實驗數(shù)據(jù)集進行關聯(lián)，讓學生在觀看視頻的同時，還能夠查閱相關的文獻和數(shù)據(jù)，加深對知識點的理解和掌握。經過知識圖譜的整合和關聯(lián)的資源能夠形成系統(tǒng)、全面的學習體系，幫助學生更好地理解這些知識點，進一步提高學生知識理解的深度和廣度。

（二）提升教學質量與學習效率

構建一個全面而精細的知識圖譜，可以系統(tǒng)地整合“數(shù)據(jù)挖掘”課程的關鍵要素，包括核心知識點、技術原理、算法應用和案例分析等要素，將有助于教師和學生更有效地理解和掌握課程內容。在教學過程中，教師可以借助知識圖譜的直觀展示功能，幫助學生構建起對課程知識的整體認知框架，并結合知識圖譜的智能推薦系統(tǒng)和互動教學工具，為學生提供個性化的學習資源和任務，滿足不同學生的學習需求和興趣，進而提升教學效果。同時，在學生的自適應學習過程中，知識圖譜能夠使學生清晰看到知識點之間的層次結構和內在聯(lián)系，幫助學生更深刻地理解學習路徑和重點難點，有助于減少學生在知識點間徘徊和迷茫的時間，直接聚焦于核心內容和關鍵技能的學習上[5]。

三、知識圖譜驅動的“數(shù)據(jù)挖掘”課程資源的建設路徑

（一）梳理知識點及關系，搭建課程圖譜知識框架

構建課程圖譜知識框架需要結合課程內容的獨特性以及教學特色進行領域特有的自定義知識關系設計，不僅要遵循學科內部普遍認可的知識結構，還要融入教師個人對課程內容的深刻理解與獨到見解，從而創(chuàng)造出既符合學科規(guī)范又具有鮮明個性的知識體系。“數(shù)據(jù)挖掘”課程知識圖譜框架構建的總體思路是自上而下，首先構建層級知識樹[6]，然后再對知識樹進行縱向延伸確定多級知識點，最后根據(jù)知識點之間的相互關系，對其進行關聯(lián)，形成知識網(wǎng)絡。

第一步，構建課程知識樹。知識樹是一種常用的知識集成方法，主要通過由上而下的層級關系來反映知識領域、知識單元和知識點之間的關系，這種層級關系有助于幫助學生形成整體知識結構。課程團隊首先要明確“數(shù)據(jù)挖掘”的課程目標：旨在培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析、算法理解、模型構建、結果解釋及在實際問題中應用數(shù)據(jù)挖掘技術的能力。其次根據(jù)課程目標，制定該課程教學大綱，確定教學內容，將課程的核心知識點進行精細化拆解，確保每一個概念、原理或技能都能得到清晰的界定，進而構建該課程所包含的一級知識點的知識樹，再對知識樹進行縱向拓展，進一步細化為二級、三級、四級等多級知識點。

第二步，梳理知識點之間的關系。課程組根據(jù)課程的教學內容和課程教學大綱，重新梳理課程包含的知識點，按照知識點間內在邏輯關系與依賴路徑，構建知識點之間的相互關聯(lián)，形成錯綜復雜但條理清晰的知識網(wǎng)絡，幫助學生了解知識點的脈絡，構建自己的知識網(wǎng)絡。這種關聯(lián)關系以（知識點—聯(lián)系—知識點）的三元組形式表示[7]， “知識點”代表更加多元化的課程教學內容，可以是上述知識樹中的各級知識單元。課程知識圖譜中知識點之間的“聯(lián)系”總體可分為三大類：包含關系、順序關系和關聯(lián)關系。包含關系表示上級知識點和下級知識點之間的包含關系，如（關聯(lián)分析挖掘，包含，產生頻繁項集）指的是“關聯(lián)分析挖掘”知識點中包含了“產生頻繁項集”知識點。順序關系表示知識點之間的前置和后置關系，如（關聯(lián)分析基礎，前后置，產生頻繁項集）代表“關聯(lián)分析基礎”知識點和“產生頻繁項集”知識點間存在先修后繼的關系。關聯(lián)關系體現(xiàn)了知識點與知識點之間存在一定的聯(lián)系，表示兩個知識點之間不存在層級關系和順序關系，但是存在一定的關聯(lián)。

第三步，可視化課程知識圖譜。這里涉及利用先進教育技術工具，如超星平臺的知識圖譜功能，借助該工具可以構建并可視化課程的深層次知識框架。超星平臺的知識圖譜是一種先進的數(shù)字化教學工具，通過圖形化的方式展示知識結構，幫助學生和教師更直觀地理解知識點之間的關聯(lián)和層次關系，旨在通過可視化的方式展示與共享知識結構，實現(xiàn)知識的有機組織與深入挖掘。課程圖譜知識框架的持續(xù)完善也是重要的環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)中跨學科的合作與交流則是必不可少的，邀請領域內的權威專家參與知識圖譜的構建與優(yōu)化，可以有效避免個人主觀思維的局限性，獲得更為全面、深入的見解與指導，進一步確保圖譜能準確反映課程內容。

（二）優(yōu)化教學內容，建設“數(shù)據(jù)挖掘”課程的教學資源庫

搭建好上述課程知識圖譜框架后，課程團隊根據(jù)課程目標，圍繞各個章節(jié)知識點建設多樣化的課程教學資源，盡可能提高學習者對于知識的理解和運用能力。線上課程資源包括四個類別、19項不同類型的資源，具體有全套教學課件、全套教學設計詳案、輔助教學任務的教學微視頻、題庫、案例庫、拓展資料等，詳細課程資源明細如圖1所示。值得一提的是，課程團隊采用微課視頻這一創(chuàng)新教學形式，針對每個課程的核心知識點精心打造時長在十分鐘以內的短小精煉的教學視頻，方便學生靈活利用碎片時間隨時隨地回顧與深化知識的理解，從而實現(xiàn)有效增強知識記憶的牢固度。該碎片化視頻策略不僅能將復雜的教學體系細化為一系列按章節(jié)知識點排列的短視頻單元，讓學生潛移默化地完成專業(yè)知識的積累與內化，還能高效實現(xiàn)視頻資源與課程圖譜中知識點的無縫掛載。誠然，建設一個內容豐富、結構合理的教學資源庫是一個系統(tǒng)且持續(xù)更新的過程，結合數(shù)據(jù)挖掘技術快速發(fā)展的特點，教學資源庫的內容需要不定期添加新的算法、工具、案例和研究成果等內容，實現(xiàn)動態(tài)、持續(xù)的更新迭代。

（三）關聯(lián)教學資源與課程圖譜知識點

關聯(lián)教學資源與知識點是知識圖譜驅動的“數(shù)據(jù)挖掘”課程資源建設過程中的重要一步。將多種不同類型的章節(jié)課程資源掛載到知識圖譜中的相應知識點上，這些資源涵蓋了章節(jié)視頻教程、題庫練習、章節(jié)詳細文檔以及豐富的拓展學習素材等，這樣的關聯(lián)行為為后續(xù)進行學情報告分析提供了堅實的基礎。例如，將知識點與章節(jié)視頻和文檔掛載，可統(tǒng)計學生對該知識點的完成率；將知識點與課程題庫、作業(yè)、考試掛載，可統(tǒng)計學生對該知識點的掌握率；將知識點與拓展資源掛載，可輔助學生進行自適應學習，自動推薦相關的教學資源，有助于學生發(fā)現(xiàn)新的學習路徑和資源。超星平臺的知識圖譜統(tǒng)計功能能夠可視化所關聯(lián)的各種學習資源和試題，如圖2所示，“聚類算法”知識點關聯(lián)學習資源6項，學生對學習資源的完成度為31.44%；該知識點關聯(lián)測試試題4道，學生對當前知識點的平均掌握率為82.27%。更進一步，教師可利用知識圖譜對學生的學習情況進行記錄與分析，進而把握學生對章節(jié)知識，以及整門課程知識的掌握情況，從而動態(tài)調整教學策略，實現(xiàn)精準教學。

四、知識圖譜在“數(shù)據(jù)挖掘”課程教學過程中的創(chuàng)新應用

（一）集體線上備課與預習資料推送

在教學規(guī)劃與準備階段，運用知識圖譜的可視化工具展示課程知識結構，并將各種教學資源，如教材、課件、案例、習題等，與知識點關聯(lián)起來，形成豐富的資源庫，這種可視化的組織形式能夠幫助教師直觀理解各知識點之間的聯(lián)系，制定更科學的教學計劃，形成更加完善的教學設計。在備課過程中，教師可以根據(jù)教學需要，快速檢索和整合相關資源，進一步減少教學準備時間，讓團隊協(xié)作更加順暢，提升備課質量。同時，知識圖譜能夠分析學生已掌握和未掌握的知識點，教師可以根據(jù)學生的學習進度、知識點掌握情況以及學習風格，為學生推送個性化的課前預習資料，進而幫助學生有針對性地預習，提高預習效果。

（二）精準學情分析與學習資源推薦

在課堂教學互動與知識傳授階段，課堂互動系統(tǒng)，如在線論壇討論、小測驗，能夠收集學生的實時學習數(shù)據(jù)，進而形成一個全面的學習行為記錄。知識圖譜通過分析學生學習數(shù)據(jù)，生成詳細的學情報告，包括知識點掌握情況、學習進度、學習風格等，有助于及時反饋學生的學習成效，從而快速識別學習難點和薄弱點，教師可及時給予個性化的學習建議和指導，促進學生深度學習。根據(jù)學生的學習成效，知識圖譜能智能推薦相關的學習資源，如補充閱讀材料、進階練習題等，幫助學生及時鞏固和拓展知識，使得學生能夠及時獲得學習反饋和補充資源，讓課堂學習更加高效。

（三）個性化學習路徑規(guī)劃

在課后總結與反饋階段，知識圖譜會基于學生的線上學習參與度、課后作業(yè)、測試成績等數(shù)據(jù)，生成詳細的學情報告，包括知識點掌握情況、學習進度、學習風格等?；趯W情分析報告，教師能利用知識圖譜中包含的各種類型的知識關系，通過分析學生的興趣、能力和學習需求，為學生提供最優(yōu)的學習路徑，包括推薦的學習資源、學習計劃、復習重點等，根據(jù)學習路徑從易到難、從基礎到高級推送學習資料，從而實現(xiàn)學習路徑生成的多樣性，適用于學生在開展自適應學習過程中對知識點進行查漏補缺。

五、結語

知識圖譜作為人工智能領域的一項重要技術，為高等教育資源的整合與優(yōu)化提供了新的視角和工具。本文基于課程知識圖譜技術，探討了“數(shù)據(jù)挖掘”課程資源的建設路徑及混合式教學改革實踐，旨在通過系統(tǒng)化、結構化的知識圖譜，提升課程的教學質量和學生的學習效率。在資源建設過程中，課程組梳理了“數(shù)據(jù)挖掘”課程的知識點及其關系，構建了清晰的課程圖譜知識框架，并搭建了豐富多樣的教學資源庫，再利用知識圖譜的強大功能，將教學資源與知識點緊密關聯(lián)，實現(xiàn)了資源的有效整合與共享。在教學改革實踐方面，課程組充分發(fā)揮了知識圖譜的優(yōu)勢，實現(xiàn)了集體線上備課、精準學情分析、個性化學習路徑規(guī)劃等創(chuàng)新應用，這些應用既提高了教師的教學效率及教師的備課質量，又讓學生對課程知識有了更好的理解和掌握，激發(fā)了學生學習的興趣和動力。然而，基于知識圖譜的課程資源建設及混合式教學改革實踐過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如在線資源不夠豐富和完善、學生的在線學習完成度不高，學生互動性不夠等問題，都是需要在未來的實踐中不斷探索和優(yōu)化的。

參考文獻

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基金項目：2023年湖南省普通高等學校教學改革研究項目“應用型本科院校計算機類專業(yè)智能計算課程群建設與實踐”（項目編號：HNJG-20231524）

作者單位：湖南信息學院

責任編輯：王穎振、鄭凱津