基于学科知识图谱的智能互联课程资源应用研究*

周忠林 朱春晓

一、智能互联课程资源开发缘起

随着教育部普通高中课程方案（2017年版2020修订）的颁布实施及2020年突如其来的新冠肺炎疫情给高中教学带来的深刻影响，各区域、学校纷纷推出在线课程教学或学习资源，逐步形成了现代教育在线开放课程建设的新局面。

知识图谱（Knowledge Graph）随着信息化的普及已逐渐进入人们的视野，它是一种语义网络，可以将现实世界的事物及其关系可视化地显示出来，通过语义网络上传含有图谱结构的数据，并且建立相关链接，从而形成链接数据并应用到各种场景中。基于学科知识图谱的智能互联课程资源主要包含课前教学资源、课中教学重点微资源、课后复习及拓展教学资源等，通过“互联网+”的形式智能整合在一起，成为师生共同参与的“移动学校”。

学科知识图谱的智能互联课程资源开发与应用，主要解决两个方面的问题。一方面，通过对学科新课标进行系统化研究，根据知识点在各个模块中的内在关联构建知识图谱，并能迅速给学生的知识掌握情况进行“画像”。另一方面，通过信息化平台给学生提供一个整体性、自主性、智能化的学习环境。

智能互联课程资源中智能互联主要体现在学科知识与信息技术的融合。首先，为了能够快速、正确地检测出学生的知识掌握情况并精准“画像”，学科教师团队需精心设计，将知识点精细化“打散”，同时将知识点根据学业水平测试和高等教育招生考试要求，通过信息技术进行重新架构。其次，从平台架构功能设计上，为学习者提供一个便捷功能模块，通过算法优化，让学习者感受到课程资源的人性化、精准化。

近几年来，笔者依托高中地理学科团队进行智能互联课程资源的开发研究，以互联网为媒介，构建相关平台，通过学科知识点的梳理，将学科资源与应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科理论与方法融合在一起，实现了利用可视化图谱形象地展示学科核心结构，从而让学生进行自主学习、自主评价。

二、智能互联课程资源设计理念及模型

1.智能互联课程资源设计理念。

开发基于学科知识图谱的智能互联课程资源是“互联网+教育”背景下高中地理课程新形态的必然要求，为学生泛在学习、个性学习、深度学习提供核心支撑，已经成为当前高中地理教育教学改革的重要突破口。智能互联课程资源设计理念为“学科核心素养+新型学习方式”，它依托模块化结构，实现人地观念、区域认知、综合思维和地理实践力四大地理核心素养在高中地理智能互联课程资源建设中的全面落地。

智能互联课程资源的设计特点是师生智能互动，即在构建线上、线下多维师生互动教学关系时，充分考虑到师生同时在线、不同时在线及不同时段的场景设计。在动态智慧教学反馈机制设计上要基于学科特性、个性化学习等方面进行动态智能化评价诊断，基于学习薄弱点和掌握情况为学习者提供个性化反馈报告，实现学情精准分析、资源精准推送的功能。智能互联课程资源设计理念具体要素运作关系机制如图1所示。

图1 基于学科核心素养的高中地理智能互联课程资源运作机制

2.智能互联课程资源设计模型。

模型设计主要包括四个步骤，一是分析知识点，形成图谱能级分布阵列。根据普通高中地理学科课程标准的最新修订方案，通过对照课程标准中的学业质量水平和核心素养水平等级，抽取对相关知识点掌握程度描述的关键词展开分级，并赋予相应的能级标准，整理如下4个能级：能级1——了解，辨识，描述；能级2——理解，解释，说明；能级3——归纳，分析，评价；能级4——应用，解决，设计。其中能级1、能级2代表相应的必修水平；能级3、能级4代表选择性必修水平。完成能级1、能级2相当于学业水平测试过关；完成能级3、能级4相当于高考测试过关。二是研制评价模块资源。评价模块资源包括测试点、评分标准、结果分析、改进策略。测试点覆盖本单元所有知识点，评分标准依据能级标准采取量化标准，结果分析、改进策略须含有平台个性化数据评价环节。三是完成资源诊断分析报告。诊断报告包括结果分析，根据评分标准得出学生个性化学习的相应结果；改进策略，与结果分析相对应的个性化补偿训练策略，也可进入知识点讲解和真题讲解部分学习；评价建议，根据给出的模板完成此部分内容，让学生可根据自身情况自主处理。四是形成教学资源组织架构。智能互联课程资源平台总体按照学科名称、模块、章节、知识点等要素分 类，可 描述 为subject（1），subject（2）……subject（n），每门学科又分成N个模块，每个模块下链接若干个知识点课程资源,如此形成系统的基本架构。

三、智能互联课程资源制作开发及应用组织策略

1.进行课程资源分类。

根据平台系统架构，智能互联课程资源类型分为学习类资源（选择课程、考点学习、错题解析、补偿练习等）、评测类资源（闯关测试、诊断报告、过关检测等）、推送类资源（资源推荐、题目推送等），三类资源通过智能互联模块有机整合在一起。

2.单元知识内化成图谱结构及图谱数据库。

通过研读普通高中课程标准新修订方案及普通高中学业水平测试方案，整理出单元知识点，将其内化成图谱结构及图谱数据库。例如知识点“水循环的意义”，考点是“说明水循环的地理意义”，能力要求是“辨识”，其能级水平是1，通过信息化手段将其内化为图谱数据库的一条记录。

3.协调学科及技术团队融合创作。

根据单元知识点图谱结构及智能互联课程资源关系结构，学科、技术两个团队互通需求、创新交流形成工作机制，将智能互联课程资源类型确立、资源呈现方式、智能互联资源技术研发等环节融合在一起。这种机制可以对学生个性化学习过程中的数据进行分析，对形成个性化学习智能报告有决定性作用。

4.测试智能互联课程资源运作效能。

智能互联课程资源平台对学生各种学习数据进行深度智能分析并形成学生个性化报告，对学生知识点掌握情况进行正确“画像”，获得错题推送以及含知识标签的微课推送以实现精准学习，这些都需要学科、技术两个团队及学生对平台系统进行不断地测试，才能实现智能互联课程资源运作效能的螺旋式上升。

5.形成智能互联课程资源使用模式。

智能互联课程资源使用可以分为三个模式，分别为在校模式、假期学习模式、复习模式。在校模式主要表现为在课堂上通过微视频教学、单元小测试等开展师生教学互动，并搜集相关学习数据辅助教学。假期学习模式是发挥学生学习主动性，通过智能互联课程资源平台进行自主学习；学科教师团队可以通过智能互联课程资源平台应用完成资源更新、数据监控、在线师生互动。复习模式可以针对某学科就某个单元或整本书进行系统复习，通过平台资源的应用，学习者可以充分了解自己知识点的掌握情况，有选择地强化学习。

四、智能互联课程资源应用教学实效

基于知识图谱的自主性学习模式课程资源建设，通过互联网自主性学习交互、评测资源库平台的构建，使教师专业成长路径与提升学生自主性学习策略互相融合，促进师生共同成长。

1.促进教师专业成长。

研制新高考方案下学科知识图谱，考验教师的专业能力。一门学科分别有可能在高二学业水平测试、高考考试中同时检测到，作为基于知识图谱的自主性学习模式信息平台的建设要兼顾两个方面，学科专家团队根据课程标准梳理学科知识图谱，这是整个平台研发的学科根基，教师既要对课标进行深入解读，掌握每个知识点的能级水平分布，又要精简命题，覆盖整个知识体系。学科教师团队、技术教师团队根据学科知识图谱与信息平台技术要求，在研制知识图谱资源库、个性学习资源库、评价策略过程中，通过共同协调、研发、调试、运行获得学科素养的共同提升。

2.提升学生自主学习能力。

课程学习、评价内容与方式的选择都应以学生的学习自主性为根本，以促进学生根据自己实际情况开展学习。教育评价应凸显课程内容的学习价值，平台通过丰富多样的学习形式，自动诊断、评估学生学习过程中存在的问题，从而实现评价个性化、智能化。

在智能互联课程资源开发过程中就评价方面，应改“评价学习结果”为“自主性评价”与“螺旋性评价”，充分发挥学生主观能动性。突出学生主体意识在过程性、终结性评价过程中的重要性，引导学生关注自己的评价过程，增强其自我反思与自我的监控意识。

教师的“研”、学生的“学”与教学评价不可彼此分离，应该根据不同的课程内容与学习资源模块，合理运用评价方式，提升教师研究水平与学生学习效率，从而实现研、学、评一体化。

3.推进智能互联课程资源实践。

以核心素养为指向推进教育教学改革纵深发展已经成为新时代教育发展的主流，加强智能互联课程建设是各级各类学校整合优质教育资源、打造特色课程、突出竞争优势的内在诉求，这就决定了基于核心素养的智能互联课程建设有着较强的现实逻辑。经过一段时间的实践摸索，智能高中地理教学课程App已经在镇江市十所高中试用成功，现已应用于教学一线。镇江市教育科学研究中心牵头建立学科专家团队并开发了地理必修一、二课程资源，后续将继续研发必修三等课程资源，待项目成熟后向其他学科推广，同时，形成了基于平台的镇江特色学科知识图谱研发团队及评价体系。我们下一步的工作方向：进一步优化平台流程，丰富学科资源建设，便于师生学习；实践模式覆盖到其他学科，通过专家团队引领教师专业发展。

总之，在开发智能互联课程资源过程中还需兼具多质性特点。例如，“水循环”智能互联资源课程，既可以成为学生学习“水循环”新知识的资源，也可以成为今后复习巩固旧知识的资源，还可以成为学生进行自我评价、个性化学习的资源，使智能互联课程资源具有多质性。笔者认为，通过科学规划，充分挖掘课程资源的多种利用价值，有利于发挥学科团队的聪明才智，有效提升教师对课程标准和教学要求的理解能力和实践能力，使智能互联课程资源的潜在价值得以充分发挥和显现。