融合知识图谱的设计专业教学模式研究

摘要：基于现代设计学科的动态发展需求，传统的教学方法已很难满足快速增量的知识传播和新信息交互背景下学习者的多样化学习情态和行为。通过文献分析和教学实践应用，本文探讨了融合知识图谱的教学模式在促进设计专业学生知识迁移和个性化学习、培养学生的跨学科思维和实践能力的作用。同时，为现代智能信息技术融入新文科教学模式探索新路径。

关键词：知识图谱；设计教育；混合式教学；新文科

从教育视角而言，设计是一门融合艺、理、工、文于一体的交叉学科，因此学科的知识面广，且知识的更新率极高。面对知识点多、知识面广、更新速度快的特点，设计教育需要更直观清晰的智能工具为学科知识进行引导。而知识图谱是富含知识点及知识语义关联的可视化方法，能为设计教育目前的困局提供新的解决方案。

一、数据来源和研究设计

本文主要数据来源于2023年设计教学实践，利用超星学习通平台的知识图谱工具，建立教学知识图谱，并根据实际教学改革和实践中形成的132份学生数据样本进行研究。为了确保数据的准确性和可靠性，对数据进行了合并、清洗和归一化处理，并进行了不同特征的分析。此外，为了分析中国在设计教学中应用知识图谱的进程，还参考了中国知网（CNKI）上相关的教育知识图谱文献。使用超星学习通平台的知识图谱、学情和成绩统计功能，结合Excel的统计分析功能，对导入知识图谱技术后设计专业学生的学习行为与学习成效之间的联系和特征进行了分析。最后，探讨了知识图谱在设计教学改革中的作用。

二、知识图谱在设计教学中的应用和研究现状

从我国学科建设和发展的角度而言，国务院在2017年7月颁布的《新一代人工智能发展规划》中明确提到“重点突破知识加工、深度搜索和可视交互核心技术，实现对知识持续增量的自动获取，具备概念识别、实体发现、属性预测、知识演化建模和关系挖掘能力，形成涵盖数十亿实体规模的多源、多学科和多数据类型的跨媒体知识图谱[1]。”可见国家明确把知识图谱技术看作知识存量和增量、知识获取的重要建设点和应用手段。

就设计专业的教学发展来看，在截至2023年5月的中国知网（CNKI）检索结果中，以 “知识图谱”为主题词进行检索，相关的研究文献有2.44万篇，其中大部分集中在图书馆情报与数字图书馆研究领域。而在“知识图谱”与“设计教学”为主题词的交叉检索下，只剩下一篇主要利用知识图谱作为教学发展分析工具的文献。通过关键词“知识图谱”与“设计”交叉检索，并排除“教学设计”的歧义，相关文献仅有7篇。在“知识图谱”和“设计专业”的关键词交叉检索下，只有4篇相关文献，并且这些文献均是使用知识图谱分析设计类信息化教学设计或教学研究发展的研究论文，针对性研究在设计领域、设计专业教学中应用知识图谱技术或理念的文献则几乎没有。

在当前众多其他学科均已开始应用和发展学科、教育知识图谱的现状下，对于创新要求最高、服务领域最广的设计专业和设计教育，对知识图谱的应用和研究却仍然缺乏关注，这是一个亟待解决的空白领域。

三、知识图谱在设计教学中的应用

针对设计教学的发展需求，融入知识图谱来提升教学方法和组织方式是关乎教学的关键问题。引入知识图谱可以使学生全面系统地把握知识结构，明确知识之间的逻辑关系，并有利于知识的迁移和创新。教师或教学团队可以从构建具体课程的知识图谱开始，逐步推动构建设计学科范围和跨学科的综合知识图谱的建设。

（一）知识图谱的建设

本文以《用户体验与交互设计》课程为例：课程的教学目标是让学生了解用户体验与交互设计的概念、系统理论和方法，掌握交互设计原理、流程、规范及设计技能，同时培养自主探索、拓展和持续学习的良好习惯。课程的知识图谱首先根据教学目标、实际职业能力目标及实际设计岗位分工设置特点，同时依据设计专业概念的认知逻辑和语义关联设置了4级共24个知识点。

在知识图谱中，知识点主要通过三种关系构建：父级和子级知识点、前置和后置知识点、关联知识点（如图1所示）。前置与后置知识呈线性关系，反映了知识的逻辑组织结构。父级与子级知识呈层级关系，知识由浅入深、由广至细。关联知识反映了知识点之间的语义关系，知识点之间相互参照和补充。这三种关联方式共同形成了知识网络，使学习者能够系统地理解知识体系。图谱的可视化表达展示了知识结构，也更有利于设计专业的学习者准确地理解和把握课程知识框架。

学生在学习设计专业时可能面临各种复杂的知识体系，包括设计理论、技术和实践案例等。自始至终，他们会遇到许多困惑，难以理清知识之间的联系和层次。这种“知识迷航”会影响学生的学习效果和学习动力，使他们难以建立起完整的学科认知和知识结构。知识图谱的可视化技术能够将课程中的零散知识点整合成一个有机联结的知识网络。不但有助于学习者对知识的整体把握和理解，更有利于他们沿着知识脉络线索进行延伸学习。

（二）知识图谱的交叉引用

设计知识与设计结果并不是简单的线性关系。设计教学具有培养开放性、创新性思维的专业特点和需求。换而言之，不同的设计师在面对同样的问题时，应该有不同的设计对象判断、需求洞察、设计创意和解决方案。设计教学的目标从来不是停留在让学生完成学习任务，而是引导学生理解设计原理和方法、掌握设计技能，从而启发学生自主思考并产生自己独特的创意和方案。设计课题中问题和路径的双变量使设计教学中培养学生自主深度挖掘和横向拓展学习的能力目标尤为重要，学生只有建立自己的元认知才能灵活创新。

利用知识图谱中的交叉引用功能，可以使不同独立的课程形成具有语义逻辑的知识关联网，学生可以通过交叉引用了解知识在不同场景下的应用和延伸，帮助他们将学到的知识从一个课程迁移到其他课程中，实现设计知识的综合应用。知识图谱可以将同步课程中的知识点进行关联，展示它们之间的逻辑联系。在学习某一知识点时，学生可以通过图谱上的关联信息了解其与其他知识点的关系。这样的关联性帮助学生形成更全面的学科认知，理解知识点的背后逻辑，从而加深对知识的理解，拓展设计实践创新的路径。

（三）反馈和知识图谱共建

教学是一个交互过程，如果只有教育者单向传播，学生容易陷入“学而不思则罔”的状态。设计本身就是一个知识增量极快的专业，设计师必须面对日新月异的科技发展和应用，这也迫使设计教育必须培养善于洞察和适应快速变化需求的综合型人才。教师的单向传达很难涵盖动态发展的所有设计对象，也很难使学习者形成对科技、社会变化的持续敏感度。真正有效的解决方案是帮助学习者建立自己对新知识的触觉和神经网络。

在设计教学中，课程设计可以采用反馈与共建知识图谱的方式，让学生把理解后的知识点同样用知识图谱的可视化方式表现出来，并鼓励他们进一步添加扩展的知识点。反馈与共建知识图谱可以有效表征学生对课程知识的认知状态，同时促进学生思考与探究新知识。知识图谱导入教学也可以弥补设计学科更新快、知识体系复杂的特点，结合线下课堂共同形成共建、延伸的教学架构，打造交互式延伸的教学模式。这种方式可以激发学生的主动性和创造性，使他们在设计学习中形成自主思考和独特创意的能力。

四、知识图谱对设计教学的作用

（一）知识图谱对设计知识存量的整合

梳理学科知识点及其语义关联逻辑，既对学科教育建设有厘清、发展、优化的作用也能为下一步学科的智能化教学奠定基础。在本科层次的设计教育体系中导入学科知识图谱的内容和形式，既有助于学习者逐渐掌握庞大的设计知识体系中不同知识点的联系、不同课程的关联，也能通过知识图谱的可视化反馈与共建形式为艺术设计学科培养具有专业逻辑思维、多学科融合、跨媒体表现能力及不断开拓进取、服务社会素养的创新型人才。

（二）知识图谱对学习行为的影响

本文利用超星学习通线上平台统计功能，从2023年上半年的教学实践中收集了132个本科生的数据，并利用Excel的统计和分析功能对融入知识图谱后的学生学习行为与学习成效进行对比分析。教师在以往的教学方式中，只能观察和评估学生在有限课堂上的学情和作业效果，而线上课程资源（包括知识图谱）与线下课堂的结合使教师能够更好地了解学生课堂以外的学习行为和状态，也更清晰地展示学习者自主学习的效果。

根据样本数据的累计学习时长、学习活动次数、讨论次数、线上学习成绩和总成绩，将学习成效（Y表达）视为依变量，取成绩的平均值为常数项，将累计学习时长、讨论次数和学习活动次数分别设为自变量X1～X3。根据样本数据分析出各学习行为的回归系数b1～b3，如公式（1）所示：

Y= b1×X1+b2×X2+b3×X3+c（1）

根据计算结果，累计学习时长的回归系数b1为0.8；讨论次数的回归系数b2为0.7；学习活动次数的回归系数b3为0.6。不同变量的回归系数大小关系表明，累计学习时长的回归系数b1对学习成效的影响最大，而学习活动次数的回归系数b3对学习成效的影响最小。

根据样本所呈现的结果，不难看出学习者投入的时间、交流次数、活动频率与最终的学习效果呈正相关。其中，学习者投入的时间是最明显的影响因素，但讨论次数和学习活动次数的比较更为重要。换句话说，讨论次数越多表示学生更主动地思考和交流，这有助于知识的内化吸收；讨论过程中需要提出和整理自己的观点，这有助于进一步理解知识内容；同时，交流互动可以使学生接触到不同的观点，拓展认知范围，有利于知识迁移。

设计没有所谓的“标准答案”，设计是一个在思维和实践中不断调试的计划过程。知识图谱以可视化的知识语义网络帮助学生理解知识逻辑和脉络的同时，也向教师提供了学生在自主学习过程中的掌握情况和兴趣倾向，为学生提供解惑和调整指导策略。教学团队还可以根据教学准备、进行和总结阶段中线上平台实时反馈的数据和作业情况来判断学生的认知状态和反思教学效果，从而不断改进和调整教学方法和课程架构。

（三）知识图谱对新学习情态的适应性

以学习者的认知情境而言，设计的应用正随着数字、互联网和移动设备技术发展快速迭代。教学内容不但包含艺术设计学知识，还涉及认知科学、社会学、计算机技术等广泛内容，因此更需要培养学习者对知识的灵活掌握和延伸学习的能力。然而目前大部分设计专业教学仍以课堂为主，专业课程在有限的时间范围内进行和结束，很难同时实现面向全体学生和个体差异化教学的功能。专业课程之间的关系、专业与其他学科之间的结合在固定模式中显得模糊，甚至出现知识的断层和负迁移。信息交互环境的变化更加剧了现代信息形态与传统教学模式之间的脱节，进一步导致学生在认知和行为上越来越难以专注于传统的课堂教学。

在海量信息超越个人认知水平和速度、信息交互网络复杂而个人难以捕捉有效节点的情况下，知识图谱作为智能知识存储、表征和联结工具可以更好地辅助形成分布式教育智能[2]。在设计教学中融合知识图谱能让学习者掌握设计专业知识语义的关系脉络，并让学习者完成课程内容后反馈和共建知识图谱，进而形成新的知识延伸。

五、结束语

设计的创意方式和手段多种多样，但设计的原则是基本相通的。然而，有效的设计概念的形成源于设计师对技术、文化、理论、市场等方面知识的积累，需要跨学科、跨专业的合作。在数字化、交互化的学习环境下，知识图谱的引入可以随时启发、响应、反馈、整理和记录学生的学习进展和掌握程度。知识图谱提供即时、有效的数据反馈和可视化分析，减少了教师人工收集信息和沟通的时间成本，同时可以根据学习者的群体和个体数据及时调整教学策略。此外，设计是一个知识更新率极高的领域，知识图谱也可以为教育改革和设计研究提供有力的支持和可靠的一手资料。

作者单位：陈瑶 广东东软学院

参考文献

[1] 国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知：国发〔2017〕35号[EB/OL].（2017-7-8）[2017-7-20]. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2017-07/20/content_5211996.htm

[2]余胜泉，王琦.“AI+教师”的协作路径发展分析[J].电化教育研究，2019，40（04）：14-22+29.

[3]陈丽.术语“教学交互”的本质及其相关概念的辨析[J].中国远程教育，2004（03）：12-16+78-79.