韋書令　陳銘斌

[摘 要]隨著知識圖譜在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的應(yīng)用和融合，將賦能遠(yuǎn)程教育的教學(xué)改革，同時(shí)也對遠(yuǎn)程教育教師的信息素養(yǎng)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出更高的要求和挑戰(zhàn)。通過查閱和檢索有關(guān)知識圖譜教學(xué)應(yīng)用方面的文獻(xiàn)資料，對知識抽取、知識表示、知識融合等技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行梳理，認(rèn)為知識圖譜可為遠(yuǎn)程教育的教與學(xué)提供智能語義搜索、問答系統(tǒng)、自適應(yīng)評測等方面的有效支持。文章還從強(qiáng)化政策引導(dǎo)、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、建立師生協(xié)作學(xué)習(xí)共同體和創(chuàng)新課堂教學(xué)管理等方面提出知識圖譜在遠(yuǎn)程教育課堂教學(xué)的實(shí)施策略，以期為進(jìn)一步開展知識圖譜遠(yuǎn)程教學(xué)研究提供有益的參考。

[關(guān)鍵詞]知識圖譜;遠(yuǎn)程教育;信息素養(yǎng);自主學(xué)習(xí);協(xié)作學(xué)習(xí)

[中圖分類號]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）06-0012-04

一、前言

知識圖譜起源于上世紀(jì)提出的語義網(wǎng)，用于描述和體現(xiàn)對客觀世界的理解，實(shí)質(zhì)上也是將概念標(biāo)準(zhǔn)化的過程。隨著互聯(lián)網(wǎng)知識元數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷增加，谷歌于2012年提出“知識圖譜”的概念，基于大規(guī)模語義網(wǎng)的知識表示、檢索和管理，其具體概念包括描述真實(shí)世界客觀存在的實(shí)體、概念及其關(guān)聯(lián)的語義網(wǎng)絡(luò)。知識圖譜已成為學(xué)習(xí)支持服務(wù)領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。例如，德國萊比錫大學(xué)和曼海姆大學(xué)共同創(chuàng)建的多語言綜合型知識庫DBpedia，維基媒體基金會(huì)主持的一個(gè)自由的協(xié)作式多語言輔助知識庫Wikidata，德國馬普所（Max Planck Institute，MPI）構(gòu)建的綜合型知識庫YAGO和Metaweb公司創(chuàng)建Freebase等。國內(nèi)對于知識圖譜的研究已經(jīng)起步，清華大學(xué)建成了第一個(gè)大規(guī)模中英文跨語言知識圖譜XLore、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所基于開放知識網(wǎng)絡(luò)（OpenKN）建立了“人立方、事立方、知立方”原型系統(tǒng)，上海交通大學(xué)構(gòu)建并發(fā)布了中文知識圖譜研究平臺(tái)zhishi.me，復(fù)旦大學(xué)GDM實(shí)驗(yàn)室推出的中文知識圖譜項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的共同點(diǎn)是通過開發(fā)大規(guī)模的知識庫，用于涵蓋廣泛的知識領(lǐng)域，并能提供一定的智能搜索和問答服務(wù)。

在遠(yuǎn)程教育的教學(xué)過程中，教師可利用知識圖譜技術(shù)構(gòu)建領(lǐng)域知識庫，提供多元化的知識表示和管理，幫助學(xué)生精準(zhǔn)定位知識點(diǎn);通過構(gòu)建學(xué)生知識圖譜模型，為學(xué)生的學(xué)習(xí)評價(jià)提供依據(jù)，為教師制定教學(xué)策略提供參考;通過語義三元組構(gòu)建學(xué)科領(lǐng)域知識圖譜，向?qū)W生提供搜索工具，并推薦具有高關(guān)聯(lián)性的課程知識;通過信息抽取和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)建立學(xué)生個(gè)體、學(xué)科知識點(diǎn)和學(xué)習(xí)資源之間的語義化關(guān)系，經(jīng)過知識融合形成新的結(jié)構(gòu)化知識來促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生對學(xué)科知識理解、內(nèi)化和遷移;構(gòu)建自適應(yīng)學(xué)習(xí)知識模型，精確定位學(xué)生薄弱知識點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有學(xué)科知識水平進(jìn)行定量測評、內(nèi)容推薦和課后答疑等工作。比如黃志芳基于領(lǐng)域本體構(gòu)建方法，提出了面向基礎(chǔ)教育學(xué)科領(lǐng)域的本體構(gòu)建方案，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的有效性[1];廖軼結(jié)合本體和元數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的核心組件學(xué)習(xí)者模型[2];Hall等使用知識圖譜做了與教學(xué)相關(guān)的研究和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明知識圖譜的引入提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[3];Bidarra等將知識圖譜引入到了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中[4];P.H.Wu等發(fā)現(xiàn)了知識圖譜作為評測工具的有效性[5]。由此可見，知識圖譜強(qiáng)大的語義處理、互聯(lián)和推理能力可讓教師在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的智能搜索、自主評測、智能問答和個(gè)性化推薦等應(yīng)用中獲得更多教學(xué)價(jià)值。

基于此，利用知識圖譜的多元層次結(jié)構(gòu)把分散的知識收集起來，通過概念及概念間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)知識的共享，為知識創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為知識圖譜中知識元、知識鏈接和動(dòng)態(tài)更新等過程提供有效支撐，可以解決目前遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中所存在的知識共享效果不好、缺乏互操作等問題，提高學(xué)生在遠(yuǎn)程教育中的學(xué)習(xí)效率，并從知識圖譜技術(shù)本身去激發(fā)遠(yuǎn)程教育師生的參與度和積極性，闡釋知識圖譜教學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，推動(dòng)知識圖譜技術(shù)在遠(yuǎn)程教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)踐。

二、知識圖譜在遠(yuǎn)程教育課堂教學(xué)的應(yīng)用

（一）技術(shù)框架

知識圖譜技術(shù)可將在線課程內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化處理，并以語義三元組的形式進(jìn)行知識點(diǎn)分類和標(biāo)注，可將知識點(diǎn)和相關(guān)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)和融合，實(shí)現(xiàn)知識動(dòng)態(tài)更新、自適應(yīng)推薦和自動(dòng)問答等應(yīng)用。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括從大規(guī)模網(wǎng)頁中抽取出實(shí)體、屬性和相關(guān)聯(lián)系信息。知識圖譜技術(shù)適用于解決與實(shí)體相關(guān)的智能檢索、問答和評測等問題，是一種新的信息處理模式。

知識圖譜的技術(shù)框架可分為模式層與數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層主要是由大規(guī)模的事件或事實(shí)組成，并通過（實(shí)體、屬性、屬性值）的三元組來表達(dá)，一般使用圖數(shù)據(jù)庫作為存儲(chǔ)中介，如開源的Neo4j、Twitter的FlockDB、sones的GraphDB等。模式層做為知識圖譜的核心，將基于數(shù)據(jù)層進(jìn)行模式層的構(gòu)建，并通過本體庫的規(guī)則、條件和來規(guī)范化數(shù)據(jù)層中的事件或事實(shí)表達(dá)。知識圖譜的構(gòu)建從非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化的原始數(shù)據(jù)出發(fā)，從中提取出知識要素（事件或事實(shí)），并將其按要求存入知識圖譜的數(shù)據(jù)層和模式層。

（二）構(gòu)建技術(shù)

大規(guī)模語義網(wǎng)的知識圖譜需要多種信息處理技術(shù)的支持，包括知識抽取、知識表示、知識融合以及知識推理等技術(shù)。

1.知識抽取

知識抽取主要是面向已鏈接的知識數(shù)據(jù)，通過自然語言處理技術(shù)抽取出可用的知識點(diǎn)或知識單元，以此形成大規(guī)模和高質(zhì)量的事件或事實(shí)描述和表達(dá)，為模式層的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。從異構(gòu)數(shù)據(jù)源中自動(dòng)抽取實(shí)體、關(guān)系以及屬性等結(jié)構(gòu)化信息，消除知識要素之間的歧義，構(gòu)建高質(zhì)量的知識圖譜，常用的抽取方法包括基于規(guī)則與詞典的方法、基于統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法和面向開放域的抽取方法。

2.知識表示

通常使用（實(shí)體、屬性、關(guān)系）的三元組作為知識圖譜的知識表示形式和復(fù)雜語義關(guān)聯(lián)。雖然該類型的知識表示形式已得到廣泛認(rèn)可，但是其在計(jì)算效率或數(shù)據(jù)稀疏性等方面仍面臨著較多問題。除此之外，框架表示、問題歸約、語義網(wǎng)絡(luò)表示、過程表示或謂詞邏輯表示等知識表示形式也得到應(yīng)用。其中，框架表示是指以模式化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述現(xiàn)實(shí)問題;問題歸約是通過變化將問題分解為子問題的集合;語義網(wǎng)絡(luò)表示由詞法部分、結(jié)構(gòu)部分、過程部分和語義部分組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧線敘述符號排列的約束條件用來描述相關(guān)問題和結(jié)構(gòu)化表示;過程表示就是將有關(guān)某一領(lǐng)域知識和方法表述于如何求解問題的過程;謂詞邏輯表示把現(xiàn)實(shí)世界的各種問題表示為邏輯命題。

3.知識融合

知識圖譜中的多源異質(zhì)特性，還存在知識質(zhì)量良莠不齊、數(shù)據(jù)重復(fù)和關(guān)聯(lián)不明確等問題，因此需要對來自不同數(shù)據(jù)源的知識進(jìn)行異構(gòu)數(shù)據(jù)整合、消歧、加工和推理，構(gòu)建可共享的高質(zhì)量知識圖譜。知識圖譜的認(rèn)知能力、知識儲(chǔ)備和事務(wù)需求將在應(yīng)用過程中不斷遞增，其構(gòu)建內(nèi)容也需要與時(shí)俱進(jìn)，不斷地迭代更新和相互融合。

（三）應(yīng)用范圍

1.智能語義搜索

通過知識圖譜將互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模信息抽取、組合和表達(dá)成更接近人類的認(rèn)知形式，更好地組織、管理和利用海量信息的方式。因此，在智能語義搜索應(yīng)用中，搜索應(yīng)用可借助知識圖譜，對用戶提交的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析與推理，根據(jù)知識圖譜中的知識表示結(jié)構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)查詢語句進(jìn)入知識圖譜進(jìn)行檢索，從而對相應(yīng)的實(shí)體以及與其在概念、關(guān)系、相關(guān)性等方面匹配實(shí)體，最后向用戶返回圖形化的知識結(jié)構(gòu)。

2.問答系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是信息檢索系統(tǒng)的高級形式，使用人類可認(rèn)知的自然語言為用戶提供問題的解答，使用知識圖譜來構(gòu)建問題知識庫。首先將給定的問題分解為多個(gè)小的問題集合，然后通過匹配算法在知識庫中抽取合適的答案，最后以直觀的方式反饋給用戶。問答系統(tǒng)對數(shù)據(jù)規(guī)模和匹配速度要求較高，目前很多問答平臺(tái)引入知識圖譜為用戶提供解答和查詢服務(wù)，如蘋果智能語音助手Siri、華盛頓大學(xué)的Paralex系統(tǒng)和亞馬遜自然語音助手Evi等，都通過知識圖譜為用戶提供高效準(zhǔn)確的問答和信息查詢服務(wù)。

3.自適應(yīng)評測

為實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)測評，需要從多個(gè)數(shù)據(jù)源中抽取實(shí)體和實(shí)體之間的語義關(guān)系來構(gòu)建知識圖譜。首先，通過點(diǎn)、鏈、樹和塊四種不同粒度來表示整個(gè)知識網(wǎng)絡(luò)，確定核心知識節(jié)點(diǎn)和集合，定義知識元的屬性和關(guān)系。然后，利用知識間的相互關(guān)系和結(jié)構(gòu)，把分散的知識點(diǎn)串聯(lián)起來，通過概念及概念間的關(guān)系構(gòu)成知識網(wǎng)，并進(jìn)行分類處理及可視化展示，提高知識圖譜對個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)的質(zhì)量和體驗(yàn)。最后，依據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格及學(xué)習(xí)歷史等個(gè)性化特征為其推薦自適應(yīng)知識點(diǎn)匹配的學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)資源和評測題庫等學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)習(xí)資源以知識圖譜為聯(lián)系和依據(jù)，存儲(chǔ)包括有文本、圖文、視頻和交互動(dòng)畫等各類學(xué)習(xí)資源。

三、知識圖譜在遠(yuǎn)程教育課堂教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

（一）教師的信息素養(yǎng)需要提升

挖掘隱藏知識圖譜的教學(xué)價(jià)值，提升遠(yuǎn)程教育教學(xué)決策和教學(xué)實(shí)踐，完善自身專業(yè)發(fā)展和信息素養(yǎng)，是遠(yuǎn)程教育教師面臨的挑戰(zhàn)。作為遠(yuǎn)程教育數(shù)字化變革的關(guān)鍵主體，教師應(yīng)具備扎實(shí)的專業(yè)知識和較高的信息素養(yǎng)，快速掌握學(xué)生對知識點(diǎn)的理解程度，及時(shí)為他們推送個(gè)性化的教學(xué)資源。人工智能時(shí)代海量的非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化信息為教師的信息存儲(chǔ)、處理甚至檢索帶來了挑戰(zhàn)，而知識圖譜技術(shù)正是針對人類大腦信息加工能力的不足，借助智能教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)充和輔助。教師可以通過基于知識圖譜分析得出的結(jié)果，為每個(gè)學(xué)生布置符合其學(xué)習(xí)水平的作業(yè)，并實(shí)時(shí)了解學(xué)生知識掌握的情況;但也需要教師提升使用信息技術(shù)評價(jià)和判斷的能力，這又對教師的信息素養(yǎng)提出了新的要求。

（二）學(xué)生需具備自主學(xué)習(xí)能力

由于不同學(xué)科知識點(diǎn)繁多且邏輯性緊密，且?guī)熒幱跁r(shí)空分離狀態(tài)，即使是簡單的學(xué)科問題，也需要對學(xué)科知識點(diǎn)進(jìn)行劃分和確認(rèn)，都還需提升精準(zhǔn)度和檢索效率;對相學(xué)科知識圖譜的構(gòu)建也需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和擴(kuò)展。知識圖譜能使學(xué)生了解自身學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)查漏補(bǔ)缺，建立個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。但學(xué)生應(yīng)對自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行自我反思，面對知識圖譜提供的學(xué)習(xí)資源和路徑作出正確的選擇。因此，教師應(yīng)激發(fā)學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)幫助技能，引導(dǎo)學(xué)生依靠知識圖譜所提供的反饋信息選擇有益的學(xué)習(xí)幫助;教師應(yīng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)提示、解題分析、詳細(xì)步驟，制定基于知識圖譜的教學(xué)策略，幫助學(xué)生提升自我反思的技能。

四、知識圖譜在遠(yuǎn)程教育課堂教學(xué)的實(shí)施策略

（一）強(qiáng)化政策引導(dǎo)

應(yīng)該大力支持和實(shí)施遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的知識圖譜發(fā)展計(jì)劃，研制遠(yuǎn)程教育教師的信息素養(yǎng)提升標(biāo)準(zhǔn)，提高遠(yuǎn)程教育教師的信息素養(yǎng)和信息化教學(xué)能力。制定與知識圖譜相適應(yīng)的教育培訓(xùn)政策，為教師教育改革打好基礎(chǔ)。首先，教師培訓(xùn)部門和地方政策制定者應(yīng)共同合作設(shè)計(jì)教師信息素養(yǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目;然后針對遠(yuǎn)程教育的實(shí)踐需求，在政策實(shí)施的層面上呈現(xiàn)階段性和連續(xù)性;最后，針對知識圖譜技術(shù)實(shí)施階段，將信息素養(yǎng)和專業(yè)能力作為首要解決的任務(wù)。

（二）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，重新定位教學(xué)職責(zé)

知識圖譜提供了全新的知識獲取路徑和學(xué)習(xí)模式，涉及教學(xué)方法、模式和理念的變革，需要遠(yuǎn)程教育教師重新審視自己的角色。教師知識傳播者的角色將會(huì)弱化，逐漸轉(zhuǎn)變成為學(xué)生探索新知識、獲得有效學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)者和參與者，不再僅僅當(dāng)知識的搬運(yùn)工，而是要當(dāng)好學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者與協(xié)調(diào)者。知識圖譜技術(shù)將改變傳統(tǒng)意義上師生之間的知識傳遞關(guān)系，學(xué)生獲取知識將變得快捷、高效，學(xué)習(xí)過程將由討論、溝通、分享與協(xié)作等環(huán)節(jié)組成，教師和學(xué)生每個(gè)人都扮演著學(xué)習(xí)知識、建構(gòu)知識和傳授知識的角色，原有的知識傳遞方式逐漸被改變。

（三）建立師生協(xié)作學(xué)習(xí)共同體

通過知識圖譜構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境，形成個(gè)性化的社交學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，人與環(huán)境之間將建立多元化的相互聯(lián)系，使分散或碎片化的知識點(diǎn)按照語義關(guān)聯(lián)建構(gòu)知識圖譜。構(gòu)建師生協(xié)作學(xué)習(xí)共同體，可以保障大多數(shù)教師與學(xué)生在共同體內(nèi)自學(xué)、交流或知識分享，師生們只要通過知識圖譜學(xué)習(xí)平臺(tái)就可以參與學(xué)習(xí)與培訓(xùn)，而且有助于學(xué)生將新學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)踐中，在協(xié)作分享中促進(jìn)師生個(gè)體能力的發(fā)展。引入知識圖譜技術(shù)，可提升在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的智能性，有利于在線學(xué)習(xí)活動(dòng)有序進(jìn)行，營造良好的在線學(xué)習(xí)氛圍。

（四）創(chuàng)新課堂教學(xué)管理

學(xué)生在教師的幫助下，可以借助智能課堂實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果;教師可通過知識圖譜將教學(xué)活動(dòng)系統(tǒng)化，對教師的教學(xué)、學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行科學(xué)評估和標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)和資源的智能管理。知識圖譜技術(shù)為遠(yuǎn)程教育的智能學(xué)習(xí)環(huán)境提供支撐，對遠(yuǎn)程課堂教與學(xué)的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行融合與革新，能對課程知識點(diǎn)進(jìn)行語義智能分析和自動(dòng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的跨媒體檢索和呈現(xiàn);能根據(jù)特定教學(xué)場景組織師生建立群體協(xié)作學(xué)習(xí)關(guān)系，為師生之間的溝通和交流提供支持;將不同的學(xué)生群體的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行對比，可以有效地把不同學(xué)習(xí)特點(diǎn)的學(xué)生區(qū)分出來，從而為遠(yuǎn)程課堂管理者分配教學(xué)資源提供有效指導(dǎo)。

五、小結(jié)

在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域中，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，積累了海量教學(xué)數(shù)據(jù)，教學(xué)數(shù)據(jù)的有效使用對智能語義搜索、問答系統(tǒng)和自適應(yīng)評測等工作都有著重要的意義，能夠推進(jìn)教學(xué)數(shù)據(jù)自動(dòng)化和智能化處理，為遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域帶來新的發(fā)展契機(jī)。本文從遠(yuǎn)程教育知識圖譜構(gòu)建的視角出發(fā)，對知識圖譜的技術(shù)框架、構(gòu)建技術(shù)以及應(yīng)用范圍進(jìn)行了分析和探討，并對知識圖譜構(gòu)建工作所面臨的挑戰(zhàn)和實(shí)施策略進(jìn)行了總結(jié)。知識圖譜技術(shù)作為一項(xiàng)新興的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育將在理念和技術(shù)層面帶來深刻變革，有助于精準(zhǔn)定位知識點(diǎn)、推薦優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源、促進(jìn)學(xué)科知識理解以及提升教學(xué)評價(jià)精準(zhǔn)度，從而提升遠(yuǎn)程教育的教學(xué)質(zhì)量。

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[作者簡介]韋書令（1984-），男，壯族，廣西馬山人，碩士，廣西廣播電視大學(xué)助理研究員，研究方向：智能教學(xué)應(yīng)用、社區(qū)教育和在線教育;陳銘斌（1983-），男，廣西防城港人，南寧市第三十三中學(xué)教師，中學(xué)一級，研究方向：地理教學(xué)、多媒體技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)。

[責(zé)任編輯 何一輝]