面向智能教育的多模態課程知識圖譜建構與應用研究

金靈巧　林希希

關鍵詞：智能教育；多模態課堂；知識圖譜

目前，基于AI 的高速發展，在教育發展中，智慧教育成為引領趨勢。教育部原副部長、中國教育國際交流協會會長劉利民指出，智慧教育是人工智能與教育的融合，實施智慧教育是創建教育參與者的智慧伙伴[1]；教育部國家語委中國語言文字智能研究中心主任周建設教授則進一步明確，智能教育不是簡單的兩個領域相加，而是融合在一起的深度[2]。在多媒體技術不斷發展成熟的今天，多模態課程逐步走入智能教育領域，促進了教育信息化的順利推進，為學生們提供了多種多樣的學習資源以及途徑，這對于學生的發展是有利的。

雖然學生的知識獲取途徑變得多樣，但這種多模態的資源大部分都是單獨存在、單獨使用的，這使得學生對于知識的理解貫通變得十分不易。大學課程的知識點大量且細碎，知識框架如思維導圖等大多數是章節的形式，書中一些精細的知識點及各個知識點的聯系不能一目了然，學生每周只有短短的一兩節課的時間去獲取知識，大多數時間都是自己去梳理、理解并運用所學知識點，這對于學生的學習十分不利。因此，需要通過構建知識圖譜來促進智能教育在實際教學的發展。如果不能消化相關的知識，那么后續的學習質量會受到嚴重的影響，還有可能會影響到學生們的學習興趣。

知識圖譜具有較強的語義表達能力、推理能力和存儲能力，為大數據時代的數據知識化組織和智能化應用提供了行之有效的解決方案。所以在這幾年的教學中，知識圖譜的運用是大家非常關注的。比如，清華大學的研究人員就用知識圖譜技術來表現基礎教育領域的知識，并在大數據時代將其運用到智慧課堂中，構造出基礎教育知識圖譜，不斷為智能教育提供知識動能。所以，多模態課程知識圖譜的構建不但能夠提高教學效率，更是實現智能教育的一項特別重要的研究工作，各個高校應該積極地進行運用，進而發揮出多模態課程知識圖譜的價值。

一、多模態課程學習

（一）多模態學習

生活中復雜的對象一般可以利用多模態信息加以描述，多模態學習在應用場景中廣泛存在，比如網頁里包含著文字、圖片和超鏈接等信息；視頻則可以拆分為圖片、音頻和文字；手機應用從不同方面收集信息并進行分析等等。各類事物都可以通過不同模式的信息來加以描述，各種模式的信息都定義為一種模態。通過多模態，數據可以以更豐富的形式來被表示，基于多模態方式的學習，獲取的信息資源會更加豐富。在這種情況之下，原本枯燥乏味的專業知識可能會被賦予新的靈魂，進而引導學生們進行系統地學習，有效地開展后續的教育教學工作，高效地發揮出教育教學的價值，為社會輸送高素質的人才。

（二）多模態課程學習

智能教育是以互聯網、人工智能等現代技術為前提條件所搭建的智能學習環境，在智能教育的大環境下，知識以各種模態出現在我們眼前，視聽、空間感受等多方面感受都是信息的來源，這些感受對應到其相應的信息所呈現的形式上，那么可以歸納為文字、圖片、音頻、視頻甚至是實物等等。在教育中，授課方式與學習方式是兩個極其重要的方面?？萍歼M步，使教學方法推陳出新，不再局限于傳統的板書、課件，還包括視頻、圖片等，甚至于還有翻轉課堂等形式，提高了課堂的靈活度。隨著互聯網信息技術的高速發展，多媒體技術也得到了更多的應用。各個高等院校教師在教學的過程中都會積極地進行多媒體教學，這也是多模態課程的教學方式之一，這種教學形式通過不斷地完善，使得學生們對其接受程度也很高，以此提升了學生們的學習效率。此外，多媒體教學相較于傳統的教育教學而言，具有很多的優勢。例如，教師不再需要繁重的板書來講解知識，而是通過課下進行課件準備，在課堂上進行詳細的講解，將更多的時間及精力放置在提升教學效率之上，在這種氛圍下，學校內部的教學質量會得到提升，為學校樹立良好的聲譽，吸引更加優秀的學生。

（三）多模態課程學習的弊端

老師的課件是目前學生在課后復習時最主要的資源，但課件主要是輔助老師教學，以一個大體框架的形式來引導這節課的進度，大多數課件呈現的知識點是概括性的，缺少在課堂上教師補充的詳細解讀，這很容易導致如果學生上課沒有掌握知識點，等到課后再復習，就更難理解了，但邊聽課邊記筆記，聽課質量又會受到影響?；诟黝惥€上學習平臺的出現，學生獲取的知識冗雜，學習整合起來極其復雜。在這種情況之下，可能會出現本末倒置的結果，導致學生的課業量增加，增大了學生的學習壓力。

二、多模態課程知識圖譜的構建

（一）多模態課程知識圖譜

目前，學生獲取知識的方式也不再局限于上課這一環節，還包括各類線上學習平臺，例如：中國高校MOOC、智慧樹等平臺。獲取渠道的增多也就意味著知識量的增加，而知識量的增加則意味著學生吸納整合知識的難度上升，但通過構建知識圖譜，可以有效地解決這個問題，提高整體學習效率。同時，以上的多模態課程內部分類比較詳細，學生們的學習會更加具有針對性，學生們可以尋找自身的缺陷，并積極地進行學習，保證自身能力提升效果更加顯著。

知識圖譜本質上是由實體－關系－實體組成的語義知識庫，通過有向圖的形式對概念和概念之間的關系進行描述[3]。通過尋找知識點之間的不同與相同之處，或者其相互之間的聯系，幫助學生更好地學習與梳理。構建知識圖譜，能夠將各類知識以一種更加清晰的方式呈現在學生面前。

例如刑法學中，包含了大量罪名的概念、構成特征以及罪名的認定，知識圖譜從它們之間相似的角度解析各類知識，將知識點以實體－關系－實體的形式連接成有向網絡圖，從而直觀地表示知識點之間的關系以及它們之前的差異，便于知識點的理解與拓展。

（二）多模態課程知識圖譜的構建

構建一個知識圖譜系統，需要建立一個多層級知識體系，先通過定義、組織、管理數據、關聯關系等信息，將信息轉化成現實的數據庫；再將來源不同卻又重合的知識信息融合在一起；然后利用圖譜資料將不同來源、不同結構的信息資料進行整合，包括結構化數據、半結構化數據（解析）、知識標引、知識推理等，保障數據的有效性和完整性[4]；最后建立合理、靈活、多樣化及可拓展性強的知識存儲方案，適用于不同的場景。在構建知識圖譜需提供圖譜檢索、知識計算、圖譜可視化等，并提供各類知識計算的SDK，以此構建多模態知識圖譜。

多模態知識圖譜的構建需做到以下幾點：

①先將來源于大綱、教材及網絡資源等途徑的信息組合成教案，對整合后的教案中的知識點進行提煉，設計出具有屬性的知識點；然后，把各個知識點之間的關系串聯起來，通過知識的融會貫通，形成清晰的語義網絡；最后利用可視化工具，如數據庫管理系統，生成比較完整的多模態課程知識圖譜。[5-6]

②知識獲取。識別來自整合完成的各個課程教學模塊教案的主要內容，提取課程中的重要內容，包括其概念、定義、拓展知識、關聯案例等，還包括思考題、復習題、課堂練習、課外作業、大作業、論述題等一些考試資源。通過考題來鞏固學生的學習，并分類整合各個知識要點和關聯資源[7]。如在“刑法學”這一模塊的教學中，從刑法概說、基本原則、適用范圍三個方面了解刑法的基礎理論；通過刑法概念、刑法淵源以及刑法的分類了解刑法學的知識體系、學習的范圍和運用。還可將知識點延伸到相關司法解釋、現實中適用相關法條的案例以及各類罪名的差異。[8]

③知識點屬性設計。給各個知識點進行屬性設計，標識知識點其所屬于模塊、知識點類型、基本概念、拓展知識、關聯案例等基本特性，還可以標注教學目標、對于學生學習情況的教學要求、該知識的重點程度、理解的難易程度等。

④融合知識。融合多個來源、互有關聯的知識信息，使各個知識的體系更加全面。

⑤關聯各個知識點。學習是一個循序漸進的過程，各類知識點也存在前后關聯，構建知識圖譜的重要點在于掌握知識點之間承前啟后的關系，以及各類知識點的相同與不同。在關聯知識點關系時，要求在含義或語義上確定各知識點之間的相互聯系，明確關系名稱，區分語義關系的種類[9]。

（三）多模態知識圖譜的拓展

通過構建知識圖譜，實行可視化學習，可以構建一個互動性較強的知識圖譜。學生可以通過此知識圖譜更好地獲取理解知識，而教師可以通過此知識圖譜，調整課堂講解形式，還可以通過此知識圖譜的反饋獲取學生的學習情況，讓教師對于自己的教學效果有一個更直觀地了解。

三、多模態課程知識圖譜的應用

（一）多模態課程知識圖譜應用的益處

將多模態課程知識圖譜應用到智能教育領域，以多模態課程知識圖譜為導引，為學生和老師提供多模態的教學環境，會使學生的學習效率大大提高?；诖?，在教學過程中，會產生多模態的互動，比如教師與學生之間的互動、學生與學習內容之間的互動、教師與教學內容之間的互動等，有效提升學生們的課堂參與度[10]。在如此多模式的課程教學環境下，對于教師來說，課程創新余地更大；對于學生來說，學習熱情也會被極力地提高。

（二）多模態課程知識圖譜可視化功能

由于通用知識圖譜的數據大多來源于網絡、百科全書等，具有數據量大的特性，而行業知識圖譜的數據具有一定的領域性，容易被提取出來，所以構建多模態知識圖譜可以將兩者結合起來，使大量知識都顯示于知識圖譜上，且易被教師及學生提取出來。通過有向圖的形式呈現知識，且增加在學習某一知識點時，可以通過兩個知識點之間的關聯，從而學習到另一個知識點[11-12]。

（三）多模態課程知識圖譜應用

在智能教育的大背景下，教學應當能夠根據教學目標與內容，通過整體的知識圖譜，構建針對本內容的子知識圖譜，子知識圖譜中應包含來自多渠道的資源；將子知識圖譜中的知識點作為重點講解內容，使課堂教學的內容和形式通過知識點之間的關聯信息或相似、易混等方面的信息進行編排。多模態課程知識圖譜為智能教學提供了便捷的形式，豐富了其資源。該知識圖譜可將相應信息增添到對應的知識點所在的知識圖譜位置上，能夠為學生在自主學習或課后復習時提供重要參考，實現知識之間的融會貫通，同時也能幫助教師使課堂流程更加清晰化，提高學生對課程學習的吸收程度[13-14]。

四、結束語

在人工智能走向教育行業的大背景下，多模態課程學習與知識圖譜的交互作用，能在教學上為智能教育提供輔助。本文對多模態課程的知識圖譜構建與應用有關的問題做了相關分析，以課程知識點為主體，以教材、輔助學習書籍、網絡上提取相關內容以及相關資源等為基礎，構建多模態課程知識圖譜，并在實際教學中加以應用。教師可以進行更有效的多模式、智能化的課堂教學，使學生能更加高效地學習和吸納知識。構建互動性較強的知識圖譜，能夠使智能教育發揮更大的作用，將智能應用在學習的方方面面，實現真正的智能化學習。

作者單位：金靈巧 三亞學院 財經學院 林希希 三亞學院 法學院