基于“知识图谱”的《高级语言程序设计》课程建设研究

1. 背景

随着技术成熟度的提升，知识图谱的应用边界不断拓展。在教育教学领域，其技术特征与教育规律相结合，催生出教育知识图谱和学科知识图谱两大应用形态。前者聚焦教育目标与能力培养的路径映射，后者着重学科知识体系的解构与重组，两者共同推动着知识传递模式从线性结构向网络化认知的范式转变[1]。这种技术渗透不仅革新了知识组织方式，更重塑了知识传播的底层逻辑。知识图谱作为计算机学科的前沿技术成果，其核心在于通过图结构构建知识体系框架。该框架以实体和概念为节点，以语义关系为边线，形成多维度的知识网络结构。从技术特征来看，知识图谱不仅实现了对复杂知识元素的系统性组织，更通过语义建模技术揭示了知识间的内在逻辑关联，构建起可计算的知识推理体系 [2]。

2. 教学准备

本教学研究以《高级语言程序设计》课程为例，首先借助“知识图谱”的理论进行深入研究，明确其在高级语言程序设计教学中的作用和价值；其次探索如何将知识图谱与高级语言程序设计教学相结合，形成有效的教学模式；接着通过“学习通”平台进行实证研究，验证知识图谱在提升学生学习效果和能力方面的有效性。基于“知识图谱”的课程建设是一种高校优质教学资源建设和共享机制模式，通过构建和完善知识图谱，提升学生对《高级语言程序设计》的理解和应用能力，以及培养他们的创新思维和问题解决能力，最后通过不断调整课程教学内容形成一套完整且优质的教学资源。

（1）“知识图谱”在教学中的作用与价值研究

教育教学知识图谱属于特殊的领域知识图谱，它以教学相关的知识、实体及其关系为基础进行构建。在教育领域，知识图谱将教育中的诸多要素，如课程、教师、学生、知识点等作为实体，通过明确实体之间的关系，如课程与教师之间的教学关系、学生与课程之间的学习关系、知识点之间的层次结构关系等，形成了一个结构化的知识体系 [3]。

（2）“知识图谱”与《高级语言程序设计》教学的融合模式探索

课程知识图谱凭借其出色的知识表达能力，完全可以充当新型课程知识的展示途径。例如，对于教材《C 语言程序设计》里“ 程序的组织结构”所涵盖的知识点，能够以图的形式来呈现。再者，凭借知识图谱在知识整合以及推理方面的独特优势，能够去研发更具创新性的教学技术。

（3）基于“学习通”平台的实证研究

为了充分发挥知识图谱在教学中的作用，需将其与现有的“超星学习通”进行紧密集成。这包括实现数据的实时同步更新、功能模块的无缝对接以及用户界面的友好整合。通过这种集成方式，教师和学生可以在日常教学活动中便捷地访问和使用知识图谱，从而提升教学效果和学习体验。

3. 课程教学改革内容

《高级语言程序设计》课程是面向信息工程学院大一学生（计算机科学与技术专业、电子科技与技术专业、物联网工程专业以及数据科学与大数据技术专业）所开设的一门专业必修课。课程理论与实践并重，应用范围广，尤其在当前大数据与人工智能时代下，《高级语言程序设计》在信息化领域中的重要性更是凸显。通过学习C 语言程序设计课程，学生将能够掌握一种常用的编程语言，为进一步学习其他高级编程语言和开展软件开发工作奠定坚实基础。同时，学生也将培养抽象思维、分析和解决问题的能力，为未来的学习和职业发展打下良好的基础。本项目主要解决以下问题：

（1）课程的知识点体系结构化不足

《高级语言程序设计》涵盖了从基本概念到高级特性的广泛内容，包括数据类型、控制结构、函数、类与对象以及文件操作等。这些内容本身就具有相当的复杂性和多样性，难以简单地通过一种结构化的方式完全覆盖。

通过“知识图谱”的引入，加强课程内容的梳理和整合，形成更加清晰、系统的知识点体系。一是知识图谱以图的形式展示知识，将编程语言中的概念、语法、语义等以节点和边的形式连接起来，帮助学生更好地理解各个概念之间的关系和层次结构。二是通过可视化工具展示知识图谱，可以使抽象的概念变得更加直观易懂，帮助学生快速掌握编程语言的整体框架和核心概念。

（2）学生的学习体验个性化不足

《高级语言程序设计》是计算机科学与技术专业本科第一学期开设的专业基础课程。学习本课程的学生来自不同的高中，所以学生计算机基础和学习能力存在差异。不同的学生对编程的兴趣和动机各不相同。一些学生可能对编程充满热情，愿意投入更多时间和精力去学习和探索；而另一些学生则可能只是为了完成学分而学习，缺乏内在的学习动力。这种差异导致了学生在学习过程中的不同体验和需求。

通过“知识图谱”的引入，基于学习通平台知识图谱的推荐系统可以根据学生的学习进度、阶段性测试结果以及个人的兴趣，智能推荐相关的学习资源和练习题目，帮助学生个性化地学习。例如每个学生的学习过程会被学习通记录，部分同学对于三种循环（for 循环，while 循环、do...while 循环）之间的联系与区别不够清晰，那么平台将会对以上同学加强本知识点的基础题目的推荐；另外部分同学可能对于课程内容掌握较快较好，那么平台也会推荐更深层次的教学视频。

（3）教师的教学决策准确化不足

首先，由于学生的基础不同以及学习能力存在较大差异。教师在进行教学决策时，如果没有充分考虑到这种差异，就很难做出准确的教学决策。其次，学生在学习过程中遇到的问题和困惑往往难以及时反馈给教师，传统的反馈机制会使教师无法及时了解学生的学习情况和需求，从而难以做出准确的教学决策。

通过“知识图谱”的引入，教师可以通过知识图谱中的数据和信息的深入分析和挖掘，分析学生的学习模式和进度，更准确地制定教学计划和评估学生的学习效果。从而以学生为中心更好地提高教学质量。例如，在学习通平台上教师通过学生对知识点完成掌握情况界面下方的【学生掌握详情】中也可以搜索学生信息进行【查看】，更好地了解每个学生的学习进度以及学习情况，帮助教师做出更为准确的教学决策。

4. 结论

本教学研究主旨在于利用知识图谱技术解决课程中存在的问题，实现知识点体系的结构化、学生学习体验的个性化以及教师教学决策的准确化，从而提升教学质量并提高学生的学习效果。

参考文献：

[ 1 ]张玉蓉 , 王亚军 , 卜旭东 , 等 . 新工科建设要求背景下对传统工科课程改革的思考——以给排水科学与工程专业课程为例 [J].科学咨询 ,2022,(12):33-35.

[2] 赵万祥 , 李滔 , 刘强 , 等 . 以活动为导向的有机化学知识图谱构建与实践 [J]. 化学教育 ( 中英文 ),2024,45(04):113-120.

[3] 穆肃 , 谭梓淇 , 骆珏秀 , 等 . 面向精准教研的立体知识图谱构建方法研究 [J]. 电化教育研究 ,2023,44(05):74-81.

项目基金：教育教学改革项目“基于“知识图谱”的《高级语言程序设计》课程建设研究”，项目编号：JG202419