基于“知识+能力"双图谱的智慧课程建设探索

一、双图谱构建框架

1. 知识图谱构建

知识图谱以语义网络形式呈现学科知识的内在逻辑，通过节点（知识点）与边（逻辑关系）的连接，形成可视化知识结构。以课程标准为依据，对学科知识点进行颗粒化拆解，形成包含概念、原理、公式、应用场景的四维知识网络。运用知识图谱工具（如Neo4j）建立知识点间的关联关系，标注重点难点等级和先修后续关系，形成动态知识导航系统。

例如高等数学课程可细化为“极限→连续 $$ 导数→微分 $$ 积分”的知识结构。这种结构化呈现方式具有三重价值：

首先是认知支架功能，帮助学生建立跨学科知识框架，如将高等数学与工程、经济应用场景关联。其次是资源整合功能，通过标签化分类，实现教材、案例、视频等资源的精准匹配。最后是个性化学习功能，基于学生学情数据，动态生成学习路径，如针对薄弱知识点推荐微课资源。

2. 能力图谱构建

参照布鲁姆的教育目标分类法，可以把能力划分为记忆、理解、应用、分析、评价、创造六个层级。能力图谱则聚焦于学生核心素养的培养，通过分层级、分维度构建能力模型。以“批判性思维”为例，其能力图谱可拆解为问题识别、证据分析、逻辑推理等子能力，每个子能力对应具体行为指标（如“能识别论证中的隐含假设”）。这种设计实现了三个突破：目标具象化，将抽象素养转化为可观测、可评估的行为指标。路径可视化，通过能力发展轨迹图，明确学生从“基础认知”到“高阶应用”的进阶路径。评价智能化，结合AI 技术，实时追踪学生能力成长数据，如通过项目式学习中的表现生成能力雷达图。

通过德尔菲法邀请教育专家对课程能力目标进行权重赋值，建立能力矩阵。例如大学物理课程可设定“物理建模能力 (40% ）”“实验设计能力 (30% ）”“创新思维能力（ (30% ）”的权重分配。

二、课程设计实施路径

1.图谱融合设计

在课程设计阶段，双图谱需实现“知识-能力”双向映射。开发“知识-能力”对照表，实现每个知识点对应 2-3 项能力指标。设计能力导向的教学目标，采用“通过...掌握...培养...”句式，如“通过求解线性方程组，掌握矩阵变换方法，培养系统分析能力”。以“人工智能导论”课程为例：

知识图谱构建，整合机器学习、自然语言处理等模块，建立知识点间的依赖关系（如“梯度下降算法”作为“神经网络训练”的前置知识）。能力图谱设计，将“算法创新能力”拆解为数学建模、代码实现、优化调试等子能力，每个子能力对应实践任务（如用Python实现K-means 聚类算法）。图谱融合，通过知识节点与能力指标的关联，形成“学习知识-实践应用-能力提升”的闭环。例如，学生完成“卷积神经网络”学习后，需在图像分类项目中应用该知识，同步发展“算法优化能力”。

2.教学实施：智能技术赋能的精准教学

构建“基础巩固→能力提升→创新拓展”三级任务体系。基础层设置概念辨析题（能力 L1-L2），提升层设计跨知识点综合应用题（能力 L3-L4），拓展层布置项目式创新任务（能力 L5-L6）。采用“任务包”形式，每个任务包含知识要点、能力目标、评价标准和学习路径。

双图谱与 AI 技术的结合，推动了教学流程的智能化重构。学情诊断，通过知识图谱的认知网络，分析学生知识掌握情况（如“是否理解反向传播算法”），结合能力图谱评估其问题解决能力（如“能否调试过拟合模型”）。资源推荐，基于学生数字画像，推送个性化学习资源。例如，对“梯度消失问题”理解不足的学生，推荐包含残差网络案例的微课。动态调整，根据实时反馈优化教学策略。如发现多数学生在“注意力机制”模块遇到瓶颈，可自动调整教学节奏，增加可视化辅助材料。

3.评价改革：从结果评价到过程赋能

采用双轨评价指标。知识维度，采用知识点掌握度雷达图，显示各章节知识点的理解深度和应用熟练程度。能力维度，构建能力发展矩阵，从六个能力层级进行多维评估，生成能力发展热力图。

双图谱体系支持形成性评价与增值性评价的结合。能力发展追踪，通过能力图谱的成长档案，记录学生从“知识复现”到“创新应用”的进阶过程（如从“复现经典算法”到“提出改进方案”）。智能反馈系统，基于自然语言处理技术，对学生的代码、报告进行实时分析，提供针对性建议（如“可尝试增加正则化项以防止过拟合”）。多元评价维度，将知识掌握度、能力发展值、学习投入度等指标纳入综合评价体系，生成个性化发展报告。运用机器学习算法建立能力预测模型，通过分析学生的作业轨迹、测试表现、课堂互动等数据，预测能力发展趋势。

四、实践成效与展望

实施双图谱课程,可以提升学生知识掌握度，提高能力达标率。创新实践类任务完成质量增长，教师教学设计效率得到提升。

随着 AI 技术的迭代，双图谱体系将呈现三大发展趋势。动态进化能力，通过机器学习持续更新知识关联与能力模型，如自动纳入新技术（如 AIGC 工具）并调整能力指标。跨场景迁移，构建校-企-研图谱联盟，实现人才培养与产业需求的实时对接。人文价值融合，在能力图谱中嵌入伦理判断、文化理解等维度，培养“技术理性与人文精神”兼备的人才。

“知识+能力”双图谱体系，不仅是技术工具的创新，更是教育理念的革新。它通过结构化认知框架与素养发展路径的设计，推动教育从“标准化生产”向“个性化成长”转变，为构建面向未来的智慧教育生态提供了关键支撑。

参考文献

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[2]杨永霞.知识图谱在一流课程建设中的构建与应用研究——以研究性教学模式为例[J].创新创业理论研究与实践,2025(08)：182-185.

[3]乔伟彪.教育数字转型背景下课程知识图谱建设研究[J].化工管理,2025(12):60-65.