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《機(jī)械制圖》課程知識(shí)圖譜構(gòu)建及其在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用
四川省劍閣職業(yè)高級(jí)中學(xué)校 羅春清 2024/9/16 21:37:11
摘 要：本文將知識(shí)圖譜引入《機(jī)械制圖》課程教學(xué)，介紹了專家和數(shù)據(jù)協(xié)同的知識(shí)圖譜構(gòu)建過(guò)程，綜合應(yīng)用網(wǎng)頁(yè)爬蟲、文本挖掘等技術(shù)，構(gòu)建了《機(jī)械制圖》課程知識(shí)圖譜，并從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)技術(shù)兩個(gè)方面詳述了知識(shí)圖譜在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。本文的研究為《機(jī)械制圖》課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的創(chuàng)新提供了一條有效的技術(shù)路徑，有助于促進(jìn)人工智能技術(shù)與教育的深度融合。
關(guān)鍵詞：課程知識(shí)圖譜；機(jī)械制圖；人工智能；教育教學(xué)
0 引言
知識(shí)圖譜是大數(shù)據(jù)時(shí)代最具代表性的技術(shù)之一，它是各類知識(shí)的重要載體，也是實(shí)現(xiàn)生成式人工智能的基礎(chǔ)[1]。對(duì)于教育領(lǐng)域，知識(shí)圖譜所具有的知識(shí)構(gòu)建、知識(shí)挖掘、知識(shí)推理等功能可以有效地組織和表達(dá)各學(xué)科的知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)大量無(wú)序教學(xué)資源的語(yǔ)義整合，為精準(zhǔn)化教學(xué)、個(gè)性化學(xué)習(xí)提供前所未有的發(fā)展空間。
機(jī)械制圖是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械加工專業(yè)的核心課程，面向中職一年級(jí)，是研究如何閱讀、繪制機(jī)械圖樣和機(jī)械產(chǎn)品的工具，是工程界交流的技術(shù)語(yǔ)言，是工程技術(shù)人員必須掌握的基本技能。
通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生正確理解正投影法基本理論，掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定、組合體的識(shí)讀與繪制、機(jī)件表達(dá)方法的運(yùn)用、零件圖和裝配圖的識(shí)讀與繪制，目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用機(jī)械制圖零件圖與裝配圖知識(shí)對(duì)常見機(jī)械類問(wèn)題進(jìn)行工程圖樣表述、呈現(xiàn)工程圖樣設(shè)計(jì)結(jié)果和解決方案，能夠輔助機(jī)械類其他方面專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際圖樣問(wèn)題。利用人工智能技術(shù)創(chuàng)新《機(jī)械制圖》的教學(xué)模式和教學(xué)方法，不僅有助于提升教學(xué)質(zhì)量，打造高效課堂，更能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)直接融入教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
本文以《機(jī)械制圖》課程為研究對(duì)象，開展本科課程知識(shí)圖譜構(gòu)建及應(yīng)用研究。在系統(tǒng)梳理課程多方面知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用分詞、文本挖掘、可視化等技術(shù)手段構(gòu)建一套完整的《機(jī)械制圖》課程知識(shí)圖譜，并融合應(yīng)用于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，加快推進(jìn)知識(shí)圖譜在教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用。
1 教育教學(xué)知識(shí)圖譜相關(guān)研究
1.1 知識(shí)圖譜
Google公司在2012年正式提出知識(shí)圖譜的概念，用于提高搜索引擎中的語(yǔ)義分析能力。隨著人工智能研究熱潮的興起，知識(shí)圖譜越來(lái)越受歡迎，成為大數(shù)據(jù)時(shí)代語(yǔ)義搜索、輔助決策等智能化服務(wù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。知識(shí)圖譜的應(yīng)用范圍可以分為通用知識(shí)圖譜與領(lǐng)域知識(shí)圖譜。通用知識(shí)圖譜強(qiáng)調(diào)知識(shí)的廣度，覆蓋面較廣[3]，例如，維基百科的Wikidata[4]、搜狗公司的“知立方”[5]等。領(lǐng)域知識(shí)圖譜關(guān)注知識(shí)的深度，對(duì)于知識(shí)的準(zhǔn)確性和精度上要求更高，如影視雙語(yǔ)知識(shí)圖譜[6]和電商知識(shí)圖譜[7]等。雖然知識(shí)圖譜取得了巨大的進(jìn)展，各環(huán)節(jié)中使用的技術(shù)方法不斷創(chuàng)新發(fā)展，但如何自動(dòng)構(gòu)建高質(zhì)量的知識(shí)圖譜，尤其是領(lǐng)域知識(shí)圖譜，依然是一大難題。
1.2 教育教學(xué)知識(shí)圖譜相關(guān)研究
教育教學(xué)知識(shí)圖譜是一種特殊的領(lǐng)域知識(shí)圖譜。由于知識(shí)表達(dá)的優(yōu)勢(shì)，知識(shí)圖譜可簡(jiǎn)單明了地展示各學(xué)科的知識(shí)脈絡(luò)、關(guān)系等，近年來(lái)在教育領(lǐng)域備受關(guān)注，各種教育教學(xué)知識(shí)圖譜已經(jīng)被構(gòu)建，例如，張萌使用本體構(gòu)建方法，構(gòu)建了課程知識(shí)圖譜[8]。黃煥等人面向適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)，構(gòu)建了《Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程知識(shí)圖譜[9]。一些國(guó)內(nèi)外的機(jī)構(gòu)和研究學(xué)者已經(jīng)開始利用知識(shí)圖譜改進(jìn)和創(chuàng)新教育教學(xué)，提供全新的教學(xué)資源和服務(wù)。例如，美國(guó)Knewton公司采用了基于專家知識(shí)的交叉學(xué)科知識(shí)圖譜體系分析學(xué)習(xí)者的知識(shí)概念參數(shù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)推薦[10]。可汗學(xué)院使用知識(shí)圖譜構(gòu)建了數(shù)學(xué)、科學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科課程的層級(jí)架構(gòu)[11]。
2 《機(jī)械制圖》課程知識(shí)圖譜構(gòu)建
2.1 專家和數(shù)據(jù)協(xié)同的知識(shí)圖譜構(gòu)建過(guò)程
區(qū)別于傳統(tǒng)科研知識(shí)圖譜，教育知識(shí)圖譜有其自身的特點(diǎn)。
①質(zhì)量要求高：教學(xué)對(duì)教育知識(shí)圖譜中的內(nèi)容，尤其是學(xué)科知識(shí)的質(zhì)量有很高的要求。因此，所有內(nèi)容都需要通過(guò)專業(yè)人員審核，工作量十分龐大，這也是教育知識(shí)圖譜落地難的一個(gè)原因。
②多模態(tài)需求強(qiáng)烈：向?qū)W生展示學(xué)科知識(shí)是教育知識(shí)圖譜應(yīng)用的一個(gè)特點(diǎn)。因此，除了文字描述、圖片、視頻、語(yǔ)音等，多種形式的知識(shí)具象化表達(dá)也是教育知識(shí)圖譜所需要的，這也符合人們認(rèn)識(shí)事物的習(xí)慣。
基于上述特點(diǎn)，本文采用專家和數(shù)據(jù)協(xié)同的知識(shí)圖譜構(gòu)建過(guò)程，整體構(gòu)建模型如圖1所示。具體包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。
圖1 基于課程知識(shí)圖譜的章節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)展示
①課程文本集構(gòu)建：通過(guò)紙質(zhì)資料數(shù)字化、教育文獻(xiàn)爬取、慕課文檔下載等方法，收集《機(jī)械制圖》課（未完，下一頁(yè)）
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