基于知识图谱的在线学习系统.pdf
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1、wwwele169com|71软件开发基于知识图谱的在线学习系统任志文,刘家杉,张善文(西京学院 电子信息学院,陕西西安,710123)基金项目:陕西本科和高等继续教育教学改革研究项目,项目编号:21BG051;陕西省教育科学“十四五”规划 2021年度课题,项目编号:SGH21Y0279。摘要:教育是国之大计,党之大计,计算机时代引领国内教育步入了信息化、智能化发展道路,智慧教育受到广泛关注,教育领域知识图谱是智慧教育的基石,教育智能化离不开教育知识图谱。自适应学习是教育信息化2.0的伟大探索,是教育智能化的前沿工作。因此提出了基于知识图谱的自适应学习系统构建方法,并初步构建自适应学习系统,
2、这为准确把握学习者的学习进度及学习情况、满足学习者个性化学习需要提供支撑。关键词:自适应学习;知识图谱;学习系统0 引言科学技术的发展使人类逐步步入现代化,而现代化让信息的传播更为快速,也正因此,让我们与互联网的联系越来越密切。实现高效的学习成为我们需要解决的问题,传统的“你听我讲”的学习方式的弊端日益凸显。在当今的信息化时代,在线学习将会成为今后的一种非常重要的学习方式,在线学习是一种不受时间约束的学习方式,学习者只需一台计算机即可进行自主学习。它属于数字化学习,但同时也具有自身的独特价值,即学习者的学习场所更加广泛而不只是局限在教室里或者是书桌前。将互联网技术与学习结合起来将成为一种理想的
3、、高效的学习方式,越来越多的互联网技术应用到教育领域也更加推动了教育信息化的发展。1 相关技术研究Google 在 2012 年提出了知识图谱的概念。一般认为,知识图谱以实体或者属性作为结点,实体间的关系或者属性值作为链接的网络结构,形成了一种强关联性的、复杂的、结构化的知识库,是语义网的一种。按照其应用领域和覆盖范围不同分为两类,分别是通用知识图谱和领域知识图谱。知识图谱内容一般是三元组提供的,形如:,)(,headtailGEntRel Ent=其中 G 是关系三元组,headEnt是三元组中的头实体,tailEnt是三元组中的尾实体,Rel 是头实体与尾实体间的关系,知识图谱蕴含大量相互
4、关联的三元组信息。自适应学习系统是指学习系统在使用的过程中,自适应学习强调学习者之间的不同学习特征,依靠大数据技术和人工智能对学习特征数据进行分析,从而对学习者进行贴标签,再根据学习者的自身学习习惯和学习特征的数据信息和学习者的标签,自动的调整学习者的学习顺序、学习方法、学习约束、学习资源等,使得最终的学习路径与学习者的特征相适应,得出学习者的最佳学习路径。2 系统模型设计实现在线学习系统需要用大人工智能和大数据技术的支持,参考 ALEKS 自适应学习平台,本系统的模型框架如图 1 所示。自适应学习系统是由学习者模型、知识模型、自适应引擎和交互界面模型构成的。学习者模型是一种用来表征学习者当前
5、学习特征和学习行为的数据结构,可以反映出学习者的个体特征学习习惯、学习特征以及认知能力,本文按照GB/T29805-2013信息技术学习、教育和培训学习者模型来进行学习者模型图 1自适应学习模型框架72|电子制作2023 年 7 月软件开发的搭建。知识模型是实现自适应学习的关键一步,为自适应学习系统提供知识库,以课程知识为中心构建知识图谱,涵盖课本所有知识点的同时包括部分网络教学资源,在学习课本的同时可以灵活的学习课程以外的知识点,扩大知识面。自适应引擎是实现个性化学习的核心。一方面根据学习者学习特征和知识模型结构,进行学习内容的推送和学习顺序的调整,通过交互界面展示给学习者,另一方面自适应引
6、擎会依据学习者的上一阶段的学习情况对知识模型和学习者模型进行数据更新。界面交互模型是系统的人机交互功能,学习者可以将学习需求和学习进度反馈到系统之中。该模型既可以将自适应引擎基于推送的学习资源展现到学习者眼前,方便学习者进行学习,又可以使管理者进行管理。3 系统功能实现与设计 3.1 数据库设计知识图谱是以图结构来进行数据表示的,而图关系数据库的关系、节点、属性三种元素,与知识图谱的实体-关系-实体结构恰好相互对应,所以将教育知识图谱中的数据按照图的结构来进行储存。在众多的图数据库中功能最强的是 Neo4j 图形数据库,利用 Neo4j 作为知识图谱的数据管理系统。学习者的个人信息和人机交互信
7、息等结构化数据选择 SQLSever 进行存储。Neo4j 和 SQLSever 两种数据库中分别存储知识点关联信息和学习者信息,这些信息将会被用于知识图谱的更新,个性化学习路径的规划与改善等方面,也会用于后期完善和对系统的再次开发之中。其中 Neo4j 中存储的是数据库系统概论之中的知识点以及关联信息,如图 2 所示。SQLSever 主要存储学习者信息和人机交互信息主要数据表设计如下:(1)sign 表:可以查看用户签到的时间等信息。表1sign表字段名数据类型长度允许Null值主键学习者idInt15是否用户名Varchar20是否日期dateNull是否(2)user 表:可以查看用户
8、的个人信息。表2user表字段名数据类型长度允许Null值主键学习者idint15否是用户名varchar20否否密码varchar20是否性别varchar1是否电话号码varchar11是否生日dateNull是否电子邮箱varchar15是否社交账号varchar15是否注册时间dateNull否否测试名称varchar30是否测试成绩int8是否图 2数据库系统概论部分知识图谱展示wwwele169com|73软件开发(3)test 表:用于设置考试测评界面的。表3test表字段名数据类型长度允许Null值主键测试名称varchar30否是测试题avarchar60是否测试题bvarc
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