普通高中生物学知识图谱驱动的学科教学智能化改造

摘要

传统课堂基于班级授课制,存在低效操练,缺乏个性,师生负担重等问题。本研究构建了以核心素养为导向、基于知识图谱的高中生物学智适应学习系统,通过教学资源的智能化重组赋能教育教学,探索人机协同教学新模式,减负增效,实现大规模的因材施教。本研究将生物学新课标中所有知识点和核心素养要求解构形成知识图谱,支持计算机的推理和计算,匹配开发了15305个微课、动画、试题等资源积件并科学标注,基于知识路径矩阵模型、学习者画像和教学策略模型,构建了生物学智适应学习系统。基于人机协同教育理念,探索了传统课堂融合智能技术的嵌入式、诊断补偿式等教学模式。研究成果先后在150多所高中、4万余名学生中进行了6年实践。实证表明,该系统可赋能教学,实现学习过程可视化、学情诊断精准化、学习资源推送个性化等,减少学生无效操练,提升学习效率,为教师备课和个别辅导提供智能支持;同等学习强度下,学生学业水平考试成绩显著提升;研究形成的生物学领域知识图谱构建技术和推荐算法在物理、数学等学科得到广泛推广。