CN112148805A - 一种知识图谱系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属教育和测量方法技术领域，涉及一种教学用知识图谱系统，所述系统包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据库管理模块和应用与可视化模块。本发明的知识图谱系统，能使教学更加智能化，为学生提供个性化规划学习路径、推荐题目，具备精准度高、用户体验好以及有效提升老师授课效率等有益效果。本发明的知识图谱系统能更好的解决在线教育学生和老师匹配问题，提高老师的授课效率和学生的学习效率。

Description

一种知识图谱系统
技术领域
本发明属教育和测量方法技术领域，涉及一种教学用知识图谱系统。所述系统包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据库管理模块和应用与可视化模块。本发明的知识图谱系统能有效的解决在线教育学生和老师匹配问题，提高老师的授课效率和学生的学习效率，
背景技术
教育决定着一个国家和民族的未来，寄托着家庭的憧憬与希望。在线教育是教育与移动互联网深度融合的产物。随着终身教育的理念被广泛认可，在线教育成为了人们满足教育培训需求的重要方式之一。
然而在建立以学习者为中心的教育环节过程中，在线教育平台在精准评估学习效果、个性化定制教学内容、智能化分析教学过程等方面尚存在着困难和挑战，亟待优化改进。
现有技术中，如，在线教育1对1的场景中，由于老师的教学经验，教学水平参差不齐，对知识点的理解程度也有很大差异；不同地区的学生接受的教学内容和考试大纲也很不同。由于这些客观条件的限制，有关老师在精力有限的情况下，很难保证对每一个学生的教学质量；或者为了提高教学质量，该些老师个人不得不付出大量精力完成备课选题，学生学情记录等工作；同时由于不同老师对教学的不同理解，这些经验很难在教师群体中传播。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种能用于教学的知识图谱系统，使有效的用于全面反映各类知识点间的内在联系，基于此可以为学生个性化规划学习路径，个性化推荐题目，并具备精准度高、用户体验好以及有效提升老师授课效率等有益效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种教学用知识图谱系统，所述系统包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据库管理模块和应用与可视化模块。本发明的知识图谱系统能有效的解决在线教育学生和老师匹配问题，提高老师的授课效率和学生的学习效率，
具体的，本发明所要解决的技术问题有：(1)在线教育平台没有完整的且能适应不同地区教学的知识点体系；(2)大多数老师对所有学生采取一刀切的教学内容，无法满足学生真正的学习需求，教学效果低下；(3)少部分优质老师根据学生学习情况为每个学生准备个性化的上课内容和题目，这能保证教学质量但却极大地消耗了老师有限的时间精力；(4)老师难以全面掌握学生历史的做题情况，对每个知识点的掌握情况；(5)优秀的教学经验无法进行有效传播，被其他老师所使用；(6)在线教育平台无法为老师提供合理的教学建议。
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种知识图谱系统，该系统包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据库管理模块和应用与可视化模块。
其中，所述资源管理模块用于管理原始数据；
所述的原始数据包括知识点及其之间的包含关系、教材目录及其之间的包含关系、课程体系及其之间的包含关系、知识点之间的前后置关系、教材目录和知识点之间的关联关系、课程体系和知识点之间的关联关系、题目和知识点之间的关联关系、学生和老师的有关数据；
所述数据挖掘模块用于对资源管理模块中的原始数据进行挖掘；
进一步地，挖掘的关系包括题目之间的相似关系、学生对题目的答题记录、学生对知识点的掌握度、老师和学生间的授课关系，等；
所述图数据管理模块采用图数据的形式管理资源管理模块和数据挖掘模块所得的各类数据；
进一步地，所述图数据管理模块是将资源管理模块和数据挖掘模块的数据进行结构化整理之后，以节点和关系的形式存储在图数据库中，利于之后的增加、删除、改动、查询等操作；进一步地，这些整理后的数据关系称为知识图谱；
所述应用与可视化模块，是基于图数据管理模块所构建的知识图谱，提供基本的查询接口，支持在线教育各场景的图谱可视化和数据查询、题目推荐、路径规划等应用。
通过本发明的知识图谱系统实践使用，结果显示：(1)本发明的系统能有效的将各端数据整理和挖掘之后以知识图谱的形式进行组织，便于教学智能化的各项应用；(2)本发明的系统能够使教研人员和算法人员更好地配合，完成知识图谱的构建，易于维护(教研人员主要使用资源管理模块，算法人员主要使用数据挖掘模块)；(3)本发明的系统能够即时记录不同学生的学习情况，并相应地给出教学建议，适应性好。
本发明提供了一种教学用知识图谱系统，通过采用有关管理模块，该知识图谱系统能有效的解决在线教育学生和老师匹配问题，提高老师的授课效率和学生的学习效率，能使教学更加智能化，为学生提供个性化规划学习路径、推荐题目，具备精准度高、用户体验好以及有效提升老师授课效率等有益效果。
附图说明
图1为本发明的知识图谱系统的模块结构示意图。
下面将结合附图1介绍本发明的具体实施例。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施方式
实施例1采用知识图谱系统进行教学管理
如图1所示的知识图谱系统的原理示意图，采用包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据管理模块和应用与可视化模块的知识图谱系统进行教学管理，
其中，对于资源管理模块，此模块根据不同的用户权限，开放不同范围的数据，满足用户对数据的增删改查等操作；
具体地，包括教研老师能够通过此模块维护知识点、教材目录、课程体系、题目等数据；班主任能够通过此模块维护学生数据；师资管理人员能够通过此模块维护老师数据；特别地，通过此模块，教研老师可以给题目打上不同的标签，同时还可以基于标签和题干对题目进行搜索；
对于数据挖掘模块，算法人员在此模块中对资源管理模块中的原始数据进行挖掘；
挖掘的关系包括但不限于利用NLP(Natural Language Processing)挖掘题目之间的相同/相似关系；挖掘题目和知识点之间的关联关系；根据学生在各场景下的答题记录挖掘学生能力值和对知识点的掌握程度；根据老师和学生历史上课记录挖掘潜在的授课模式；
对于图数据管理模块，包括图数据写入和更新两个子模块；
由于教学场景可以抽象出知识点、教材目录、课程体系、题目、学生、老师等7类实体，而资源管理模块和数据挖掘模块所得的数据恰好对应该7类实体以及实体间关系的属性值；于是图数据写入的子模块将整理后的数据写入图数据库neo4j中，以此构建知识图谱；
其中，图数据更新的子模块对资源管理模块和数据挖掘模块中的数据进行实时监测，一旦发现被检测的数据有所更新，图数据库中的数据能相应地进行更新；
对于应用与可视化模块，工程开发人员基于图数据管理模块所构建的知识图谱，提供基本的数据查询接口；
在图谱可视化上，使用者能够对知识图谱现有的节点和关系进行快速查询，更直观清晰，同时也能更准确得维护知识图谱现有数据；学生对知识点掌握度的接口提供到老师端和学生端，在学习中心一栏进行呈现，便于学生及时了解自身学习情况，便于老师全面了解学生学情；
基于知识图谱衍生的智能化应用，例如题目推荐，应用到学生课前预习，课中练习，课后作业等和题目相关的场景中，使学生更有针对性地进行做题；路径规划接口是另一例基于知识图谱的智能应用，基于学生学习情况规划学生学习知识点的先后顺序，并将建议给到授课老师，有效减轻老师备课压力，提高学习效率。
经实践使用，显示本发明的知识图谱系统能有效的将各端数据整理和挖掘之后以知识图谱的形式进行组织，便于教学智能化的各项应用；能够使教研人员和算法人员更好地配合，完成知识图谱的构建，且易于维护；能够即时记录不同学生的学习情况，并相应地给出教学建议，适应性好。

Claims (6)

1.一种知识图谱系统，其特征在于：包括资源管理模块、数据挖掘模块、图数据库管理模块和应用与可视化模块。
2.如权利要求1所述的知识图谱系统，其特征在于：所述的资源管理模块用于管理原始数据；所述原始数据包括知识点及其之间的包含关系、教材目录及其之间的包含关系、课程体系及其之间的包含关系、知识点之间的前后置关系、教材目录和知识点之间的关联关系、课程体系和知识点之间的关联关系、题目和知识点之间的关联关系、学生和老师的数据。
3.如权利要求1所述的知识图谱系统，其特征在于：所述的数据挖掘模块用于对资源管理模块中的原始数据进行挖掘；所述挖掘的关系包括题目之间的相似关系、学生对题目的答题记录、学生对知识点的掌握度、老师和学生间的授课关系。
4.如权利要求1所述的知识图谱系统，其特征在于：所述的图数据库管理模块用图数据的形式管理资源管理模块和数据挖掘模块所得的各类数据。
5.如权利要求4所述的知识图谱系统，其特征在于：所述的图数据库管理模块将资源管理模块和数据挖掘模块的数据进行结构化整理后，以节点和关系的形式存储在图数据库中，用于之后的增加、删除、改动、查询操作。
6.如权利要求1所述的知识图谱系统，其特征在于：所述的应用与可视化模块，是基于图数据管理模块所构建的知识图谱，提供基本的查询接口，支持在线教育各场景的图谱可视化和数据查询、题目推荐、路径规划应用。
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