CN117575862A - 一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法及系统 - Google Patents

一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法及系统，属于计算机科学与技术领域，包括：基于建筑实训技能的目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目，构建建筑实训知识图谱；基于建筑实训知识图谱，通过获取学生在实训中的态度和表现情况，对学生进行客观评价，获取学生的实际实训情况；基于建筑实训知识图谱和实际实训情况，对学生的期末建筑实训进行综合评价，生成学生的实训情况画像和评语，其中，评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况和实训过程中的表现。本发明实现差异化实训指导与评价，提高了实训指导的效率、质量和智能性。

Description

一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机科学与技术领域，具体而言，涉及一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法及系统。
背景技术
高职学生建筑实训指导的意义在于促进学生能力发展、提高实践能力、优化教学方法和内容、为就业提供参考、促进行业发展等方面，对学生个人和社会都具有重要作用。高职学生建筑实训能力指导主要包括以下几个方面：(1)基础知识和技能：指导学生在建筑实训中所展现的基础知识和技能。这包括对建筑材料、建筑构造、建筑工艺等方面的理解和掌握程度，以及相关的测量、绘图、施工等技能的熟练程度。(2)实际操作能力：指导学生在建筑实训中的实际操作能力。这包括对建筑工具和设备的正确使用、对建筑施工流程的熟悉和掌握、对建筑施工现场的管理和组织能力等。(3)解决问题能力：指导学生在建筑实训中解决问题的能力。这包括对实际问题的分析和解决能力、对施工过程中出现的问题的处理能力、对建筑设计方案的改进和优化能力等。(4)团队合作能力：指导学生在建筑实训中与他人合作的能力。这包括与团队成员的沟通和协作能力、分工合作的能力、解决团队冲突的能力等。(5)安全意识和管理能力：指导学生在建筑实训中的安全意识和安全管理能力。这包括对施工现场安全规范的遵守、对危险因素的识别和控制能力、对安全事故的应急处理能力等。
目前对学生实训指导，千人一面，未能根据学生的学习特点而开展针对性实训。对学生实训指导未能形成从数据收集，实训辅助实施以及评价分析的全过程自动闭环。在开展高职建筑实训上教师人工参与程度较大，获取的评价数据来源较为有限，采用的评价手段和评价内容依赖于教师的个人经验，缺乏科学的评价依据和评价模型，评价学生的实训不够精准与全面。此外，未能结合高职建筑实训知识体系作为基础数据对学生实训情况进行动态调整。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是设计一个基于知识图谱的学生个性化实训指导技术，以建筑实训知识图谱为依托，构建具有自适应的学生实训实施方法，实现从数据收集、实施到分析的智能闭环。
为了实现上述技术目的，本申请提供了一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，包括以下步骤：
基于建筑实训技能的目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目，构建建筑实训知识图谱；
基于建筑实训知识图谱，通过获取学生在实训中的态度和表现情况，对学生进行客观评价，获取学生的实际实训情况；
基于建筑实训知识图谱和实际实训情况，对学生的期末建筑实训进行综合评价，生成学生的实训情况画像和评语，其中，评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况和实训过程中的表现。
优选地，在对目标点配置不同难度的实训项目的过程中，对实训项目的难度配置低、中、高三个难度系数；
基于配置了难度系数的实训项目，通过对不同种类的实训项目进行实施时间安排，并为每种实训项目类型配置3种不同难度的实训项目指导资料，同时设置每个不同难度的实训项目的组内限制人数要求，对目标点进行实训项目配置。
优选地，在对学生进行客观评价的过程中，基于学生的出勤次数和历史实训成绩，通过获取实训项目的组内限制人数要求，对学生进行实训安排，并根据学生在实训中的实训分数和实训知识点掌握程度，依据建筑实训知识图谱，对学生进行客观评价。
优选地，在获取历史实训成绩的过程中，历史实训成绩表示为：
其中，n为已经完成的实训数，fsi为学生s在第i个历史实训项目的得分，ci为fsi分数的权重。
优选地，在对学生进行实训安排的过程中，根据历史实训成绩h(s)的值，通过映射函数得到学生s其在做第n+1个项目的难度系数应为：
根据当前时间t和d(s)n+1值，指导学生开展实训的指导资料Z，若学生首次使用，则默认使用难度为中等实训项目。
优选地，在获取实训分数的过程中，采集学生完成实训项目的视频，与预存的目标实训效果进行匹配，获取实训分数，其中，匹配的过程包括：
预处理：对视频中的每一帧图片进行预处理，包括图像降噪和尺寸调整操作；
特征提取：在不同尺度和方向上视频帧图片和预设图片集中的极值点，并计算这些点的局部特征描述子，来提取图像中的关键点；
特征匹配：通过计算视频帧图片的特征点与预设图片集的特征描述子之间的距离，找到最相似的匹配点；
相似度计算以及评估：根据匹配到的特征点，通过计算Sim值来获得视频帧图片与预设图片集之间的相似度，其中，Sim值表示为：
其中，j表示预设目标图片集中的图片序号，i表示特征点的序号，p表示视频帧的序号，Vp为第p张视频帧图片特征点向量，Gj为预设图片集第j张图片的特征点向量，m表示预设目标图片集中图片的总数量，n表示特征点的总数量，u表示视频的总帧数；
匹配度评估：Sim的值越大，说明视频帧图片与预设图片集的匹配度越高，学生的实训完成结果越好，如果Sim值低于阈值，说明实训结果不理想，根据Sim值，获取学生的知识点技能掌握程度，其中，阈值的确定是通过分析已有数据集中的相似性分布来获取。
优选地，在获取学生的实际实训情况的过程中，基于项目难度系数，对学生在项目中获取的由学生在实训中的实训分数和实训知识点掌握程度生成的实训分数，进行调整，生成最终得分，用于反映学生的实际实训情况。
优选地，在对学生的期末建筑实训进行综合评价的过程中，综合评价分数表示为：
其中a1,a2,a3分别为平时实训成绩、考勤成绩和期末项目实训成绩的权重。
本发明公开了一个基于知识图谱的学生个性化实训指导系统，包括：
知识图谱构建模块，用于基于建筑实训技能的目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目，构建建筑实训知识图谱；
实训情况评价模块，用于基于建筑实训知识图谱，通过获取学生在实训中的态度和表现情况，对学生进行客观评价，获取学生的实际实训情况；
期末综合评价模块，用于基于建筑实训知识图谱和实际实训情况，对学生的期末建筑实训进行综合评价，生成学生的实训情况画像和评语，其中，评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况和实训过程中的表现。
优选地，知识图谱构建模块用于对实训项目的难度配置低、中、高三个难度系数；基于配置了难度系数的实训项目，通过对不同种类的实训项目进行实施时间安排，并为每种实训项目类型配置3种不同难度的实训项目指导资料，同时设置每个不同难度的实训项目的组内限制人数要求，对目标点进行实训项目配置。
本发明公开了以下技术效果：
本发明实现差异化实训指导与评价，提高了实训指导的效率、质量和智能性：通过对不同学生在不同实训项目中的效果评价，修正其后面实训项目的难度，此过程为动态过程，既涉及学生实训路径的动态变化，也涉及学生实训效果的评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，针对现有职业教育的建筑实训指导方式缺乏智能性与体系性，未能针对不同学生学习能力差异开展针对性的指导，开展实训的质量依赖于教师的经验，实训方式呈现粗放式，未能体现出精细化过程的技术问题，本发明提出了一个基于知识图谱的用于学生个性化实训指导的技术方案，本发明以实训知识图谱为依托，建立不同难度的实训项目，通对学生在实训中的累积表现评价，动态调整其实训项目，给出其实训能力画像。
本发明属于全过程闭环的个性化实训指导方法：以实训知识图谱为基础，实训指导台为硬件实施载体，动态获得学生实训结果，动态给出适合其特点的实训项目，生成学生实训技能掌握知识图谱，具体包括如下过程：
1.基于知识图谱的实训的项目生成：构建建筑实训知识图谱，根据实训技能目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目。
对实训项目难度设置配置低、中高的难度系数d1＝0.8,d2＝0.9和d3＝1。
以下三个参数配置用于辅助开展实训的管理，其中，
k种类型实训项目的实施时间安排为：T1...Tk；
为每种实训项目类型配置3种不同难度的实训项目指导资料为：Z11,Z12,Z13,...,Zk1,Zk2,Zk3；
每个不同难度的实训项目的组内限制人数要求为：N11,N12,N13,...,Nk1,Nk2,Nk3。
2.学生建筑实训的数据智聚：收集学生实训态度和表现，给出每次实训效果的辅助评价,主要步骤如下：
(2.1)通过实训指导台上的摄像头自动捕捉学生的出勤次数；
(2.2)计算学生s的历史实训成绩：
其中，n为已经完成的实训数，n为已经完成的实训总数，fsi为学生s在第i个历史实训项目的得分，ci为fsi分数的权重。
根据h(s)值，通过映射函数得到学生s其在做第n+1个项目的难度系数应为：
根据当前时间t和d(s)n+1值，在实训指导台显示屏上展示指导学生开展实训的指导资料Z。若学生首次使用，则默认使用难度为中等实训项目。
(2.3)如果实训项目组内限制人数Nix＝1，则实训指导台允许一个学生进行实训，如果Nix大于1，则编排一组具有相同学习程度的学生一起进行实训。
(2.4)对于第i个实训项目，学生s在实训操作台上的完成作品被摄像头记录采集，与预存的目标实训效果进行匹配，根据匹配度来给出参考实训分数Sim(s)i以及实训知识点掌握图，实训指导老师给出最终实训分数f(s)i，在操作台的可触摸屏上直接录入成绩，系统根据项目难度系数对最终分数进行调整为d(s)i*f(s)i。
(2.5)根据实训知识图谱和实际实训项目情况，自动生成实训评语，评语中指出学生实训技能的强项与不足。
3.学生建筑实训的智综评价：对学生期末建筑实训进行综合评价，评价分数为：
其中a1,a2,a3分别为平时实训成绩、考勤成绩和期末项目实训成绩的权重。根据实训知识图谱和实际实训情况，自动生成学生实训情况画像和评语。评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况、实训过程中的表现等。
下面对2.4步中的学生实训效果视频与教师预设目标实训效果匹配算法：
(1)预处理。循环对视频中的每一帧图片进行预处理，包括图像降噪、尺寸调整等操作，以便与预设目标图片集进行相似度比较。
(2)特征提取。在不同尺度和方向上视频帧图片和预设图片集中的极值点，并计算这些点的局部特征描述子，来提取图像中的关键点。
(3)特征匹配。通过计算视频帧图片的特征点与预设图片集的特征描述子之间的距离，找到最相似的匹配点。
(4)相似度计算以及评估：根据匹配到的特征点，通过计算Sim值来获得视频帧图片与预设图片集之间的相似度：
其中，j表示预设目标图片集中的图片序号，i表示特征点的序号，p表示视频帧的序号，Vp为第p张视频帧图片特征点向量，Gj为预设图片集第j张图片的特征点向量，m表示预设目标图片集中图片的总数量，n表示特征点的总数量，u表示视频的总帧数。
(5)匹配度评估。Sim的值越大，说明视频帧图片与预设图片集的匹配度越高，学生的实训完成结果越好。如果Sim值低于阈值，说明实训结果不理想。根据Sim值构建学生的知识点技能掌握匹配图。其中，阈值的确定是通过分析已有数据集中的相似性分布来获取。
本发明实现了差异化实训指导与评价，提高了实训指导的效率、质量和智能性：通过对不同学生在不同实训项目中的效果评价，修正其后面实训项目的难度，此过程为动态过程，既涉及学生实训路径的动态变化，也涉及学生实训效果的评价。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于建筑实训技能的目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目，构建建筑实训知识图谱；
基于建筑实训知识图谱，通过获取学生在实训中的态度和表现情况，对所述学生进行客观评价，获取所述学生的实际实训情况；
基于所述建筑实训知识图谱和所述实际实训情况，对所述学生的期末建筑实训进行综合评价，生成所述学生的实训情况画像和评语，其中，评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况和实训过程中的表现。
2.根据权利要求1所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在对目标点配置不同难度的实训项目的过程中，对实训项目的难度配置低、中、高三个难度系数；
基于配置了难度系数的实训项目，通过对不同种类的实训项目进行实施时间安排，并为每种实训项目类型配置3种不同难度的实训项目指导资料，同时设置每个不同难度的实训项目的组内限制人数要求，对所述目标点进行实训项目配置。
3.根据权利要求2所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在对学生进行客观评价的过程中，基于所述学生的出勤次数和历史实训成绩，通过获取所述实训项目的组内限制人数要求，对学生进行实训安排，并根据学生在实训中的实训分数和实训知识点掌握程度，依据所述建筑实训知识图谱，对所述学生进行客观评价。
4.根据权利要求3所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在获取历史实训成绩的过程中，所述历史实训成绩表示为：
其中，n为已经完成的实训数，fsi为学生s在第i个历史实训项目的得分，ci为fsi分数的权重。
5.根据权利要求4所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在对学生进行实训安排的过程中，根据历史实训成绩h(s)的值，通过映射函数得到学生s其在做第n+1个项目的难度系数应为：
根据当前时间t和d(s)n+1值，指导学生开展实训的指导资料Z，若学生首次使用，则默认使用难度为中等实训项目。
6.根据权利要求5所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在获取实训分数的过程中，采集所述学生完成实训项目的视频，与预存的目标实训效果进行匹配，获取所述实训分数，其中，匹配的过程包括：
预处理：对视频中的每一帧图片进行预处理，包括图像降噪和尺寸调整操作；
特征提取：在不同尺度和方向上视频帧图片和预设图片集中的极值点，并计算这些点的局部特征描述子，来提取图像中的关键点；
特征匹配：通过计算视频帧图片的特征点与预设图片集的特征描述子之间的距离，找到最相似的匹配点；
相似度计算以及评估：根据匹配到的特征点，通过计算Sim值来获得视频帧图片与预设图片集之间的相似度，其中，Sim值表示为：
其中，j表示预设目标图片集中的图片序号，i表示特征点的序号，p表示视频帧的序号，Vp为第p张视频帧图片特征点向量，Gj为预设图片集第j张图片的特征点向量，m表示预设目标图片集中图片的总数量，n表示特征点的总数量，u表示视频的总帧数；
匹配度评估：Sim的值越大，说明视频帧图片与预设图片集的匹配度越高，学生的实训完成结果越好，如果Sim值低于阈值，说明实训结果不理想，根据Sim值，获取学生的知识点技能掌握程度，其中，阈值的确定是通过分析已有数据集中的相似性分布来获取。
7.根据权利要求6所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在获取学生的实际实训情况的过程中，基于项目难度系数，对所述学生在项目中获取的由所述学生在实训中的实训分数和实训知识点掌握程度生成的实训分数，进行调整，生成最终得分，用于反映所述学生的实际实训情况。
8.根据权利要求7所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导方法，其特征在于：
在对学生的期末建筑实训进行综合评价的过程中，综合评价分数表示为：
其中a1,a2,a3分别为平时实训成绩、考勤成绩和期末项目实训成绩的权重。
9.一个基于知识图谱的学生个性化实训指导系统，其特征在于，包括：
知识图谱构建模块，用于基于建筑实训技能的目标点，配置与之对应的具有不同难度的实训项目，构建建筑实训知识图谱；
实训情况评价模块，用于基于建筑实训知识图谱，通过获取学生在实训中的态度和表现情况，对所述学生进行客观评价，获取所述学生的实际实训情况；
期末综合评价模块，用于基于所述建筑实训知识图谱和所述实际实训情况，对所述学生的期末建筑实训进行综合评价，生成所述学生的实训情况画像和评语，其中，评语内容包括实训成绩、实训项目的完成情况和实训过程中的表现。
10.根据权利要求9所述一个基于知识图谱的学生个性化实训指导系统，其特征在于：
所述知识图谱构建模块用于对所述实训项目的难度配置低、中、高三个难度系数；基于配置了难度系数的实训项目，通过对不同种类的实训项目进行实施时间安排，并为每种实训项目类型配置3种不同难度的实训项目指导资料，同时设置每个不同难度的实训项目的组内限制人数要求，对所述目标点进行实训项目配置。
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