运用知识图谱促进高中生深度学习的策略研究

［摘  要］ 部分学生缺乏复习总结的习惯，导致事倍功半，而知识图谱能够将知识点组合，形成结构网络. 文章通过研究知识图谱在高中数学复习课教学中的应用，呈现知识图谱在梳理整合知识方面的重要作用，以期促进学生的深度学习.

［关键词］ 知识图谱；深度学习；复习课

■ 问题的提出

《普通高中数学课程标准（2017年版2020年修订）》对学生的学习水平、学习目标、学习能力等提出了更高的要求，不难看出教育对学生的要求不再停留在简单的低阶认知上，这说明当今的教育改革注重的是对学生综合能力的培养和实践能力的提升，而深度学习正是促进学生全面发展的方式之一，未来学生的学习方式将逐步从被动的接受学习向高级的深度学习转变［1］.

高中数学的逻辑性较强，知识点分布零散，学生较难处理综合性问题，再加上大部分学生缺乏整合知识的观念，很难建构自己的学科知识结构，长此以往，学生的思考和创新能力就会停滞不前. 由此可知，无论是传统教学还是现代教学，都需要对学科知识点的相互关系进行分析. 知识图谱是一种新兴信息管理手段，其可视化技术展示了知识点的分布情况及其相互关系，这样就可以帮助学生建构起知识间的联系. 基于此，本文主要探讨如何将知识图谱运用于高中数学课堂教学中，以提升学生的深度学习能力.

■ 理论基础

1. 知识图谱概述

知识图谱（Knowledge Graph）是谷歌公司在2012年提出的一个概念，其目的是提高搜索引擎的性能，帮助用户获得更好的搜索体验［2］. 比如用谷歌搜索某个伟人，会呈现出与他相关联的一些人物、事件等，用户就可以根据这些信息和数据来全方位了解这位伟人，这利用的正是知识图谱的信息组织功能.

在教育领域，知识图谱常常作为一种工具用来分析某个领域的研究情况，帮助学者了解学科的基本知识和发展情况，推进教学新模式的探索和知识的高效利用. 例如崔京菁等人以知识图谱为依据创建了“翻转课堂”教学模式，提高了教学成效［3］；余胜泉等人基于知识图谱开发了“AI好老师”育人助理系统，帮助教师提升育人能力［4］；郭琴芳构造了初中数学题目知识图谱，有力辅助教师的课堂教学［5］；蒲菲创建了小学二年级数学的知识图谱，帮助教师及时诊断学生学习过程中存在的困难，在此基础上实行有针对的教学［6］. 这说明知识图谱是一种能够及时诊断学生知识水平的有效手段.

通过查阅文献可知，近三年来越来越多的学者尝试将知识图谱引入教育领域，不过与其他领域的知识图谱的构建和应用相比，知识图谱在教育领域的应用范围较小，还有很大的研究空间.

2. 深度学习概述

深度学习（Deep Learning）源于机器学习领域，把它的概念迁移到教育领域中，可以给教学理论与实践一些重要启示. 国外学者弗伦斯·马顿与罗杰·萨尔桥最早提出了深度学习的概念，他们通过实验发现，学生在学习过程中会依据不同的学习需求选择不同的信息处理方法［7］. 国内则是在2010年后才逐步引起学者们的重视，成为课堂教学的一种教学理念. 黎加厚等人认为，深度学习是指学习者在理解的基础上，批判性地学习新知识，并能够将现有知识迁移到新的情境中，从而做出决定并解决问题的学习［8］；张浩等人在文章中将深度学习界定为积极的、批判性的有意义学习［9］；龚妍静以SOLO分类理论为评价框架，构建了深度学习的评价标准，为评价高中生的深度学习提供了方法［10］.

面向核心素养改革的深度学习，解决了“培养什么样的人”这一问题，回归到了学习的本质，而知识图谱则有利于学生深入思考，凸显学生的主观能动性，强化学生的学习体验，提升学生的批判性思维，更好地实现深度学习.

■ 知识图谱用于教学过程的优势

1. 转变思维模式，培育创新型人才

培养学生的创造性思维，需要打破学生一贯的解决问题的程式. 高中生在学习中容易形成思维定式，而知识图谱可以利用选择节点和建构关联的方式，将零散的知识点串联起来，形成“小知识框架”，便于学生按照知识点的关联关系进行学习. 更重要的是，它可以让学生从宏观的角度把握知识的来龙去脉，重新组合既定的感觉体验，不断地追本溯源，这有利于学生发散思维的培养和问题解决能力的提升.

2. 强化逻辑推理能力，培养高阶思维

目前国内大多数课堂采用的还是“题海战术”和“灌输式教育模式”，长期采用类似的教学方式，学生的逻辑推理能力只会下降. 而“知识图谱建构学习法”是提高逻辑思维能力的有效工具，它巧妙运用阅读、记忆以及思维的规律，通过图文结合的方式，用层级图把数学中的各主题间的关系表示出来，既可以提升学习深度，又可以强化学生的逻辑推理能力.

3. 提高学生的学习效率，提升学习效果

在以往的教育模式下，教师如果想要了解学生掌握知识的状况，就要针对每一个知识点出题，这样做的结果就是耗时耗力，学生的作业时间被大大延长了. 其实学生可能对80％的知识点都已经熟练掌握了，只剩下20％的知识点还较为生疏，需要加强训练. 如果要找出那些生疏的知识点就需要花费大量的时间，而知识图谱可以将章与章、节与节的知识点完整地展现出来，学生对照着查漏补缺，哪个模块不会就针对它学习，可以有效地避免重复“刷题”.

■ 运用知识图谱促进高中生深度学习的教学策略

1. 复习课中运用知识图谱的可行性分析

在高中数学课堂上，学生普遍比较安静，缺乏与教师的互动. 从学生的年龄层面来看，他们正处于青春期，是强烈表达个人想法的时期，那么高中生为什么会在课堂上如此沉默寡言呢？这是由他们独特的心理特点所决定的. 一方面，部分学生在初中阶段没有打好基础，导致他们对数学有畏难情绪. 另一方面，学生虽然已经掌握了单个知识点，但还没有把握好数学学科的整体知识结构和内在逻辑，就好像是学生已经拥有成堆的砖，却无屋可建.

为了改变这种状况，教师应该转变教学方式，尝试着将知识图谱融入高中数学复习课中. 复习课不同于新授课，它的教学内容不再是对新知识的简单重复和加强记忆，而是一种将分散的、相关联的知识进行意义构建的过程. 因此，复习课的本质是通过学生主动构建知识来理清知识间的关系.

在复习课上，学生可以在课前预习时自主绘制章节的知识图谱，课上根据教师的评价，再修改完善. 或者在上课的过程中，学生在教师的引导下用笔绘制出章节知识图谱. 通过这两种教学方式，学生将模糊的概念与公式结构化、清晰化，达到主动参与知识凝练过程的目的，促进知识的正迁移.

2. 运用知识图谱的复习课教学流程

著名教育家戴维·梅瑞尔提出，第二代教学设计应当以问题为中心进行设计，问题就像是鱼饵，你不知道什么样的鱼会上钩［11］. 从这个视角出发，建立新的复习课教学模式，就需要这种问题型“鱼饵”. 位于知识图谱中心的主题就像是一个大鱼饵，学生可以据此发挥自己的想象. 学生冒出的想法，无论是一针见血的，还是不着边际的，都是一种收获.

融入知识图谱后的教学模式，教师不再是讲述者，而是变成了指导者和评价者. 教师活动逐渐变得丰富起来，例如划分小组，分配任务，对学生活动进行巡视、指导和评价等. 学生也不再是被动回答问题，而是积极主动参与小组讨论，一点点回顾知识，亲手绘制知识图谱，构建属于自己的知识结构.

3. 案例分析

案例 “对数运算与对数函数”复习课模式（节选）.

环节1：分组讨论.

通过团队协作，学生的学习方式得到优化，学习效率也大大提高. 学生若要单独完成知识图谱的绘制，就会耗费大量时间，而小组讨论可以节省许多时间. 让学生在合作探究中理解知识间的逻辑关系，相互之间取长补短，不仅培养了学生的合作意识和学习能力，同时还激发了学生的学习动机.

环节2：提出主题.

教师给出一个复习课的中心主题“对数运算与对数函数”，并给出学习任务，让学生根据这个主题开始思考，整理出和它相关的知识点.

环节3：头脑风暴.

各小组在组内头脑风暴，并选择一人作为记录者，将组员们的想法记录下来，对比优中择优. 此时教师作为巡视员，应当鼓励学生发散思维，形成更多的想法，但不做过多的评价.

环节4：绘制知识图谱.

小组的记录者将上环节组员讨论后的结果进行整理，找出知识间的关联性，进而绘制知识图谱. 在此环节中，教师的角色是指导员、咨询者，在巡视课堂时，如果发现组内讨论有需要，就及时给予建议.

环节5：展示、评价.

各小组派人展示本组的知识图谱，并作阐述，各小组间互相评价，教师作为点评者，对学生绘制的知识图谱做出最后的评价，学生根据评价再对知识图谱进行修改.

从绘制知识图谱的流程来看，学生似乎“退回”到了最原始的手工绘图时期，而著名的数学家华罗庚先生曾说过，“善于‘退’，足够地‘退’，退到最原始而不失去重要的地方，是学好数学的一个诀窍. ”通过这样的手动绘制过程，顺应了高中生的学习心理，既可以提高学生的课堂参与度，又能够让学生对自己所学的知识点有系统性的把握. 随着学生对知识点的熟练度的增长，在后期可以进行对比和模块复习指数函数、对数函数、幂函数等，归纳总结函数部分的题型以及关键点，在知识图谱中加入习题，实现对知识的综合运用的目的，有效推进学生的深度学习.

■ 总结与展望

高中数学是一座宏伟的大厦，学生在学习过程中看到的往往是一块块砖头，却没法理解大厦的结构，而师生共同绘制的知识图谱，是一幅知识的“全景图”，它将知识点间的关联性以图谱的方式可视化显示，学生看图梳理知识，能更好地掌握学习的内容，真正做好“知识存储”的工作. 本文探究了如何将“对数运算与对数函数”的知识点以知识图谱的方式串联起来，并讲述了在复习课中构建知识图谱的具体流程.

综上所述，知识图谱在高中数学课堂中有很大应用价值. 作为一种直观且高效的可视化工具，知识图谱不仅适用于复习课，还适用于习题课、新授课等课型. 教师可以结合具体的教学特点和学情来选择恰当的绘图时机，并设计合理的绘图策略，以增强学生参与数学学习活动的积极性，进一步促进教师的深度教学质量和学生的深度学习水平.

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部. 《普通高中数学课程标准（2017年版2020年修订）》［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 王思思，郭丽君. 基于知识图谱的我国学生评教研究热点分析［J］. 上海教育评估研究，2020，9（03）：63-67+73.

［3］ 崔京菁，马宁，余胜泉. 基于知识图谱的翻转课堂教学模式及其应用——以小学语文古诗词教学为例［J］.现代教育技术，2018，28（07）：44-50.

［4］ 余胜泉，彭燕，卢宇. 基于人工智能的育人助理系统——“AI好老师”的体系结构与功能［J］. 开放教育研究，2019，25（01）：25-36.

［5］ 郭琴芳. 基于知识图谱的初中数学在线学习系统及应用［D］. 西安理工大学，2019.

［6］ 蒲菲. 基于知识图谱的小学二年级数学学习诊断的实证研究［D］. 云南师范大学，2019.

［7］ 李家清，梁秀华. 我国深度教学研究热点、现状与展望——基于CNKI（2000—2017）数据的可视化分析［J］. 教育导刊，2018（07）：25-30.

［8］ 何玲，黎加厚. 促进学生深度学习［J］. 现代教学，2005（05）：29-30.

［9］ 张浩，吴秀娟. 深度学习的内涵及认知理论基础探析［J］. 中国电化教育，2012（10）：7-11+21.

［10］ 龚妍静. 基于SOLO分类理论的初中数学深度学习评价研究［D］. 云南师范大学，2020.

［11］ 爱德华·德博·诺. 六顶思考帽［M］. 冯扬，译. 太原：山西人民出版社，2008.