杜佳慧 刘小丽 张兆钰
鲁东大学教师教育学院 山东省烟台市
[摘 要]近年来，人工智能在教育教学领域进行了广泛的应用，知识图谱技术作为人工智能领域的前沿技术，可以在教学领域的语义检索、在线诊断、智能优化等多个方面产生应用价值，本文对其发展、应用、概念和功能等方面进行探讨。已有的知识图谱技术在医学和法学领域进行了广泛应用，对教师智能助手领域的研究相对较少，本文还将展望未来知识图谱作为教师智能助手的典型应用，对教师进行个性化教学具有重要的借鉴意义。
[关键词]人工智能；知识图谱；智能助手；个性化教学
一、引 言
近年来，随着互联网+人工智能技术在教育领域的广泛应用，机器学习、自然语言处理、大数据等得到迅猛发展。国家在推动的“教育信息化2.0”行动计划明确指出：要将教育资源、技术素养、教育技术等观念进行转变，将工具型思维想人工智能思维进行转变。对此可以看出，人工智能技术的应用是促进教育变革的关键。知识图谱技术作为人工智能技术的重要部分，为教育领域模型构建提供了技术保障。《新一代人工智能发展规划》特别指出，形成涵盖巨大实体的多数据知识图谱，就要重点突破知识加工、深度搜索和可视交互的核心技术，最终形成多源、多学科的图谱特色。
关于教师的智能助手是在教学过程中，能够提供相应的辅助行动来帮助教师完成高效备课、个性化教学的工作。本文主要探讨在前期教学准备工作中，教师可以根据实际教学需求和学生特点，通过参考知识图谱，设计出符合大多数学生学习特性的教学方案。这种教学方案既考虑学生已有的知识水平，也包含了能提升学生兴趣的教学方法，真正开开在教育背景下的个性化教学模式。
二、知识图谱的发展和应用
王勇（2019）在文中指出，知识图谱在知识工程中经过了一系列的演化过程。在20世纪60年代，通过语义网络来表示事物之间的关系，但是在表示知识的规范性方面还存在不足。20世纪80年代，专家系统在人工智能领域被提出，为知识图谱的产生奠定基础。20世纪末，提出了语义网和连接数据的概念，推动了互联网数据的共享。2012年，谷歌首次提出了知识图谱概念。
知识图谱的产生目前应用于诸多领域，比如在搜索领域有代表性的百度知识图谱、搜狗百科知识图谱；在医学领域有中医养生知识图谱；在电商领域有阿里巴巴的电商认知图谱。在教育领域，由于教育知识的复杂性，使得教育领域知识图谱的构建存在一定的挑战性，教师智能助手技术起步较晚，目前较为成熟的应用有唐诗知识图谱、MOOC课程关系图谱等。
三、教师智能助手的应用
1.语义检索
徐增林（2016）认为，知识图谱的典型应用之一是智能搜索。通过查询语义理解和知识检索两个阶段呈现出完整的知识体系。教师智能助手技术的应用是教师在搜索需要教案数据时，通过在搜索引擎中输入相关内容进行语义识别，与知识图谱的本体进行映射后返回结构化的数据，从而大幅度提升搜索结果的质量，使教师搜索的教案信息更加精准。
例如教师在系统页面的检索框中输入“力的分解”关键词进行检索，系统会分析教案库已有资源中的相关数据，根据实际需要推送“力的分解”相关教案、工具等教学资源，并推荐专家教师，在页面中以知识卡片的形式将最优教案呈现在网页左侧，右侧按相关性列出其他资源，点击语义关键词，系统会以链接的形式指向右侧相关资源的推荐，供教师学习和参考。
2.在线诊断
李振（2019）在人工智能的教育知识图谱应用前景分析中提到，知识图谱支持的学习诊断，根据相应的诊断依据和内容，能让结果更加智能化、客观化、个性化。同理，在教师应用过程中，教师智能助手技术会将教师上传的教案提取相关语义信息，进行语法分析，将其转化成结构化的查询语句，与知识库中的数据作对比分析。
例如，教师上传自己的“力的分解”教案后，系统会与教案知识库中的数据作对比分析。从TPACK知识的七个维度出发进行测评以提供精准的指数分析，以雷达图的方式呈现在网页上，教师可以明确自己能力优秀和欠缺的方面，为教师优化教学方案提供最直接有效的依据。
3.智能优化
余胜泉（2018）在展望人工智能教师未来的角色中提到能够帮助教师完成精准教研。教师智能助手通过在线诊断功能帮助教师分析教案的基础上，根据已上传的教案信息和专家教学经验根据TPACK知识框架的教学要求，综合分析评价教学效果，并提出改进方案，得到知识库内的最优教学策略，供教师参考并将其落实在教学实践中。
例如，在得到“力的分解”教案诊断结果之后，系统可根据TPACK知识框架的教学要求，对教师提出改进方案，针对教师能力中欠缺的部分推送“力的分解”相关优秀教案资源，以及优秀的教学专家供教师参考改进，实现人工智能的现代化教学模式，优化教学效果并提升教师的综合能力。
四、教师智能助手应用的意义
李振（2019）认为人工智能技术能够在深度学习和增强学习的基础上，推荐个性化学习的资源。通过分析学习者的需求、个性来实现个性化学习路径。教师可以通过这种方式来实现个性化教学。
陶力源（2008）认为专家系统能够解决教学资源的配置问题。将教师智能助手应用于高校系统中，能够有效管理高校教学资源，使教师充分利用已有资源，提高资源利用率。通过这种方式来适应教育事业快速发展的需要。
五、结语
本文对知识图谱的发展、应用以及教育领域知识图谱的概念进行综述，较为深入的介绍了教师智能助手在教师对于教案的语义检索、在线诊断、智能优化三大功能，总结了教师智能助手的应用意义。
虽然知识图谱在教育领域的应用具有广阔的前景，但是在理论研究、平台建设和应用示范等方面还处于起步阶段。除此之外，本文的教师智能助手目前只在识别文字语义阶段，若要真正投入市场，还需实现识别音频、图片等功能，实现教师智能助手的多模态发展。积极推动知识图谱在智慧教室、智慧教学、智慧校园等多个平台下的应用示范，切实推进教师智能助手技术的落地与实施。
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