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高考背景下历史知识图谱的构建与实践研究

廖丹萍

[摘要]教学和考试是高中教学中相互促进的两个方面，教学效果的评估需借助考试结果的反馈。为了准确反映教学效果，试题内容的设置非常重要。利用计算机科学和人工智能的新工具——知识图谱，可以有效地进行试题内容的设置，从而更有效地进行教学效果的评估。
[关键词]高中历史;知识图谱;教学研究;试题研究
[]G633.51 []A []1674-6058（2020）12-0024-03
历史高考是高中历史教师的重要研究课题，包括高考试题研究和高考应试研究两个方面。计算机科学的发展为教学研究提供了新的大数据工具。自2015年始，相关研究团队利用大数据工具对历史高考进行了研究，取得了一系列进展。
一、知识图谱的教学应用研究现状
试题是教学效果量化检测的主要工具，历史科目的试题研究是高中历史教师的重要课题，计算机数据分析技术和人工智能的发展为试题研究提供了新的工具。知识图谱是表示实体/概念关系的语义网络，是海量数据的组织化形式，既可以表示真实世界的各种复杂关系，也可以进行推理等智能应用。知识图谱在我国教育领域的应用不多。文献对通用知识图谱迁移应用于教育领域所面临的知识粒度模糊、领域适应性不强两大问题，构建了教育知识图谱概念模型，并提出智能化的构建方法。文献从学科知识图谱助力智慧教育体系框架的构建、智慧教育生态系统的重构等角度，探讨学科知识图谱与智慧教育的适切性，并从三个方面讨论学科知识图谱在智慧教育中的构建路径。文献运用SATI软件和CiteSpace软件，采用定量研究为主、定性研究为辅的方法，对以“课堂教学组织”为主题的相关内容进行知识图谱的分析。
自2015年始，相关研究团队利用大数据工具对历史试题进行研究：在梳理高中历史知识点的基础上，构建高中历史的知识图谱;在此基础上设置和研究月考试题，生成原创试题;根据月考情况进行学情分析，在此基础上改进月考试题，使对学生的知识掌握情况更有针对性。
二、高中历史教学面临的一些问题
1.历史知识体系的构建问题。历史科目的特点是头绪多、知识点琐碎。粗略统计新老教材后发现，重要的知识点达460多个。如何帮助学生构建完整的主干知识体系，辅助学校清晰评估现有的历史教学，让学生在更完善的知识结构中学习和应考，是高中历史教师需要解决的问题。
2.历史学习规律的发现问题。历史学习有其自身的规律。如何通过学生日常考试结果及其他学习方面的相关数据，对学生的学习行为进行准确评估，洞察学生掌握知识的逻辑顺序，分析其与教学预期的差异，进而优化教学顺序，找出历史的学习规律，也是高中历史教师要解决的问题。
3.现有授课方式的效果评估问题。2018年历史新考纲提出考查学生以下能力：获取和解读信息的能力、调动和运用知识的能力、描述和阐释事物的能力、论证和探讨问题的能力。要落实这四个方面的能力，需要了解学生的学情、教师的教情、现有授课体系的效果等。如何借助先进的数据分析工具对日常考试结果进行分析，满足新考纲的能力要求，也是高中历史教师需要解决的问题。
三、构建历史科目的知识图谱
1.构建历史科目知识图谱的基本方法。构建历史科目的知识图谱是本研究的核心内容，合理构建知识图谱，把握基本知识点及知识的脉络结构，有助于学生在考试中站稳脚跟，应对各种试题的挑战。
构建历史科目知识图谱的基本方法：通过对大量试题的分析，筛选出400余个知识点作为知识图谱的实体，再考量试题与知识点之间的关联，将其视为一个动态建立关联的过程。人类从经验中学习的过程，就是神经系统的神经元连接的重建过程，知识图谱的建立方法基本类似。如果不同知识点在同一试题中出现，则可以考虑在这些知识点之间建立起连接，并且根据其在试题中同时出现的频繁程度，给予不同的连接权值。当试题的数量足够多，使得总体内容可以覆盖所有知识点后，可以认为知识图谱的建立初步完成。
2.历史科目知识图谱的三个维度。为了构建相互联系的知识点结构，需要借助知识图谱工具。以人教版必修1、2、3，三本书为蓝本，分中国古代史、世界古代史、中国近代史、世界近代史、中国现代史、世界現代史6个部分，以数字化的形式建立历史知识结构图。给每个部分的历史知识点进行编码，然后纳入知识结构图，从三个维度构建历史知识图谱的模型，通过知识图谱把试题涉及的知识点囊括其中展开研究。下面的图1、图2、图3给出了构建知识图谱的三个维度的情况：
第一维度，按历史阶段划分知识点。具体划分时又分为两个层次，第一层次根据三本必修课本划分：必修1（政治史1）、必修2（经济史2）、必修3（思想史3）;第二层次以通史来划分：中国古代史01，世界古代史02，世界近代史03，中国近代史04，世界现代史05，中国现代史06。（注：1和01这些数字是计算机可读的语言）。在第二层次中，6个部分之下再分为若干个小板块，构成单个知识点。通过这样的划分，把单个知识点纳入知识图谱，构成了历史知识图谱的第一维度。
第二维度，建立在第一维度的基础上，包含了更广的知识点，比如鸦片战争、洋务运动就是由很多单个知识点组成的大知识点;而第一维度只是单个知识点，比如推恩令、《南京条约》。正因为知识点有大小的区分，因此有了第二维度——把相关联的小知识点纳人大知识点的范畴。
第三维度，建立在第一、第二维度的基础上，要从知识面的角度考虑。因为对历史知识的考查，不仅仅局限在某一知识点，还要考查某一知识面，比如古代中国的概况、19世纪末中国的经济等。第三维度就是从这一角度来进行构建的。
通过知识图谱构建起历史知识网络体系，把每一个考点落到知识网络体系中，可方便教师在这一体系的基础上展开各方面的研究。
四、用知识图谱研究月考试题
学生的学情分析是研究的重要方向，通过数据分析，准确把握学生的学习状态和知识结构，可为教师指导学生、命制试题提供方向。同时利用数据分析工具，将评估与指导连接在一起，可以提高教与学的效率。下面以某校月考分析为例，从三个方面展示用知识图谱对学情的有效评估与指导。

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