基于课程知识图谱的数智课堂在病理学教学中的应用与实践

Practice and application of a digital-intelligent classroom based on a course knowledge graph in pathology teaching

摘要

目的 探讨基于课程知识图谱的数智课堂在病理学教学中的应用效果。 方法 选取湖南中医药大学2023级中医学专业1~4班180名学生为研究对象。其中1班、2班共92名学生为对照组，采用传统教学模式，3班、4班共88名学生为试验组，结合知识图谱和“超星学习通”平台进行数智化教学。 结果 试验组学生平时成绩、期末成绩和总成绩均显著高于对照组（P<0.01），且总成绩的优秀率也有显著提高（P<0.05）。大部分试验组学生对知识图谱及其个性化学习支持表示满意。 结论 基于课程知识图谱的数智课堂显著提升病理学课程教学质量，体现其在医学教育中的潜在应用价值。

Abstract

Objective To explore the application effect of a digital-intelligent classroom based on a course knowledge graph in pathology teaching. Methods A total of 180 students from Classes 1-4 of the 2023 cohort majoring in Chinese medicine at Hunan University of Chinese Medicine were selected as the research participants. Among them， 92 students from Classes 1 and 2 were assigned to the control group and received traditional teaching， while 88 students from Classes 3 and 4 were assigned to the experimental group and received digital-intelligent teaching supported by a knowledge graph and the Chaoxing Learning Platform. Results The experimental group scored significantly higher than the control group in regular performance， final examination results， and total scores （P<0.01）， and the excellence rate of total scores was also significantly improved （P<0.05）. Most students in the experimental group were satisfied with the knowledge graph and its support for personalized learning. Conclusion The digital-intelligent classroom based on a course knowledge graph significantly improves the teaching quality of pathology courses， demonstrating its potential application value in medical education.

Graphical abstract

关键词

知识图谱 / 数智课堂 / 病理学

Key words

knowledge graph / digital-intelligent classroom / pathology

病理学作为医学生的重点、骨干课程，在中医药院校的医学本科教学中具有承上启下的重要作用。在信息化高速发展的当下，线上学习平台的广泛使用，为病理学教学注入新的活力^［1-2］。这些教学改革取得了一定的成效。但病理学涉及的病变复杂多样，知识点冗杂且分散，课程知识点内部关联性强、聚合性高。学习者若不能建立具有指导作用的课程知识体系会出现混淆相近知识点的情况。现今的在线教学平台并不能帮助学生对课程知识体系进行系统建模。在传统的平面化和单向传授式在线教学模式中，学生对课程知识的理解往往是零散碎片化的，不利于他们综合运用知识的能力培养，不利于中医药院校学生顺利适应未来的临床学习和工作^［3］。

当前，教育数智化已成为全球教育变革的共同战略。以数字技术和数据资源为核心的“知识图谱”就是在人工智能加持下重新建构知识体系，以“图”的形式将大量杂乱无章的知识有序组织、整理并呈现，从而智能刻画学习者的学习画像，精准推荐个性化学习资源及路径^［4-5］。在教育领域中，“知识图谱”技术是最好的推动教育数智化的工具之一，有助于课程基本知识体系的形成，促进知识的个性化学习和创新利用^［6］。基于数智化理念，本校教学团队将人工智能技术与病理学课程深度融合，构建课程知识图谱，梳理学科知识点155个，结合病理学课程在线平台和资源，创建多维度、立体化教学新路径，形成极具个性的数智化教学模式和方法^［7］。与传统授课模式相比，基于课程知识图谱开展的病理学数智课堂教学，实现个性化、智能化教学，有效提高教学效率和质量^［8］。具体见图1。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取湖南中医药大学（以下简称“本校”）2023级中医学专业本科1~4班共180名学生为研究对象，1班和2班共92名学生为对照组，3班和4班共88名学生为试验组。2组学生在入学分数、年龄、性别等差异无统计学意义，2组学生病理学课程授课教师相同。

1.2 研究方法

对照组采用传统授课模式。教师根据教学大纲，运用多媒体进行课堂讲授，并采用病理案例、集体讨论等多种教学方法的结合。

试验组采用基于知识图谱，结合“超星学习通”在线平台设计数智化教学。

（1）课前预习：教师在“超星学习通”平台的“知识图谱”模块发布本学期知识点的整体教学计划，并提前1周在线发布下一次课的教学内容。学生在“超星学习通”平台进行预习和讨论交流。教师根据图谱生成的学生学习行为和学习认知地图，第一时间获得学生的全局性学习反馈，进而针对性地调整教学计划和重点。

（2）课堂教学：教师根据学生课前预习的情况，对其疑问和难点进行详细讲解和深入扩展，以提高学生对知识的理解和吸收效率。课堂中利用知识图谱，教师可以更加直观地辅助教学，并结合“超星学习通”的“随堂练习”“主题讨论”“分组任务”等模块设计多样化互动课堂教学，促进学生在课堂学习中积极主动思考。根据学生对知识的掌握程度，教师对易错点和重点难点进行反复讲解，强化教学中的薄弱环节，及时解决学生的知识盲区。同时，知识图谱将智能形成教师和学生的画像，并推荐各知识点的最佳学习路径，以帮助学生及时获取针对课程知识的精准反馈和个性化指导。

（3）课后提升：学生可运用知识图谱进行复习，完成知识点测试，反馈难点，并可对课堂中尚存在的问题随时进行讨论，获得智能化辅导。并根据自己的学习认知地图和课程学习评价结果等数据反思自己的学习方法、学习行为模式，以此调整下一阶段的学习方向和学习重点。教师通过检查学生对知识点的完成情况和掌握程度评价教学效果，并通过对学生的行为数据和学习结果全面系统分析和反馈，为后续的教学安排提供数据支持。

1.3 考核评价方法

1.3.1 综合考核

将对照组和试验组的综合成绩构成比相同：总成绩=平时成绩×20%+实验成绩×20%+期末成绩×60%。每项成绩100分为满分，总成绩>60分为及格，60分<总成绩<85分为良好，总成绩>85分为优秀。

对照组平时成绩由考勤10%、课堂表现40%和期中考试50%构成；试验组由考勤10%、知识图谱在线学习20%、超星学习通课堂互动20%及期中考试50%构成。实验成绩2组构成比相同，由实验作业50%和数字病理切片考试50%构成。期末2组学生采用同一套试卷，命题实行教考分离，通过统一阅卷获得期末成绩，并进行成绩分析。

1.3.2 问卷调查

课程结束后，对试验组学生发放调查问卷，采用匿名方式收集学生对基于课程知识图谱的数智课堂的反馈意见。

1.4 统计学方法

采用SPSS 29.0统计学软件对数据处理分析，符合正态分布的计量资料以均值±标准差（x±s）表示，2组间比较采用独立样本t检验；计数资料以频数和百分比［n（%）］表示，组间比较采用卡方检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 成绩分析

试验组学生的平时成绩、期末成绩和总成绩均显著高于对照组（P<0.01），实验成绩差异无统计学意义（P>0.05），具体见表１。

2.2 及格率、良好率及优秀率分析

试验组学生总成绩的优秀率明显高于对照组（P<0.05），2组学生总成绩及格率和良好率差异无统计学意义（P>0.05），具体见表2。

2.3 试验组学生问卷调查结果

向试验组学生共发放调查问卷88份，回收问卷88份，问卷有效率100%。问卷调查结果显示，大多数学生对基于课程知识图谱的数智课堂教学模式总体满意，在提供个性化和智能化学习支持、促进知识掌握和能力培养方面均取得良好的教学效果，具体见表3。

3 讨论

“知识图谱”是一种将事物及其关系转化为节点和边的结构化数据，通过图形化展示知识的多维关系结构。它由实体（节点）、实体之间的关系（边）以及实体属性（特性）构成“三元组”，形成一个大型的信息网络结构知识库^［9］。利用知识构建、知识挖掘、知识推理等技术，对课程进行教育知识图谱的构建，即课程知识图谱，以实现对课程的知识抽取、表达、融合、推理和利用^［10］。

传统病理学课堂教学的整体教学模式不利于学生个性化学习，且线上教学平面化，学生对知识掌握片面化^［11］。课程知识图谱可以将课程乃至学科间知识点进行整合，可实现知识结构图谱化、资源组织系统化、学习数据可视化、学习管理智能化，帮助师生更好地教与学，培养学生综合能力和创新能力^［12］。问卷调查结果显示，学生对基于课程知识图谱的数智课堂教学模式认可度高。

应用知识图谱开展数智课堂教学的试验组在平时成绩、期末成绩和总成绩方面均显著高于传统对照组（P<0.01），反映了知识图谱在帮助学生系统化、全面掌握病理学知识方面的显著效果。知识图谱将分散和复杂的病理学知识以图形化形式呈现，学生能够直观地理解不同病变之间的联系和差异。这种视觉化的知识呈现方式不仅增强学生的记忆，而且可以促进他们对病理学知识体系的整体把握，从而提高学习效果^［13］。但实验成绩方面，试验组与对照组差异无统计学意义（P>0.05），考虑原因是目前病理学课程知识图谱构建主要涉及理论教学的知识点，后续知识图谱完善过程中应结合理论知识，将相应的实验课大体标本和镜下切片同步进行知识点构建，以全面覆盖病理学理论和实验教学内容^［14］。

此外，从总成绩的优秀率可以看出，试验组显著高于对照组（P<0.05），这进一步支持知识图谱在提升学生学习效果上的有效性。知识图谱结合“超星学习通”平台，通过智能化的学习画像和个性化的学习路径推荐，为学生提供定制化的学习支持。这种智能化、个性化的学习指导不仅使学生在课堂上更主动参与，且在课前能主动预习，课后能够继续深度学习，巩固所学内容^［15］。试验组学生在问卷反馈中普遍认可知识图谱对促进主动学习、理解和吸收知识的积极作用。

4 小结

当前教育正朝着数智化发展，中医药教育也在追求高质量提升，知识图谱技术与中医药院校病理学课程的结合，有效解决了传统教学中知识点零散、个性化指导不够、理论与实践脱节等问题。本研究以湖南中医药大学中医学专业本科生为研究对象，构建了包含155个核心知识点的病理学课程知识图谱。实践表明，这种教学模式能让学生更系统、个性化地学习，帮助他们理清知识点间的联系、加深知识理解，并有效提升教学质量。

尽管知识图谱技术在病理学教学中的运用取得显著成果，但仍存在一些亟待解决的挑战。一方面，知识图谱的建设及有效运用要求数据的高质量和完整性，在这一过程中需要教师具备相对丰富的技术应用能力。教学团队将通过系统性培训提升教师的技术应用能力，以充分发挥知识图谱的潜能推动教学质量^［16］。另一方面，部分学生在使用平台时对其便捷性和智能化反馈一般认可，这表明技术适用性和用户体验还需优化。未来将与技术开发团队持续沟通与反馈，不断提升知识图谱平台的用户友好性与智能化水平。同时，引入更多先进的人工智能技术，如机器学习，进一步优化知识图谱动态适应性，使其能够实时更新和优化学习路径^［17］。

基于知识图谱的病理学数智课堂，为病理学教学改革提供了新方向，也为其他医学课程的数智化转型提供了可参考的经验。这种教学模式不仅能巩固学生的病理学基础、提升知识运用能力，还能为他们后续的临床学习和科研创新打下良好基础，对培养符合新时代需求的中医药人才有重要意义。

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基金资助

湖南省普通高等学校教学改革研究项目(HNJG-20230553)

湖南省普通高等学校教学改革研究项目(HNJG-2022-0712)

湖南中医药大学校级本科教学质量工程建设项目(2022-54)