执业药师培训课程群知识图谱的构建及应用

Construction and application of knowledge graph for licensed pharmacist training course group

摘要

随着科学技术的飞速发展，教育领域也迎来了更多的发展机遇，各类信息化教学工具不断服务于教学过程，成为高校教师创新教学方法、提升教学水平的重要抓手。为更好提升学生的学习效率，将不同课程中的相关专业知识融会贯通，课程组探索了知识图谱在执业药师培训课程群中的建设及应用，将知识点与视频资源、练习题、热点知识融合，分层次培养学生多项能力。通过该方法，教学资源得以重构，学生自主学习能力得以提升，更好地掌握了知识点的整体脉络并将其应用于实际工作；教师也能够通过后台数据了解学生学习情况，并对知识点掌握薄弱的环节进行强化教学。通过知识图谱的构建和应用，有效提升了学生的学习效果，构建了个性、精准的智慧教学体系。

Abstract

With the rapid development of science and technology, the education sector has also ushered in more opportunities for development. Various information-based teaching tools continue to serve the teaching process, becoming an important lever for university teachers to innovate teaching methods and improve teaching levels. In order to improve students’ learning efficiency and integrate relevant professional knowledge from different courses, the course team explored the construction and application of knowledge graph for licensed pharmacist training course group, integrating knowledge points with video resources, exercises, and hot topics, and cultivating students’ multiple abilities in a hierarchical manner. Through this method, teaching resources can be reconstructed, students’ self-learning ability can be improved, and they can grasp the overall context of knowledge points and apply them to practical work. Teachers can also use backend data to understand students’ learning situation and reinforce teaching in areas where knowledge points are weak. Through the construction and application of knowledge graph, students’ learning effects have been effectively improved, and a personalized and precise intelligent teaching system has been constructed.

Graphical abstract

关键词

知识图谱 / 执业药师培训 / 课程群

Key words

knowledge graph / licensed pharmacist training / course group

近年来，随着信息技术的飞速发展，教育领域也迎来了机遇和挑战。如何更好地将信息技术应用于教学过程，完善教学手段，提升教学效果，是每一位教育工作者应当思考的问题。2019年2月，《中国教育现代化2035》发布，从国家层面提到了信息化建设的重要性。知识图谱、元宇宙、ChatGPT等均是信息技术领域中的热点，它们与教育的融合为未来的高等教育带来无限可能。知识图谱又称为科学知识图谱，在图书情报界称为知识域可视化或知识域映射地图，用可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系^[1-2]。很多互联网公司在知识图谱构建领域起步较早，并将知识图谱的理念应用于产品。例如，谷歌公司的Google Now、百度的知心搜索引擎等，通过知识图谱相关的技术开发，在众多应用场景中展示很好的发展潜力。

近年来，知识图谱在高等教育中的应用也得到了快速发展，国内的教育平台如超星、智慧树等陆续推出了与慕课相关联的知识图谱建设功能，其在教学改革中的应用也逐步开展。笔者所在的课程组长期进行药学专业课的教学工作，教师在讲述不同课程过程中，如何将知识点融会贯通是需要思考的问题。通过构建“执业药师培训”课程群的知识图谱，并将教学过程与教学内容有机结合，开展教学实践，取得了较好的教学效果，解决了这一问题。

1 在线课程教学的局限

自2019年起，很多学校都进入了慕课建设的快速发展期。截至2022年11月，中国慕课数量超过6.19万门。丰富的慕课资源满足了学生的学习需求，为“停课不停学”的顺利实施奠定了基础，但是也存在重复建设、部分慕课制作简单、学习者兴趣较弱等问题。线上资源很难调动学生的学习积极性，教师对于学生的知识掌握情况无法综合衡量，学习过程不易监控。而混合式教学能够将线上教学和课堂教学两种模式有机结合，提升了在线教学的学习效果，加强了线上资源的使用效率。知识图谱的出现，完善了混合式教学，让个性化学习的可行性得到了提升。

2 知识图谱的构建思路

知识图谱的构建是开展知识图谱教学的基础，课程组借助原有的慕课平台资源，将“执业药师培训”课程资源重组，为构建知识图谱进行准备。如同以往的新技术一样，并非所有的课程都适合通过知识图谱进行教学改革和创新。知识图谱能够将多个知识点通过形象化的方式进行展示，并且将同一知识点在不同章节中的脉络进行梳理。该种表现形式适合多个知识体系构建而成的课程，或者由多门相关课程构建而成的课程群^[3-5]。

“执业药师培训”这门课程是为了让学生毕业后顺利通过执业药师职业资格考试而开设的，主要面向研究生，本科阶段作为选修课。国家执业药师资格考试是全国统一考试，合格后取得《中华人民共和国执业药师职业资格证书》。执业药师实行注册制度，从事药品生产、经营、使用和其他需要提供药学服务的单位，应当按规定配备相应的执业药师。与国际标准相比，中国每万人口所拥有的执业药师数为5.3人，低于世界药学联合会公布的每万人口拥有执业药师6.2人的标准，中国公众对执业药师的需求与执业药师配置数量差距仍然较大。考取该证书对于学生就业具有较大的帮助。考试类型分为药学类和中药学类。以考试人数较多的药学类为例，学习内容分为“药学专业知识一”“药学专业知识二”“药学综合知识与技能”“药事管理与法规”四门考试科目，科目内容中又包含了“药剂学”、“药理学”、“药物化学”、“药物分析”和“药事管理学”等多门课程知识点，课程之间具有一定的关联度，但在教学过程又相对独立，课程之间知识点比较分散。研究生阶段是学生学习能力、创作能力和思维能力活跃的关键期，通过知识图谱，可以更好地将这些碎片化的知识点相互之间构成联系，建立起立体化的学习框架，帮助学生加深记忆，全面掌握专业知识，为培养执业药师奠定基础。

3 知识图谱的构建过程

借助知识图谱功能，可以比较轻松地构建课程知识图谱。“执业药师培训”课程的知识点严格按照最新版执业药师考试大纲的层级目录，依次为大单元、小单元、细目和要点。将课程名称下的大单元作为一级知识点，小单元作为子级知识点，再依次构建细目和要点，要点作为最终知识点，最终形成了2 742个知识点。并且包含大纲模式、思维导图模式和图谱模式（如图1所示）。在进行显示设置中，可以通过显示父子级、前后置、关联等选项，调整可视化效果。不同层级的知识点也能够通过配色进行区分，课程设置为蓝色，大单元为绿色，小单元为黄色，细目为红色，要点为紫色。同时也能够用不同的颜色反映掌握率或者完成率，便于教学人员更快分辨学生的掌握情况。

知识图谱理念下的课程建设，可以分为知识维度、技能维度和能力维度三个层面，三个层次之间相互关联，互为支撑。只有较好地掌握了知识点，才能通过知识解决问题，再进一步锻炼将知识灵活应用于现实工作的能力^[6-8]。该课程的知识维度通过知识点的学习得到巩固。在知识点的建设中，按照大单元、小单元、细目和要点四个层级进行分类，对于细目和要点的细节进行完善。每一部分细目对应一个课程视频，在原有慕课资源的基础上，采用“录屏软件+PPT”讲解的形式，构建补充新的课程视频资源，配合知识图谱的知识点学习，新增超过1 000 min的视频内容。针对要点内容，也进行了相关的学习要求，分层次构建需要掌握的内容。例如：在“药学专业知识二”这一部分内容的学习中，设计精神与中枢神经系统疾病用药为第一个层级；镇静与催眠药等为第二个层级；药理作用和临床评价、代表药品为第三个层级，第三个层级对应配置了相关的微课视频资源；第四个层级对第三个层级进行了细化和说明，药理作用包括分类与常用药品、药理作用、作用机制与作用特点、具有临床意义的药物相互作用、典型不良反应、禁忌和特殊人群用药，代表药品包括地西泮、佐匹克隆、唑吡坦的适应证与临床应用。通过第四个层级的说明，学生能够对该体系知识点的学习有更好的认识，也方便学生开展自主学习。对于知识点的认知，可以按照记忆、理解、应用、分析、评价、创造等不同维度进行标识，方便学生更好地把握侧重点。

技能维度的构建主要通过在课程资源中设置相应的真实案例等方式，从而提升学生对执业药师基本技能的掌握和对实际问题的解决能力。执业药师应该具备临床技能、沟通技能、信息管理技能等。例如，执业药师需要快速准确地识别和解决各类药物相关问题，分析患者病情和用药情况，提供解决方案，及时纠正患者的错误用药行为。执业药师应该具备和患者及其他医务工作者有效沟通、倾听患者的倾诉、解答药物相关问题、及时准确地提供用药建议。在知识图谱相应的内容构建中，课程组加入临床用药处方审核、医患沟通技巧、药学常见数据库介绍等资源，并在课堂中加入真实案例分析，情景角色模拟等环节，加强学生对相关技能的掌握，提高学生技能水平。为了更好地将知识维度与技能维度相互关联，在知识维度的微课视频最后，增加了真题解析，能够让学生在学习知识点后立刻进入相关问题的思考，再进一步通过问题维度加强对知识点的理解^[9-11]。

能力维度需要体现学习者对于整个知识体系的掌握情况。该部分在知识图谱中，知识点掌握程度可以通过系统完成检测。学生通过对于知识点的在线学习和在线测试，由系统进行分析并得出结论。学生在完成整个课程群内容的学习后，还可以利用知识图谱快速检索课程群中所有的知识点脉络。例如，学生想要了解执业药师培训课程群中所有与高血压有关的药学知识，可以在建设完成的知识图谱中通过模糊搜索对高血压进行检索，最终的检索结果如图2所示。

根据该结果，可以直观地看出高血压这一关键词所涉及的知识体系，不同的颜色反映了该知识点所在的层级，点击具体模块，还可以看到所关联的学习视频和习题，以及完成率和掌握率。这部分数据对于了解学生整体学习情况具有很好的参考价值。为了将课程思政融入课程教学，在知识点后设置了相关的讨论题，以加强学生职业素养的提升。例如，在执业药师管理这一层级中设置课程思政讨论，让学生针对执业药师未来的发展前景进行思考，结合实际工作对执业药师应该具备哪些专业素养进行归纳和总结。

教育学家布卢姆按照认知目标把知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认知知识四类。事实性知识包括知识的基本类型、术语概念等，这是学习者在学习时必须掌握的基本元素。概念性知识包括知识的分类、原理、相互关系等。程序性知识属于“如何做事”的知识，它通常与具体的学科相互关联。元认知知识是关于一般的认知知识和自我认知的知识，强调了学习者在学习过程中的主动性^[12-13]。在构建知识图谱的过程中，课程组也将该理论应用于实际工作。例如，在知识图谱中，讲解某个药物的基本结构、化学性质属于事实性知识，同类药物的区别、联系属于概念性知识，借助某种分析手段对于某些药物进行含量测定，根据某个患者的检查指标和病史判断哪些药物合适，哪些药物不能使用属于程序性知识，学习者通过解决以上问题，发现某方面知识体系储备不够，需要进一步学习进行强化，属于元认知知识。理想状态下，学习者通过知识图谱的逐步探索，达成认知目标，完成知识学习的闭环。

4 知识图谱的应用

在课程组建设知识图谱后，结合知识图谱的三个维度，开展相应的教学实践，分别对应学生的课前、课中、课后环节。

课前阶段对应知识目标，为学生讲解图谱学习方法，学生可以根据自身学习情况，结合知识图谱自主选择模块中的知识点进行学习。由于执业药师考试知识体系庞杂，仅仅通过课程的32个学时无法完成所有知识点的讲述。执业药师的报考条件为取得药学类、中药学类专业大学本科学历或学士学位后，在药学或中药学岗位工作满2年；取得相关专业大学本科学历或学士学位后，在药学或中药学岗位工作满3年，可报考执业药师。这也意味着大多数本科在校生无法参加执业药师的考试，需要在毕业后满足一定的工作年限才可以获得报考资格。因此，学生学习该课程后，距离实际考试还有较长时间，通过知识图谱的学习能够培养学生的自我学习能力，为未来的考前备考奠定基础。

课中阶段对应技能维度，不同专业背景的教师结合知识图谱，讲解四个科目不同层级的知识体系。同时，针对知识图谱所反映的知识点掌握率和习题正确率，针对性地进行习题解析。此阶段教师可以采取多种教学方式，提升学生的活跃度与积极性。例如PBL教学法、CBL教学法、BOPPPS教学法等。以PBL教学法为例，该方法以问题为导向，是一种以学生为中心的教学方法。教师在课堂上引入具体的问题，让学生通过已经学习的内容进行分析和解答，再由这些问题，进一步引出另外的问题，层层递进，更好地掌握知识体系。以课程中的药学综合知识与技能科目学习为例，教师首先将学生每8~10人为一组，在上课前由学生自行选择组长、记录员，在授课前准备课程问题案例，小组自行选择其中某个案例进行准备。课程问题案例可在知识图谱中的具体案例进行筛选，优先选择学习过程中错误率高、内容涉及多个考点的案例，且问题与实际生活紧密相关，以便让学生将理论知识应用于实际。PBL教学法中教师作为主导者，不需要直接告诉学生正确答案，而是重点关注讨论的过程，讨论的组织者可以由学生代表完成，以充分发挥学生学习的积极性。

课后阶段对应能力维度，学生在经过课前的学习、课堂的讨论后，具备了通过所学专业知识综合解决实际问题的能力。例如，教师通过临床实际病例布置课后思考题，列出某患者性别、年龄、体型、BMI、主诉、自用药物情况；然后将查体和既往病史、目前所使用的药物进行介绍，让学生判断患者可能的临床诊断；学生需要结合查体和病史判断可能出现的病因，再按照已经使用药物的情况逐个排除。该过程将多种药物作用、药物不良反应、药物相互作用等知识点综合联系，学生对其中不明确的地方还能够进一步通过知识图谱进行复习。课后阶段重点培养学生对于整体知识点的把握、灵活应用及终身学习能力。教师通过知识图谱的建立，不断充实课程资源库，以满足学生高阶学习的要求。

5 知识图谱应用评价

传统课堂的评价模式主要是考勤＋期末考试，该过程无法体现学生过程性学习进展，忽略了学生不同阶段的努力和进步，不利于学生专业知识的学习，以及灵活应用和创新能力的培养。近年来，过程性评价逐渐成为较为科学的评价方式，该种方法通过将学习过程的不同阶段进行评价，并将评价情况纳入整体规划进行更为客观的学习评价，其优势在于更加公平、客观、全面地反映学生的学习情况，但是需要教师花费更多的时间和精力关注不同阶段学生的学习情况，在师资力量短缺的学校，实施难度较大。此外，过程评价的客观性是过程性评价模式的基石，没有客观的评价标准，也会让此方法流于形式。知识图谱作为人工智能学习平台，提高了学生的资源获取效率，也能够将学生的学习数据反馈给教师端，用于教学质量的评价。课程组将知识图谱学习完成情况纳入学生过程性评价，成绩构成包括平时成绩（40%）+小组评价（20%）+课堂讨论（20%）+期末测试（20%），按照知识图谱完成情况和掌握率，结合考评给予平时成绩，同时将小组匿名评价纳入整体评价体系，使得评价方式更加人性化。课程组将知识图谱应用于2022级学生中进行实践，并与2021级（考勤30%+期末测试70%）成绩进行对比，结果显示2022级学生的平均成绩比2021级学生平均成绩提高了8分；问卷调查显示98%的学生对该评价模式非常满意。这也为其他课程实践积累了经验。

6 结束语

“执业药师培训”课程知识图谱的构建及应用，让课程教学资源得以重构，提升了学生自主学习能力和知识掌握能力，教师也能够通过后台获取学生的学习情况，并对知识点掌握薄弱的环节进行强化，有效提升了教学效果，初步建立了个性、精准的智慧教学体系，为培养高质量的药学人才奠定了基础，对高等教育的课程改革进行了有益探索。

尽管知识图谱可以进行一定程度的知识推理，基于已知知识推断未知知识等，但其推理能力仍然受到知识表示和推理算法的限制。在应对一些复杂的推理任务时，知识图谱可能无法给出准确的答案或解释。相信随着深度学习、自然语言处理等技术的不断进步，知识图谱的自动化构建和更新将变得更加高效和准确。未来将会有更多基于机器学习的算法被应用于知识图谱的构建过程，从而实现知识图谱与AI技术的深度融合，解决学生学习过程中的各类问题。

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基金资助

2022年全国医药学研究生课程建设类项目(YXC2022-01-01)

2023年兵团研究生教育教学改革研究项目

教育部产学合作协同育人项目2024年第一批(231001282232828)