新冠肺炎疫情下小初中在线学习平台的研究分析

2022.09.14

张芯量谢柳泳翁焯敏邬琪峰

摘要：自新冠肺炎疫情以来，在“停课不停学”的要求下，在线教育迅速走进大部分学校和家庭。据不完全统计，我国在线教育用户规模达4.23亿，较2018年底增长110.2%。如何推动线上教育行业走向完善，对我国线上教育提出了新的要求。

关键词：知识图谱;线上教育;智易星

在大數据时代背景下，数字化、网络化、智能化遍布了社会生产生活的方方面面，信息技术与教育教学的深入融合是必然趋势，是顺应智能环境下教育发展的必然选择。疫情期间大量在线学习用户的涌入，要求信息教育平台不断完善，需要系统性知识点的归纳总结、稳定运营状态;同时，“互联网+教育”被视为转变传统教学观念的契机，强调推动线上学习中由被动走向自主学习，摒弃单纯复制线下学习方式。而知识图谱是互联网时代下新兴的计算机技术产物。通过优质课程内容系统归纳最大化，增强名师课堂利用率，有利于教育数据平台的完善。通过教师、家长和学生们大量的反馈样本将有助于平台往正确的方向调整，推动数字教育资源公共服务体系的进步。

本团队针对喷井式爆发超过两亿的线上学习用户，一是学生无法把握线上线下学习转换的效率问题，对线上名师的资源接受程度不够，学生个体出现成绩偏差倾斜程度大。二是忽略线上教学中学习个体差异化，缺乏教学差异化，无法达到充分利用线上教育指标的现象。“智易星”创新的通过知识图谱的应用，注重知识图谱与题目知识点的创新模式，引导学生更好利用互联网资源，形成自主学习习惯，为小学初中学生提供优质的线上学习服务系统。

针对国内线上教育发展的现状分析

在互联网应用教育领域中，以下问题持续影响着我国线上教育的发展。一是城镇化进程不断加快，城乡差距日益增大，偏远地区学生现代教学条件不充分，硬件设施不完善，线上教学难度较大。二是云端教学的题海战术忽视了学习中的个体差异问题，缺乏精准判断、个性化教学分析容易导致学成产生厌倦心理、抵抗心理。三是无法掌握线上被动学习转换为自主学习，而学生线上互动频次低，质量不高，难以利用好线上教学的开放、互动、技术增值等优势，所形成与线下实体课堂的结合补充优势。

1.问卷调研分析

本团队于2020年4月开始在各大学习平台上投放调查问卷，对线上课堂情况进行了初步调查，调查显示学生进行线上课程学习中积极表现度低，表现形式为学生积极讨论占总13.4%，回答问题积极占总7.2%、自行知识点梳理仅占6.8%，可看出学生在线上学习中，课后知识梳理和周期性复习方面存在明显欠缺。

通过本团队的调查分析，统计超过89.4%的学生依然不能完全良好的运用线上知识点，说明学生并不能完全利用好名师课堂与梳理线上考点，并且在线上学习中出现消极表现的学生数量占比较高，说明通过知识图谱的在线学习系统出现，有很大可能引发人群迅速关注;同时，可看出线上学习系统中需要通过知识图谱分析教学形式，以避免单一教学形式让学生产生的枯燥和怠倦心理，根据课堂表现找出问题并反馈给教师，以便采取相应的干预;

2.调研数据分析

本团队从图谱构建、应用需求以及项目必要性出发，通过BIS端的小初中数学在线学习系统，具备以下创新功能：

第一，针对网络信息的多样性、无序性、复杂性，打造出多元化、结构化、特色化的适用于小初中生高效学习的在线学习系统，减少学生对资源筛选的工作，增大学习资源利用率，提高学习效率。为小初中生提供方便、快捷的学习服务，解决学生学习时间、空间限制;

第二，针对教师学生学习情况难以实时把握，构建小初中生在线学习系统，为教师提供学生测试成绩排名，以及根据学生线上学习时间、习题测试数据、错题统计生成学生学习情况的分析报表;

第三，利用知识图谱技术对每个知识点都进行了划分，并且能够按需推送学生需要的学习资源及训练习题方便学生对需要强化的知识点进行“补弱”。同时，系统还可以通过学生浏览内容、停留时间、测验记录等为学习成绩或学习情况较好的知识点模块进行加深理解题型、拓展题型的推送;

第四，达到知识资源创建、知识共享，打破了地域隔绝，让各地的小初中生都能享受到高质量的师资教育;无需进行二次检索，便可直接获取需要的答案或知识点，相对普通搜索引擎更加高效快捷。

着眼线上教学中题量大、考查方面广，知识图谱在线上学习的系统中删除多余考点、准确定位教材中的考点部分并有机的联系起来，经过规则的处理，考点提取的准确率达到97%。另外，系统将根据学生在线浏览时间、浏览记录等进行计算，为学生推荐最个性化、最具适应性的学习内容，帮助学生提高学习效率。通过信息反馈，大量的反馈样本将有助于平台往正确的方向调整，推动数字教育资源公共服务体系的进步。

知识图谱的构建

1.获取数据。使用基于Python的soapy爬虫框架获取网络上具有权威性的教育网站下公开、免费的初中数学题目数据，并将这些数据以CSV的格式进行存储，为后续数据处理做准备。

2.数据预处理。由于题目数据来源的多样性，会造成相同题目和相似题目的存在，为了获得高质量题目数据，需要通过数据预处理模块完成两类数据的去重工作。针对相似题目，本文采用基于题干和答案解析字段的相似度计算结果，融合多元线性回归的策略，进行判别。

3.信息抽取。从预处理之后的数据中抽取题目实体、知识点实体以及题目和知识点实体之间的关系。

4.概念模型设计。结合应用场景需求和存在数据，设计知识图谱的概念模型，确定题目知识图谱中所包含的实体、实体的属性以及实体与实体之间的关系。

5.数据填充。以CSV格式存储，批量导入Neo4j图数据库，将完成数据的填充工作。

6.可视化展示。最终将构建好的知识图谱的可视化展示。

痛点分析

1.线上线下学习转换的效率问题。在“互联网+”背景下，线上学习是顺应智能时代下教育发展的必然选择。在突发的新冠肺炎疫情中，“停课不停学”的要求下，在线教育迅速走进大部分学校和家庭。线上线下学习转换的效率问题成为人们关注的重点。

2.无法利用好线上名师资源、接容纳度不够。城乡差距日益增大，出现教育布局不合理现象。在农村或偏远地区，多为一乡一校、教学点教师严重不足。

3.无法追上善于利用线上资源的同学，成绩偏差倾斜程度变大。线上资源知识点过于分散，查找过程繁琐单一，搜索结果往往是“一对一”的。容易对学生造成厌倦、抵抗心理，影响学生学习效率。

4.无法掌握线上被动学习转换为自主学习。线上被动学习往往由于学生跟不上学习进度而产生的厌倦心理造成的，课堂上的学习时间有限，线上学习基本上是靠学生自主学习完成的，学习过程中往往需要网上寻找相关扩展知识点，知识点整合更能提高学生自主学习的兴趣和能力。

结语与前景展望

以习近平总书记新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻习近平总书记致国际人工智能与教育大会贺信精神，信息技术与教育教学的深入融合成为时代要求。新冠肺炎疫情下，为了全国两亿多大中小学生居家学习，教育系统紧急行动，打响了一场“停课不停学”的攻坚战，在线教育迅速走进社会。围绕加快教育现代化两亿学生用户的涌入要求需要系统性的知识点上的归纳总结、稳定运营状态，信息教育平台必须不断前进和完善，推动数字教育資源公共服务体系的进步。

“智易星”基于“互联网+”知识图谱的基础构建，信息教育普遍的观念转变，以及信息教育行业的先进性和专业化的特点促使学生更多样化、全面的学习由大数据所带来的优势，在传统课堂与信息教育的融合中，面对海量题库与知识点，要求智慧教育行业必须完善自身完成过渡，应当通过系统性的知识点过滤，准确的信息定位，使学生避免无法把握线上线下学习转换的效率问题，对线上名师的资源接受容纳程度不够，学生个体出现成绩偏差倾斜程度大。线上学习个体差异的统一的题海战术等而导致的厌倦心理、抵抗心理极大程度的浪费国家数字教育资源。