基于知识树的知识点表现方式研究

基于知识树的知识点表现方式研究 摘要：教学知识点就是教学活动中构成教学信息的最基本组成单位。对知识点的关系进行了探讨，定义了知识点属性的七元组结构并对知识点学习过程进行了描述。 关键词关键词：知识点；知识树；七元组结构；学习过程 中图分类号：G434文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2014）005019302 作者简介作者简介：鲍梦（1979-），女，江西科技学院讲师，研究方向为计算机应用。0引言 知识库中的知识点是ICAI系统的重要组成部分，知识点作为教学内容的基本组成单位，虽然有些研究已经提高了知识在知识库中存储和表示的效率，但在利用有关知识解决相关问题时仍然存在不足，缺乏有力的依据。本文从知识点定义、知识点关系及知识点表示3个方面对知识点进行阐述。 1知识点概述 近年来，随着智能计算机辅助教学（ICAI）系统的不断发展，“知识点”这一概念在教学系统设计及实践中被广泛应用。对于知识点的概念，虽然很多研究都进行了阐述，但却没有一个统一的、明确的定义。本文在阅读大量文献的基础上将知识点定义为：教学知识点就是教学活动中构成教学信息的最基本组成单位。 一个知识点可能有先驱知识点和后驱知识点。先驱知识点是指学习该知识点时需要学习的先行知识点，后驱知识点指学习完该知识点后需要学习的知识点。没有先驱知识点的知识点称为开始知识点，没有后驱知识点的知识点称为结束知识点，既有先驱知识点又有后驱知识点的知识点称为中间知识点。 知识点按照其是否可分割可分为叶知识点和干知识点。叶知识点是不能再分割的知识点，是构成知识点的最小单位。干知识点是由若干叶知识点或其它干知识点组成的知识点。全部由叶知识点组成的知识点称为1级干知识点，N级知识点组成的干知识点称为N+1级干知识点。由此得出，叶知识点即为0级干知识点。按照这种划分方法，学科知识库可表示成一棵知识树，如图1所示，该知识树的特性是：知识点所在的层次越低，所包含的内容越少，但表述的内容越具体、明确，知识点的局部性更强；知识点所在的层次越高，它所包含的内容越多，但相对而言更抽象，整体性更强；从教学信息中提取知识点要遵循的原则是保证知识点的完整性和独立性。 图1知识库的树状结构 2知识点间的关系 知识点间存在一定的关系，这些关系是连接知识点的纽带，掌握这些关系是学好领域知识的必要条件。通过图1所示知识树可将这些关系分为以下3类： （1）父子关系。从纵向角度划分，知识点间存在父与子的关系。父知识点是由几个知识点组成的干知识点，组成这些干知识点的知识点称为子知识点。父知识点包含子知识点，子知识点从不同的侧面、不同的角度、不同的范畴围绕其父知识点进行阐述23，8。子知识点可以是叶知识点也可以是干知识点，父知识点则必须是干知识点。 （2）兄弟关系。从横向角度划分，知识点间存在兄弟关系，即这些知识点位于同一个层次上，他们是同级别的，学习时无先后顺序，知识点间无必然联系，可根据需求自主选择学习次序。 （3）先驱关系。从知识点间的内在联系来看，知识点间有先驱后导关系，即学习后面知识点的前提是必须要学习它的先驱知识点，相对兄弟关系而言，它们的学习是有先后顺序的，学习者在学习过程中需要严格按照知识点的顺序来学习，否则达不到系统掌握知识的目的。 由以上描述可看出，父子关系和兄弟关系反映了知识点间的层次关系，先驱关系和兄弟关系则反映了知识点间的依赖关系。 3知识点表示 3.1知识点属性描述 在ICAI系统中，对知识点进行定性分析的相关研究有很多，而对知识点进行定量分析的研究却很少。本文采用七元组（N，H，T，D，I，O，TH）结构对知识点属性进行描述，如图2所示。 （1）N（知识点的编号），每个知识点都有一个唯一的编号，编码的原则是根据知识点所处的章节来编号。章采用数字形式表示，节用字母表示，如第1章第2节第1个知识点，其编码为1B1。 （2）H（知识点的标题），用来概括本知识点的标题内容，定义为字符型，如在VB程序设计课程中，第2章第2节第3个知识点的标题是“常量的概念”。 （3）T（知识点的类型），定义为字符型，包括概念知识点、原理知识点、事实知识点、技能知识点和问题知识点3。 （4）D（知识点的难度），定义为整数型，表示知识点的难易程度，分为5个级别，分别是“容易”、“较容易”、“一般”、“难”、“很难”，依次用数字04表示。 （5）I（知识点的重要程度），定义为整数型，表示知识点的重要程度，分别用“一般”、“重要”、“很重要”三级指标表示。其中0代表“一般”、1代表“重要”、2代表“很重要”。 （6）O（知识点的教学目标），它分为识记、理解、运用、分析、综合和评价。 （7）TH（知识点的通过阀值），表示知识点是否学习通过，定义为整数型，知识点学习未通过取值为0，知识点学习通过则取值为1。 图2知识点属性描述 3.2知识点学习过程 知识点的学习过程可用有向图表示，如图3所示。由图可看出，1是开始知识点，2、3、5、6是中途知识点，4、7是结束知识点，通过此图可清晰地看出知识点的学习路线。 3知识点学习过程 遍历知识过程图中节点的过程就是学习者学习知识点的过程。在学习过程中，学习者应遵循 “先学后进” 和“学好再进” 两大原则，这两个原则表达的意思分别是：学习新的知识点前应先学习其先驱知识点；通过阈值来控制学习者是否能进入下一个知识点的学习。 对知识点学习过程图中的知识点，可采用层次划分算法将知识点划分为N层，遍历知识点学习过程图采用两种遍历方法： （1）逐层递进遍历法。在知识点学习过程图中，知识点被划分为了具有先后关系的N层知识点，学习者先从第一层知识点开始学习，再依次学习后面的知识点，在学习过程中应注意第M层知识点是第M+1层知识点的先驱知识点，要学习第M+1层知识点必须先学完第M层知识点，以此类推直到学完第N层知识点。 （2）同层共进遍历法。对于学习过程图中的N层知识点，同一层上的知识点相互独立，所以学习者在学习同层知识点时可根据自身的需要决定学习的先后顺序。同层知识点间无先后关系，只要该层上的知识点均被学完即可。 学习过程图中被划分为N层的知识点可分别存放在多级队列Q中，遍历知识点学习过程图的过程就转化成了遍历Q