学术速递 | 健康评估课程知识图谱的构建及初步应用研究（整理自《中华护理教育》2024年第9期）
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2024-11-01 19:05
北京
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知识图谱作为一种优质资源，使用数据驱动和知识驱动相结合的信息处理方法，从大量无序的信息资源中重构知识之间的连接，有助于学生快速形成知识体系。《中华护理教育》刊发文章“健康评估课程知识图谱的构建及初步应用研究”，构建了健康评估课程知识图谱并将其运用于教学，旨在助力学生建构知识系统、提升其课程学习效果，并为护理教育者构建课程知识图谱提供参考。
健康评估课程教材为人民卫生出版社出版的《健康评估》(第5版)和《围生期健康评估》(第2版)。构建知识图谱前，团队成员系统检索护理或其他学科的课程知识图谱构建研究，了解课程知识图谱的构建注意事项。团队成员与护理教育专家共同围绕知识单元的划分、知识单元间的关系等开展深入讨论。1.本体构建（模式层构建）
将知识单元视为“概念”抽取知识单元之间的层级关系，如包含性关系(总分、整部)、顺序性关系(顺序 、并列、递进)、相关性关系(支撑)。一般而言，教材的章节能体现出课程的知识单元，但也存在部分章节非独立的知识单元的特殊情况。教师在参考教材、专家会议讨论结果基础上，确定53个知识单元，人工抽取知识单元间的层级关系。例如，在图1中，“实验室检查”和“血液检查”分别为章名和节名，且两者间的关系属于包含性关系中的总分关系，前者属于父类(上一层知识单元)，后者属于子类(下一层知识单元)；在模式层中，利用标注“rdfs:subClassOf”的箭头连接两者，呈现知识单元之间的包含性关系。2.知识抽取（数据层构建）
数据层的构建中，先通过知识抽取获取数据，抽取出知识图谱中的实体、关系及属性，并表达出“实体-关系-实体”或“实体-属性-属性值”。在此基础上，融合模式层与数据层，构建健康评估课程知识图谱。以图1为例，从教材、教学大纲、教案等资料中，抽取“转移性右上腹疼痛”“麦氏点压痛”“白细胞计数升高”等知识点及实例“急性阑尾炎”，作为数据层的实体（其中“急性阑尾炎”为头实体、“转移性右上腹疼痛”“麦氏点压痛”“白细胞计数升高”等为尾实体，表达出“急性阑尾炎-症状-转移性右上腹疼痛”“急性阑尾炎-体征-麦氏点压痛”“急性阑尾炎：检查-白细胞计数升高”等)，并利用标注“rdf:type”的箭头建立知识单元与知识点之间的链接。在此基础上，为扩大知识图谱所含知识的范围及保证知识的全面性，将有别于教材数据等结构化数据的非结构化数据（如：授课视频、章节幻灯片、测验题目、知识链接等）纳入课程知识图谱的知识源，并建立其与已有知识点/实例之间的关联。例如：提供阑尾解剖结构的讲解视频，将其网址作为“急性阑尾炎”的属性，纳入数据层。![]()
通过实体对齐和重复知识合并，进行知识融合，以精简图谱内部实体、提高图谱运行效率，如对“寒战”和“寒颤”进行实体对齐，将“麦氏点”和“McBurney点”合并为1个实体。在数据层完成实体及关系的抽取、获得构建的知识图谱的基础数据源后，利用第三方（同一平台的其他课程、百度百科、搜狗百科、中国知网、PubMed等）知识库进行知识融入，完善和拓展现有知识图谱，从而实现知识的开放共享。例如：利用外科护理学课程的“急性阑尾炎”知识单元与“护理措施”等属性，抽取急性阑尾炎的护理措施等知识，将其纳入健康评估课程知识图谱。4.知识储存
考虑到与关系型数据库相比，基于图形的非关系型数据库能高效插入大量数据，可以更直接、自然地表现现实世界的关系，易于搜索各实体之间的潜在关系，因此该研究选用非关系型数据库中的图数据库，即Neo4i数据库存储健康评估课程知识谱，以便于后续构建健康评估智能辅助学习系统，存储后的知识图谱共包含199个知识点，2 890个节点，2 628个属性，在节点间建立了168次包含性关系、97次顺序性关系、37次相关性关系。最终构建的健康评估课程知识图谱，以体格检查章节(部分)为例，见图2。![]()
(1)课前 教师布置自主学习任务，要求学生利用平台上的知识图谱模块完成学习，学生完成知识点的自学和课前测验。教师从后台管理系统查询学习人次、学生的学习进度和掌握程度，从而获知学生自主学习情况，确定线下授课计划。
(2)课中 教师点击知识图谱中的案例，向学生展示与案例相关的问题。教师组织学生进行现场讨论，进行问题拆解和分析，培养学生解决复杂问题的高阶能力。
(3)课后 学生点击课中剖析的案例回顾所学知识，了解问题背后知识间的支撑关系，并通过拓展资源进一步提升对知识的理解度。学生通过知识图谱完成课后测验（知识点练习），利用“知识点掌握度”发现所学内容中的知识薄弱点，针对未完全掌握的知识点进行个性化学习。教师借助平台（教师端）的数据中心所形成的个性化学习报告，观测学生的学习情况，并且根据学情分析结果，有针对性地发布相关复习指引，帮助学生巩固知识。
作者：杨智慧 李兴雯 闭晓君 林劲秋 赵倩倩 刘素婷 罗园园 张立力
编排：郝淑龙 陈俊杉 李伟杰
审核：曹作华 李晓宁
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