知識圖譜在信號與系統課程教學中的應用探討

一、引言

“信號與系統”課程是電子信息類專業的核心課程。該課程賦予學生一種系統級思考方式，能夠幫助學生將復雜問題拆解為信號流，促使學生在頻域中尋找規律，在時域中驗證效果。這種思維模式將在人工智能、智能制造等新一代技術浪潮中，成為學生的核心競爭力。

經過多年的建設，我校該門課程在信息化技術融入、課程思政建設等方面已取得了一定的成效。通過學情分析，課程教學團隊發現，在教學中仍存在一些亟待解決的痛點： ① 該課程為專業基礎課。學生對該門課程知識的掌握程度參差不齊，不易實現個性化培養。 ② 該課程內容知識點繁多且復雜，涉及信號和系統的時域、頻域和復頻域分析等內容。大部分內容抽象難懂，導致學生在學習過程中不易發現其中的內在邏輯。這就要求學生及時進行歸納、梳理。 ③ 該課程內容涉及大量復雜公式，理論抽象，學生理解起來存在難度。對于該課程與前續、后續課程的關聯更是難以把握。

近年來，知識圖譜在教育教學中已展現顯著優勢，其技術特性直接支撐“信號與系統”課程的教學改革需求。知識圖譜將碎片化的知識點轉化為關聯網絡；可依據學生畫像動態推送相關學習資源；還可通過知識圖譜記錄學生的學習行為，生成多維度的評價報告，并推薦關聯習題與拓展文獻。

二、教學改革措施

針對上述教學過程中存在的這些痛點，“信號與系統”課程教學團隊一方面對教學邏輯進行重新梳理，另一方面繪制課程知識圖譜，構建線上線下混合式教學模式，針對教學痛點精準制策，各個擊破。

（一）構建課程知識圖譜

1.明確構建的目標和范圍

建立知識圖譜旨在幫助學生理解“信號與系統”課程中的知識點及其關聯，提高學習效率。因此，內容范圍要涵蓋課程的所有核心知識點。

2.知識點提取

對教材進行詳細研讀，提取主要的知識點。教師應查閱相關的學術論文、技術報告等，了解信號與系統領域的前沿知識和研究成果。同時，教師應與信號與系統領域的專家進行交流，獲取他們對知識點的理解和看法，以補充教材和文獻中未涵蓋的知識點。

3.知識點的關系表示

教師應確定知識點之間的前后置關系，建立知識點與應用場景之間的關系，找出具有相似概念或方法的知識點之間的關系。

4.繪制知識圖譜

在知識圖譜工具中創建實體，并為每個實體添加屬性，如實體的名稱、描述、標簽等。根據確定好的關系，在實體之間建立連接，形成知識圖譜的網絡結構。圖1為課程第一章第1節“信號”課程的知識圖譜雛形。

（二）建設與知識圖譜高度融合的課程知識庫

依托AI教學平臺，打造內容豐富、基礎扎實的課程知識庫，實現啟迪學生思考與實現“師－生－平臺”高效協作的先決條件。首先，將開展混合式教學使用的視頻資源和學習資料關聯至知識庫中。其次，將課程教材、課件、歷年作業、習題試卷、相關論文等資料進行整合，輸入知識庫。最后，將這些教學資源定位到圖譜中的相關知識點，點擊知識點便可以看到所有相關資源，

圖1第一章第1節信號知識圖譜

圖2知識圖譜關聯教學資源

圖4教學設計

（三）構建教師-AI平臺－學生相互協作的教學模式

“教師精準定制圖譜-AI平臺智慧啟發-學生高效協作”的教學模式如圖3所示。貫穿課前、課中、課后，針對教學痛點，精準制策，各個擊破。

針對“教學痛點1”，24小時AI助教能根據學生上傳的知識點或者提出的問題，參考學生要求的難度，向學生反饋難易程度相當的課后習題，供學生反復練習，幫助學生攻克學習難關。

針對“教學痛點2”，學生可以從知識圖譜看到課程知識的完整邏輯關系，并可使用24小時AI助教，實現自主學習或查缺補漏，如圖4所示。

針對“教學痛點3”，系統可基于AI技術的資源檢索功能，為學生推薦論文和文獻資料，幫助學生在學習中不斷探索、由淺入深。另外，學生可以通過使用知識圖譜，一步定位自身的薄弱環節，學習與之關聯的視頻、例題、文獻和案例，實現更深度更立體的自主探究式學習。

圖3教學模式

（四）優化教學設計，使知識圖譜有效融入課程教學各環節

教師在課程教學的第一課時將該知識圖譜框架展示、分解給學生，讓學生對課程內容及其涉及的知識、知識點間的聯系有總體的認識，以幫助學生理清知識間的邏輯關系。

理論課程組織實施原則是通過多種教學活動豐富課堂教學，將知識圖譜及相關教學資源有機融合到教學課理論教學 梳理課程 提前3天推 提前1天收 課堂講授重 作業、測試知識脈絡 送預習任務 集難點問題 難點知識 孕討饋□實踐教學 設置實踐 學生分組選 解讀實踐項 按理課進型 按組分析實教學內容 題 目流程 實驗交叉進行 驗結果

堂。教師可以通過知識圖譜設置預習任務、選取預習資源，并通過平臺至少提前3天將預習任務推送給學生，以促進學生進行自主學習；提前1天收集學生的預習情況。針對重點、難點知識進行線下講授，并結合圖譜設計互動問題；在課堂中，教師可以通過組織學生進行小組討論，幫助學生實現知識拓展及延伸學習；課外，教師可以通過作業、線上交流掌握學生的學習情況。總之，教師可以通過以上四種教學活動讓學生動起來，讓課堂活起來。

實踐教學環節的應用以“問題驅動－知識關聯－工程落地”為主線，基于圖譜設計實驗任務，通過圖譜的動態關聯能力與可視化優勢，強化學生對理論方法的工程化遷移能力。

三、教學改革的意義

（一）提升教學系統性與連貫性

知識圖譜為教師提供教學的“知識地圖”，依據知識圖譜系統梳理教學內容，明確教學目標和重難點，確保教學內容的連貫性和深度。學生也能夠通過知識圖譜清晰地看到知識的走向和發展脈絡，從而更好地理解和記憶知識點。

（二）促進教學方法與手段的創新

線上學習可以依據知識圖譜設置學習路徑和資源，為學生提供豐富的學習材料。線下課堂有助于深化學生對知識點的理解和應用。線上線下相結合的方式，可以充分發揮線上線下的優勢，提高教學效果。

知識圖譜可以作為教學互動的橋梁。教師可以將課程學習環節為游戲闖關模式，以激發學生的學習興趣、提高學生的課堂參與度。通過圖譜的反饋機制，教師可以針對問題及時調整教學方法和手段，實現教與學的及時互動和反饋。

（三）優化教學評估與反饋機制

教師可以通過分析學生在圖譜上的學習軌跡和成績分布，及時了解學生的學習進展和存在的問題。同時，學生也能夠及時發現自己的不足，調整學習策略；教師可以根據評價結果，優化教學策略。

（四）促進學科交叉與融合

知識圖譜能夠將不同領域的知識和信息整合到一起，形成知識網絡。教師可以利用知識圖譜開展跨學科教學，將不同學科的知識進行融合和貫通，以培養學生的綜合素養和創新能力。這些能力對于學生未來的職業生涯發展具有重要意義。

四、結束語

本文對“信號與系統”課程的教學改革進行了初步探索。在大班教學的環境下，將傳統教育與新興互聯網技術相結合，開展基于知識圖譜的線上線下教學，能夠實現“規模化”與“個性化”的統一，讓個性化教學真正落地。同時，其能夠有效提升學生的學習興趣，拓寬教學的廣度，探索教學的深度。

作者單位：肖寧 陳思慧 莫竹林張澤南寧理工學院

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