面向在线学习的知识图谱推荐方法研究——以高中数学为例
这是一篇关于在线学习,知识图谱,表示学习,高中数学,推荐系统的论文, 主要内容为随着“互联网+教育”的不断深入,在线学习系统成为许多人获取知识的新途径,但在海量的学习资源背景下,在线学习系统中存在着同质化、个性化不足的问题,为此研究者们开始研究将个性化学习与信息技术相结合,但目前传统的在线学习平台大多使用协同过滤算法等成熟的推荐技术,而当用户历史数据较稀疏时,传统的推荐算法的性能就会受到限制。因此许多的研究者引入以深度学习为代表的表示学习技术,该技术将知识图谱嵌入到一个连续的向量空间来解决数据稀疏、冷启动问题。但是目前对表示学习的研究基本上都是针对旅游、医学等领域,而用于数学教学相关的研究较少,理论研究深度不够,初中的数学主要以通俗的语言方式进行表达,而高中数学语言的抽象化对思维能力提出了更高的要求,导致处在该阶段的学生在学习数学过程中存在知识偏差等问题。基于此,本文从认知主义学习理论角度出发,依托知识图谱表示学习技术,进行了表示学习算法与高中数学知识推荐系统的研究。主要研究内容如下:首先,本文对在线学习、知识图谱表示学习理论的国内外现状进行分析,对传统的推荐算法、知识图谱表示学习以及在线学习进行概念界定,深入讨论认知主义学习理论、CTCL指导框架(Culture,Technology,Content,Learning)以及最近发展区理论对研究过程的指导作用。其次,本文引入表示学习方法解决传统推荐算法数据稀疏与冷启动问题,并基于该方法提出基于翻译模型的共享变量网络表示学习算法,该算法通过共享变量网络的方法将预测问题视为排序问题以解决表示学习模型在处理复杂关系时效率低下问题。经过验证,改进的表示学习算法在链接预测任务中优于经典翻译模型,为推荐算法流程框架提供支撑。然后,本文从认知主义学习理论的角度对推荐算法的流程进行设计,将改进的表示学习算法与传统协同过滤算法进行融合推荐,在此基础上解决传统的协同过滤算法仅仅考虑用户与物品间的行为信息而忽略用户和物品本身内容信息的问题。最后,本文构建了高中数学知识图谱作为数据基础,依托协同过滤与表示学习推荐技术,根据推荐系统设计原则设计并实现了高中数学知识推荐系统,验证推荐方法的有效性。最后通过问卷调查结果分析推荐算法与系统存在的问题。
基于本体学习的高中数学知识图谱的研究与应用
这是一篇关于高中数学,概念抽取,概念关系抽取,知识图谱的论文, 主要内容为21世纪教育信息化发展迅速,计算机辅助教学是国家和社会比较推崇的一种教学形式。但由于网络学习资源冗杂,中学生在没有教师的指导下学习容易产生知识迷航、知识过载的现象,因此构建高中数学知识图谱是计算机辅助教学的一项基本工作,可以成为教师在教学过程中进行教学辅导的重要工具。建立高中数学知识图谱,就必须对其概念及概念间关系进行本体学习,从而抽取到可以准确描述高中数学领域的定义、公理等知识。本文主要从百度百科和中文维基百科的词条信息对高中数学知识领域的定义、定理等进行概念及概念间抽取,从而形成一个高中数学本体知识库,主要工作如下:(1)基于语言学的概念抽取虽然根据语义语法对语料进行分析,很少出现歧义,但处理大量语料数据时的效率过低;基于统计的概念抽取根据词频等统计信息对概念进行抽取,由于没有语义语法支撑,所以抽取的准确度不高。在本文中将这两种方法结合,首先建立词性规则库,按照词性组合规律,在规则库中进行匹配得到高中数学知识领域的概念候选集;然后在概念候选集的基础上,用互信息、左右信息熵和TF-IDF算法结合的统计算法对其进行筛选,得到高中数学知识领域的概念集。(2)针对父子关系等分类关系,首先将百科词条的页面分类结构进行聚类,然后经过共现分析得到概念父子对,发现当错误率为5%时,得到的概念父子对数量多且阈值合理;针对非分类关系,首先利用关联规则抽取候选概念集合中的概念对,经过实验后,发现当支持度阈值为0.000197,置信度阈值为0.0103时,抽取效果较好,得到概念对319对;然后利用SCWS分词系统得到谓语动词,并利用TF-IDF算法对其进行过滤,得到可以表示关系的谓语动词;最后根据之前抽取得到的概念父子对以及谓语动词可以构造三元组模型,在本文中根据似然函数将概念父子对与谓语动词进行匹配。本文通过对中文百科中高中数学词条的概念及概念间关系进行抽取,构建高中数学的本体知识库,借助Protégé工具使高中数学知识可视化形成知识图谱,并将其运用至系统中,使其更具有实用性。
基于深度学习的高中数学知识图谱构建研究
这是一篇关于知识图谱,高中数学,BiLSTM-Attention-CRF,BERT-BiLSTM-Attention的论文, 主要内容为随着互联网技术的逐渐发展,“互联网+教育”成为目前教育领域的研究热点。通过分析现有的网络学习资源可以发现,网络学习资源存在不具有较高的关联性、顺序性的问题,所以会导致学生没有办法获得良好准确的知识。为了解决上述问题,相关专家提出利用知识图谱构建相应的学习资源。本文针对教育领域的知识图谱不够完善的现状,从传统领域的知识图谱构建方法出发,以高中数学为例,构建了一个高中数学知识图谱。本文主要完成了以下几个方面的内容:1.高中数学知识图谱模式层的构建。在数学学科方面,现有的高中几何知识图谱因为没有依据课程标准的理念进行构建,所以存在不满足高中数学核心素养养成、不适应高中数学实际教学需求的问题。针对上述问题本文依据普通高中数学课程标准的理念,采用“五步法”构建思想构建高中数学知识本体,完成高中数学知识图谱模式层的构建。2.高中数学知识图谱实例的构建。通过爬虫技术爬取网络教学平台的高中数学教案,以此为数据基础,采用信息抽取技术进行命名实体识别和关系抽取。在命名实体识别方面,本文使用了Bi LSTM-Attention-CRF模型进行实体识别。在关系抽取方面,本文使用了BERT-Bi LSTM-Attention模型进行关系抽取。并且通过对比实验验证了本文所用模型相比与其他基础模型可以更好的识别相关实体和关系。通过使用上述两个模型可以识别出数学教案中的实体和关系。最后利用知识融合技术实现实体融合,最终完成高中数学知识图谱实例的构建。3.高中数学知识图谱构建工具的设计与实现。本文以高中数学知识图谱的构建流程为基础,设计并实现了高中数学知识图谱构建工具。该工具包含用户管理模块、实体识别模块、关系抽取模块、实体和关系管理模块、知识图谱展示模块。本文构建的高中数学学科知识图谱具有很重要的研究意义,以高中数学知识图谱构建流程为基础设计的高中数学知识图谱构建工具可以帮助学生更好的学习高中数学,更好的理解高中数学知识点之间的复杂关系,是提高学生数学学习的重要手段和工具。
基于本体学习的高中数学知识图谱的研究与应用
这是一篇关于高中数学,概念抽取,概念关系抽取,知识图谱的论文, 主要内容为21世纪教育信息化发展迅速,计算机辅助教学是国家和社会比较推崇的一种教学形式。但由于网络学习资源冗杂,中学生在没有教师的指导下学习容易产生知识迷航、知识过载的现象,因此构建高中数学知识图谱是计算机辅助教学的一项基本工作,可以成为教师在教学过程中进行教学辅导的重要工具。建立高中数学知识图谱,就必须对其概念及概念间关系进行本体学习,从而抽取到可以准确描述高中数学领域的定义、公理等知识。本文主要从百度百科和中文维基百科的词条信息对高中数学知识领域的定义、定理等进行概念及概念间抽取,从而形成一个高中数学本体知识库,主要工作如下:(1)基于语言学的概念抽取虽然根据语义语法对语料进行分析,很少出现歧义,但处理大量语料数据时的效率过低;基于统计的概念抽取根据词频等统计信息对概念进行抽取,由于没有语义语法支撑,所以抽取的准确度不高。在本文中将这两种方法结合,首先建立词性规则库,按照词性组合规律,在规则库中进行匹配得到高中数学知识领域的概念候选集;然后在概念候选集的基础上,用互信息、左右信息熵和TF-IDF算法结合的统计算法对其进行筛选,得到高中数学知识领域的概念集。(2)针对父子关系等分类关系,首先将百科词条的页面分类结构进行聚类,然后经过共现分析得到概念父子对,发现当错误率为5%时,得到的概念父子对数量多且阈值合理;针对非分类关系,首先利用关联规则抽取候选概念集合中的概念对,经过实验后,发现当支持度阈值为0.000197,置信度阈值为0.0103时,抽取效果较好,得到概念对319对;然后利用SCWS分词系统得到谓语动词,并利用TF-IDF算法对其进行过滤,得到可以表示关系的谓语动词;最后根据之前抽取得到的概念父子对以及谓语动词可以构造三元组模型,在本文中根据似然函数将概念父子对与谓语动词进行匹配。本文通过对中文百科中高中数学词条的概念及概念间关系进行抽取,构建高中数学的本体知识库,借助Protégé工具使高中数学知识可视化形成知识图谱,并将其运用至系统中,使其更具有实用性。
高中数学教材平面解析几何的比较研究
这是一篇关于高中数学,数学教材,平面解析几何,比较研究的论文, 主要内容为新一轮教学改革在如火如荼地进行着,各版本教材随着《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》颁布、《中国学生发展核心素养》(征求意见稿)和《普通高中数学课程标准(2017年版)》发布,准备进行新一轮的修订。平面解析几何作为高中阶段数学教学的核心内容之一,具有重要的研究价值。为了更好的把握教材中的平面解析几何内容,本研究以人民教育出版社、北京师范大学出版社、湖南教育出版社、江苏教育出版社出版的五个版本教材为研究对象,对教材中平面解析几何内容进行研究比较。本研究对教材的体系内容、知识呈现方式这两个主要维度展开比较,并在其中讨论教材蕴含的数学核心素养,得到以下研究结论:1.各版教材在“平面解析几何”部分的相似性。(1)教材内容整体的顺序编排较一致,课时总量基本一致。(2)圆的方程、空间直角坐标系、圆锥曲线方程的建立、几何性质的共性较多。(3)在知识呈现方式上,每个版本教材都重视知识呈现方式的多样化,以引起学生学习的兴趣。2.各版教材教材在“平面解析几何”部分的不同点。(1)各版教材的思维方式不同。人教A版是螺旋上升的过程,重视演绎的思维方式;人教B版体现思维的发展从低到高的逐步提升过程,采取演绎与归纳相结合的形式;北师大版体现知识的整体性与系统性,采取归纳的思维方式;苏教版更重视知识的系统性和严谨性,采用演绎与归纳相结合的思维方式;湘教版知识构建是以“向量”为基础展开的,采取归纳的思维方式。(2)不同教材对具体知识的侧重程度不同,直线方程部分存在较大差异。苏教版和湘教版在直线方程所用课时较多,说明编者更注重基础的教学。(3)不同教材展示知识的繁简程度与对平面解析几何的重视程度不同。湘教版教材内容多,比较详细;北师大版教材内容比较简洁,更多的是展示结论,弱化了数学知识的推导,这样不利于培养学生的严谨的逻辑推理素养;人教A、B版苏教版的教材比例较为适中。(4)从教材的概念,方程的建立和知识的应用等教材具体知识点的差异,体现教材对数学核心素养的要求不同。(5)教材体例设计的不同,知识呈现的层次不同,对学生的吸引力也不同。从对知识的全局把握、引言、旁白、插图、阅读材料、信息技术上看,人教A版总体表现得更好,其他版本各有优劣。(6)栏目设置的不同,体现不同版本教材对培养学生能力的侧重点不同。其中北师大版数量最多,湘教版最具特色。(7)数学题目能检测学生阶段性的学习效果,丰富学生的见识。苏教版的题目设置得最好,其余版本各有优劣。通过比较分析出的结论,得出五版教材平面解析几何内容编写的特点,并提出一些修改意见。
基于本体学习的高中数学知识图谱的研究与应用
这是一篇关于高中数学,概念抽取,概念关系抽取,知识图谱的论文, 主要内容为21世纪教育信息化发展迅速,计算机辅助教学是国家和社会比较推崇的一种教学形式。但由于网络学习资源冗杂,中学生在没有教师的指导下学习容易产生知识迷航、知识过载的现象,因此构建高中数学知识图谱是计算机辅助教学的一项基本工作,可以成为教师在教学过程中进行教学辅导的重要工具。建立高中数学知识图谱,就必须对其概念及概念间关系进行本体学习,从而抽取到可以准确描述高中数学领域的定义、公理等知识。本文主要从百度百科和中文维基百科的词条信息对高中数学知识领域的定义、定理等进行概念及概念间抽取,从而形成一个高中数学本体知识库,主要工作如下:(1)基于语言学的概念抽取虽然根据语义语法对语料进行分析,很少出现歧义,但处理大量语料数据时的效率过低;基于统计的概念抽取根据词频等统计信息对概念进行抽取,由于没有语义语法支撑,所以抽取的准确度不高。在本文中将这两种方法结合,首先建立词性规则库,按照词性组合规律,在规则库中进行匹配得到高中数学知识领域的概念候选集;然后在概念候选集的基础上,用互信息、左右信息熵和TF-IDF算法结合的统计算法对其进行筛选,得到高中数学知识领域的概念集。(2)针对父子关系等分类关系,首先将百科词条的页面分类结构进行聚类,然后经过共现分析得到概念父子对,发现当错误率为5%时,得到的概念父子对数量多且阈值合理;针对非分类关系,首先利用关联规则抽取候选概念集合中的概念对,经过实验后,发现当支持度阈值为0.000197,置信度阈值为0.0103时,抽取效果较好,得到概念对319对;然后利用SCWS分词系统得到谓语动词,并利用TF-IDF算法对其进行过滤,得到可以表示关系的谓语动词;最后根据之前抽取得到的概念父子对以及谓语动词可以构造三元组模型,在本文中根据似然函数将概念父子对与谓语动词进行匹配。本文通过对中文百科中高中数学词条的概念及概念间关系进行抽取,构建高中数学的本体知识库,借助Protégé工具使高中数学知识可视化形成知识图谱,并将其运用至系统中,使其更具有实用性。
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