基于知识图谱的初中数学在线学习系统及应用

发布时间：2020-07-13 22:34

【摘要】：知识图谱技术的发展为现代教育领域挖掘、分析、构建、绘制多元实体之间的关系创造了条件。本文利用知识图谱技术,挖掘出学生、知识点和题目之间的关系,构建了初中数学题目知识图谱,并设计实现了初中数学在线学习系统,完成了以学生为主导的自动问答和选题功能,辅助教师教学。具体研究如下:(1)初中数学题目知识图谱的构建。首先,利用爬虫工具从web网站爬取一定数量的题目数据,并通过分词、word2vec等自然语言处理技术完成词向量的构建。通过平均最高相似度和关键字相似度计算方法分别在题干和答案解析上做计算,将计算结果作为多元线性回归模型的变量,判别相似题目,完成题目去重。然后,从题目语料中抽取实体和关系。最后设计概念层,完成实体填充,将构建好的题目知识图谱可视化展示。(2)基于题目知识图谱的自动问答模型与自动选题模型的构建。自动问答模型采用基于模板匹配的方式,通过分词工具HanLP,添加人工标注的命名实体,完成句子抽象。并根据抽象句子,创建问题模板和编号。然后,引入自定义词典作为语料,使用贝叶斯分类器训练,最终把自然语言转化成本体实例模板,从而在题目知识图谱中查询结果,返回给用户。自动选题模型采用基于学习进度和学习水平的策略,为学生推荐合适的练习题。(3)在线学习系统的开发。本文从应用需求、用户需求和功能需求分析出发,设计并开发了一个B/S端的初中数学在线学习系统。该系统实现了基于自动问答模型的知识点学习功能和基于自动选题模型的练习题推荐功能,帮助学生快速学习知识点并练习个性化题目。同时,系统还提供了查看排名等功能,方便教师查看学生排名,有利于教师对学生的学习状态进行及时评估,对困惑进行及时指导。该系统已投入某初中的实际教学应用场景中,近五个月的实际运行情况表明,基于知识图谱的初中数学在线学习系统对提高学生的学习效率和学习积极性有一定促进作用。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP311.52;G633.6
【图文】：

把用户输入分类到固定模板编号。一个自然语言分类器包含两个部分：训练和预测，如图 2-1 所示（原图来自于 http://www.sohu.com/a/129169666_572440）。图2-1 自然语言分类器Fig.2-1 Natural language classifier首先，训练样本输入后，会创建一组特征，使用机器学习算法从这些特征学习到一组参数，最后使用学习到的机器学习模型对新文本做预测。2.3 爬虫技术为了获取网络上各种渠道的教学资源，构建初中数学试题和知识点的图谱，我们采用网络爬虫技术来实现新型数据的获取。网络爬虫是一段能够自动获取网页内容的脚本或者程序，它按照一定的规则，自动抓取网页的内容，采集网页信息，甚至可以循环采集所有它能访问到的网站的信息。爬虫工具的主要目的是将互联网上的网页下载到本地，形成一个互联网内容的镜像备份，它可以使得用户在不访问目标网站数据库的情况下，通过解析 HTML 标签获取网页内容。爬虫的主要步骤分为数据采集

网络爬虫一般分为通用爬虫和聚焦爬虫两种，本文采用通用爬虫技术爬取网络教育资源，通用爬虫的基本工作流程如图 2-2 所示。图2-2 通用爬虫工作流程示意图Fig.2-2 Diagram of general crawler workflow首先选取重要的、出度较大的 URL 作为初始种子 URL 集合。把这些种子 URL 集合放入待抓取 URL 队列。在待抓取队列中取出 URL，发起 DNS 域名解析，获得主机 ip，并下载整个网页，将下载结果存储在网页库，把该 URL 放在已抓取队列。分析已抓取队列中URL，如果该URL中分析出别的URL，那么把新发现的URL放在待抓取URL队列，进行循环。2.4 知识图谱知识图谱

的、较为成熟的知识图谱。图 2-3 展示了较为复杂的知识图谱（原图来源于https://www.jianshu.com/p/2bae6c271fd8）。图2-3 复杂知识图谱Fig.2-3 Complex knowledge graph知识图谱主要包含以下几类元素：实体类节点：指的是有明显意义和区别性的某种事物。如本文中提到的某一个学生，某一个知识点，某一道题目等等，现实世界也就是由这些具体的事物组成，这就是实体，实体是知识图谱中最基本的元素，不同的实体之间一般存在着不同的关系。概念类节点：指的是具有相同特性的实体的集合，如本文中提到的题目类，知识点类，人物类等等。内容类节点：指的是实体的名字或者概念的名字，用作对实体或概念的描述与解释，一般可以由文本，结构化数据，多媒体等来表达。属性类节点：通常指的是一个实体的属性值，如本文中知识点的属性有名称，范畴，历史等属性

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 董泽芳;;点燃智慧校园新引擎——南京市大光路小学智慧学习系统的探索实践[J];江苏教育;2019年42期

2 张yN;;经合组织发布《掌握正确技能:为未来做好准备的成人学习系统》报告[J];世界教育信息;2019年06期

3 姚尧;陈亮;李尚滨;;泛在学习系统及其关键技术研究[J];林区教学;2014年06期

4 曹华阳;;“互联网+课堂导学”课堂学习系统下的初中生物教学的变革[J];中学生物学;2017年01期

5 盛群力 ,马兰;为学生的有效学习系统设计教学[J];宁夏教育;2003年12期

6 倪晓婷;张永胜;马天宇;张家华;;基于移动互联网的微学习系统的研究与设计[J];信息系统工程;2016年12期

7 刘树聃;万明;;构建基于高等职业素质教育的智慧学习系统[J];教育教学论坛;2017年12期

8 宋承继;陈小健;王津;;基于移动互联网在线学习系统的设计与实现[J];自动化技术与应用;2017年05期

9 陈亦欣;;基于人工智能的在线学习系统的研究与设计[J];江苏科技信息;2017年20期

10 刘静华;;在线学习系统在企业的应用效果探析——以电厂教育培训为例[J];人才资源开发;2017年16期

相关会议论文 前10条

1 刘伟;王陆;;分布式流媒体案例学习系统的设计[A];计算机与教育：应用促进学与教创新——全国计算机辅助教育学会第十三届学术年会论文集[C];2008年

2 孟麦玲;崔新春;崔海亭;;英文单词学习系统的设计与实现[A];计算机与教育：应用促进学与教创新——全国计算机辅助教育学会第十三届学术年会论文集[C];2008年

3 冯海成;杨耀峰;;体育在线学习系统的设计与实现[A];第4届全国青年体育科学学术会议论文摘要汇编[C];2005年

4 罗淳;;基于数据挖掘的个性化学习系统模型初探[A];计算机与教育：实践、创新、未来——全国计算机辅助教育学会第十六届学术年会论文集[C];2014年

5 何晓丽;陈小荷;洪鹿平;卢俊之;;外国人汉语虚词辅助学习系统研究[A];第三届学生计算语言学研讨会论文集[C];2006年

6 段凌;;基于Lotus Domino/Notes的协作学习系统的设计与开发[A];计算机与教育：应用促进学与教创新——全国计算机辅助教育学会第十三届学术年会论文集[C];2008年

7 尚超;;基于语料库的面向对象网络英语学习系统开发研究[A];第一届学生计算语言学研讨会论文集[C];2002年

8 郑颖立;张晓莉;;基于多Agent技术的协作学习系统[A];’2004计算机应用技术交流会议论文集[C];2004年

9 徐艳青;杨卉;;基于Web Service的分布式案例学习系统的开发[A];计算机与教育——全国计算机辅助教育学会第十二届学术年会论文集[C];2005年

10 刘敬光;王陆;;基于网络的情境化学习系统的研究与实现[A];计算机与教育——全国计算机辅助教育学会第十二届学术年会论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前10条

1 王宇霞 赛迪智库软件产业研究所;类脑智能:人工智能由“弱”向“强”的突破口[N];通信产业报;2017年

2 上海 张力平;非凡的认知计算[N];电子报;2017年

3 蔡立英 编译;深度学习系统趋向“多才多艺”[N];文汇报;2017年

4 惠州经济职业技术学院 蔡贤斌;浅谈会计培训在线学习系统需求及设计[N];科学导报;2017年

5 任素萍;建立一个高效率的学习系统[N];山西日报;2002年

6 余小娟邋邱玉长;龙岩电业局“每日三问”问出成效[N];国家电网报;2008年

7 广东记者站记者 秦通海 凌曲刚 郑成桑 河北记者站记者 魏希林 施泽华;培训形式多样 学习系统深入[N];中国纪检监察报;2003年

8 胡立强　刘炜;湖南高速交警：全面推广交通违法网络教育学习平台[N];人民公安报·交通安全周刊;2008年

9 记者　徐飞鹏;本市开通干部在线学习系统[N];北京日报;2006年

10 通讯员 毛刚;北京干部在线学习系统开通[N];中国人事报;2006年

相关博士学位论文 前8条

1 叶成林;基于网格的移动学习系统建模与设计研究[D];华南师范大学;2006年

2 黄辰;基于智力资源共享的企业学习系统研究[D];北京交通大学;2009年

3 王承军;高并发大数据在线学习系统中的关键技术研究[D];中国地质大学;2015年

4 黎清孝（Le-Thanh Hieu）;越南在线学习系统的设计、应用与安全措施研究[D];华中科技大学;2015年

5 赵建华;Web环境下智能协作学习系统构建的理论与方法[D];华南师范大学;2002年

6 李妼;基于视觉听觉语义相干性的强化学习系统的研究[D];太原理工大学;2012年

7 刘晓东;普适学习系统中的情境管理研究[D];大连理工大学;2013年

8 马相春;基于大数据的初中数学智慧学习系统模型研究[D];东北师范大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 郭琴芳;基于知识图谱的初中数学在线学习系统及应用[D];西安理工大学;2019年

2 贾晨;不同模态问题下宽度学习系统的研究与应用[D];太原理工大学;2019年

3 王飞飞;高职院校学生数学课程在线学习系统[D];华北理工大学;2018年

4 陈R汲

本文编号：2754078