兴趣导向的知识图谱设计研究:以高校学生在线学习个性化推荐系统为例

Interest-Oriented Knowledge Graph Design Research:
Personalized Online Learning Recommendation System for University Students

李左嘉晟
关 键 词: 知识图谱,学习兴趣,个性化推荐,在线学习
Keywords: Knowledge Graph, Learning Interest, Personalized Recommendation, Online Learning
摘 要
  在高校在线学习资源持续扩容的背景下,学习者在课程学习与复习中面临更高的内容筛选与路径决策负担,传统以目录或列表为主的组织方式难以支撑非线性的探索式学习过程。尽管课程知识图谱能够显性呈现知识点关系并提供结构化入口,但结构可见并不必然转化为路径可用,学习者仍可能在图谱探索中产生迷失、反复回跳与阶段性停滞。
  为此,本文以学习兴趣作为个性化过程支持的关键线索,面向高校学生在线课程的知识图谱探索情境,提出并实现一套兴趣导向的知识图谱推荐学习系统。在框架层面,本文将兴趣发展视角下沉到知识图谱节点粒度,构建“节点级兴趣发展—探索行为线索—支持策略”的关系框架;在机制层面,基于学习者在图谱中的节点级交互行为刻画兴趣状态与阶段特征,驱动推荐源筛选与阶段适配的推荐策略;在交互层面,围绕探索、比较、规划、沉淀的连续学习过程,将推荐作为可被感知和可被解释的过程性支持,嵌入到知识图谱探索中,并依据用户研究归纳的信息需求与策略偏好,形成与不同探索阶段相匹配的信息呈现与交互反馈方式。
  实验评估与质性反馈表明,相较于对照方案,兴趣导向的节点级识别与嵌入式推荐更有助于提升学习者在图谱探索中的主动性与积极性,促进学习者持续推进探索、扩大探索范围,并提升对知识结构与学习路径的组织与理解;推荐机制的作用更倾向于作为探索过程中的补充入口,在不替代学习者主线决策的前提下触发后续学习动作并支持扩展探索。研究为高校在线学习平台中图谱化呈现、过程性支持、个性化推荐的一体化设计提供了可落地的交互策略与系统实现参考。
Abstract
  In the context of the continued expansion of online learning resources in higher education, learners face greater burdens in content filtering and learning-path decision making during course learning and review. Traditional organizational approaches dominated by catalogs or lists struggle to support non-linear, exploratory learning processes. Although course knowledge graphs can explicitly visualize relationships among knowledge points and provide structured entry points, structural visibility does not necessarily translate into actionable learning paths; learners may still experience disorientation, repeated backtracking, and stage-wise stagnation during graph-based exploration.
  To address this issue, this study takes learning interest as a key cue for personalized, process-oriented support and proposes and implements an interest-oriented knowledge graph recommendation learning system for knowledge-graph exploration in online university courses. At the framework level, the study operationalizes an interest-development perspective at the node granularity of the knowledge graph and constructs a relational framework of “node-level interest development—exploration behavioral cues—support strategies.” At the mechanism level, the system characterizes learners’ interest states and stage features based on node-level interaction behaviors on the graph, thereby driving the selection of recommendation sources and stage-adaptive recommendation strategies. At the interaction level, aligned with the continuous learning process of exploration, comparison, planning, and consolidation, recommendations are embedded into knowledge-graph exploration as process support that is perceivable and explainable. Guided by user research on information needs and strategy preferences, the system forms information presentation and interaction-feedback approaches matched to different exploration stages.
  Experimental evaluation and qualitative feedback indicate that, compared with the control condition, interest-oriented node-level identification and embedded recommendations are more conducive to enhancing learners’ proactiveness and engagement in graph-based exploration, supporting sustained exploration, expanding exploration scope, and improving the organization and understanding of knowledge structures and learning paths. The recommendation mechanism functions more as a supplementary entry point within the exploration process, triggering subsequent learning actions and supporting extended exploration without replacing learners’ main decision making. This study offers actionable interaction strategies and system implementation references for integrated designs that combine graph-based representation, process-oriented support, and personalized recommendation in online learning platforms in higher education.
目 录 · Contents
第1章 引言
 1.1 研究背景与选题依据
  1.1.1 教育数字化与在线学习资源扩容
  1.1.2 在线学习的个性化过程支持需求
  1.1.3 知识图谱在个性化在线学习中的应用潜力
  1.1.4 兴趣作为个性化在线学习的导向动力的合理性
 1.2 研究问题与意义
  1.2.1 研究问题
  1.2.2 研究意义
 1.3 研究内容与方法
  1.3.1 研究内容
  1.3.2 研究方法
  1.3.3 设计科学研究方法
 1.4 研究创新点
 1.5 研究框架
第2章 国内外研究现状
 2.1 个性化学习的研究
 2.2 教育知识图谱的应用
 2.3 教育推荐系统的发展
 2.4 学习兴趣在学习工具中的应用
 2.5 在线学习图谱工具典型产品案例分析
 2.6 研究空白
第3章 关系框架推导
 3.1 兴趣发展理论的图谱结构转译与节点级适配:从兴趣到意图
 3.2 图谱探索交互的行为语法:从意图外显到可观察线索
 3.3 阶段差异化支持:从使用情境到支持维度
 3.4 关系框架汇总与陈述
 3.5 本章小结
第4章 用户预实验与设计策略
 4.1 用户预实验方案与实施
  4.1.1 预实验任务设计
  4.1.2 预实验实验材料
  4.1.3 预实验数据采集与分析方法
  4.1.4 预实验实施过程
 4.2 预实验结果一:兴趣阶段与行为线索的对应关系
 4.3 预实验结果二:兴趣阶段与设计策略的对应关系
 4.4 本章小结
第5章 设计实践
 5.1 图谱信息架构与基础交互
  5.1.1 课程知识图谱构建
  5.1.2 基于力导向的图谱拓扑布局
  5.1.3 知识图谱基础交互与功能
  5.1.4 辅助探索与导航能力
 5.2 兴趣识别与阶段化推荐生成
  5.2.1 节点兴趣值计算
  5.2.2 兴趣阶段计算、判定与表示
  5.2.3 推荐源节点筛选
  5.2.4 阶段化推荐内容生成
 5.3 推荐与学习路径构建相关交互与功能
  5.3.1 推荐入口与总体布局
  5.3.2 推荐列表区块:推荐内容的显示与组织
  5.3.3 图谱节点标识与推荐详情浮窗:融入探索流的推荐
  5.3.4 自定义路径构建
  5.3.5 系统可控性说明
 5.4 技术选型与系统开发
  5.4.1 总体技术架构
  5.4.2 开发环境与后端服务
  5.4.3 大模型与自然语言处理服务
 5.5 本章小结
第6章 实验测试
 6.1 验证目标与研究假设
 6.2 实验与数据测量方案
  6.2.1 实验方案
  6.2.2 数据测量方案
 6.3 实验实施过程与数据采集
 6.4 实验结果
  6.4.1 埋点数据结果
  6.4.2 问卷数据结果
  6.4.3 访谈结果
 6.5 综合分析与实验假设回应
  6.5.1 学习投入与主动探索
  6.5.2 方向感与路径建构
  6.5.3 推荐机制的作用方式与效果
 6.6 本章小结
第7章 结论与展望
 7.1 研究结论与主要贡献
 7.2 研究局限与未来展望
参考文献
附录A 系统核心代码
附录B 实验问卷
附录C 实验访谈大纲
附录D 各被试埋点数据记录
附录E 提示词
附录F 毕业设计展览照片
致谢
个人简历、在读期间发表的学术成果
部 分 插 图 · Figures
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