(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211126423.9 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 北京师范大学 地址 100875 北京市海淀区新 街口外大街 19号 (72)发明人 余胜泉　骈扬　李晟　孔令凯　 (74)专利代理 机构 北京京万通知识产权代理有 限公司 1 1440 专利代理师 许天易 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/20(2012.01) G06F 16/36(2019.01) G06N 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于学情的教学干预方法 (57)摘要 本发明提出一种基于学情的教学干预方法， 包括S1、 收集作业作答数据， 根据教学知识图谱 进行作业诊断； S2、 根据学情诊断结果， 在教学知 识图谱中开展学情推理以获得学情； S3、 基于教 学知识图谱和学习者学情， 实施教学干预。 本发 明提供的教学干预方法， 能够通过有限的作业题 目诊断出知识、 能力等层面的多维度学情结果， 同时推理出部分未考察习题的学情信息， 使 得教 学干预的依据更加丰富， 干预设计更加具有教育 解释性和准确性。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 115456415 A 2022.12.09 CN 115456415 A 1.一种基于学情的教学干预 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 收集作业作答数据， 根据教学知识图谱进行作业诊断； S2、 根据学情诊断结果， 在教学知识图谱中开展学情推理以获得 学情； S3、 基于教学知识图谱和学习者学情， 实施教学干预。 2.根据权利要求1所述的教学干预方法， 其特征在于， 所述教学知识图谱包括实体、 属 性和关系； 所述实体包括知识点、 学科能力、 习题、 学习资源、 学习活动， 所述属性包括知识 点的掌握概率、 学科能力的发展水平、 习题的错因、 学习资源针对的错因、 学习活动针对的 错因， 所述关系包括知识点与知识 点之间的前驱后继关系， 学科能力之间的进阶关系， 知识 点与学科能力之 间的要求关系， 习题与知识点、 学科能力之间的考察关系， 学习资源与知识 点、 学科能力 之间的培养关系， 学习活动与知识点、 学科能力 之间的培养关系， 习题之间的 相似关系。 3.根据权利要求1所述的教学干预方法， 其特征在于， 在所述步骤S1前还包括步骤S0、 基于教学知识图谱中的实体、 属性、 关系， 对每道作业题目的知识点、 学科能力、 教学目标、 错因进行识别和标记。 4.根据权利要求1所述的教学干预方法， 其特征在于， 所述步骤S1中作业诊断的方法包 括： S11、 根据所述作答数据， 得到学生每道 题目的得分率； S12、 基于所有学生的作业题目得分率， 计算学生在每个知识点上的掌握概率和学生在 每个知识点上 的学科能力发展水平； 其中， 学生在每个知识点上 的掌握概率为学生在每个 知识点对应的作业题目的平均得分率； 学生在每个知识 点上的学科能力发展 水平通过认知 诊断模型计算得到 。 5.根据权利要求4所述的教学干预方法， 其特征在于， 所述学生在每个知识点上的学科 能力发展水平的计算方法包括： (1)将作业题目按照知识点分组； (2)在每一组内， 依照题 目所考察的学科能力构建Q矩阵， 其中， Q矩阵的每一行代表一 道习题， 每一列代 表一级学 科能力； (3)利用学生的题目得分率， 构造作 答R矩阵， 其中， R矩阵的每一行代表一名学生， 每一 列代表一道习题； 矩阵的第i行第j列的值， 表示学生 i在习题j上的作答得分率； (4)在每组习题内， 利用Q矩阵、 R矩阵的信息， 对学生的学科能力开展基于DINA模型的 认知诊断， 解析出学生在各个学科能力维度上的发展水平， 并输出向量α， 其中， 向量α 的维 度数量为学科能力的维数， 每一个维度对应一种学 科能力的发展水平。 6.根据权利要求1所述的教学干预方法， 其特征在于， 在步骤S2中， 学情推理是指， 基于 已经获得的知识掌握概率和学科能力发展水平信息， 借助教学知识图谱中知识点之间、 学 科能力之间的关系， 推理得到未参与计算的知识点的掌握概率和学科能力发展水平， 所述 学情推理原则包括： 原则1： 前驱知识点的掌握概 率应当不低于后继知识点的掌握概 率； 原则2： 较为基础的学 科能力发展水平应当不低于高阶学 科能力发展水平。 7.根据权利要求6所述的教学干预 方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2包括： S21、 选择作业题目包括的知识点组成点集N， 并执行以下操作以获得教学知识图谱中权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115456415 A 2除作业题目知识点外的知识点的掌握概 率： (1)检验点集N 中所有具有直接或间接前驱后继关系的知识点对(k， k ′)， 如果存在不满 足Mastery(k)≥Mastery(k ′)的点对， 则将Mastery(k ′)的值修改为Mastery(k)， 直至点集N 中的所有前驱后继点对(k， k ′)均满足Mastery(k)≥Mastery(k ′)； Mastery表示知识点的掌 握概率； (2)依次遍历点 集N中的知识点， 对于每 个知识点 k： ·向前推理： 以k为起点， 在教学知识图谱中沿着前驱关系依次向前追溯知识点， 将追 溯的所有知识 点的掌握概率下界赋值为Mastery(k)， 直到无法找到前驱， 或遇到了点集N中 的点； ·向后推理： 以k为起点， 在教学知识图谱中沿着后继关系依次向后延展知识点， 将延 展的所有知识 点的掌握概率上界赋值为Mastery(k)， 直到无法找到后继， 或遇到了点集N中 的点； (3)对点集N中所有的节点执行完步骤(2)后， 对教学知识图谱中所有不在点集N中的知 识点m执行如下操作： ·如果知识点m的掌握概率上下界赋值齐全， 则将知识点m的掌握概率赋值为上下界的 均值； ·如果知识点m的掌握概率只拥有上界或下界， 则将其知识掌握概率赋值为上界或下 界； ·如果知识点m的掌握概 率仍为空， 则不做处 理。 8.根据权利要求6所述的教学干预 方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2还 包括： S22、 对教学知识图谱中每个知识点进行以下操作， 以获得教学知识图谱中除作业题目 的学科能力外的学 科能力发展水平： 若知识点下的各级学科能力均有值， 则根据所述原则2检验具有进阶关系的学科能力 对(a,a′)， 如果存在不满足Level(a)≥Level(a ′)的点对， 则将Level(a ′)的值修改为Level (a)， 直至所述知识点下的全部学科能力点对均满足Level(a)≥Level(a ′)； 其中Level表示 学科能力发展水平； 若知识点下的各级学科能力仅部分有值， 则选出有值的学科能力组成点集A， 依次执 行如下操作： (1)检验点集A中所有具有进阶关系的学科能力对(a,a ′)， 如果存在不满足Level(a)≥ Level(a′)的点对， 则将Level(a ′)的值修改为Level(a)， 直至点集A中的所有能力点对均满 足Level(a)≥Level(a ′)； (2)依次遍历点 集A中的学 科能力a： ·向前推理： 以a为起点， 在知识点下的全部学科能力中沿着基础关系依次向前追溯学 科能力， 将追溯的所有学科能力的发展水平下界赋值为Level(a)， 直到无法找到更基础的 学科能力， 或遇 到了点集A中的点； ·向后推理： 以a为起点， 在知识点下的全部学科能力中沿着进阶关系依次向后延展能 力维度， 将延展的所有学科能力的发展水平上界赋值为Level(a)， 直到无法找到更进阶的 学科能力， 或遇 到了点集A中的点； (3)对点集A中所有的学科能力节点执行完步骤(2)后， 对知识点中所有不在点集A中的权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115456415 A 3