论文标题：Instructional Design and Practice of Specialized Courses Based on Knowledge Graphs—Using the Fundamentals of Electrical Engineering as a Case Study

期刊：Frontiers of Digital Education

作者：Fei Tang, Mo Chen, Jian Xu, Chao Qiu, Yuan Wang

发表时间：25 Mar 2025

DOI： 10.1007/s44366-025-0040-4

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在人工智能与大数据技术快速发展的时代，数字和智能技术赋能传统教育成为热点，中国强调要开启教育、科技与人才的良性循环以培养新型人才，而课程建设是人才培养的关键环节。现有研究虽在知识图谱赋能教育领域有所探索，但缺乏电气工程学科的高等教育案例。

研究论文

武汉大学唐飞副教授等在Frontiers of Digital Education（《数字教育前沿（英文）》）期刊上发表了一篇题为Instructional Design and Practice of Specialized Courses Based on Knowledge Graphs—Using the Fundamentals of Electrical Engineering as a Case Study的文章，提出融合知识图谱的课程设计框架，通过构建三元图模型与创新教学模式，为电气类课程的智能化改革提供了实践范式。

研究构建了“知识层、问题层、能力层”三位一体的三元图模型，以解决电气课程知识碎片化、跨模块关联弱的难题。首先通过“自上而下”的颗粒化分解，将课程内容逐级拆解为知识模块、子模块、知识单元及知识点，并配套教材、视频等资源库建设。随后以“自下而上”的方式构建图谱：知识层通过逻辑关系图展现知识点网络，问题层设计开放性工程案例引导探究，能力层制定可量化的学习目标并建立评估反馈机制。

图1 课程知识网络图的搭建

此外，研究提出“知识图谱+翻转课堂”混合教学模式，贯穿课前、课中、课后全流程。课前：学生通过AI学习伴侣完成预学并生成问题清单，教师利用图谱预设多维度教学目标。课中：基于学情数据调整教学重点，采用分层教学与互动测试。课后：布置虚拟仿真实验等开放性任务，形成“知识应用-能力拓展”闭环。“双闭环设计”进一步强化能力培养。第一轮闭环聚焦理论夯实，利用图谱反馈精准补漏；第二轮闭环通过问题导向的翻转课堂与虚拟实验，培养知识迁移与创新能力。

图2 基于知识图谱的教学设计框架

研究以《电气工程基础（第一部分）》为案例，对约100名学生实施知识图谱教学。认知技能方面，依托知识层图谱与MOOC测试，学生对核心概念的掌握准确率从65%提升至88%。专业技能方面，结合工程认证指标，“潮流计算”实操通过率从68%提高至85%。通过10-18个开放性课题，学生在发散思维、关联思维、批判性思维等维度显著进步。小组协作中，92%学生认可分工效率提升，85%通过翻转课堂辩论增强沟通能力；课后问卷显示，70%学生对专业责任的认知清晰度显著提高，职业规划明确度提升32%。

图3 电气工程基础的数字源构建（第1部分）课程

图4 电气工程基础（第 1 部分）课程中课前和课后社交能力评估的比较

尽管实践验证了知识图谱的有效性，但未来需打通《电力系统分析》《高电压技术》等课程关联，形成覆盖专业核心内容的知识网络；还要结合新型电力系统、储能技术等前沿，持续更新知识点并嵌入科研案例，增强图谱的时效性与工程适配性。

文章信息

Fei Tang, Mo Chen, Jian Xu, Chao Qiu, Yuan Wang. Instructional Design and Practice of Specialized Courses Based on Knowledge Graphs—Using the Fundamentals of Electrical Engineering as a Case Study. Frontiers of Digital Education, 2025, 2(1): 7 https://doi.org/10.1007/s44366-025-0040-4

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作者信息

唐飞，武汉大学副教授，博士生导师。2005年获华中科技大学电子信息工程学士学位，2007年获模式识别与智能系统专业硕士学位，2013年获武汉大学电力系统及其自动化专业博士学位。2007-2010担任华为技术有限公司系统工程师。现任武汉大学课程思政教学研究中心副主任，电气工程系电力系统研究所副所长、湖北省交直流智能配电网工程技术研究中心副主任。在国内外学术期刊发表 SCI、SSCI、EI 检索论文 100 多篇，授权发明专利 30 多项。主要研究方向包括，新能源并网，大电网稳定性，电力系统与通信系统耦合与安全性，智能电网，人工智能、深度学习、数字孪生在电力系统的应用等。

陈墨，武汉大学博士研究生，电气工程基础课程助教，主要研究方向电力系统稳定与控制。

徐箭，武汉大学电气与自动化学院教授、博士生导师。2002年获武汉大学电气工程与自动化专业学士学位，2007年获武汉大学电力系统及其自动化专业博士学位。现任武汉大学科学技术发展研究院副院长兼平台条件与成果管理处处长、IEEE高级会员、中国电机工程学会高级会员，湖北省杰出青年基金获得者，武汉大学珞珈青年学者，《电气工程基础》（上）国家级一流本科课程负责人、《电气工程基础》湖北省优秀基层教学组织负责人。兼任中国电力教育协会电气工程学科教学委员会副主任委员、中国电机工程学会电力系统专业委员会委员、中国电机工程学会海上风电技术专业委员会委员、《电力系统自动化》、《中国电力》、《武汉大学学报（工学版）》等期刊编委、CIGRE C4.59工作组成员。主要研究方向包括，综合能源系统建模、分析、运行与控制，新型电力系统运行与控制，柔性负荷调度与控制等。

邱超，中国科学院理学博士，现任武汉大学大学生工程训练与创新实践中心副主任，武汉大学数智教育教学研究中心成员，第十六届武汉大学杰出青年（教职工）。

王源，武汉大学电气与自动化学院硕士研究生，电气工程基础课程助教，研究方向电力系统稳定与控制。

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