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专利号: 2024115775105
申请人: 成都航空职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定方法,其特征在于,包括:

获取教师的基础数据和智能教育素养目标,所述基础数据包括个人信息、教学实践记录和职业发展目标;

根据所述基础数据进行文本处理,通过识别与教师智能教育素养相关的素养内容和教学要素,并基于所述素养内容和所述教学要素之间的关联性和影响路径,构建得到智能教育素养知识图谱,所述智能教育素养知识图谱中的节点表示教师的各项素养能力,边表示能力之间的依赖性;

根据所述智能教育素养知识图谱,利用图神经网络对知识图谱进行推理,评估教师在各个素养能力节点的当前水平得到素养水平评估结果;

根据所述素养水平评估结果和所述智能教育素养目标进行差距分析处理,通过分析教师当前素养与目标素养之间的差距并确定需要提升的能力,得到差距分析结果;

根据所述差距分析结果和所述智能教育素养知识图谱进行优化处理,利用路径优化算法对能力提升顺序和学习资源进行规划得到素养培育路径,所述素养培育路径包括每个能力提升的顺序以及对应的学习资源推荐;

根据所述素养培育路径进行资源分配处理,通过利用资源优先级分析和时间序列规划算法对学习计划进行规划,得到包含学习路径、资源分配、学习进度和评估指标的教师智能教育素养培育方案;

其中,根据所述基础数据进行文本处理,通过识别与教师智能教育素养相关的素养内容和教学要素,并基于所述素养内容和所述教学要素之间的关联性和影响路径,构建得到智能教育素养知识图谱,包括:根据所述基础数据,利用自然语言处理算法进行文本处理,通过词嵌入模型将文本数据转化为向量表示,并使用命名实体识别算法识别出与教师智能教育素养相关的关键术语和概念,得到素养内容和教学要素的向量化表示;

根据所述向量化表示,利用语义相似度计算算法进行语义关联性建模,通过计算不同素养内容与教学要素之间的相似度,并基于预设阈值筛选出相关性组合,得到素养内容和教学要素之间的关联性矩阵;

根据所述关联性矩阵,通过图论中的最短路径算法对素养内容和教学要素之间的依赖路径进行建模,通过分析不同内容之间的传递性和层级关系,得到素养内容和教学要素之间的影响路径图,其中节点表示各个具体的素养内容,边表示素养内容之间的依赖路径;

根据所述影响路径图,利用图神经网络进行图结构优化,通过图卷积网络对节点进行嵌入学习,优化各素养内容和教学要素之间的节点关系,得到智能教育素养知识图谱;

其中,根据所述智能教育素养知识图谱,利用图神经网络对知识图谱进行推理,评估教师在各个素养能力节点的当前水平得到素养水平评估结果,包括:根据所述智能教育素养知识图谱进行图神经网络的初始化处理,通过对每个素养内容节点和其邻接节点的关系进行初始特征向量分配,并使用图卷积网络的初始参数设置,对节点及其边进行嵌入表示,得到图神经网络的初始特征矩阵;

根据所述初始特征矩阵进行图卷积处理,通过多层图卷积网络对每个节点及其邻接节点的信息进行聚合与传递,更新各节点的特征向量,得到反映素养内容节点及其相关节点的节点特征矩阵;

根据所述节点特征矩阵,利用图神经网络的分类层进行素养能力节点分类处理,通过对每个节点的最终特征向量进行分类操作,并预测教师在每个素养内容节点上的能力水平,得到每个节点的分类标签;

根据所述分类标签进行整合处理,通过加权平均方法整合每个节点的评估结果,并结合节点的重要性及其邻接节点的影响,得到教师整体的素养水平评估结果。

2.根据权利要求1所述的基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定方法,其特征在于,根据所述素养水平评估结果和所述智能教育素养目标进行差距分析处理,通过分析教师当前素养与目标素养之间的差距并确定需要提升的能力,得到差距分析结果,包括:根据所述素养水平评估结果和所述智能教育素养目标进行匹配处理,通过将教师在每个素养内容节点上的当前能力水平与目标水平进行对比,利用欧氏距离方法计算当前素养水平与目标素养之间的相似度,得到初步匹配结果;

根据所述初步匹配结果进行差距量化处理,通过计算每个素养内容节点的差距值并进行量化分析,得到每个节点的差距量化结果;

根据所述差距量化结果进行能力提升需求判定处理,通过设定阈值判断每个素养内容节点是否需要进行提升,并利用动态规划算法确定最优的能力提升策略得到能力节点集合;

根据所述能力节点集合进行优先级分析处理,结合节点的重要性、难度和对整体素养的影响力,计算每个节点的优先级顺序,得到最终的差距分析结果。

3.根据权利要求1所述的基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定方法,其特征在于,根据所述差距分析结果和所述智能教育素养知识图谱进行优化处理,利用路径优化算法对能力提升顺序和学习资源进行规划得到素养培育路径,包括:根据所述差距分析结果和所述智能教育素养知识图谱进行能力节点依赖关系处理,通过分析知识图谱中各能力节点之间的相互依赖性,并利用拓扑排序算法确定提升路径的优先顺序,得到初步能力提升顺序;

根据所述初步能力提升顺序进行路径优化处理,通过分析每个能力节点的提升成本和收益,动态规划出最优的能力提升路径,得到能力提升顺序;

根据所述能力提升顺序进行情景模式构建处理,通过模拟教师在实际教学环境中的能力提升过程,利用情景模拟算法构建至少两种情景模式,并判断路径的合理性,得到路径修正建议;

根据所述路径修正建议进行路径优化处理,通过综合考虑每个能力节点的优先级顺序、情景模式中的反馈信息以及学习时间的合理安排,得到素养培育路径。

4.一种基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定系统,其特征在于,包括:

获取模块,用于获取教师的基础数据和智能教育素养目标,所述基础数据包括个人信息、教学实践记录和职业发展目标;

处理模块,用于根据所述基础数据进行文本处理,通过识别与教师智能教育素养相关的素养内容和教学要素,并基于所述素养内容和所述教学要素之间的关联性和影响路径,构建得到智能教育素养知识图谱,所述智能教育素养知识图谱中的节点表示教师的各项素养能力,边表示能力之间的依赖性;

推理模块,用于根据所述智能教育素养知识图谱,利用图神经网络对知识图谱进行推理,评估教师在各个素养能力节点的当前水平得到素养水平评估结果;

分析模块,用于根据所述素养水平评估结果和所述智能教育素养目标进行差距分析处理,通过分析教师当前素养与目标素养之间的差距并确定需要提升的能力,得到差距分析结果;

优化模块,用于根据所述差距分析结果和所述智能教育素养知识图谱进行优化处理,利用路径优化算法对能力提升顺序和学习资源进行规划得到素养培育路径,所述素养培育路径包括每个能力提升的顺序以及对应的学习资源推荐;

规划模块,用于根据所述素养培育路径进行资源分配处理,通过利用资源优先级分析和时间序列规划算法对学习计划进行规划,得到包含学习路径、资源分配、学习进度和评估指标的教师智能教育素养培育方案;

其中,所述处理模块包括:

第一处理单元,用于根据所述基础数据,利用自然语言处理算法进行文本处理,通过词嵌入模型将文本数据转化为向量表示,并使用命名实体识别算法识别出与教师智能教育素养相关的关键术语和概念,得到素养内容和教学要素的向量化表示;

第一计算单元,用于根据所述向量化表示,利用语义相似度计算算法进行语义关联性建模,通过计算不同素养内容与教学要素之间的相似度,并基于预设阈值筛选出相关性组合,得到素养内容和教学要素之间的关联性矩阵;

第一建模单元,用于根据所述关联性矩阵,通过图论中的最短路径算法对素养内容和教学要素之间的依赖路径进行建模,通过分析不同内容之间的传递性和层级关系,得到素养内容和教学要素之间的影响路径图,其中节点表示各个具体的素养内容,边表示素养内容之间的依赖路径;

第一优化单元,用于根据所述影响路径图,利用图神经网络进行图结构优化,通过图卷积网络对节点进行嵌入学习,优化各素养内容和教学要素之间的节点关系,得到智能教育素养知识图谱;

其中,所述推理模块包括:

第二处理单元,用于根据所述智能教育素养知识图谱进行图神经网络的初始化处理,通过对每个素养内容节点和其邻接节点的关系进行初始特征向量分配,并使用图卷积网络的初始参数设置,对节点及其边进行嵌入表示,得到图神经网络的初始特征矩阵;

第三处理单元,用于根据所述初始特征矩阵进行图卷积处理,通过多层图卷积网络对每个节点及其邻接节点的信息进行聚合与传递,更新各节点的特征向量,得到反映素养内容节点及其相关节点的节点特征矩阵;

第一分类单元,用于根据所述节点特征矩阵,利用图神经网络的分类层进行素养能力节点分类处理,通过对每个节点的最终特征向量进行分类操作,并预测教师在每个素养内容节点上的能力水平,得到每个节点的分类标签;

第一整合单元,用于根据所述分类标签进行整合处理,通过加权平均方法整合每个节点的评估结果,并结合节点的重要性及其邻接节点的影响,得到教师整体的素养水平评估结果。

5.根据权利要求4所述的基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定系统,其特征在于,所述分析模块包括:第一匹配单元,用于根据所述素养水平评估结果和所述智能教育素养目标进行匹配处理,通过将教师在每个素养内容节点上的当前能力水平与目标水平进行对比,利用欧氏距离方法计算当前素养水平与目标素养之间的相似度,得到初步匹配结果;

第四处理单元,用于根据所述初步匹配结果进行差距量化处理,通过计算每个素养内容节点的差距值并进行量化分析,得到每个节点的差距量化结果;

第一判定单元,用于根据所述差距量化结果进行能力提升需求判定处理,通过设定阈值判断每个素养内容节点是否需要进行提升,并利用动态规划算法确定最优的能力提升策略得到能力节点集合;

第二计算单元,用于根据所述能力节点集合进行优先级分析处理,结合节点的重要性、难度和对整体素养的影响力,计算每个节点的优先级顺序,得到最终的差距分析结果。

6.根据权利要求4所述的基于AI的教师智能教育素养的培育方案制定系统,其特征在于,所述优化模块包括:第五处理单元,用于根据所述差距分析结果和所述智能教育素养知识图谱进行能力节点依赖关系处理,通过分析知识图谱中各能力节点之间的相互依赖性,并利用拓扑排序算法确定提升路径的优先顺序,得到初步能力提升顺序;

第二优化单元,用于根据所述初步能力提升顺序进行路径优化处理,通过分析每个能力节点的提升成本和收益,动态规划出最优的能力提升路径,得到能力提升顺序;

第一构建单元,用于根据所述能力提升顺序进行情景模式构建处理,通过模拟教师在实际教学环境中的能力提升过程,利用情景模拟算法构建至少两种情景模式,并判断路径的合理性,得到路径修正建议;

第三优化单元,用于根据所述路径修正建议进行路径优化处理,通过综合考虑每个能力节点的优先级顺序、情景模式中的反馈信息以及学习时间的合理安排,得到素养培育路径。