案例类别：人工智能+辅助学习

课程名称：混凝土结构设计原理    适用专业：土木工程

开课学院：土木与港海工程学院    主讲教师：谢青海

技术类型：知识图谱

应用场景：混凝土结构用材料的性能中混凝土强度取值问题

案例简介

混凝土作为钢筋混凝土结构中的主体材料，其强度取值直接关系到结构的安全设计。然而，混凝土强度取值与尺寸有关，目前规范主要采用两种尺寸来确定混凝土强度，涉及强度平均值、强度标准值、强度设计值。这些强度取值，用于不同设计情况。由于取值较多，学生往往容易混淆，取值错误。

本门课程通过构建知识图谱，以图形关联与链接，厘清混凝土不同尺寸、不同强度取值之间的关系，以及在以后章节中的具体应用。用这种图形化的方式，将混凝土强度取值形象化表达，提升学生学习兴趣，同时通过知识点的关联，引导学生有目的地学习，从而加强学习效果。

一、背景

混凝土结构设计原理是从力学原理到结构设计的关键过渡，直接关系到学生能否学懂土木工程专业核心内容，建立专业信心，完成后续相关专业课程设计，并支撑后续职业发展。该部分知识点集中且繁多，需要学生课上课下投入大量时间，才能够有所理解。另一方面，学习效果十分依赖教师对内容的熟悉与掌握程度。在传统的教学方式下，或者翻转课堂的模式下，学生很难建立起课程整体印象和系统思维，更多地是陷入具体的专业知识点中。学生的学习兴趣较难维持，学习的主动性不够，课后也不愿意花时间学习，从而导致学习效果不佳，具体表现在课程目标达成情况不理想，挂科率较高。

二、案例实施情况

利用超星平台提供的知识图谱技术，将知识点之间的内在联系，如因果关系、并列关系、包含关系等，以图形化的方式表示出来，形成知识点之间的关联网络。同时，整合教材、视频、案例等资源至图谱节点，加深对知识点的阐述。

图1 “混凝土结构用材料的性能”知识图谱

针对2022级本科生，采用知识图谱进行了混凝土结构基本原理课程创新教学实践。有了图形化的知识图谱，学生不再漫无目的地看书、看视频，而是有了清晰的学习路径。形成的常态化教学模式如下：课前，学生参照混凝土结构基本原理课程知识图谱进行预习，形成问题清单。课中，基于知识图谱的知识点，通过“有奖竞猜”即时答题，强化对知识点的理解。基于预习和答题情况，调整教学重点，通过知识点关联的教学资源，强化知识点的讲解。课后，通过知识图谱知识点，形成线上作业，进一步巩固学习效果。不定时地通过知识点及连接的资源，形成线上测试，完成阶段性的课程考核。这样，基于知识图谱的课程学习，学生能够形成各自的学习路径，直观地看到各自的学情数据，有的放矢，有针对性地强化学习。图2给出了“抗压强度”知识点和课程整体知识点的掌握情况。教师则可以根据具体的课程知识点掌握情况，合理调整教学环节，以提高学生的课程目标达成情况。

（a）抗压强度知识点掌握情况 （b）课程整体掌握情况

图2 课程知识点的掌握情况

三、案例创新突破

采用知识图谱，能够帮助学生建立学习混凝土结构基本原理课程的系统思维，解决知识碎片化、联系不紧密的问题，帮助学生构建系统的知识框架，避免“只见树木，不见森林”。降低学习难度，提升学习积极性，同时也能够较为方便地开展创新教学实践。

四、推广价值

该案例已经在2024-2025-1学期应用效果良好，目前正在2025-2026-1学期的“混凝土结构设计原理”课程教学中进行优化应用。基于知识图谱的“混凝土结构设计原理”课程教学创新与实践，可以为土木工程专业其他课程的知识图谱建设提供参考。

五、其他相关情况

案例相关数字资料：

已基于超星平台，建设该课程的知识图谱，提供相关教学资料。