知识图谱助力的本研贯通拔尖人才培养探索

［摘 要］ 坚持科技创新是实施国家重大发展战略、破解“卡脖子”难题、推动高质量发展的必由之路，而加快新工科紧缺拔尖人才培养则是推动科技创新的重要途径。当前，本研贯通一体化拔尖人才培养实践仍处于探索阶段，缺乏个性化培养，难以做到因材施教，培养效率和质量较低。借助以数字化知识图谱为核心的认知智能技术，积极探索本研贯通拔尖人才培养模式，从本研课程衔接、科创训练、跨学科教育，到科学公平的人才选拔，再到个性化培养，展开全方位探讨。在拔尖人才培养中取得初步探索成果，为进一步提升和实施本研贯通教育提供重要参考。

［关键词］ 本研贯通教育；知识图谱；新工科人才培养

［基金项目］ 2023年度浙江省“十四五”研究生教学改革项目“基于本硕贯通的未来通信拔尖创新人才培养模式研究”（No.132/浙学位办〔2023〕1号）；2023年度宁波大学“四新”教学改革研究项目“通信工程新工科人才本硕贯通培养机制探索”（SXJXGG2023010）；2022年度宁波大学教研项目“基于有效教学评价设计下的课程改进研究与实践”（JYXMXZD2022183）

［作者简介］ 刘 娟（1978—），女，江苏常州人，博士，宁波大学信息科学与工程学院教授，主要从事无线通信AI+研究；金 明（1981—），男，浙江舟山人，博士，宁波大学信息科学与工程学院教授（通信作者），主要从事无线频谱感知与信息智能融合研究；章联军（1980—），男，浙江兰溪人，硕士，宁波大学信息科学与工程学院高级实验师，主要从事网络技术实践教学与管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）03-0093-04 ［收稿日期］ 2023-11-08

目前，我国正全力推进“互联网+”“智能制造2035”等战略计划，聚焦科技创新来解决关键难题，为此急需大量具备新工科交叉理论基础、资源整合和科研创新能力的新一代顶尖创新人才。本研贯通教育注重长期、持续的培养过程，统筹协调本科生与研究生教育，涉及培养模式设计、课程衔接、科创思维训练和学术人才选拔等方面［1］。完善和实践本研贯通培养模式对解决复杂工程问题教育、加速新工科人才培养具有重大战略意义。然而，当前本研贯通教育仍处于探索阶段，存在有效培养机制缺乏、个性化培养路径单一等问题，阻碍了创新紧缺人才的培养。数字化知识图谱作为一种新技术，可用于实现教育信息化、数字化和个性化［2］，以显著提升本研贯通教育的质量和效率。

一、传统本研贯通拔尖人才培养存在的问题

本研贯通教育在国内已研究了十多年，从早期的本—硕—博（本—硕）连续培养，到本—硕—博衔接培养模式的探索；从早期侧重于研究课程教学内容改进，到研究培养方案和模式的改革与实践［3］。近来，除了探索“3+1+X”“2+1+X”等灵活的培养模式外，还在推动本研课程互认互换以及一体化课程系统设计和优化［4］，改进本研贯通拔尖创新人才选拔机制等。本研贯通教育已经成为培养拔尖创新人才的重要途径，当前正处于积极的探索阶段。

宁波大学自2018年起在信息与通信工程学科及通信工程专业进行了新工科人才培养和本研贯通课程的实践，取得了一些成果［5］，但仍存在许多不足之处，如复杂工程问题教育的缺失、本硕课程衔接问题、师资力量不足、本科生意愿低等。这些问题主要源自对跨学科知识和实践导向能力培养的忽视，对本硕教育衔接机制和人才个性化培养研究的不足，导致各方面存在脱节，影响个性化培养和因材施教。不解决这些问题，将严重影响本研贯通培养的效率和成果。

二、基于知识图谱的本研贯通拔尖人才培养模式探索实践

近年来，数字化知识图谱技术以大数据和人工智能为核心迅速发展，已应用于教育领域，如课程教学和个性化学习等，成为认知智能在教育领域的重要应用［6］。基于知识图谱的跨课程、重交叉的综合性教学模式，通过能力导向和复杂问题驱动，构建语义关系网络，实现课程群深度融合和资源优化，促进学生多样化学习实践路径，能够提升本研贯通教育质量和效率。

（一）知识图谱的创建

1.课程和学科知识图谱。为了构建并完善学科和课程知识图谱，首先，确定知识图谱的顶层主题和范围，选择以一门学科或多门学科为主题；其次，深入剖析学科和课程的知识体系、内容及其关联关系，确保学科和课程知识图谱覆盖该学科的核心概念、理论、方法和应用；最后，对学科和课程知识点进行分析、建模，将知识系统化地划分为不同的概念和关系，进而构建一个包含细分知识点、关系与属性的知识图谱。基于知识图谱设计用于解析复杂工程问题的知识体系，通过节点和边的关联来展示并探索复杂问题的本质。

2.学科和课程知识图谱实例。自2018年起，宁波大学的信息与通信工程学科和通信工程专业开始实践本研贯通培养方案，根据该方案构建了学科和课程知识图谱，如图1所示。课程体系包括通识课程、学科基础课程、专业基础课程、专业特色课程、创新创业课程和拔尖人才特色课程。每类课程包含几门到十几门课程不等，其中本研贯通一体化课程由图1中土黄色节点标注。图中节点代表课程类别或课程名称，边表示课程间的关联，课程还有额外属性，如学时、授课对象、教师、重要性和难度等。

3.师生人物知识图谱。构建和完善师生人物知识图谱，旨在通过刻画教师和学生的人物特点，挖掘个性化的教学和个性化学习途径，实施因材施教，才能深入贯彻本研贯通创新人才培养。确定知识图谱的顶层主题和范围，例如，以一所学校的师生人物为主题，收集整理师生的基本信息、教育经历、职业发展、研究成果等方面，对这些信息进行建模和分析，最后构建一个全面、细致的师生人物知识图谱。

（二）基于知识图谱的本研贯通拔尖创新人才培养模式设计

基于知识图谱，构建一个拔尖创新人才培养体系，如图2所示，以知识图谱在复杂工程问题教育中的应用为核心，选拔具有科研创新潜力的拔尖人才，设计本研贯通教育课程和科创衔接机制，整合教学实践资源和方法，支持个性化学习和自主探索，为拔尖人才提供全方位、个性化、跨学科的教学和科创实践指导，培养具有科研创新、资源整合能力的拔尖创新人才，并提升他们解决复杂工程问题的能力。

1.改进拔尖人才选拔机制。利用知识图谱，采用学生考评和专家面试相结合的机制，采取多维度能力评估，从优秀学生中选拔拔尖创新人才：（1）知识掌握评估。通过知识图谱精准评估学生对知识点的掌握情况。（2）素养和能力评估。构建素养图谱和目标图谱，评估和选拔具有良好素养和能力的拔尖创新人才。（3）科研和实践能力评估。通过知识图谱了解学生在学术科研和创新实践方面的表现，根据学生科研和创新实践成果，如论文、专利、发明、竞赛获奖等，选拔具有科创潜力的拔尖人才。最后，整合以上各方面的信息，综合评估评价学生的学习能力、学术能力和科研创新能力，以确保多维度选拔公正、准确且高效。

2.完善本研贯通衔接课程。在本研贯通课程体系中，“无线通信”作为本科生“通信原理”与研究生“数字通信”之间的过渡课程，知识点难度略低，但覆盖内容相似。根据学科和师生人物知识图谱，可修改本研贯通拔尖创新人才培养方案，优化课程衔接设计，避免不必要的重复，以确保课程衔接的连贯性和高效性。建立专业教学团队，由学术带头人、科研骨干和资深教师组成，具备本领域全面的专业基础知识，也能在授课中嵌入前沿的科学技术，进而构建复杂工程问题的教育教学体系。

3.提升科创训练和实践能力。利用知识图谱，推动拔尖创新人才的科创训练与实践。首先，基于知识图谱优化科创课程，结合理论和实践，引入复杂工程问题案例；其次，制订个性化科研培养方案，根据学生兴趣和潜力提供定制化的科创训练与实践机会，并结合师生人物知识图谱优化导师与学生配对机制，使学生有机会参与科研项目攻关，培养其解决复杂工程问题所必备的凝练、分析和实践能力；最后，通过评估反馈机制，跟踪并评估学生在科创训练中的表现和成果，有效调整培养方案。由此，基于知识图谱，全面培养学生的学术能力、创新能力和实践能力。

4.设计个性化教学和学习路径。知识图谱是一种复杂网络结构，知识点的遍历方式并不唯一，能提供多样化的实践路径。一方面，教师应利用知识图谱，为学生制定差异化的学习路径，引入课堂和在线学习平台，开发学习应用程序、虚拟实验室和交互式教学工具，因材施教，以帮助学生更好地理解和掌握知识点；另一方面，基于先修课程、学习兴趣和目标，学生能够从知识图谱导航和推荐系统获取最佳的学习路径及实践选择建议。综上，知识图谱能够为学生提供清晰的学习路径和实践引导，提升学生自主学习兴趣，提高学习效率。

5.提升解决跨学科复杂工程问题的能力。复杂通信工程问题往往涉及不同学科领域的知识交叉和应用，而知识图谱能够展示学科知识的交叉关联，根据知识点的内在联系形成跨学科的知识网络。基于知识图谱的教学设计以实践为导向，结合前沿科研项目，整合知识点和实践资源，梳理跨学科知识脉络，将前沿复杂的工程问题分解简化为若干个基本问题，结合多学科知识建立知识子图谱，帮助学生更好地理解学科之间的关系。跨学科教育还体现在整合教学资源与方法、跨学科课程体系及评估标准，形成跨学科评估体系。这样，通过知识图谱构建、跨学科课程设计、案例研究和项目实践，向拔尖创新人才提供跨学科整合性教育，培养其多学科交叉思维能力和解决复杂问题的整合性思维。

6.本研贯通拔尖创新人才培养探索成效。在宁波大学通信工程专业拔尖创新人才培养中，以提升学生解决跨学科复杂工程问题的能力为核心，开展了在数字化知识图谱助力下的探索实践，并取得了较好的成效。已毕业的两届通信工程拔尖创新班的学生考研录取率达80%，其中90%的学生进入“985”“211”和“双一流”高校，继续在本校深造的学生比例达到了50%以上，毕业生质量有了很大的提升。自2020年以来，通信工程拔尖创新班学生已发表SCI学术期刊论文4篇，获授权专利13项，获省部级以上创新创业竞赛奖10项，科创训练也初见成效。

结语

本研贯通教育具有重要的研究和实践价值，以数字化知识图谱为核心技术的认知智能为本研贯通拔尖人才的培养提供了全面和个性化的支持。构建学科课程和师生人物知识图谱，优化本研贯通培养方案，推荐最佳学习途径，引导学生参与前沿科研和实践项目，培养其综合能力和创新思维；帮助教师以学生为主体设计教学方法，因材施教，提升培养效率和质量。以知识图谱为助力，宁波大学通信工程专业已在拔尖创新人才本研贯通教育培养中进行了初步探索，初见成效，今后将继续研究和探索新工科拔尖创新人才培养模式。

参考文献

［1］嵇敏，陈璐，薛璟.学术型拔尖创新人才培养之本硕博一体化途径思考［J］.科教文汇（下旬刊），2020（15）：8-10.

［2］张勇，杨进才.基于学科知识图谱的高校教学模式研究［J］.计算机教育，2021（6）：141-144.

［3］郑宗生，王建，王振华，等.空间信息与数字技术专业本硕一体化人才培养探索与实践［J］.现代职业教育，2021（6）：228-229.

［4］张颖，杨凤珠，姚建林.化学专业本硕博一体化培养的课程建设探索［J］.化学教育（中英文），2020，41（24）：88-91.

［5］李军，王晓东，许高明，等.通信工程专业新工科创新人才培养模式研究［J］.教育教学论坛，2022（35）：169-172.

［6］陈飞，张春阳，于元隆.基于知识图谱的综合实践教学设计［J］.计算机教育，2023（4）：158-162.

Exploration of Cultivating Top Talents Through Integrated Undergraduate and Graduate Education Aided by Knowledge Graph

LIU Juan， JIN Ming， ZHANG Lian-jun

（Faculty of Electrical Engineering and Computer Science， Ningbo University， Ningbo，