“地学知识图谱”课程教学实践与探索

［摘 要］ “地学知识图谱”是地球信息科学与技术专业的高阶选修课，也是地球科学、信息科学和数据科学的交叉学科。探索“地学知识图谱”课程的教学实践，对于指导地球科学相关领域专业课程体系建设具有一定的意义。通过梳理“地学知识图谱”的课程特点，制定了“地学知识图谱”课程的教学目标，在教学实践中构建了“地学知识图谱”课程体系，以增强学生数据与知识双重驱动的地学创新能力，培养具有正确地球观的专业人才，以期为地球科学相关领域专业在“地学知识图谱”课程的建设与实践提供了一定的借鉴。

［关键词］ 地学知识图谱；地球信息科学与技术；教学实践

［基金项目］ 2022年度煤炭行业高等教育研究重点课题“人工智能+地球科学产教融合创新人才培育机制”（2021MXJG043）；2021年度中国矿业大学教改示范项目“动力中国课程思政”（2021KCSZ09）；2022年度中国矿业大学通识教育课程建设项目“地学大数据应用”（2022TSJY06）

［作者简介］ 闫兆进（1991—），男，山东济宁人，理学博士，中国矿业大学资源与地球科学学院讲师，主要从事地学大数据挖掘研究；杨 慧（1983—），女，江苏泰州人，理学博士，中国矿业大学资源与地球科学学院教授，主要从事地球信息科学研究；慈 慧（1981—），女，江苏徐州人，工学博士，中国矿业大学资源与地球科学学院副教授，主要从事遥感大数据分析研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）09-0000-04 ［收稿日期］ 2022-06-17

地球信息科学与技术专业旨在培养学生系统掌握地球信息科学与技术基础知识、基本理论和基本技能，能在资源勘查和信息化管理、矿山环境调查与评价、智慧矿山、国土规划、软件设计开发等行业从事生产、管理和科学研究工作，成为地球信息集成融合、关联分析与智慧利用领域的高素质工程技术人才［1］。“地学知识图谱”课程是地球信息科学与技术专业的高阶选修课，归纳该课程的突出特点，探索其教学体系，对于完善地球信息科学与技术专业学生的创新思维和地学问题求解能力培养，以及实现大数据时代地学类高校素质教育改革具有重要意义［2］。

一、课程特点

“地学知识图谱”课程主要讲述地学知识图谱的基本概念、核心技术内涵和应用实践方法，主要内容涉及地学知识表示与推理、图数据库、地学关系抽取与知识图谱构建、图神经网络与图挖掘分析等［3］。通过学习，有助于学生掌握必要的地学知识图谱基本理论、基本知识和基本分析方法，了解地球科学、信息科学和数据科学交叉的新领域，树立科学的地球观，增强数据与知识双重驱动的地学创新能力，为后续课程的学习和地学素养的提高打下基础。

二、教学目标

本课程旨在使学生掌握与地学知识图谱有关的各种基本概念，熟悉地学知识图谱的相关知识，初步了解知识图谱的起源、价值和技术内涵（教学目标1）；了解地学知识图谱的表示方法，以及存储和查询的方式，学会地学知识图谱的抽取与构建方法，了解地球科学、信息科学和数据科学交叉的新领域（教学目标2）；了解地学知识图谱的分析方法及知识图谱的技术发展，掌握利用知识图谱进行地学知识获取的基本方法和技能，增强数据与知识双重驱动的地学创新能力（教学目标3）；增强学生对祖国大好河山的热爱，激发学生爱国、爱校、爱专业的热情，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，建立保护地球的现代地球科学意识（教学目标4）。通过课程学习，使学生掌握地学知识获取的科学思维方式，能够运用知识图谱技术解决地学实际问题，具备从事地球信息科学及其相关领域工作的能力和素质。

本课程的教学目标与地球信息科学与技术专业本科生毕业要求的对应关系如下。教学目标1支撑了地球信息科学与技术专业毕业要求中“能够运用数学、自然科学、地球科学、遥感与地理信息系统、地学大数据技术等专业基础知识，解决地学信息化方面的复杂工程问题”的要求。教学目标2支撑了地球信息科学与技术专业毕业要求中“能够应用数学、自然科学、工程科学和信息科学的基本原理对地球科学问题进行识别和分析，掌握地学问题的信息化表述方法，能够综合运用文献、规范、标准或图集、软件等进行技术分析并获得有效的结论”的要求。教学目标3支撑了地球信息科学与技术专业毕业要求中“能够运用信息化的理论和技术手段对地球科学中的相关问题进行分析、处理和求解，能够考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素提出解决复杂地学信息化方面问题的方案，能够对地球信息数据处理及解释流程进行优化设计，并体现创新性”的要求。教学目标4支撑了地球信息科学与技术专业毕业要求中“掌握系统、科学的思维模式，具有终身学习的意识，对地球信息科学领域的前沿理论、先进技术能够自主学习，通过不断学习具备适应新方法新技术的能力”的要求。

三、教学实践与探索体系

（一）教学构思

“地学知识图谱”课程结合国内外地学知识图谱的最新研究成果，兼顾不同学生地学知识图谱学习的不均衡性，以学生为本，因材施教，旨在激发学生对于地球知识获取的兴趣和学习动力，培养学生正确的地球观，增强学生数据与知识双重驱动的地学创新能力，提升学生的综合素质。

（二）教学内容

“地学知识图谱”课程为32学时，均为理论教学，包括《地学知识图谱概论》《地学知识图谱表示》《地学知识图谱的存储与查询》《地学知识图谱的抽取与构建》《地学知识图谱推理》《地学知识图谱融合》《图算法与图数据分析、《地学知识图谱应用》等章节。详细的课程内容、要求及课时分配见表1。

（二）教学方法

在教学过程中，要注重教学方法创新，建立多层次、多样化的教学模式，充分利用各种教学媒介，从单一的讲授转变为讲授、演示、研讨相结合；构建与生活、生产实际和社会发展紧密联系的学科内容体系，考虑到本学科适用专业的普遍性，因材施教，注重可持续性学习；全方位调动学生的主动性和积极性，保证学生学习的有效性、提高学生学习质量、促进学生学习的良性循环。本课程采用课堂讲授、课堂研讨和教师演示相结合教学方法，旨在提升学生的综合素质。通过对地学数据采集、地学数据处理、地学知识挖掘等知识点的讲解，引导学生积极思考，参与地学知识图谱的“构建—分析—应用”全链路，培养学生地球科学、信息科学和数据科学交叉的创新思维和创新能力，树立科学的地球观，增强数据与知识双重驱动的地学创新能力。

（四）课程思政设计

坚持以地学知识图谱挖掘为导向，通过讲解、谈论等过程将历史文化事件的时间和空间进行呈现和链接，构建面向地学知识图谱挖掘的历史文化事件案例库，建设“地学知识图谱”课程网站和课程资源库，采用课堂讲解与线上案例库并重进行的实施方式，渗透中华优秀传统文化；在学生掌握基本原理的基础上，培养学生对专业理论深入钻研的良好习惯，强化精益求精的工匠精神，做到理论与实践相结合，学以致用，全面提升分析、解决问题的综合能力；在实验的组织中，以项目组织实验，培养“爱他人”的团队协作精神。

本文概括了“地学知识图谱”课程学科交叉的特点，明晰了该课程的教学目标，从教学构思、教学内容、教学方法、课程思政设计等方面探索了“地学知识图谱”课程的教学体系建设，以期为地球科学相关领域专业在“地学知识图谱”课程的建设与实践方面提供一定的借鉴。

参考文献

［1］马海勇，方世跃.数学地质课程教学实践与探索［J］.教育教学论坛，2020（43）：141-142.

［2］陈安清，密文天，王安迪，等.大数据时代我国地学教育的新态势［J］.教育教学论坛，2018（36）：65-67.

［3］赵江南.地学大数据背景下的矿床统计预测教学方法探讨［J］.教育教学论坛，2018（11）：153-154.

Teaching Practice and Exploration of the Geoscience Knowledge Graph Course

YAN Zhao-jin， YANG Hui， CI Hui

（School of resources and geosciences， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116， China）

Abstract： Geoscience Knowledge Graph is an advanced elective course in Geo-information Science and Technology， and its prerequisite courses are Geoscience Data Acquisition， Geoscience Big Data Analysis， Spatial Analysis and Modeling， and Geoscience Data Visualization， which are interdisciplinary disciplines of Earth Science， Information Science and Data Science. It is meaningful to explore the teaching practice of Geoscience Knowledge Graph course to guide the construction of professional curriculum system in earth science related fields. This paper composes the curriculum characteristics of the course， formulates the teaching objectives of the Geoscience Knowledge Graph course， and constructs the curriculum system of geoscience knowledge graph in teaching practice to enhance students’ data and knowledge dual-driven geoscience innovation and cultivate professionals with a correct view of the earth. This paper provides some reference for the construction and practice of the Geoscience Knowledge Graph course for majors in earth science related fields.

Key words： geological knowledge graph; geo-information science and technology; teaching practice