基于數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則構(gòu)建特色課程群和知識(shí)鏈

馬宏斌，王英麗，秦丹陽，丁群

（黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150080）

課題以提供系統(tǒng)的、具體的特色課程教學(xué)體系為目標(biāo)，細(xì)化課程知識(shí)點(diǎn)、課程鏈、知識(shí)網(wǎng)。在維持原有的教學(xué)安排的前提下，建立學(xué)科“保密通信與信息安全”特色課程群的教學(xué)體系，優(yōu)化“保密通信與信息安全”課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。解決課程之間松散關(guān)系，建立課程之間強(qiáng)勢(shì)連接關(guān)系。本文的研究與實(shí)踐，將直接應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)學(xué)科通信工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全方向的教學(xué)、科研、應(yīng)用環(huán)節(jié)，將會(huì)對(duì)本學(xué)科電子信息類專業(yè)課程教學(xué)提供經(jīng)驗(yàn)方法，研究學(xué)科和專業(yè)新特色，促進(jìn)學(xué)科內(nèi)部組建新的課程群，繼而推廣至其他學(xué)科和專業(yè)，最終形成黑龍江大學(xué)的特色辦學(xué)。

一、課程群理論與實(shí)踐教學(xué)的松散性

課程群建設(shè)是近年來高等院校課程建設(shè)實(shí)踐中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的課程開發(fā)技術(shù)，其基本思想是把內(nèi)容聯(lián)系緊密、內(nèi)在邏輯性強(qiáng)、屬同一個(gè)培養(yǎng)能力范疇的同一類課程作為一個(gè)課程群組進(jìn)行建設(shè)，打破課程內(nèi)容的歸屬性，從實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)層次把握課程內(nèi)容的分配、實(shí)施、保障和實(shí)踐能力的實(shí)現(xiàn)。在課程群中，最基本的教學(xué)單元是知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)群是知識(shí)點(diǎn)的集合。把傳統(tǒng)的教學(xué)組織由兩層架構(gòu)進(jìn)化為三層架構(gòu)，使技能要求獨(dú)立于課程，形成目標(biāo)明確的課程群層次，嵌在課程和培養(yǎng)方案之間。由課程群承載技能培養(yǎng)目標(biāo)，協(xié)調(diào)課程之間的關(guān)系，使目標(biāo)明確化。弱化課程的獨(dú)立性，強(qiáng)化課程之間的親和性，凸顯它們?yōu)榇_定的共同技能的服務(wù)特征，突出各課程所蘊(yùn)涵的實(shí)踐定位，把圍繞一個(gè)實(shí)踐培養(yǎng)目標(biāo)的、含有若干課程中的實(shí)踐點(diǎn)抽象出來，在一個(gè)更高層次上連貫起來，使該實(shí)踐的培養(yǎng)隨課程教學(xué)的推進(jìn)而不斷遞進(jìn)、加深和拓展，逐步實(shí)現(xiàn)與培養(yǎng)目標(biāo)的重合。

課題研究“保密通信與信息安全”特色課程群教學(xué)體系的建立，優(yōu)化“保密通信與信息安全”課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。解決課程之間松散關(guān)系，在課程之間建立強(qiáng)勢(shì)連接關(guān)系。“保密通信與信息安全”課程組包含c語言、傳感器網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)處理、信息論、通信原理、密碼學(xué)、通信電子線路、電磁場(chǎng)與微波天線、網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)安全等專業(yè)課程，知識(shí)點(diǎn)就是課程大綱、教案、考點(diǎn)，須要對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的挖掘工作。遵循原有的教學(xué)大綱和課程設(shè)置，標(biāo)記“保密通信與信息安全”相關(guān)課程，并歸類為特色課程群。對(duì)于標(biāo)記為特色群內(nèi)的課程，教師須要挖掘特色群課程的知識(shí)點(diǎn)，依托縱向和橫向課題的研究內(nèi)容，形成相關(guān)聯(lián)的知識(shí)鏈、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。特色群內(nèi)課程須要改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，對(duì)知識(shí)鏈和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的重要知識(shí)點(diǎn)，采用關(guān)聯(lián)式、階段式、綜合式的考評(píng)和教學(xué)改革。

二、課程群知識(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

“保密通信和信息安全”課程群包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)處理、信息論、通信原理、密碼學(xué)、通信電子線路、電磁場(chǎng)與微波天線、網(wǎng)絡(luò)通信、c語言、網(wǎng)絡(luò)安全等課程，構(gòu)建“保密通信和信息安全”課程群知識(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫共分為三個(gè)步驟：（1）“保密通信和信息安全”項(xiàng)目組老師根據(jù)教授的課程，討論并提出標(biāo)記課程，建立特色課程群；（2）負(fù)責(zé)理論教學(xué)的老師在原來課程考點(diǎn)基礎(chǔ)上挖掘總結(jié)課程知識(shí)點(diǎn)，參與產(chǎn)學(xué)研用項(xiàng)目的老師根據(jù)項(xiàng)目需求，建立項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)；對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合，確定特色課程和知識(shí)點(diǎn)；（3）依據(jù)知識(shí)點(diǎn)類型的不同，將特色課程知識(shí)按照理論研究、應(yīng)用開發(fā)、工程實(shí)踐三個(gè)類別進(jìn)行劃分，完成課程群知識(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的建立。

課題以“保密通信和信息安全”作為教學(xué)目標(biāo)，對(duì)本專業(yè)理論研究、應(yīng)用開發(fā)、工程實(shí)踐不同類型的人才培養(yǎng)項(xiàng)目方面，推進(jìn)專業(yè)“分類培養(yǎng)”，根據(jù)學(xué)生的不同層次，設(shè)計(jì)差異化培養(yǎng)方案，實(shí)行差異化人才培養(yǎng)模式，實(shí)行導(dǎo)師制、小班教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)不同層次的拔尖創(chuàng)新人才。最終目標(biāo)是建立“保密通信與信息安全”系統(tǒng)平臺(tái)，提供學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)交互平臺(tái)，提供校園文化傳播平臺(tái)，旨在加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)，為學(xué)生提供多種創(chuàng)業(yè)思路和多條就業(yè)渠道，推進(jìn)高校文化傳承創(chuàng)新。

三、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘知識(shí)鏈

數(shù)據(jù)挖掘是一種決策支持過程，它主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)、高度自動(dòng)化地分析企業(yè)原有的數(shù)據(jù)，作出歸納性的推理，從中挖掘出潛在的模式，幫助決策者作出正確的決策。

在教育領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少，高校中對(duì)學(xué)生信息、成績等數(shù)據(jù)的處理一般還停留在簡單的數(shù)據(jù)的備份和查詢階段。從教學(xué)信息技術(shù)角度看，數(shù)據(jù)挖掘是一種嶄新的教學(xué)信息處理技術(shù)，其主要作用是對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)庫中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換、分析和其它模型化處理，從中提取出輔助教學(xué)決策的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘更主要是為教學(xué)決策提供真正有價(jià)值的信息，進(jìn)而獲得更好的教學(xué)效益。但很多學(xué)校面臨的一個(gè)共同問題是：學(xué)校數(shù)據(jù)量非常大，而其中真正有價(jià)值的信息卻很少，因此需要從大量的教學(xué)數(shù)據(jù)中經(jīng)過深層分析，獲得有利于教學(xué)決策、促進(jìn)教學(xué)發(fā)展的有價(jià)值的信息。

課題參照一種最有影響的挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則頻繁項(xiàng)集的Apriori算法，挖掘隱藏在教學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系。

首先，根據(jù)每個(gè)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)集。參照教學(xué)大綱執(zhí)行順序，將每個(gè)課程項(xiàng)集設(shè)置為數(shù)據(jù)庫的一個(gè)關(guān)系模式，包括起始時(shí)間、知識(shí)點(diǎn)關(guān)鍵字、課時(shí)、預(yù)備知識(shí)等屬性。其次，在課程數(shù)據(jù)項(xiàng)集中構(gòu)造事務(wù)T，分配唯一標(biāo)示符標(biāo)注，對(duì)于全體事務(wù)構(gòu)成的事務(wù)集合D，統(tǒng)計(jì)事務(wù)集D關(guān)于集合A與集合B的支持度s，分析研究最小支持度集。之后，計(jì)算事務(wù)集D包含A事務(wù)同時(shí)也包含B事務(wù)的計(jì)數(shù)或百分?jǐn)?shù)，得到置信度與最小置信度，得到滿足最小支持度閥值的事務(wù)中的頻繁項(xiàng)集。

課題構(gòu)建知識(shí)鏈和知識(shí)網(wǎng)，要結(jié)合理論研究、應(yīng)用開發(fā)、工程實(shí)踐不同項(xiàng)目需求，依據(jù)上述方法，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研用的需要將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)為知識(shí)鏈，將知識(shí)鏈組成知識(shí)網(wǎng)，并且全面的展示理論教學(xué)、高精尖的研究、應(yīng)用開發(fā)、工程實(shí)踐不同領(lǐng)域的重要知識(shí)技術(shù)。

四、課程群緊密耦合性在實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用

課題結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)，以及關(guān)聯(lián)規(guī)則中的Apriori算法，著眼于“保密通信與信息安全”特色課程群知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)鏈、知識(shí)網(wǎng)的構(gòu)建，實(shí)施了如下工作：（1）對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合，確定特色課程和知識(shí)點(diǎn)；（2）教學(xué)和項(xiàng)目組合作，聚合知識(shí)點(diǎn)，形成知識(shí)鏈，依托項(xiàng)目組建“保密通信和信息安全”特色課程群知識(shí)網(wǎng)；（3）建立特色課程群關(guān)聯(lián)式、階段式、綜合式教學(xué)考評(píng)。建立特色課程群，知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)鏈、知識(shí)網(wǎng)的教學(xué)考評(píng)方法。

在實(shí)施過程中，不僅要重視具有合理完備的理論課程體系，而且還要強(qiáng)調(diào)建立良好的實(shí)踐教學(xué)體系，幫助學(xué)生在實(shí)踐中真正把握理論知識(shí)，掌握基本的信息安全技能，并培養(yǎng)出綜合素質(zhì)高，善于理論聯(lián)系實(shí)踐的應(yīng)用型人才，實(shí)現(xiàn)如下的方法：（1）課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的補(bǔ)充與完善。為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力以及對(duì)知識(shí)的理解，對(duì)于課程群中的原本沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的課程，如密碼學(xué)等課程添加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于那些有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程，如網(wǎng)絡(luò)通信等課程，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新與完善；（2）設(shè)計(jì)高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教輔材料和監(jiān)測(cè)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的驗(yàn)證和重要補(bǔ)充，對(duì)于基本結(jié)構(gòu)原理，不僅忠實(shí)于基礎(chǔ)理論，而且強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵和外延，以及實(shí)驗(yàn)相關(guān)的材料的整理，包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論探究等。此外，調(diào)整原創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)以及綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，增設(shè)非驗(yàn)證性質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；（3）注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。充分發(fā)揮工學(xué)學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用實(shí)踐、創(chuàng)新競(jìng)賽、興趣小組等具體培養(yǎng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中真正思考、學(xué)習(xí)、領(lǐng)悟理論知識(shí)，鍛煉基本技能，掌握研究保密通信與信息安全的科學(xué)方法。