基于課程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)研究

于源 于洪杰 范一強 汪曉男 張婭

[摘 要] 高校作為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主陣地，提供多元化的課程以擴寬學(xué)生知識面，并在學(xué)分制的基礎(chǔ)上加大學(xué)生自主選課力度。不過，在選課的過程中，學(xué)生雖然有了更多的選課自由，卻會遇到因課程知識結(jié)構(gòu)不清晰而導(dǎo)致選課缺乏規(guī)劃的普遍問題，會對學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及教師的教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生消極影響。本文針對這一問題，提出了基于課程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)，并以A大學(xué)機電工程學(xué)院機械工程及自動化專業(yè)為例，對選課系統(tǒng)進(jìn)行了構(gòu)建?；谡n程導(dǎo)圖的選課系統(tǒng)不僅是規(guī)范學(xué)生科學(xué)選課的工具，也是更好實現(xiàn)人才培養(yǎng)的輔助手段，值得在全國高校推廣。

[關(guān)鍵詞] 選課系統(tǒng);先修課程;課程導(dǎo)圖;學(xué)分制;高等教育

[中圖分類號] G642 ?? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 01-0079-03

一 選課系統(tǒng)中課程關(guān)聯(lián)的重要性

課程體系是高校人才培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格的主要體現(xiàn)，其改革以適應(yīng)社會發(fā)展需求，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，尊重學(xué)生個性發(fā)展和科學(xué)地整合知識系統(tǒng)為目標(biāo)。個性化學(xué)習(xí)理念正逐步被廣大高校所接受，學(xué)分制成為高校的主流培養(yǎng)模式，具體表現(xiàn)為學(xué)校提供多元化課程，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣，在學(xué)校培養(yǎng)計劃的指導(dǎo)下選課。同時，還可以自主選修培養(yǎng)計劃外的相關(guān)課程（包括部分非本專業(yè)課程），具有一定的開放性[1]。此外，授課方式也由傳統(tǒng)課堂面授的單一途徑向在線教學(xué)、在線答疑等多元化模式轉(zhuǎn)變。大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（Massive Open Online Courses， MOOCs）的快速發(fā)展及其對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機起到的良好效果，得到了許多高校的認(rèn)可。部分高校正計劃或已經(jīng)將這種模式引入到本科生培養(yǎng)中，以充分利用在線課程（Online Education）的開放性與便利性等優(yōu)勢，來彌補課堂教育（Classroom Education）由于時間和空間的限制所帶來的不足，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。如三大課程供應(yīng)商之一的Coursera，就已與29個國家和地區(qū)的149所高等院校和達(dá)成合作（數(shù)據(jù)來源于https：//www.coursera.org/），中國有包括中國科技大學(xué)、北京大學(xué)以及上海交通大學(xué)等六所頂級高校已與其展開合作。開放式網(wǎng)絡(luò)課程已經(jīng)成為一股不可忽視的力量，并且正在走向成熟。從長遠(yuǎn)看，將會對教育事業(yè)產(chǎn)生革命性的影響[2，3]。然而，這種開放式的選課和自主學(xué)習(xí)在實際操作上會有一定的弊端，即容易導(dǎo)致學(xué)生的整個學(xué)習(xí)計劃缺乏科學(xué)系統(tǒng)的規(guī)劃和指導(dǎo)，使其所選課程之間缺少關(guān)聯(lián)，造成知識鏈的脫節(jié)，不利于形成系統(tǒng)性的知識框架。具體來講，學(xué)生在選課過程中，往往對備選課程不加了解，只給出簡單的主觀判斷，并在這些判斷的基礎(chǔ)上，選擇性地接受或者放棄某些課程的學(xué)習(xí)。但是由于缺乏系統(tǒng)的了解，這些被放棄的課程中，可能會包含部分后續(xù)課程的先修課程，這樣就會對后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)造成障礙，同時也不利于對于學(xué)生專業(yè)興趣的培養(yǎng)。以A大學(xué)機械工程與自動化專業(yè)在大學(xué)二年級下學(xué)期開設(shè)的復(fù)變函數(shù)與積分變換課程為例，它是大學(xué)三年級上學(xué)期開設(shè)的控制工程基礎(chǔ)的先修課程，但部分學(xué)生因為對課程體系并不了解而放棄該課程，造成控制工程基礎(chǔ)在教學(xué)過程中出現(xiàn)很大的困難，老師教學(xué)吃力，學(xué)生學(xué)習(xí)費勁。同樣，MOOCs中每門課程自成一體，盡管課程內(nèi)容完整，且有討論區(qū)及提交作業(yè)等較為完善的功能，但隨著課程數(shù)目激增，涉及的學(xué)科內(nèi)容越來越寬泛，MOOCs平臺課程管理的不足也顯現(xiàn)出來。課程之間相互獨立，在知識結(jié)構(gòu)上沒有相互聯(lián)系起來，這對于想要系統(tǒng)深入學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者來說，將會遇到很大的障礙。

由此可以看出，無論是高校的學(xué)生選課系統(tǒng)，還是互聯(lián)網(wǎng)在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如果課程之間相互獨立，缺乏關(guān)聯(lián)，在知識結(jié)構(gòu)上沒有系統(tǒng)性約束，缺少友好的選課操作平臺，那么學(xué)生在選課過程中就會因為沒有選課依據(jù)，而存在盲目選課的問題。根據(jù)北京大學(xué)一項研究顯示，“選課系統(tǒng)”是除了“師兄師姐介紹”外，學(xué)生獲取信息最主要的途徑，占比高達(dá)74.9% [4]。學(xué)生選課系統(tǒng)是學(xué)生接觸和了解學(xué)校培養(yǎng)方式的主要途徑，也是學(xué)生選課獲取信息的重要方法?？梢哉f，選課系統(tǒng)對高校的人才培養(yǎng)具有直接而深刻的意義。因此，學(xué)生選課系統(tǒng)的功能就顯得尤其重要。高校大多數(shù)現(xiàn)行的選課系統(tǒng)在知識結(jié)構(gòu)管理上具有明顯的不足，雖然學(xué)生可以在上面查看每一門課程的信息，但系統(tǒng)中沒有儲存和整理課程體系的知識結(jié)構(gòu)，每門課程之間相對獨立。雖然有些信息可以通過課程的備注信息表示出來，但這種方式無法直接建立課程之間的銜接。本文為解決這一問題，提出基于課程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)，并以A大學(xué)機電工程學(xué)院機械工程及自動化專業(yè)為例，對選課系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和構(gòu)建。利用該課程平臺，使學(xué)生能夠明晰課程脈絡(luò)并科學(xué)地、系統(tǒng)地進(jìn)行選課。

二 課程導(dǎo)圖的設(shè)計

課程之間的關(guān)聯(lián)可以從多個視角來考察，例如從培養(yǎng)目標(biāo)的知識、能力或素質(zhì)方面， 或者從課程的實踐環(huán)節(jié)來考察。但不管從哪個角度出發(fā)，落腳點都是課程之間的知識關(guān)聯(lián)[5]。課程導(dǎo)圖產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代美國“標(biāo)準(zhǔn)化運動”[6]。它可直觀地展示課程脈絡(luò)之間的關(guān)系，不僅能使課程之間相互關(guān)聯(lián)起來，也可讓學(xué)生進(jìn)入大學(xué)之后能有學(xué)習(xí)的整體方向，并且提供學(xué)生規(guī)劃四年修課的參考，幫助學(xué)生進(jìn)行選課咨詢及學(xué)業(yè)規(guī)劃。目前已經(jīng)在歐美等域外國家和我國的港澳臺地區(qū)得到充分重視[7]。課程導(dǎo)圖作為平臺和工具被引入高校的高等人才培養(yǎng)體系中，并且起著越來越重要的作用。而目前在這個領(lǐng)域研究以及應(yīng)用最深入和充分的依然是歐美國家，以醫(yī)學(xué)教育為例，根據(jù)Timothy G Willett教授的調(diào)查，加拿大和英國絕大部分醫(yī)學(xué)院校正在著力構(gòu)建課程導(dǎo)圖，并且有至少20%的院校完成了課程導(dǎo)圖的構(gòu)建[8]。值得一提的是，由于課程導(dǎo)圖是關(guān)于專業(yè)培養(yǎng)的系統(tǒng)表達(dá)，在此過程中就需要全體老師參與進(jìn)來，才能保證課程導(dǎo)圖真正有效。相較于那些對課程導(dǎo)圖重視的高校，我國還有很多高校對課程導(dǎo)圖的重要性沒有充分認(rèn)識，課程導(dǎo)圖的使用并不普及，相關(guān)研究也剛剛起步。但不少人已經(jīng)開始對此產(chǎn)生重視，一些院校的研究人員結(jié)合自己所在專業(yè)，對課程導(dǎo)圖的開發(fā)與設(shè)計進(jìn)行分析，并意識到其對學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)、教師教學(xué)的提高以及專業(yè)的建設(shè)具有重要意義[9]。

本文擬利用課程導(dǎo)圖來表達(dá)課程“時序關(guān)系”。課程導(dǎo)圖的本質(zhì)，就是要梳理課程之間的聯(lián)系，找出每門課所要求的與“預(yù)備知識”相對應(yīng)的課程，并以“先修課程”的方式展示給用戶。以圖1所示控制工程基礎(chǔ)課程為例，導(dǎo)圖中根節(jié)點指待選課程，葉節(jié)點表示無先修要求的基礎(chǔ)型課程。而除第一層外，所有課程均為控制工程基礎(chǔ)的先修課程。第二層為控制工程基礎(chǔ)的直接先修課程，該層的節(jié)點均是根節(jié)點的子節(jié)點。第三層節(jié)點則是第二層相關(guān)節(jié)點的直接先修課程，如高等數(shù)學(xué)是復(fù)變函數(shù)與積分變換的直接先修課程。

控制工程基礎(chǔ)是研究控制系統(tǒng)的組成、原理及分析方法的學(xué)科。傳遞函數(shù)是其數(shù)學(xué)模型。建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之后，就可以采用時域分析法或頻域分析法，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性進(jìn)行分析。復(fù)變函數(shù)與積分變換課程知識包含復(fù)變函數(shù)和積分變換兩大部分，后者包括拉普拉斯變換和傅里葉變換，而這是理解控制工程基礎(chǔ)中傳遞函數(shù)、時域分析法和頻域分析法等要點的基礎(chǔ)[10]。復(fù)變函數(shù)與積分變換課程為控制工程基礎(chǔ)課程奠定了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。圖1所示課程導(dǎo)圖中，復(fù)變函數(shù)與積分變換是控制工程基礎(chǔ)的一門先修課程。以此方法分析，可獲得其余先修課程。

控制工程基礎(chǔ)是控制領(lǐng)域的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，先修課程數(shù)量較少，但對于某些專業(yè)課來而言，其先修課程比較多，以機器人技術(shù)課程為例。該課程作為一門專業(yè)方向選修類課程，根據(jù)A大學(xué)機電工程學(xué)院機械工程及自動化專業(yè)培養(yǎng)計劃，其先修課程包括19門。包括1）專業(yè)方向課程，如機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、測試技術(shù)、機電傳動控制;2）專業(yè)基礎(chǔ)課，如理論力學(xué)、工程材料、互換性與技術(shù)測量、機械設(shè)計、機械原理、機械制造技術(shù)、控制工程基礎(chǔ);3）公共基礎(chǔ)課程，如大學(xué)物理、線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、復(fù)變函數(shù)與變換、電子電路技術(shù)、機械制圖;4）實踐環(huán)節(jié)課程，如金工實習(xí)、金工實習(xí)導(dǎo)論。如果僅以此對課程進(jìn)行展示，課程的參與人無論是老師還是學(xué)生都僅能從中得到課程的歸類情況，難于找到課程之間的關(guān)聯(lián)，也難于厘清課程所涉及的知識結(jié)構(gòu)。利用課程導(dǎo)圖將機器人技術(shù)上述先修課程進(jìn)行梳理和關(guān)聯(lián)，如圖2所示。該課程的直接先修課為機電一體化設(shè)計和理論力學(xué);機電一體化設(shè)計以機為主，以電為用，從系統(tǒng)的角度論述機械系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)的原理、特點、選用方法，穩(wěn)態(tài)設(shè)計和動態(tài)設(shè)計的分析方法等，因此需要具有機械設(shè)計和測試技術(shù)等課程的支持;而機械設(shè)計課程涉及機械和機械零件設(shè)計的概要，需要學(xué)生具備機械原理和機械制造技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識;機械制造技術(shù)對不同材料的加工方法進(jìn)行介紹，因此是建立在學(xué)生對工程材料和互換性與技術(shù)測量有所了解的基礎(chǔ)上的;金工實習(xí)（含金工實習(xí)導(dǎo)論）是實踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過動手實踐，熟悉機械制造的一般過程，掌握金屬加工的主要工藝方法和工藝過程，可為工程材料和互換性與技術(shù)測量等課程打下良好基礎(chǔ);機械制圖是門工程基礎(chǔ)類課程，被稱為工程界的語言，用來表達(dá)設(shè)計意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗的技術(shù)文件，因此是該課程導(dǎo)圖的葉結(jié)點。因此，可以看出，找出課程的關(guān)鍵知識點，依此梳理課程間相互關(guān)聯(lián)，是建立該課程的課程導(dǎo)圖的關(guān)鍵所在，繼而可得到課程之間先修或后繼的關(guān)系。

基于課程導(dǎo)圖的在線選課系統(tǒng)正是針對以上所述的現(xiàn)行選課系統(tǒng)不足的改進(jìn)，它能夠使選課系統(tǒng)具備一定的知識結(jié)構(gòu)管理的能力，并且這種知識結(jié)構(gòu)可以展示出來。學(xué)生選課之前可以在系統(tǒng)內(nèi)查詢每門課在知識結(jié)構(gòu)上與其他課程之間的關(guān)系，從而獲得先修要求。學(xué)生也可以依據(jù)各自的興趣提前做好準(zhǔn)備。如學(xué)生甲對機器人技術(shù)這門課感興趣時，他可以在入學(xué)時查看這門課的先修要求，選修線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程和機械設(shè)計、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計等專業(yè)先修課程，為將來學(xué)習(xí)機器人這門課打下理論基礎(chǔ)。這種選課系統(tǒng)對現(xiàn)代教育的人才培養(yǎng)具有重要的意義。

三 基于課程導(dǎo)圖的選課系統(tǒng)

本文在WAMP server開源軟件的基本框架上，利用MySQL完成了學(xué)生信息、課程信息、選課信息以及教師信息等數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存儲，并采用PHP storm完成了交互界面的設(shè)計，實現(xiàn)了基于課程導(dǎo)圖的選課系統(tǒng)。本系統(tǒng)的用戶分為：學(xué)生、教師、管理員。用戶不同，系統(tǒng)功能不同，權(quán)限也不相同，因此需要進(jìn)行身份驗證，驗證通過后，方可進(jìn)入相應(yīng)操作界面。

傳統(tǒng)的選課系統(tǒng)的核心功能是退選課。而當(dāng)學(xué)生要了解某門課程的先修要求信息時，只能查看課程教學(xué)大綱。學(xué)生要根據(jù)這些信息，自己梳理課程脈絡(luò)，進(jìn)行課程之間的關(guān)聯(lián)。由于學(xué)生獲取的信息不夠完整，很難系統(tǒng)地完成這項任務(wù)，而且也不便捷?；谡n程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)，在“培養(yǎng)計劃”頁面中增加了“查看先修課程”的超鏈接，學(xué)生直接點擊該鏈接就能獲得每門課程對應(yīng)的先修課程。在所有的先修課程中，將課程導(dǎo)圖中相鄰節(jié)點，即直接先修課程，單獨列出，作為第一列;第二列則列出該課程所有的先修課程，使學(xué)生在瀏覽的時候更有層次感，能夠突出重點，以機器人技術(shù)為例，理論力學(xué)和機電一體化系統(tǒng)設(shè)計為其直接先修課程，將其列在第一欄，如表1所示。

傳統(tǒng)選課系統(tǒng)對學(xué)生的選課一般不加限制，這就會使得一部分不滿足先修要求的學(xué)生，也能選修相關(guān)課程。這將會給后續(xù)學(xué)習(xí)和教學(xué)帶來不少問題。對學(xué)生而言，由于背景知識的缺乏，很多知識點聽不明白，跟不上課程進(jìn)度，嚴(yán)重時會導(dǎo)致學(xué)習(xí)半途而廢;對老師而言，學(xué)生“預(yù)備知識”不足，講課將會非常吃力。有時，為了照顧這些學(xué)生，必然要從頭講一些“先修知識”，影響教學(xué)進(jìn)度?；谡n程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)在學(xué)生選課時，會對該生的先修要求進(jìn)行驗證，如果不滿足選課條件，該生將無法選擇這門課程，同時系統(tǒng)會顯示用戶不能選課的原因。以機器人技術(shù)為例，當(dāng)學(xué)生未選修這門的先修課程機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，則系統(tǒng)會給出提示。這樣學(xué)生因為先修課程不滿足條件，故無法選修機器人技術(shù)這門課程。該選課系統(tǒng)對于先修課程的約束，不僅有助于學(xué)生合理選課，而且也使學(xué)生更加明確本專業(yè)課程間關(guān)聯(lián)、達(dá)到了使學(xué)生深入了解課程體系的目的。

四 基于課程導(dǎo)圖的高校選課系統(tǒng)的現(xiàn)實意義

針對高?，F(xiàn)有選課系統(tǒng)中由于課程間的邏輯關(guān)系相互獨立，關(guān)聯(lián)性不強而無法系統(tǒng)地、科學(xué)地引導(dǎo)學(xué)生選課的問題，本文設(shè)計了基于課程導(dǎo)圖的選課系統(tǒng)。這種選課系統(tǒng)能夠系統(tǒng)地表示課程在知識結(jié)構(gòu)上的遞進(jìn)關(guān)系，使學(xué)生厘清課程之間的脈絡(luò)關(guān)系，幫助他們建立個人的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更高效獲取先修課程信息，在選課時做到有的放矢，有利于培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。該系統(tǒng)還能對學(xué)生的選課行為進(jìn)行限制，避免由于片面性選課造成學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的知識斷層而導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難。此外，正快速發(fā)展的MOOCs技術(shù)，逐漸被引入高等院校，將基于課程導(dǎo)圖的選課系統(tǒng)應(yīng)用在MOOCs平臺中，對選課活動進(jìn)行科學(xué)的引導(dǎo)，將有利于用戶做出系統(tǒng)的學(xué)習(xí)規(guī)劃。

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（責(zé)任編輯：張宏玉）