面向工程教育認(rèn)證的計算機(jī)專業(yè)智能課程地圖研究

王穎　肖紅　張強(qiáng)

摘 要：計算機(jī)專業(yè)智能課程地圖以學(xué)生專業(yè)知識學(xué)習(xí)和未來職業(yè)規(guī)劃為起點，建立課程與核心能力的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建可視化、可測量、可評價、可反饋的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，來輔助學(xué)生明晰個人的學(xué)習(xí)計劃和就業(yè)方向，并以課程為中心來整合各種學(xué)習(xí)資源。在學(xué)習(xí)行為特征數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過智能分析技術(shù)實現(xiàn)對課程地圖和人才培養(yǎng)目標(biāo)的持續(xù)改進(jìn)，進(jìn)而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)競爭力。充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生全面的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和綜合素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 課程地圖; 工程教育認(rèn)證; 計算機(jī)專業(yè); 智能分析; 持續(xù)改進(jìn)

中圖分類號： G64

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract： Based on the study of students' professional knowledge and their future career planning， the intelligent course map of computer specialty establishes the corresponding relationship between the course and the core competence， and constructs the professional training goal of visualization， measurement， evaluation and feedback， to assist students in identifying their individual learning plans and career directions， and to integrate various learning resources around the curriculum， on the basis of learning behavior characteristic data. The author realizes the continuous improvement of curriculum map and talent training goal through intelligent analysis technology， and then promotes the talent training quality and employment competitiveness. It fully embodies the student-centered teaching concept and helps to cultivate students' comprehensive knowledge structure， ability structure and comprehensive quality.

Key words： curriculum map; engineering education certification; computer science; intelligent analysis; continuous improvement

0 引言

2017年，李克強(qiáng)總理在政府工作報告中指出“以教育現(xiàn)代化支撐國家現(xiàn)代化”，同年2月《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》將“新工科”概括為“工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系”[1]，這表明高校的辦學(xué)應(yīng)圍繞畢業(yè)生能力和素質(zhì)提高與全面發(fā)展而展開，同時面向社

會需求和市場變化、學(xué)科發(fā)展和科技進(jìn)步，并將這些內(nèi)容貫穿到人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)[2]。工

程教育認(rèn)證最核心的理念是以學(xué)生為中心，因此大學(xué)4年的學(xué)習(xí)成果就是驗證專業(yè)教育有效性的最直觀、最有力、最直接的證據(jù)。而課程地圖的初衷和理念則有利于促進(jìn)教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生考評之間保持一致，有利于保障學(xué)生培養(yǎng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，使工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念付諸實踐[3-4]。因此面向工程教育認(rèn)證理念來構(gòu)建計算機(jī)專業(yè)智能課程地圖，有助于從教育供給和學(xué)生未來職涯發(fā)展為出發(fā)點來構(gòu)建計算機(jī)專業(yè)課程一體化人才培養(yǎng)模式，有利于教學(xué)參與者明確課程與核心能力的對應(yīng)關(guān)系，合理配置教學(xué)資源和開展教學(xué)活動，有利于構(gòu)建可視化、可測量、可評價、可反饋的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生掌握全面的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和綜合素養(yǎng)[5-6]。

1 課程地圖的概念及研究現(xiàn)狀

課程地圖的概念由Hausman在1974年提出，由Eisenger在1984年引入到高校課程的教學(xué)計劃過程中，達(dá)到整合學(xué)習(xí)資源、導(dǎo)向?qū)W業(yè)測評標(biāo)準(zhǔn)、滿足不同職業(yè)生涯發(fā)展需求的目的，進(jìn)而有效促進(jìn)高校持續(xù)改善教學(xué)質(zhì)量[7-8]。澳大利亞麥考瑞大學(xué)以圖表形式來構(gòu)建課程地圖，縱向包括學(xué)生可學(xué)習(xí)的12種技能，橫向是針對每個技能的6個選項，通過分析教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況填寫的表格，就能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和成效，進(jìn)而明確改進(jìn)教學(xué)活動的方式。對加拿大和英國的31所醫(yī)學(xué)院的課程地圖調(diào)查問卷調(diào)查得知，已有55%的院校正在開發(fā)課程地圖，19%的院校已基本完成課程地圖的規(guī)劃[9-10]。臺灣高等教育近年來提出“建立系所課程與教學(xué)目標(biāo)及核心能力之間關(guān)聯(lián)表，配合學(xué)生畢業(yè)出路建立完善課程地圖”[11]。而國內(nèi)課程地圖的研究尚處在初級階段，北京化工大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校的一下專業(yè)做出了符合本校特色的課程地圖，以流程圖的形式列出了專業(yè)培養(yǎng)方案中每個學(xué)期開設(shè)的理論課程和實驗課程及先后關(guān)系[12]。但這樣的課程地圖提供的是以學(xué)習(xí)路徑為主的功能，是一種靜態(tài)的呈現(xiàn)，是一種“理想上”或“理論上”需要達(dá)到的教學(xué)成果，它能幫助學(xué)生了解大學(xué)四年的學(xué)習(xí)路徑和未來的職業(yè)方向，卻不能保證每一位學(xué)生都能得到相同的滿意結(jié)果。因為教學(xué)活動是動態(tài)的，擁有相同課程地圖的學(xué)生不一定得到相同的學(xué)習(xí)成果。而要達(dá)到專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求，只讓學(xué)生了解的學(xué)習(xí)路徑是不夠，還需在實際教學(xué)過程中不斷了解學(xué)生的各項動態(tài)。因此構(gòu)建一個智能課程地圖，基于學(xué)習(xí)行為特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和智能反饋，則有利于教學(xué)管理者和教師進(jìn)一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，更好的完成和達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項指標(biāo)。

2 構(gòu)建智能課程地圖的基本思路

課程地圖雖然可以完整呈現(xiàn)學(xué)習(xí)的目標(biāo)及其路徑，但如何有效掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)成效還有進(jìn)一步發(fā)展和研究的空間。本文提出一種構(gòu)建智能課程地圖的思路，一方面在教學(xué)上呼應(yīng)與落實工程教育認(rèn)證對于基本素養(yǎng)與核心能力的要求，另一方面則通過大數(shù)據(jù)分析與信息關(guān)聯(lián)的方式，將各層級的教學(xué)目標(biāo)關(guān)聯(lián)起來，以響應(yīng)工程教育認(rèn)證主要倡導(dǎo)的3個基本理念即“以學(xué)生為中心”、“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”。智能課程地圖構(gòu)建思路，如圖1所示。

2.1 面向工程教育認(rèn)證理念和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建課程總圖

以工程教育認(rèn)證理念為指導(dǎo)，人才培養(yǎng)需采用“社會需求-培養(yǎng)目標(biāo)-畢業(yè)要求-課程體系-教學(xué)內(nèi)容”的逆向設(shè)計原則。因此要采用調(diào)研法、調(diào)查問卷法、企業(yè)訪談法、學(xué)校就業(yè)信息表和學(xué)生座談等方式充分調(diào)研計算機(jī)行業(yè)的相關(guān)崗位，按照職業(yè)或行業(yè)需求制訂大學(xué)四年學(xué)生所應(yīng)具有的能力體系，倒推出畢業(yè)生所要達(dá)到的核心能力，在就業(yè)崗位及核心能力調(diào)研的基礎(chǔ)上，也走進(jìn)其他高校對相關(guān)專業(yè)進(jìn)行調(diào)研，最終獲取專業(yè)學(xué)生需達(dá)到的核心能力及細(xì)化的能力指標(biāo)，并在培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核評價等方面形成本專業(yè)獨(dú)有的人才培養(yǎng)特色，再以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的畢業(yè)要求為準(zhǔn)則，將畢業(yè)要求逐條分解成可量化、可評價的指標(biāo)點，通過專家分析和大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析建立指標(biāo)點與相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而建立能夠支撐工程教育認(rèn)證12條畢業(yè)要求的課程體系，最終形成課程與畢業(yè)要求的能力矩陣。

2.2 建立以學(xué)生為中心理念的課程路徑圖

學(xué)生是學(xué)校的主體，教學(xué)是學(xué)校的根本，將學(xué)生放在中心的位置是一種新的人才培養(yǎng)實踐模式也是一種人才培養(yǎng)理念。學(xué)生作為受教育者，既是教育的對象和教育工作的出發(fā)點和落腳點，更是自我發(fā)展和成長進(jìn)步的主體，具有強(qiáng)大的主觀能動性。因此在課程路徑圖構(gòu)建的過程中將課程與學(xué)生就業(yè)方向關(guān)聯(lián)起來，便可以通過路徑圖直觀地看出課程與課程之間的聯(lián)系以及課程與就業(yè)方向之間的關(guān)系，如圖2所示。課程路徑圖能夠真實地展示出計算機(jī)專業(yè)四年所開設(shè)的全部課程以及課程間的先后順序。使教師明確了“教”的內(nèi)容以及學(xué)生明確了“學(xué)”的知識與培養(yǎng)目標(biāo)間的關(guān)系，同時也為學(xué)生找到一條最適合自己未來發(fā)展的學(xué)習(xí)規(guī)劃路徑提供了依據(jù)。

2.3 建立以產(chǎn)出導(dǎo)向為理念的課程時序圖

“新工科”建設(shè)要求高校在人才培養(yǎng)過程中要緊密結(jié)合社會人才需求、學(xué)生未來職涯規(guī)劃及核心能力培養(yǎng)，以專業(yè)建設(shè)定位為依據(jù)，以優(yōu)化學(xué)生知識、培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)，協(xié)調(diào)課程群之間的教學(xué)關(guān)聯(lián)，突出課程之間關(guān)聯(lián)知識點的融會貫通。建立以產(chǎn)出導(dǎo)向為理念的課程時序圖，有利于將計算機(jī)專業(yè)課程群有機(jī)的統(tǒng)一起來，將通識教育、學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)教育、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等課程群以不同的形式加以區(qū)分，各學(xué)期涉及的課程以清晰明了的圖形方式進(jìn)行展現(xiàn)，有助于學(xué)生全面明晰所學(xué)課程在自己知識體系中位置和作用，也便于教學(xué)參與者查看課程的分布情況及相互關(guān)系，更好地梳理和改進(jìn)各門課程與核心能力培養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系，包括先修課程與后修課程間的關(guān)系，理論課與實驗課、課程設(shè)計、認(rèn)識實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計之間的關(guān)系。以我院計算機(jī)專業(yè)為例構(gòu)建課程時序圖，部分實現(xiàn)結(jié)果如圖2所示。

整體界面顯示課程總圖，當(dāng)鼠標(biāo)放到某一門課的時候則會顯示課程之間的相互關(guān)系。這種展現(xiàn)方式相對于傳統(tǒng)的表格展現(xiàn)方式，將課程、學(xué)生、教師較好的連接在一個可視化的動態(tài)系統(tǒng)里，實現(xiàn)了教師間的合作、師生間的互動以及培養(yǎng)方案制訂與職場需求間的快速對接，充分體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的人才培養(yǎng)理念。

2.4 建立以持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)的課程內(nèi)容聯(lián)系圖

傳統(tǒng)的主干核心課程群教學(xué)中存在重理論、輕實踐、銜接不夠的問題，構(gòu)建課程內(nèi)容聯(lián)系圖可有效地解決這一問題。以人才培養(yǎng)為中心，以持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)，以課程優(yōu)化整合為重點，以改革核心課程群教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段為主要內(nèi)容，以加強(qiáng)課程群教學(xué)條件和評估體系為保障，理順各核心課程間內(nèi)容銜接關(guān)系來建立課程內(nèi)容聯(lián)系圖。學(xué)生利用課程地圖進(jìn)行學(xué)習(xí)過程中，實現(xiàn)“邊學(xué)習(xí)、邊設(shè)計、邊實踐、邊創(chuàng)新、邊反饋、邊改進(jìn)”的課程內(nèi)容聯(lián)系圖更新機(jī)制，便于教學(xué)參與者依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為特征及智能課程地圖的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果構(gòu)建融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體的計算機(jī)專業(yè)課程體系，進(jìn)一步挖掘各個課程內(nèi)容的知識點，有利于幫助教師分析所授課程的內(nèi)容組織和教學(xué)安排，查找知識點中遺漏的部分，以及在知識點間彼此連結(jié)的地方。利用課程內(nèi)容聯(lián)系圖可以將先修課程、當(dāng)前課程和后續(xù)課程有關(guān)的知識點組織并連接起來，不僅能夠?qū)εf知識進(jìn)行鞏固，也可以對新知識有個較好的掌握，做到課程設(shè)計不斷線、工程實踐不斷線、能力訓(xùn)練不斷線。比如，計算機(jī)組成原理課程中的流水線的多發(fā)技術(shù)、操作系統(tǒng)課程中的進(jìn)程同步、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程中的并發(fā)控制概念相類似，都可以用一個例子進(jìn)行講述（如病員就診或生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題等），借此也可溫習(xí)其他課程的知識點。

2.5 建立基于課程地圖的教學(xué)資源整合與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

透過課程地圖系統(tǒng)，每學(xué)期都可以自動分析出龐大的課程整合結(jié)果，這份數(shù)據(jù)并有利于后續(xù)的課程設(shè)計與發(fā)展。在智能課程地圖的建設(shè)過程中，可以將精品課建設(shè)、重點課建設(shè)、慕課和微課等線上課程資源進(jìn)行整合和提煉，利于在線學(xué)習(xí)過程有效的支持和監(jiān)督，通過課程地圖采用推薦式嵌入、引入式嵌入和自建式嵌入等方式引入網(wǎng)上教學(xué)資，引導(dǎo)學(xué)生開展課前網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)、課堂探究學(xué)習(xí)、課后拓展學(xué)習(xí)，明晰了“教”與“學(xué)”的課程與人才核心能力培養(yǎng)之間的關(guān)系。課程知識包括講稿、ppt、視頻、學(xué)習(xí)素材、題庫等顯性課程資源與學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)經(jīng)驗等隱性課程信息，智能課程地圖可同時對顯性知識和隱性知識進(jìn)行管理。應(yīng)基于當(dāng)前在線學(xué)習(xí)平臺中存儲的大量學(xué)習(xí)過程信息記錄（登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時間積累、作業(yè)測驗的完成情況等），利用計算機(jī)專業(yè)的特色優(yōu)勢和人工智能理論技術(shù)（聚類分析、關(guān)聯(lián)分析、基于學(xué)習(xí)者協(xié)同過濾推薦算法等）通過對學(xué)習(xí)者行為進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而完成學(xué)習(xí)資源和知識點優(yōu)選、知識關(guān)聯(lián)分析、課程關(guān)聯(lián)分析和核心能力分析，再此基礎(chǔ)上利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果完成對課程時序圖、課程內(nèi)容聯(lián)系圖、課程路徑圖以及課程總圖的持續(xù)改進(jìn)，如圖3所示。

3 構(gòu)建智能課程地圖的研究價值及使用效果

3.1 為教師提高教學(xué)質(zhì)量提供專業(yè)引導(dǎo)

課程地圖研究以專業(yè)核心能力培養(yǎng)為中心和目標(biāo)，綜合展示了專業(yè)課程體系和課程間相互關(guān)系，并基于學(xué)習(xí)成果進(jìn)行建設(shè)，可以為教師改進(jìn)和提升課程教學(xué)質(zhì)量提供方向性指導(dǎo)，可以為保障學(xué)習(xí)成果在教學(xué)計劃、課程教學(xué)和考核測評中落到實處提供過程依據(jù)。

3.2 為教學(xué)管理者制定學(xué)生培養(yǎng)計劃提供支撐

課程地圖從全局角度展現(xiàn)課程間關(guān)系，提供學(xué)生畢業(yè)后可能的職業(yè)發(fā)展路徑，以及校內(nèi)所學(xué)課程為實現(xiàn)這些路徑所進(jìn)行的能力培養(yǎng)。使學(xué)生能夠在校期間清晰了解自己的專業(yè)能力軌跡，有目標(biāo)性地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和有針對性地進(jìn)行自我培養(yǎng)。

3.3 便于其他專業(yè)開展課程地圖建設(shè)

計算機(jī)專業(yè)課程地圖建設(shè)的經(jīng)驗可推廣到其他專業(yè)的課程地圖建設(shè)，當(dāng)一個新的專業(yè)加入課程地圖系統(tǒng)后，無需進(jìn)行二次開發(fā)，可通過平臺配置自動生成符合本專業(yè)特色的課程地圖。與此同時，也可與學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對接，更好地指導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)業(yè)和未來進(jìn)行規(guī)劃。

3.4 智能課程地圖的使用效果

在課程地圖的實際應(yīng)用過程中，課程地圖利用關(guān)聯(lián)分析對知識點進(jìn)行有效的整理和歸納，以便學(xué)生通過可視化界面迅速地找到學(xué)習(xí)目標(biāo)和知識點。通過調(diào)查和訪談可知學(xué)生對所學(xué)課程的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，能夠了解所學(xué)各門課程間的相互關(guān)系及重要程度。對于教師而言，則可以利用學(xué)生學(xué)習(xí)知識點的聚類分析更加合理的安排教學(xué)計劃和組織教學(xué)內(nèi)容，深入了解學(xué)生對所教課程的掌握情況。在培養(yǎng)方案的修訂過程通過可視化的課程前后關(guān)系以及學(xué)生學(xué)習(xí)的課程路徑分析，方便專業(yè)負(fù)責(zé)人和教師進(jìn)行科學(xué)有效的修訂。

4 總結(jié)

智能課程地圖的建有助于對計算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)活動進(jìn)行梳理和重構(gòu)，使得教學(xué)活動的不同主體都可以利用地圖從不同角度進(jìn)行探究及規(guī)劃，為本科培養(yǎng)方案的制修訂提供了依據(jù)。能將組成課程體系的所有要素聯(lián)結(jié)起來，使課程組圖的整體意義大于課程的各個部分總和，能夠?qū)⒏鞣N課程主體、課程資源及其相互間的關(guān)系進(jìn)行連接，以可視化方式的形成動態(tài)可持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)與社會人才培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，以便于不同層次使用者之間的交流。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育高等教育司.教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知[EB/OL].（2017-02-20）[2017-08-16].http：//www.moe.edu.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[2] 張強(qiáng)，李薈， 王穎， 等.基于課程地圖的計算機(jī)專業(yè)課程一體化建設(shè)研究[J]. 才智，2018（26）：137-138.

[3] 王紅軍.基于工程教育專業(yè)認(rèn)證OBE理念的畢業(yè)要求達(dá)成度評價解析[J]. 教育現(xiàn)代化，2017，4（49）： 162-166.

[4] 姜海紅，葛雷，王超.基于OBE理念數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)探索[J]. 智庫時代，2019（47）： 288-290.

[5] 王鑒，安富海，李澤林.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下課程與教學(xué)論研究的進(jìn)展與反思[J]. 教育研究，2017（11）：105-116.

[6] 柏晶，謝幼如，李偉，等. “互聯(lián)網(wǎng)+”時代基于OBE理念的在線開放課程資源結(jié)構(gòu)模型研究[J].中國電化教育，2017（1）：64-70.

[7] 王鑒，李澤林. 探尋課程與教學(xué)論研究的“知識地圖”[J].教育研究，2019（1）： 27-41.

[8] 劉麗珍，王函石，宋巍，等.結(jié)合課程地圖與課程群建設(shè)，強(qiáng)化智能專業(yè)本科生核心能力培養(yǎng)[J].計算機(jī)教育，2013（19）：22-25.

[9] 王靜靜， 夏德宏. 專業(yè)認(rèn)證背景下的機(jī)械工程及自動化專業(yè)課程地圖建設(shè)[J].中國冶金教育，2016（2）： 52-55.

[10] 方潤.高校教育中專業(yè)課程地圖體系建設(shè)的幾點思考[J].教育教學(xué)論壇，2016（4）：240-241.

[11] 李志偉， 羅胡英， 林振景.基于專業(yè)核心能力培養(yǎng)的環(huán)境科學(xué)專業(yè)課程地圖的構(gòu)建[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（農(nóng)林教育版），2017（3）： 96-100.

[12] 景國勛，程磊，袁東升.“新工科”背景下的安全工程專業(yè)建設(shè)與發(fā)展思考[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017（2）： 102-107.

（收稿日期： 2019.08.26）