基于“知識圖譜+可視化任務驅(qū)動地圖”的《運籌學》課程建設(shè)路徑探索

秦文釗 沈宇凱

摘要：在新時代背景下，提升本科教育質(zhì)量、推進國際化認證和全球一流大學建設(shè)成為了教育改革的重要方向。本文針對當前教學中存在的問題，提出了基于“知識圖譜+可視化任務驅(qū)動地圖”的《運籌學》課程建設(shè)路徑。通過構(gòu)建“三層”循序漸進的任務鏈并利用知識圖譜進行可視化處理，旨在降低學生的學習認知負荷，提升自主學習能力和學習效率，使得教學更加高效、直觀。

關(guān)鍵詞：課程建設(shè)；任務鏈；可視化任務驅(qū)動地圖；知識圖譜；教學改革

引言

在新時代國家振興本科教育的背景下，提高本科教育質(zhì)量、推進國際化認證和全球一流大學建設(shè)成為了教育改革的重要方向?！哆\籌學》作為我校工程造價專業(yè)的專業(yè)核心課程，其教學質(zhì)量直接關(guān)系到學生的專業(yè)素養(yǎng)和未來的職業(yè)發(fā)展。然而，當前《運籌學》課程教學中存在諸多問題，如課程過分強調(diào)理論推導、輕視實踐應用，人才培養(yǎng)目標與社會實際需求脫節(jié)，師資缺乏工程實踐經(jīng)驗，學生缺乏學習動力等^[1]。因此，探索新的課程建設(shè)路徑，解決這些問題，提升《運籌學》課程的教學質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

對照CEEAA制定的國家工程專業(yè)認證通用標準，與《運籌學》課程對應的主要畢業(yè)要求包括問題分析能力、問題研究能力和團隊合作能力^[2-3]。這些要求促使了《運籌學》課程的重新建設(shè)與教學改革。然而，傳統(tǒng)的教學方法往往難以有效滿足這些要求。因此，本研究提出基于“知識圖譜+可視化任務驅(qū)動地圖”的課程建設(shè)路徑，旨在通過任務驅(qū)動和可視化設(shè)計的方式，提高學生的學習興趣和參與度，促進理論與實踐的結(jié)合，培養(yǎng)學生的綜合能力和素養(yǎng)。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對任務驅(qū)動教學法的研究起步較早，該教學法主要基于建構(gòu)主義理論，強調(diào)在“做中學”，即讓學生在完成任務的過程中進行學習。從杜威的實用主義教育理念開始，這種教學方法逐漸在語言教學中得到應用^[4]。然而，盡管國外對任務驅(qū)動教學法的研究較為活躍，但將其應用于理工科課程教學的研究仍相對較少。特別是在課程建設(shè)中，從學生視角出發(fā)，將課程中的任務進行可視化設(shè)計，形成一個符合學生認知過程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究更是罕見。

知識圖譜的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀呈現(xiàn)出日益活躍和深入的趨勢。在國外，特別是在歐美地區(qū)，知識圖譜的研究已經(jīng)取得了顯著的成果^[5]，其應用領(lǐng)域涵蓋了智能搜索、智能問答、推薦系統(tǒng)、自然語言處理等多個領(lǐng)域。許多知名的科技公司和研究機構(gòu)都在積極投入知識圖譜的研究和應用。這些研究不僅推動了知識圖譜技術(shù)的發(fā)展，也進一步提升了人工智能的智能化水平^[6]。

國內(nèi)對任務驅(qū)動教學法的研究始于20世紀90年代，主要集中在一線教育工作者中，研究領(lǐng)域以外語教學和信息技術(shù)教學為主。不同學者在任務驅(qū)動教學的具體操作過程上存在差異，但都普遍認為該教學法以學生為中心，強調(diào)任務情境的創(chuàng)設(shè)和小組協(xié)作，新知識隱含在具有代表性的任務中^[7]。然而，與國外研究相似，國內(nèi)研究也主要集中在單一教學環(huán)節(jié)的任務驅(qū)動應用^[8]，很少有教師能將整個課程的所有知識，納入一條“任務鏈”中，從易到難，從外圍到核心，形成一套系統(tǒng)的模式。并且針對課程任務，也沒有進行“可視化”的設(shè)計，讓學生了解每個階段的任務、需要解決的問題、需要學習的概念，需要達成的目標。

在國內(nèi)，知識圖譜的研究也得到了廣泛的關(guān)注和支持。許多高校和研究機構(gòu)都在積極開展知識圖譜的相關(guān)研究，涵蓋了知識表示、知識推理、知識獲取等多個方面^[9]。同時，一些國內(nèi)的大型科技公司也在積極探索知識圖譜在商業(yè)化應用中的可能性^[10]。

對于可視化任務驅(qū)動地圖的《運籌學》課程建設(shè)路徑探索來說，知識圖譜的研究現(xiàn)狀提供了有力的支持和啟示。首先，知識圖譜的可視化技術(shù)可以為《運籌學》課程中的任務鏈提供直觀、清晰的展示方式，幫助學生更好地理解和把握課程的結(jié)構(gòu)和脈絡。其次，知識圖譜的推理和關(guān)聯(lián)分析技術(shù)也可以為《運籌學》課程中的任務設(shè)計和優(yōu)化提供幫助。此外，隨著知識圖譜技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在《運籌學》課程中的應用也將更加廣泛和深入。未來，我們可以期待看到更多基于知識圖譜的智能化教學工具和方法出現(xiàn)，為《運籌學》課程的教學提供更加高效、便捷和個性化的支持。

二、知識圖譜+可視化任務驅(qū)動地圖在《運籌學》課程建設(shè)中的應用

針對《運籌學》課程教學中存在的問題和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本研究提出基于“知識圖譜+可視化任務驅(qū)動地圖”的課程建設(shè)路徑。

“可視化任務驅(qū)動地圖”的設(shè)計分為兩個階段：第一階段，將任務分解為三層漸進的“任務鏈”。第一層為“單元驅(qū)動”，包含運籌學的理論知識，為模塊任務鋪平道路；第二層為“模塊驅(qū)動”，它是對上一層理論知識的整合與簡單應用；第三層為“課程驅(qū)動”，解決工程行業(yè)中的實際問題，為未來崗位做好準備。第二階段，遵循布魯姆提出的六個認知層次，設(shè)計“可視化任務驅(qū)動地圖”使每個模塊任務的結(jié)果“透明化”，即以圖表和地圖的形式記錄每個階段工作的結(jié)果，幫助學生了解每個階段的任務、需要解決的問題、需要學習的概念，從而有效提高學習效率，同時對行業(yè)流程有一個透徹的了解。同時驅(qū)動地圖符合工科生的學習和思考習慣。

（一）構(gòu)建“三層”循序漸進的任務鏈

根據(jù)《運籌學》課程的知識體系和教學目標，設(shè)計“三層”循序漸進的任務鏈，見圖1。第一層為基礎(chǔ)任務層，旨在幫助學生掌握基本概念和原理；第二層為“模塊驅(qū)動”任務層，通過實際案例分析，培養(yǎng)學生解決問題的能力；第三層為“課程驅(qū)動”創(chuàng)新任務層，引導學生開展創(chuàng)新性研究和探索。每個層次的任務都緊密圍繞課程目標，形成一個有機整體。

（二）任務的可視化設(shè)計

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，知識圖譜作為一種有效的知識表示和可視化工具，逐漸在教育領(lǐng)域得到廣泛應用。在理工科課程教學中，任務鏈作為一種重要的教學組織方式，對于引導學生逐步深入學習和理解課程內(nèi)容具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的任務鏈展示方式往往較為抽象和復雜，不利于學生的理解和應用。因此，我們提出利用知識圖譜實現(xiàn)任務鏈的可視化過程，以期提高教學效果和學生的學習體驗。

1.知識圖譜與任務鏈的結(jié)合

知識圖譜是一種基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于表示實體、概念及其之間的關(guān)系。我們需要確定任務鏈中的關(guān)鍵節(jié)點和關(guān)系。這包括識別出每個任務的主要概念、知識點以及它們之間的邏輯關(guān)系，如因果關(guān)系、包含關(guān)系、并列關(guān)系等。這些節(jié)點和關(guān)系將構(gòu)成知識圖譜的基礎(chǔ)。通過將任務鏈中的任務、概念等實體以及它們之間的邏輯關(guān)系進行圖形化表示，可以形成任務鏈的知識圖譜，有助于學生更好地理解任務鏈的構(gòu)成和邏輯關(guān)系。

2.任務鏈知識圖譜的構(gòu)建

構(gòu)建任務鏈知識圖譜是一個系統(tǒng)且精細的過程，它要求深入研究任務鏈的結(jié)構(gòu)與內(nèi)涵，并準確地將其轉(zhuǎn)化為可視化的圖形表示。以下是構(gòu)建任務鏈知識圖譜的主要步驟：

首先，進行任務鏈分析。這一步驟至關(guān)重要，需要對任務鏈進行全面而深入的分析，明確任務鏈的總體目標、各個任務之間的邏輯關(guān)系以及每個任務的具體要求和特點，為后續(xù)的知識圖譜構(gòu)建提供堅實的基礎(chǔ)。

接下來，進行實體與關(guān)系的抽取。從任務鏈中識別并提取出關(guān)鍵的實體和關(guān)系，這些實體包括具體的任務、涉及的概念、知識點等，而關(guān)系則反映了這些實體之間的依賴、關(guān)聯(lián)、先后順序等邏輯聯(lián)系。這一過程需要運用領(lǐng)域知識和文本處理技術(shù)，確保提取的實體和關(guān)系準確、全面。

隨后，進入圖譜繪制階段。利用專業(yè)的知識圖譜繪制工具，將提取出的實體和關(guān)系進行圖形化表示，形成直觀、清晰的任務鏈知識圖譜。在繪制過程中，需要注重圖譜的布局、節(jié)點的設(shè)計以及關(guān)系的可視化表達，使圖譜既能夠準確反映任務鏈的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，又具有良好的可讀性和美觀性。

最后，進行優(yōu)化與調(diào)整。根據(jù)實際需求和學習者的反饋，對構(gòu)建好的任務鏈知識圖譜進行優(yōu)化和調(diào)整。這包括對圖譜的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整、對節(jié)點的信息進行補充或修正、對關(guān)系的表達進行完善等。通過不斷地優(yōu)化和調(diào)整，可以使任務鏈知識圖譜更加符合學習者的認知規(guī)律和學習需求，提高其實用性和有效性。

通過以上步驟，可以構(gòu)建出一個完整、準確、實用的任務鏈知識圖譜，為《運籌學》等理工科課程的教學與學習提供有力的支持。這一知識圖譜不僅有助于學生準確地理解和把握任務鏈的整體結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，還能夠為教師的教學設(shè)計和學習評估提供有益的參考。

3.知識圖譜的交互功能的實現(xiàn)以及學習平臺的嵌入

為了進一步提升學生的學習體驗和學習效果，可以利用知識圖譜的交互功能，并將其嵌入到在線學習平臺中。

首先，為知識圖譜中的每個節(jié)點添加豐富的交互元素。點擊節(jié)點時，學生可以查看詳細的任務描述、學習資料或相關(guān)案例，幫助他們深入理解任務要求和背景知識。此外，還提供了縮放、拖拽、搜索等交互操作，使學生能夠根據(jù)自己的需求靈活瀏覽和探索圖譜，快速定位感興趣的知識點或任務。

其次，注重知識圖譜的動態(tài)更新和個性化推薦功能。根據(jù)學生的學習進度和反饋，知識圖譜能夠?qū)崟r更新任務狀態(tài)，顯示已完成、進行中或待完成的任務。同時，基于學生的學習歷史和興趣偏好，知識圖譜還能推薦相關(guān)的學習資源和拓展任務，幫助他們拓寬知識視野，提升學習效果。

最后，將繪制好的知識圖譜無縫嵌入到在線學習平臺中，如“學習通”等，為學生提供便捷的學習途徑。學生只需登錄學習平臺，即可隨時訪問知識圖譜，查看任務鏈的整體結(jié)構(gòu)和每個任務的具體內(nèi)容，見圖2。

（三）實施與評估

將可視化任務驅(qū)動地圖應用于《運籌學》課程教學中，通過對比實驗組和對照組的學習效果，評估該方法的有效性。同時，收集學生的反饋意見，不斷優(yōu)化和完善可視化任務驅(qū)動地圖的設(shè)計和實施。在實施過程中，注重學生的參與和互動，鼓勵他們積極參與任務完成和討論，提高自主學習能力和團隊合作精神。

三、課程建設(shè)路徑探索的意義

首先，有助于推動課程改革與創(chuàng)新。傳統(tǒng)的《運籌學》教學往往側(cè)重于理論知識的灌輸，缺乏對學生實際能力的培養(yǎng)。本文提出的基于可視化任務驅(qū)動地圖的《運籌學》課程建設(shè)路徑，將任務驅(qū)動教學和可視化教學手段引入課程教學中，使課程內(nèi)容更加貼近實際，教學方法更加靈活多樣。這不僅能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高他們的學習效果，還能夠推動課程內(nèi)容的更新和教學方法的創(chuàng)新，為理工科課程改革提供新的思路和方法。

其次，有助于培養(yǎng)符合社會需求的人才。通過本文的探索與實踐，學生能夠在完成任務的過程中，主動探索、積極思考、解決問題，從而培養(yǎng)他們的自主學習能力和創(chuàng)新精神。同時，通過可視化任務驅(qū)動地圖的引導，學生能夠更加清晰地了解課程結(jié)構(gòu)和任務要求，更加有效地進行學習和實踐，從而提高他們的問題解決能力。

最后，有助于促進教育信息化發(fā)展。教育信息化是當前教育發(fā)展的重要趨勢，也是提高教育教學質(zhì)量的有效途徑。課程建設(shè)中充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，通過知識圖譜的交互功能并將其嵌入到在線學習平臺中，為學生提供了一個更加生動、有趣且高效的學習環(huán)境。這不僅能夠激發(fā)學生的學習興趣和積極性，還能幫助他們更好地理解和掌握《運籌學》等理工科課程的知識體系，提升學習效果和成績。同時也推動了教育信息化的發(fā)展，為教育教學改革提供有力支持。

結(jié)語

基于知識圖譜與可視化任務驅(qū)動地圖的《運籌學》課程建設(shè)路徑探索，具有深遠的意義和價值。它不僅有助于推動課程改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)符合社會需求的人才，還有助于促進教育信息化發(fā)展，為教育教學的深層次變革提供有力支持。

本文系1.山東省高等教育學會高等教育研究專項課題《基于“可視化任務驅(qū)動地圖”的運籌學課程建設(shè)與改革研究》（課題編號：SDGJ212027）的研究成果；2.2023年山東省本科教學改革項目《“思政引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動、教賽聯(lián)合、混合教學”：基于一流課程的數(shù)學公共課“金課群”建設(shè)》（項目編號：M2023043）的階段性成果。

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（作者單位：1.聊城大學東昌學院數(shù)學與信息工程系 2.山東省聊城市第一中學數(shù)學組）

（責任編輯：豆瑞超）