基于AHP—GA方法的“人”字型課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價信息挖掘研究

[摘 要]本文對“人”字型課程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用品質(zhì)及具體特點進行了述評，對該課程結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度評價信息進行了挖掘研究，并構(gòu)建了該課程結(jié)構(gòu)評價指標體系。在 AHP層次分析法基礎(chǔ)上綜合運用改進的遺傳算法建立數(shù)據(jù)挖掘模型，并對該課程結(jié)構(gòu)各項指標之間的關(guān)聯(lián)度做出了科學(xué)的定量分析，為“人”字型課程結(jié)構(gòu)評價指標量化工作提供了一個廣闊的前景。

[關(guān)鍵詞]“人”字型課程結(jié)構(gòu) AHP層次分析法 遺傳算法 量化分析與挖掘

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）24-0001-04

一、“人”字型課程結(jié)構(gòu)設(shè)計的品質(zhì)

以人為本，差異化教學(xué)是該課程結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)思想，模塊化課程設(shè)置是“人”字型課程結(jié)構(gòu)的組成元素。該結(jié)構(gòu)的主要特點是主導(dǎo)學(xué)生自主選課、實現(xiàn)學(xué)生個性發(fā)展、彰顯技能特色、重視立德樹人、促進創(chuàng)業(yè)就業(yè)或?qū)W識再提高。

二、“人”字型課程結(jié)構(gòu)的建立

它以地方高校應(yīng)用型本科教育培養(yǎng)目標為中心，將課程設(shè)置分為三大模塊，每個大模塊中又分為若干子模塊，每個子模塊由若干課程組成，見“人”字型課程結(jié)構(gòu)圖1。

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圖1 模塊化“人”字型課程結(jié)構(gòu)

我們認為基礎(chǔ)理論素質(zhì)模塊好比人的左腿，人文修養(yǎng)素質(zhì)模塊好比人的右腿，專業(yè)素質(zhì)模塊好比人的身部，三大模塊組成一個完整的“人”字型。基礎(chǔ)理論模塊是實現(xiàn)培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)，人文修養(yǎng)模塊是立德樹人的保障，專業(yè)素質(zhì)模塊是培養(yǎng)目標中心。

該課程結(jié)構(gòu)特點具體表現(xiàn)在：第一，課程設(shè)置多維性。既要滿足高等教育的學(xué)科體系，又包含職業(yè)教育元素，側(cè)重技術(shù)、技能及知識的應(yīng)用性。第二，課程開發(fā)多元性。培養(yǎng)目標、市場需求、學(xué)生特點、個性化教育、差異化教學(xué)等構(gòu)成課程開發(fā)多元性。第三，課程目標定向性。遵循“鳥型不離卵”原理，無論外界環(huán)境如何變化，課程目標的應(yīng)用性始終不變。第四，課程形態(tài)的自組織性。在知識體系中，基礎(chǔ)理論處于穩(wěn)定層，專業(yè)理論處于亞穩(wěn)定層，技術(shù)知識處于不穩(wěn)定層。因此，具有職業(yè)性、技術(shù)性特征的應(yīng)用型本科教育要實現(xiàn)持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展，其課程形態(tài)須具有較強的自組織性。第五，課程內(nèi)容的實踐性。由模仿性實踐向開發(fā)型、智力型、創(chuàng)新型實踐轉(zhuǎn)換。第六，課程體系模塊化。主要解決人才培養(yǎng)周期長和市場需求變化快之間的矛盾；解決知識適應(yīng)性與職業(yè)崗位針對性矛盾；解決學(xué)生個性與課程計劃如何相適應(yīng)矛盾。第七，課程設(shè)置的靈活性。應(yīng)用型本科教育在于體現(xiàn)人的自我實現(xiàn)，課程設(shè)置多類型便于學(xué)生自主選擇課程進行學(xué)習(xí)。

三、對“人”字型課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價要求

關(guān)聯(lián)度評價是對課程結(jié)構(gòu)實施教學(xué)過程的實際水平通過預(yù)定課程結(jié)構(gòu)目標的程度進行的度量和判斷。在評價過程中，要通過信息反饋，多征求校、企專家意見，第一線教師意見，找出評價結(jié)果和預(yù)定目標之間的差距，對課程結(jié)構(gòu)中某些課程設(shè)置進行改進和調(diào)整，使之逐步完善。課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價應(yīng)作為課程結(jié)構(gòu)研究的一部分，也就是說，在構(gòu)建課程結(jié)構(gòu)的同時，就要把預(yù)期達到的目的和培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)達到的水平規(guī)定明確，作為課程結(jié)構(gòu)評價設(shè)定權(quán)重指標的依據(jù)。“人”字型課程結(jié)構(gòu)雖然經(jīng)過幾年的教學(xué)驗證，一定的理論探索和比較，但最終證明其課程結(jié)構(gòu)是否科學(xué)可行，不能僅靠定性分析、定量分析和邏輯判斷，最終結(jié)果應(yīng)是教學(xué)質(zhì)量的提高，這主要體現(xiàn)在學(xué)生的德、智、體、美全面發(fā)展，專業(yè)素質(zhì)的整體優(yōu)化和個性的健康發(fā)展。因此，課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價不僅是對課程結(jié)構(gòu)本身，而且是對教學(xué)全過程、學(xué)生綜合素質(zhì)的全面評價。

課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須有詳細的方案、合格的評價人員、組織機構(gòu)、嚴格的程序，才能使評價收到預(yù)期的效果和充分發(fā)揮評價的導(dǎo)向、診斷、激勵、調(diào)節(jié)、反饋的功能。

四、模塊化“人”字型課程結(jié)構(gòu)評價體系的建立

課程結(jié)構(gòu)評價是根據(jù)一定的標準和所收集的信息對課程結(jié)構(gòu)價值做出判斷的過程。在實際課程設(shè)置中，影響該課程結(jié)構(gòu)的相關(guān)因素很多，其主要屬性有基礎(chǔ)理論課深度的差異化，立德樹人、提高綜合素質(zhì)、加強人文修養(yǎng)課的廣泛性，拓寬專業(yè)知識口徑、強化實踐技能的專業(yè)知識課的應(yīng)用性，各屬性又有若干方面的具體要求，這就構(gòu)成了子因素層評價指標。如表1所示。

五、模塊化“人”字型課程結(jié)構(gòu)評價方法

本文在AHP層次分析法的基礎(chǔ)上，綜合運用改進的遺傳算法，得出課程結(jié)構(gòu)各層次要素的定量分析（目標權(quán)重），確定評價指標體系各要素優(yōu)先排序，最后對幾種方案進行優(yōu)化，從而制定出一套科學(xué)合理的課程結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)度評價指標。本文構(gòu)建的AHP-GA方法，為課程結(jié)構(gòu)評價以及教育評價等量化工作提供了一個廣闊的前景，為提高教育教學(xué)質(zhì)量提供科學(xué)決策。

（一）挖掘模型及方法的建立

1. 建立模塊化“人”字型課程層次結(jié)構(gòu)一般模型

設(shè)“人”字型課程層次結(jié)構(gòu)模型由主因素層A、子因素層① B、子因素層② C、具體要求層D組成。A層為課程結(jié)構(gòu)總目標， B層為評價課程結(jié)構(gòu)總目標的n個一級指標即B1，B2，...，Bn，C層為評價課程結(jié)構(gòu)總目標的m個二級指標即C1，C2，...，Cm，D層為各二級指標的具體要求（觀測點）D1，D2，...，Dk.由此所構(gòu)的模塊化“人”字型課程層次結(jié)構(gòu)一般模型如圖2所示：

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圖 2 課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價層次結(jié)構(gòu)圖

2. “人”字型課程結(jié)構(gòu)層次要素判斷矩陣的建立

對于各層要素， 分別以各自上一層級的要素為準則進行兩兩比較，根據(jù)AHP要求采用1～9級及倒數(shù)的判斷尺度描述專家對各因素相對的重要性進行打分，并得到B層判斷矩陣：PB={PBij|i，j=1，2，…，n}，元素PBij表示從主因素層A角度考慮要素Bi對要素Bj的相對重要性。對應(yīng)于 B層要素Bn的 C層判斷矩陣為PCn ={pcij|i，j=1，2，…cn}， cn表示對應(yīng)于要素Bn的 層要素的數(shù)量。同理，對應(yīng)于C層要素Cm的 D層的判斷矩陣為PDm={pdij|i，j=1，2，…，cm}。由于判斷各要素相對的重要性是有s個專家進行的， 因此各層要素就有s個判斷矩陣。

3.“人”字型課程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘模型的建立

要確定同一層次各要素對于上一層某要素的相對重要性的排序權(quán)值并檢驗各判斷矩陣的一致性，需應(yīng)用AHP法做出評價與判斷。現(xiàn)以判斷矩陣PB為例進行論述：設(shè) B層各要素的排序權(quán)值為wt ，

t= 1， 2，…，n且滿足 wt>0 （1） ■wt=1 （2）

根據(jù)判斷矩陣 PB 的定義， 理論上有pbij=wi /wj （3）

若判斷矩陣 PB 滿足 （ 3） 式，專家們能準確判斷，則 PB有完全一致性。 由于課程內(nèi)容的復(fù)雜性、專家在判斷上的片面性、不穩(wěn)定性、差異性， 課程要素的重要性又沒有統(tǒng)一和確切的度量標尺， 專家們不可能精確判斷 wi /wj的值，只能對權(quán)值估計判斷。判斷矩陣 PB 的一致性程度，主要取決于專家們對課程要素的掌握程度，對課程各要素重要度分析得越清楚， PB 的一致性程度就越高。應(yīng)用 AHP法做評價，彌補了專家們對課程結(jié)構(gòu)要素重要程度的分析差異，否則就沒有必要應(yīng)用 AHP 法。在這里AHP法只要求判斷矩陣 PB 具有滿意的一致性，以適應(yīng)“人”字型課程結(jié)構(gòu)中各種復(fù)雜因素。由 （3）式還可以得到

||PB·W-nW||=0|∞=0 W=（w1，w2，…，wn）T （4）

顯然，（4）式左端的值越小，則判斷矩陣 PB 的一致性程度就越高，當式（4）成立時則判斷矩陣 PB具有完全的一致性。基于此，B層各要素權(quán)值的排序及其一致性檢驗問題可以歸結(jié)為如下非線性優(yōu)化問題。

minCIF=||PB·W-nW||∞ W=（w1，w2，…，wn）T （5）

s·t wt>0 t=1，2，…，n ■wt=1

（5） 式中，CIF為一致性指標函數(shù)，權(quán)值wt，t=1， 2，…， n為優(yōu)化變量，其余符號同前。當判斷矩陣 PB具有完全的一致性時，（4）式成立， 從而（5）式取全局最小值CIF=0，又根據(jù)（5）式的約束條件，可知該全局最小值是唯一的。

4. 應(yīng)用 GA算法進行數(shù)據(jù)挖掘

由于（5）式中每個判斷矩陣是由多個專家打分組成的， 即該優(yōu)化問題有多個初始解， 若用常規(guī)方法較難處理多個初始解。我們用一種通用的全局優(yōu)化方法來求解該問題實用有效，即模擬生物優(yōu)勝劣汰規(guī)則與群體內(nèi)部染色體信息交換機制的改進遺傳算法。

（1） 采用二進制編碼的方法對評價判斷矩陣PB進行編碼。由于該矩陣是一個對稱矩陣，只需要把矩陣的一半元素進行編碼即可完成，對每一個矩陣元素組成4位二進制編碼，同時由5個專家提出的評價判斷矩陣都完成編碼后，則就獲得了遺傳算法中的一個初始種群X={xi|i=1，…，5}，該種群也就形成了5個初始個體。

（2） 對該種群X所有CIF值求總和處理。F=ΣCIFi （6）

計算每個個體的相對適應(yīng)度的大小值m=fi/f，m為每一個個體被遺傳下一代群體中的概率，每一個概率值可以組成一個小區(qū)域，這樣就產(chǎn)生一個0到1之間的隨機數(shù)，根據(jù)該隨機數(shù)可能出現(xiàn)在上述哪個小區(qū)域內(nèi)金星確定每個個體被選中的次數(shù)。對未能交叉的種群以0.7的概率完成單點交叉得到未變異種群，再對未能變異種群完成變異。

（3）對變異后的種群進行重插入， 獲得最終的新種群。反復(fù)上面的步驟，直到CIF<0.1時停止運算。這時，對種群中最優(yōu)個體進行逆向編碼，重構(gòu)矩陣，計算最大特征值，即可獲得具體評價指標之間的權(quán)值。同理，對于 C， D層各判斷矩陣都可以確定相應(yīng)的一致性指標函數(shù)。以相應(yīng)的一致性指標函數(shù)為優(yōu)化目標就可以得到相應(yīng)的權(quán)值， 各層的權(quán)值一經(jīng)確定，即評價指標體系各目標之間的關(guān)系（即權(quán)重）已確定， 則重新構(gòu)建評價指標體系。

（二）實證檢驗

以模塊化“人”字型課程結(jié)構(gòu)各因素層具體內(nèi)容為實例來說明其挖掘模型的建立以及實施過程。根據(jù)圖2的層次模型請5位專家分別對該模型中指標體系（見表1所示）中主因素層下的各子因素層以及子因素層②的各個觀測點為依據(jù)進行兩兩比較可分別得到10個判斷矩陣：

PB1= 1 3 7 4 61/3 1 4 3 31/7 1/4 1 1/3 1/21/4 1/3 3 1 21/6 1/3 2 1/2 1

PB2= 1 2 6 5 51/2 1 3 3 41/6 1/3 1 1/4 1/21/5 1/3 4 1 21/5 1/4 2 1/2 1

…PB5= 1 4 7 3 61/4 1 4 4 21/7 1/4 1 1/3 31/3 1/4 3 1 21/6 1/2 1/3 1/2 1 CB1=1 1/44 1 CB2=1 1/33 1…CB5=1 1/33 1

依據(jù)前面計算模型，以上述矩陣為初始種群，按照最優(yōu)化目標，通過遺傳算法進行全局搜索得到表1中所述的專業(yè)知識素質(zhì)因素中子因素層①的具體權(quán)值如w1：

w1=0.50130.24060.5180.12620.0801

基礎(chǔ)理論素質(zhì)因素中子因素②的具體權(quán)值如w2：

w2=0.24690.7531

第 1層的最優(yōu)化目標CIF=0.0021，第 2層的最優(yōu)化目標CIF=0.0009。當CIF<0.1時， 矩陣有滿意的一致性， 可以確定上述權(quán)值是合理的。

現(xiàn)對權(quán)值w1、權(quán)值w2結(jié)果進行說明， 權(quán)值w1表明在專業(yè)知識素質(zhì)下的各個二級指標中專業(yè)理論課是最主要的評價準則，專業(yè)課其次。權(quán)值w2表明在二級指標基礎(chǔ)理論課下的三級指標中應(yīng)用性是最主要的評價準則，完整性次之。

最后， 通過上述課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度模型對整個課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價指標體系進行計算， 可以得到所有指標的具體權(quán)值， 如表2所示。

表2 課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價指標權(quán)值

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六、結(jié)論

綜上所述，運用AHP-GA算法建立的“人”字型課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度評價指標體系更加注重了高校與企業(yè)的具體實施措施、師資結(jié)構(gòu)、企業(yè)參與等指標，這些指標權(quán)重較高，這符合應(yīng)用型本科教學(xué)要求。用該方法建立的課程結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度權(quán)重指標對加強地方應(yīng)用型本科教育內(nèi)涵建設(shè)，培養(yǎng)應(yīng)用型高技能人才提供了較嚴謹、科學(xué)的評價數(shù)據(jù)。

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[責(zé)任編輯：左 蕓]