面向工程教育認證的計算機專業智能課程地圖研究

王穎　肖紅　張強

摘 要：計算機專業智能課程地圖以學生專業知識學習和未來職業規劃為起點，建立課程與核心能力的對應關系，構建可視化、可測量、可評價、可反饋的專業培養目標，來輔助學生明晰個人的學習計劃和就業方向，并以課程為中心來整合各種學習資源。在學習行為特征數據基礎上通過智能分析技術實現對課程地圖和人才培養目標的持續改進，進而提升人才培養質量和就業競爭力。充分體現了以學生為中心的教學理念，有助于培養學生全面的知識結構、能力結構和綜合素養。

關鍵詞： 課程地圖; 工程教育認證; 計算機專業; 智能分析; 持續改進

中圖分類號： G64

文獻標志碼： 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，李克強總理在政府工作報告中指出“以教育現代化支撐國家現代化”，同年2月《教育部高等教育司關于開展“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、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系”[1]，這表明高校的辦學應圍繞畢業生能力和素質提高與全面發展而展開，同時面向社

會需求和市場變化、學科發展和科技進步，并將這些內容貫穿到人才培養的各個環節[2]。工

程教育認證最核心的理念是以學生為中心，因此大學4年的學習成果就是驗證專業教育有效性的最直觀、最有力、最直接的證據。而課程地圖的初衷和理念則有利于促進教學計劃、教學內容和學生考評之間保持一致，有利于保障學生培養達到預期目標，使工程教育專業認證的理念付諸實踐[3-4]。因此面向工程教育認證理念來構建計算機專業智能課程地圖，有助于從教育供給和學生未來職涯發展為出發點來構建計算機專業課程一體化人才培養模式，有利于教學參與者明確課程與核心能力的對應關系，合理配置教學資源和開展教學活動，有利于構建可視化、可測量、可評價、可反饋的專業培養目標，使學生掌握全面的知識結構、能力結構和綜合素養[5-6]。

1 課程地圖的概念及研究現狀

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計劃過程中，達到整合學習資源、導向學業測評標準、滿足不同職業生涯發展需求的目的，進而有效促進高校持續改善教學質量[7-8]。澳大利亞麥考瑞大學以圖表形式來構建課程地圖，縱向包括學生可學習的12種技能，橫向是針對每個技能的6個選項，通過分析教師根據學生學習情況填寫的表格，就能了解學生的學習效果和成效，進而明確改進教學活動的方式。對加拿大和英國的31所醫學院的課程地圖調查問卷調查得知，已有55%的院校正在開發課程地圖，19%的院校已基本完成課程地圖的規劃[9-10]。臺灣高等教育近年來提出“建立系所課程與教學目標及核心能力之間關聯表，配合學生畢業出路建立完善課程地圖”[11]。而國內課程地圖的研究尚處在初級階段，北京化工大學、華南理工大學等高校的一下專業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培養方案中每個學期開設的理論課程和實驗課程及先后關系[12]。但這樣的課程地圖提供的是以學習路徑為主的功能，是一種靜態的呈現，是一種“理想上”或“理論上”需要達到的教學成果，它能幫助學生了解大學四年的學習路徑和未來的職業方向，卻不能保證每一位學生都能得到相同的滿意結果。因為教學活動是動態的，擁有相同課程地圖的學生不一定得到相同的學習成果。而要達到專業認證標準的畢業要求，只讓學生了解的學習路徑是不夠，還需在實際教學過程中不斷了解學生的各項動態。因此構建一個智能課程地圖，基于學習行為特征進行關聯分析和智能反饋，則有利于教學管理者和教師進一步了解學生的學習成效，更好的完成和達到工程教育認證標準規定的各項指標。

2 構建智能課程地圖的基本思路

課程地圖雖然可以完整呈現學習的目標及其路徑，但如何有效掌握學生的學習成效還有進一步發展和研究的空間。本文提出一種構建智能課程地圖的思路，一方面在教學上呼應與落實工程教育認證對于基本素養與核心能力的要求，另一方面則通過大數據分析與信息關聯的方式，將各層級的教學目標關聯起來，以響應工程教育認證主要倡導的3個基本理念即“以學生為中心”、“以產出為導向”和“持續改進”。智能課程地圖構建思路，如圖1所示。

2.1 面向工程教育認證理念和專業培養目標構建課程總圖

以工程教育認證理念為指導，人才培養需采用“社會需求-培養目標-畢業要求-課程體系-教學內容”的逆向設計原則。因此要采用調研法、調查問卷法、企業訪談法、學校就業信息表和學生座談等方式充分調研計算機行業的相關崗位，按照職業或行業需求制訂大學四年學生所應具有的能力體系，倒推出畢業生所要達到的核心能力，在就業崗位及核心能力調研的基礎上，也走進其他高校對相關專業進行調研，最終獲取專業學生需達到的核心能力及細化的能力指標，并在培養目標、課程體系、教學內容、教學模式以及考核評價等方面形成本專業獨有的人才培養特色，再以工程教育認證標準規定的畢業要求為準則，將畢業要求逐條分解成可量化、可評價的指標點，通過專家分析和大數據關聯分析建立指標點與相關課程的關聯關系，進而建立能夠支撐工程教育認證12條畢業要求的課程體系，最終形成課程與畢業要求的能力矩陣。

2.2 建立以學生為中心理念的課程路徑圖

學生是學校的主體，教學是學校的根本，將學生放在中心的位置是一種新的人才培養實踐模式也是一種人才培養理念。學生作為受教育者，既是教育的對象和教育工作的出發點和落腳點，更是自我發展和成長進步的主體，具有強大的主觀能動性。因此在課程路徑圖構建的過程中將課程與學生就業方向關聯起來，便可以通過路徑圖直觀地看出課程與課程之間的聯系以及課程與就業方向之間的關系，如圖2所示。課程路徑圖能夠真實地展示出計算機專業四年所開設的全部課程以及課程間的先后順序。使教師明確了“教”的內容以及學生明確了“學”的知識與培養目標間的關系，同時也為學生找到一條最適合自己未來發展的學習規劃路徑提供了依據。

2.3 建立以產出導向為理念的課程時序圖

“新工科”建設要求高校在人才培養過程中要緊密結合社會人才需求、學生未來職涯規劃及核心能力培養，以專業建設定位為依據，以優化學生知識、培養學生能力為目標，協調課程群之間的教學關聯，突出課程之間關聯知識點的融會貫通。建立以產出導向為理念的課程時序圖，有利于將計算機專業課程群有機的統一起來，將通識教育、學科專業基礎、專業教育、實踐教學環節等課程群以不同的形式加以區分，各學期涉及的課程以清晰明了的圖形方式進行展現，有助于學生全面明晰所學課程在自己知識體系中位置和作用，也便于教學參與者查看課程的分布情況及相互關系，更好地梳理和改進各門課程與核心能力培養的對應關系，包括先修課程與后修課程間的關系，理論課與實驗課、課程設計、認識實習、畢業設計之間的關系。以我院計算機專業為例構建課程時序圖，部分實現結果如圖2所示。

整體界面顯示課程總圖，當鼠標放到某一門課的時候則會顯示課程之間的相互關系。這種展現方式相對于傳統的表格展現方式，將課程、學生、教師較好的連接在一個可視化的動態系統里，實現了教師間的合作、師生間的互動以及培養方案制訂與職場需求間的快速對接，充分體現以學習者為中心的人才培養理念。

2.4 建立以持續改進為目標的課程內容聯系圖

傳統的主干核心課程群教學中存在重理論、輕實踐、銜接不夠的問題，構建課程內容聯系圖可有效地解決這一問題。以人才培養為中心，以持續改進為目標，以課程優化整合為重點，以改革核心課程群教學內容、教學方法和教學手段為主要內容，以加強課程群教學條件和評估體系為保障，理順各核心課程間內容銜接關系來建立課程內容聯系圖。學生利用課程地圖進行學習過程中，實現“邊學習、邊設計、邊實踐、邊創新、邊反饋、邊改進”的課程內容聯系圖更新機制，便于教學參與者依據學生學習行為特征及智能課程地圖的大數據分析結果構建融知識傳授、能力培養、素質提高為一體的計算機專業課程體系，進一步挖掘各個課程內容的知識點，有利于幫助教師分析所授課程的內容組織和教學安排，查找知識點中遺漏的部分，以及在知識點間彼此連結的地方。利用課程內容聯系圖可以將先修課程、當前課程和后續課程有關的知識點組織并連接起來，不僅能夠對舊知識進行鞏固，也可以對新知識有個較好的掌握，做到課程設計不斷線、工程實踐不斷線、能力訓練不斷線。比如，計算機組成原理課程中的流水線的多發技術、操作系統課程中的進程同步、數據庫原理及應用課程中的并發控制概念相類似，都可以用一個例子進行講述（如病員就診或生產者—消費者問題等），借此也可溫習其他課程的知識點。

2.5 建立基于課程地圖的教學資源整合與持續改進機制

透過課程地圖系統，每學期都可以自動分析出龐大的課程整合結果，這份數據并有利于后續的課程設計與發展。在智能課程地圖的建設過程中，可以將精品課建設、重點課建設、慕課和微課等線上課程資源進行整合和提煉，利于在線學習過程有效的支持和監督，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上教學資，引導學生開展課前網絡自主學習、課堂探究學習、課后拓展學習，明晰了“教”與“學”的課程與人才核心能力培養之間的關系。課程知識包括講稿、ppt、視頻、學習素材、題庫等顯性課程資源與學習者學習動機、學習策略、學習經驗等隱性課程信息，智能課程地圖可同時對顯性知識和隱性知識進行管理。應基于當前在線學習平臺中存儲的大量學習過程信息記錄（登錄次數、學習時間積累、作業測驗的完成情況等），利用計算機專業的特色優勢和人工智能理論技術（聚類分析、關聯分析、基于學習者協同過濾推薦算法等）通過對學習者行為進行大數據分析，進而完成學習資源和知識點優選、知識關聯分析、課程關聯分析和核心能力分析，再此基礎上利用大數據分析結果完成對課程時序圖、課程內容聯系圖、課程路徑圖以及課程總圖的持續改進，如圖3所示。

3 構建智能課程地圖的研究價值及使用效果

3.1 為教師提高教學質量提供專業引導

課程地圖研究以專業核心能力培養為中心和目標，綜合展示了專業課程體系和課程間相互關系，并基于學習成果進行建設，可以為教師改進和提升課程教學質量提供方向性指導，可以為保障學習成果在教學計劃、課程教學和考核測評中落到實處提供過程依據。

3.2 為教學管理者制定學生培養計劃提供支撐

課程地圖從全局角度展現課程間關系，提供學生畢業后可能的職業發展路徑，以及校內所學課程為實現這些路徑所進行的能力培養。使學生能夠在校期間清晰了解自己的專業能力軌跡，有目標性地選擇學習內容和有針對性地進行自我培養。

3.3 便于其他專業開展課程地圖建設

計算機專業課程地圖建設的經驗可推廣到其他專業的課程地圖建設，當一個新的專業加入課程地圖系統后，無需進行二次開發，可通過平臺配置自動生成符合本專業特色的課程地圖。與此同時，也可與學校的教務系統進行對接，更好地指導學生對自己的學業和未來進行規劃。

3.4 智能課程地圖的使用效果

在課程地圖的實際應用過程中，課程地圖利用關聯分析對知識點進行有效的整理和歸納，以便學生通過可視化界面迅速地找到學習目標和知識點。通過調查和訪談可知學生對所學課程的學習積極性明顯提高，能夠了解所學各門課程間的相互關系及重要程度。對于教師而言，則可以利用學生學習知識點的聚類分析更加合理的安排教學計劃和組織教學內容，深入了解學生對所教課程的掌握情況。在培養方案的修訂過程通過可視化的課程前后關系以及學生學習的課程路徑分析，方便專業負責人和教師進行科學有效的修訂。

4 總結

智能課程地圖的建有助于對計算機專業培養目標和教學活動進行梳理和重構，使得教學活動的不同主體都可以利用地圖從不同角度進行探究及規劃，為本科培養方案的制修訂提供了依據。能將組成課程體系的所有要素聯結起來，使課程組圖的整體意義大于課程的各個部分總和，能夠將各種課程主體、課程資源及其相互間的關系進行連接，以可視化方式的形成動態可持續改進的教學與社會人才培養網絡，以便于不同層次使用者之間的交流。

參考文獻

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（收稿日期： 2019.08.26）