產教融合項目知識圖譜構建及圖數據庫實現

邱勝海　董鶯　楊銘　李曉　王為民

摘要 ：將產學工程項目引入到教學中，不僅有助于提高學生的實踐能力，還能提高學生的學習興趣和教學質量，有利于培養高素質、高技能人才。以IE專業為例，分析了校企工程項目、專業知識與課程之間的語義，運用圖數據庫Neo4j構建了項目知識圖譜，最后使用Cypher語言實現了項目課程化設計思路。實例表明：利用知識圖譜挖掘工程項目、專業及課程之間的聯系，有助于設計一個結構良好、適應變化的課程體系。

關鍵詞：產學融合;項目化教學;知識圖譜;圖數據庫

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）01-0038-03

Abstract： Introducing the engineering projects into teaching will not only help improve students' practical ability， but also improve students' interest in learning and teaching quality， and will help cultivate high-quality and skilled talents. Taking the IE major as an example，it analyzes the semantics between projects， professional knowledge and courses，and constructs the knowledge graph of project by using the graph database Neo4j， and realizes? the project curriculum design ideas by using Cypher language. The example shows that the use of knowledge graphs to mine the connections between engineering projects， majors and courses is helpful to design a well-structured curriculum system.

Key words：Integration of enterprises with universities ; Project teaching;Knowledge Graph ;Graph Database

1 引言

新工科背景下，強調大數據、云計算及網絡空間安全等新技術通過產教合作項目與傳統的工科專業深度融合。因此產教深度融合是新工科得以實施的重要途徑，也是新型人才培養的重要模式。2017年國家頒發的《關于深化產教融合的若干意見》及十九大報告將“深化產教融合、校企合作”作為職業教育發展的重大決策，其目的是在高等院校與企業之間搭建了一個全面的深度合作平臺，用以培養順應未來發展趨勢的高端技術人才。

在工程化項目教學方面，我國近年來針對行業的特色，提倡部分課程進行教學改革，如課程項目化、項目課程化。其核心是在產教融合框架下，將產學合作項目應用到實際教學過程中，有利于提高學生的就業和雙創等綜合能力，提高學生的學習熱情和教學質量，有利于培養德智體美勞等全面發展的高素質、高技能人才。目前國內外學者對項目化教學提出了許多有價值的實踐方案、方法及措施。項目化教學是根據工作崗位情況設置情境，利用真實的產學合作項目進行任務實訓，組建項目小組，進行任務分工，團結協作，在項目任務驅動下，訓練學生的動手實踐能力，進行職業技能、知識的應用和團隊合作精神。通過項目化教學，能夠極大縮短了學生對專業基礎理論與實踐之間的距離，強化了實踐教學環節，加強了學生的專業知識與實踐經驗的相互融合，能夠培養企業需要的復合型、創新性人才[1-3]。項目化教學與傳統教學比較，在項目實施過程中，通過對真實項目進行分工和協作， 以培養學生的角色認同度和責任感[4]。可以將教學項目分為若干小項目，按照項目教學“六步法”實施教學改革[5]。但是由于產教融合諸多利益相關者的積極性低，高校和大企業的研究實踐孤立，高校課程體系缺乏變化、項目跨學科問題以及經費安排不合理，因此實施基于項目化教學存在一些問題。高校需要在教學和研究中克服學科的局限性，并爭取跨學科性[6]。文獻的研究大都都是根據經驗來進行項目化教學，由于項目與課程內容、專業知識及企業生產的產品相關，目前的研究尚沒有徹底解決項目化與課程之間關聯的有效方法與手段。

近年來，學校在傳統的機械、電力等優勢工科的基礎上，主動對接企業需求，深化產教融合、開展多種形式的校企合作。因此，以長期從事產學合作項目的經驗為例，研究項目與課程之間的內在關聯具有重要的意義。

2 工程化項目知識圖譜的構建

2.1 工程化項目相關數據語義分析與建模

當某企業需要啟動某項產教融合項目，需要與相應的高等院校合作開發，根據項目類型和項目內容確定哪些學校的哪些專業符合開發要求，通過專業設置中課程知識點與項目所使用的知識點的匹配情況、工具情況、人員情況等來組織團隊參與項目的建設。

通過調研分析學院近10年工業工程專業與企業進行的產學合作信息類項目，確定的相關實體包括：項目、企業、學校、專業、課程、知識點、工具、方法、理論、參加人等，學校與專業、專業與課程、課程與知識點、學校與企業、企業與項目、項目與知識點、知識點與使用的工具、方法及理論、參加人與項目之間都有聯系，其聯系名稱分別為：擁有、學習、包含、合作、擁有、使用、使用、參加。知識點與知識點之間、課程與課程之間具有自反的聯系，聯系名稱為先修。這10個實體對應圖模型的10個節點（圖的頂點），節點的標簽與實體集的名稱一致，聯系名稱對應圖模型的12個聯系（圖的邊），其中節點及聯系都具有相應的屬性描述，例如：項目實體可用七元組描述為：項目：：=<項目編號，項目名稱，項目類型，負責人，承擔學校，所屬公司，經費>;參加人實體用六元組描述為：參加人：：=<編號，姓名，性別，年齡，所學專業，所在班級>，參加人與項目之間的聯系為“參加”，“參加”關系可用三元組描述為：參加：：=<參加時間，參加角色，主要貢獻>;限于篇幅，其他實體及聯系描述在此不再贅述，相關的圖數據庫模型如圖1所示。

2.2 基于Neo4j圖數據實例及Cypher語言實現查詢

Neo4j是一款工業使用的圖數據庫產品，非常適合于知識圖譜的構建及實現，其使用的Cypher簡單、直觀及易學[7]。將近3年的項目信息按照圖模型的格式導入到Neo4j中，得到圖2所示的實例。

根據知識圖譜，使用Cypher檢索相關的信息，為制訂項目化課程提供決策數據，由于篇幅所限，檢索結果圖略去。

1）檢索“信息系統”項目的所使用的知識點及對應的課程信息

match （p）-[：使用]->（m）<-[：包含]-（c） where （p.name=～".*信息系統.*"） return p，m，c;

2）檢索“概念模型”知識點的所有先修知識點及對應的課程

match （kc1）-[：包含]->（m）<-[：先修]-（c）<-[：包含]-（kc2） where（m.name="概念模型"） return c，kc1，kc2;

3）檢索知識點“DFD設計”用到的工具和方法

match （m）<- [：使用] -（p）-[：使用]->（q） where（p.name=" DFD設計"） return p，q，m;

4）檢索“制造數據挖掘”項目所使用的專業知識、方法、工具，結果顯示該項目使用了32個知識點，10個方法，4個工具。

Match （m）<-[：使用]-（a）<-[：使用]-（p）-[：使用]->（a）-[：使用]->（b） where （p.name=～.*制造數據挖掘.'） return m，b，p，a;

5）統計各個知識點的中心度，度量知識點的出度和入度個數，度數高的知識點能反映該知識點的重要程度，本例取入度計算能反映項目所使用的知識點的重要性。

call algo.degree.stream（'知識點'，'使用'，{direction：'incoming'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeID）.id as name，score order by score desc;

6）統計各個知識點的中介中心度，度量知識點的關聯程度，關聯程度高的知識點能反映該知識點的使用頻率程度越高。

call algo.betweenness.stream（'知識點'，'包含'，{direcrion：'out'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeId）.id as name，score order by socre desc;

項目知識圖譜數據容量會隨著時間的推移變大，使用Cypher語言對知識圖譜進行檢索、推理，可以得到非常復雜的知識之間的內在聯系，這是一般數據庫系統很難實現的。

3 結束語

目前國內外項目化教學的研究成果都是建立在經驗、措施或思路上，更多的是將原有課程的實驗或課程設計改為項目，沒有涉及具體企業項目的整合方案，也沒有切實可行的工程化項目教學體系，缺乏說服力和實例驗證。以應用型本科院校機械工程類工業工程專業信息類工程化項目教學改革為例，收集以往產學合作項目、競賽項目、科研立項項目等信息，分析項目、專業、知識點及現有課程的內在聯系，建立產學合作項目的動態信息圖數據模型（知識圖譜），通過多種檢索方法從知識圖譜中獲取有效信息，為重構現有的課程體系，構建科學合理的三級專業項目，從而為創建適應企業人才需求的項目化教學課程體系打下良好的基礎。

參考文獻：

[1] 何光春.數控加工技術課程項目化教學研究與實踐[J].內燃機與配件，2019（15）：254-255.

[2] 李鵬，吳迪.產教融合視域下廣告設計與制作專業綜合實訓項目化教學研究[J].思想文庫，2019（10）：76-77.

[3] 耿飆.基于項目化教學的物聯網研發人才培養的研究[J].科教論壇，2019（8）：72.

[4] 張曉芬.基于項目化教學的專業英語課堂教學模式探討[J].廣東職業技術教育與研究，2019（4）：75-77.

[5] 白士霞，孫國敏.項目化教學方法在數控加工教學中的應用[J].科技經濟導刊，2019，27（22）：150.

[6] Nikitenko E.V.，Savina T.V.Implementation Conditions for Project-Based Training as an Integrated Teaching Strategy in Higher Education[J].Advances in Social Science， Education and Humanities Research（（HSSNPP 2019），Vol.333，pp.506-510，2019.

[7] 邱勝海，王云霞，樊樹海，等.云環境下圖數據庫建模技術及其應用研究[J].計算機應用研究，2016，33（3）：794-797.

【通聯編輯：王力】