融合思政元素與知識圖譜的項目化教學改革與實踐研究

關鍵詞：網絡爬蟲；知識圖譜；思政教育；項目化教學；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）26-0177-04開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

隨著信息技術的蓬勃發展，數據的規模、類型和價值日漸攀升，傳統信息技術已經難以滿足海量化數據的處理需求了，數據處理技術 （Data Technology，DT） 的重要性已經愈發凸顯。在DT時代已經來臨的大背景下，針對新時代新工科人才的培養需求，各大高校都在開展著大數據技術相關的教學改革。文獻[1]將基于問題式學習的方式應用到大數據系列課程中，提升學生對于大數據技術學習的主人翁意識；文獻[2]以翻轉課堂教學為基礎，為大數據分析課程教學融入項目化教學理念，豐富課堂師生互動；文獻[3]利用OBE 理念對“大數據分析與建模”課程進行了教學改革，克服了該課程教學目標不準確、教學評價單一化的局限性。

作為實現大數據處理技術的前置關鍵技術，網絡爬蟲通過模擬瀏覽器發送請求，并按照一定的規則自動抓取互聯網上的海量信息，為大數據分析提供多樣化素材。網絡爬蟲課程學習過程中，學生也會接觸到諸如HTML、CSS等廣泛應用在大數據分析中的技術，網絡爬蟲也同樣有利于學生理解DT的生態系統。

項目化教學強調學生的主體地位和自主學習，通過實踐與反饋提升學生的學習成效。組織方式是教師通過將實際企業項目簡化凝練為教學項目，學生運用跨領域知識自主設計、實施和評價一個具有挑戰性的項目，從中深刻理解專業知識和技能。相關文獻表明：由于教學項目大多是從企業實踐中脫離出來，還是存在項目內容空洞以及知識片面斷層等局限性，削弱了學生融會貫通、舉一反三的能力[4-5]。疫情過后，線上線下的混合教學模式興起，項目化教學這種學習自主化、個性化的課程模式越發受到各大高校的青睞。網絡爬蟲作為大數據系列課程的專業核心，其知識圖譜也鏈接了先行課與后續課程的知識體系。因此，本文以知識圖譜為依托，以融入思政元素的項目式教學為驅動，對網絡爬蟲課程進行教學改革探討。

1 網絡爬蟲教學現狀分析

1.1 傳統思政教育難以貼合網絡爬蟲教學

傳統思政教育通過弘揚民族精神、傳播傳統文化、宣揚文化自信的手段進行開展[6]。作為一門新興的DT技術課程，強行融入以往的思政案例會令課堂顯得異常沉悶，致使學生課堂參與度低[7]。不僅如此，傳統思政課程的內容還缺少時代感，亟須信息化手段將重要會議精神融入思政課程設計中，同時建立敏感信息數據安全保護意識以及網絡爬蟲的使用道德和法律意識。

思政課程教育相關的師資水平還有待提升，專業的思政教師缺少對網絡爬蟲課程的學科背景了解，無法勝任思政課程的教學任務；而專業課的任課教師又對思政教育理解不到位，難以開展兼具深度和廣度的思政教育[8]。教師需要通過啟發式、思政案例等方式鼓勵學生自主管理，培養其對網絡爬蟲技術應用的自我約束能力。

網絡爬蟲思政課程的評價體系也不夠健全，評價維度過于集中在考試成績，而沒有涵蓋對學生思想品德、價值觀上的評價。更重要的是，當前課程思政缺少學生反饋以及教師反思，未形成完整的思政教育體系閉環。

1.2 傳統紙質教材無法適應學習需求

網絡爬蟲等DT應用技術迭代更新速度快，加之各大電商、視頻等網站的頻繁維護更新，而紙質教材由于出版和印刷的周期較長，原有的一些案例代碼在爬取數據網站（京東、bilibili） 更新網絡結構后不一定能適用，導致學生對于教材案例無法復現，進一步挫傷了學生的學習積極性。

傳統紙質教材更新周期長，內容缺乏前沿性，更加注重基礎語法知識點的講解，受限于篇幅難以提供足夠的實驗操作指導，并且紙質教材這種單向信息傳遞的授課方式缺少互動性與反饋機制，對于學生在自學過程中遇到疑惑時無法及時反饋。

1.3 理論與實踐應用知識難以協調

網絡爬蟲課程安排的課時相對有限，大多數高等院校又采用理論實踐一體化的授課方式進行講解，而無論是理論實踐各占一半，或偏重理論課時高占比，都難以讓學生完全掌握理論知識點與實踐案例。其原因一方面在于學生的個體差異化比較大，一些學生的編程能力與數據處理能力較強，可以快速掌握理論知識點并完成課堂練習任務，而另一些技術相對薄弱的同學則需要更多的指導與幫助；另一方面，教師展示的網絡爬蟲案例都是經典的案例，缺乏對內在邏輯的講解，造成學生雖能復現卻不知其所以然，學生自身并未形成解決問題的思路，脫離課堂后遇到問題仍然不知所措。

2 融合思政元素與知識圖譜的網絡爬蟲項目式教學體系

為實現提升學生綜合能力和數據處理、編程技能培養的課程目標，強化學生的創新能力和職業道德情操，培養大數據行業新時代的四有型人才，設計了如圖1所示的網絡爬蟲的項目式教學體系。項目化教學的方式是基于問題式的教學形式開展，其理論來自建構主義，強調以學生為中心，教師從灌輸者變為學生主動建構主義的幫助者。項目化教學的成功實踐很大程度依賴知識引導地圖和項目導航樹的構建，知識圖譜通過圖的結構可以表達網絡爬蟲課程中服務器、瀏覽器和請求等實體、事件等概念，并對海量數據進行有序管理。教學項目任務均具有一定的梯度，項目導航樹則需要將教學項目任務與知識圖譜進行任務知識點映射后生成。

當課堂教學目標設定完成后，進入當前課堂的理論教學環節，教師將碎片化的知識點梳理、關聯后，學生再結合項目案例進行具體學習和分析。因此，相比傳統紙質教材，這將更有助于學生在構建網絡爬蟲的請求、解析和數據保存等知識點的學習路線。按照項目導航樹索引邏輯知識結構對應的相關知識點，再將知識點對應的項目任務按照實訓進度分派給項目成員。

項目式教學體系要求爬蟲項目完成后，小組成員先對項目完成情況按照一定標準進行自評后，再將網絡爬蟲項目實戰結果以可視化的形式分享給其他項目組成員進行互評打分。長此以往，課程就分解成若干個網絡爬蟲小項目，每個小項目的最終評分都會影響學生的過程性評價，教師結合最終期末考核成績評定學生在網絡爬蟲課程的最終成績。

3 融合思政與知識圖譜的網絡爬蟲項目式教學模式實踐

網絡爬蟲課程是佛山職業技術學院人工智能、計算機應用技術、大數據技術等專業開設的專業核心課程，采用的是理論實踐一體化教學的授課模式，編程語言為Python語言環境。Python程序設計、HTML網頁設計是該課程的先修課程。結合上述教學體系，課程組對網絡爬蟲課程開展了新教學模式的實踐。

3.1 知識圖譜構建

網絡爬蟲的知識圖譜數據來源主要來源于課程項目庫以及開源的網絡爬蟲知識圖譜，其中數據存在的形式比較多樣化，且具有一定的異構性[9-10]。如圖2 所示，對于圖片、JSON等半結構化和非結構化的數據需要通過“實體-關系-屬性”抽取一些關鍵性的信息，并做結構化轉化。從原始數據中獲取到了實體、關系以及實體的屬性信息后，將異構化數據提取的信息一并做知識融合，即過濾冗雜/錯誤的數據并進行數據邏輯歸屬。最后再通過本體構建、知識推理、質量評估和知識更新等過程構建網絡爬蟲課程的知識圖譜。

網絡爬蟲知識圖譜可以幫助學生更加自主地構建課程學習路徑。網絡爬蟲技術由數據爬取、數據解析、數據存儲的技術路線構成，先在不同的技術中識別出相應的知識點，譬如HTML、JSON格式數據解析的方式；而后，建立技術之間的關聯性，例如學生需要在掌握爬取網頁數據的requests庫后，方可深入學習解析數據的BS4庫。借助網絡爬蟲知識圖譜還可以豐富課堂任務設置環節，鼓勵學生采用正則表達式、bs4等不同的解析技術對相同的網頁結構數據進行解析，并分析解析數據過程的異同，從而幫助學生深入理解技術對應的知識點內涵。

3.2 思政元素融入

將思政元素融入網絡爬蟲課程不僅有利于加深學生對爬蟲技術的認識，也能幫助樹立正確的理想價值觀，而專業課程的思政元素需要與專業知識點進行關聯才能發揮最大的效力。因此，首先需要對課程教學大綱的內容進行思政元素的融入，融入思政的網絡爬蟲課程規劃如表1所示。

以網絡爬蟲的用途這一章節為例，在設計思政課程時，以培養學生網絡安全與法律意識為德育目標，將利用爬蟲技術非法收集個人隱私信息或者提供未經授權的數據等違法行為作為思政要點。以此說明網絡爬蟲程序的合法性，警示學生個人隱私數據或者明確禁止訪問的數據不能爬取，更不能用于商業用途，否則會引起民事糾紛，甚至嚴重的將面臨法律懲罰。

另以反爬蟲策略這一知識點為例，網站常用的反爬蟲技術包括通過Headers、用戶行為來識別爬蟲，以及采用動態加載數據來反爬蟲。網站也提供了Ro?bots協議，告訴爬蟲程序開發者怎樣的信息不能抓取，否則可能會違反法律。在思政課程設計時，以培養數據安全意識為目標，提供因違規破解反爬蟲策略而被判刑的案例素材，并予以警示。

3.3 項目驅動

網絡爬蟲課程在教學開展過程中以項目化的形式進行實踐，項目包括不限于課程項目、企業項目、大學生創新創業項目等。將知識圖譜中所涉及的網絡爬蟲知識點按照任務知識點映射關系，分別歸屬到相應的項目中，得到如圖3所示的網絡爬蟲課程項目設計示意圖。項目按照由淺入深的順序開展，有道在線翻譯通過介紹requests庫讓學生理解爬蟲請求的基本構成部分，豆瓣Top250、京東商城和Q房租房項目側重對爬取數據、解析數據和儲存數據的知識鞏固，中國知網項目則鍛煉學生采用selenium模擬瀏覽器動態爬取網頁數據。各項目實踐環節都可以培養學生運用爬蟲工具解決實際問題的能力以及團隊協作能力，幫助學生形成大數據思維處理技術的知識體系。

網絡爬蟲課程引入了“傳幫帶”方式進一步優化了傳統項目化教學。首先，所謂“傳”即為從教師傳授給學生的基于問題式學習的教學方式，針對項目中的關鍵要點拋出問題，并進行知識點解析，對關鍵過程進行操作演示后，檢查學生是否可以對關鍵項目任務進行復現；其次，所謂“幫”則是鼓勵項目完成時間早的小組幫扶項目完成有困難的小組，并以交互式討論將項目經驗分享，采用平時分加分的形式激勵參與組間幫扶的同學；最后，“帶”是項目組內分析各個項目任務環節，分析項目瓶頸，并由項目組長牽頭協助瓶頸環節的攻克，確保爬蟲項目程序能按時完成拉通，縮短項目完成周期。

鑒于課程學時有限以及學生能力差異化明顯的現狀，課程教學中采用“線上線下混合”的方式，依托超星學習通、學銀在線等工具實現練習發布、課后問題討論、考勤統計等。學生可以通過校內云平臺將撰寫的項目實訓報告提交，實現師生的良性互動。

4 教學實踐效果

網絡爬蟲課程在采用融合思政元素與知識圖譜的項目化驅動教學后，專任教師在超星學習通平臺上迭代優化教學資源，目前在線課程包含了24個教學課件，134個知識任務點，29個實訓項目等涵蓋思政理論的案例資源，受益的學生有將近500余人。

通過項目化教學，學生以團隊的形式全程參與從需求分析、技術選型、代碼編寫到結果展示的網頁爬蟲項目開發，既培養了學生團隊協作精神和創新能力，也激發了學生參加藍橋杯、“互聯網+”等競賽的積極性。知識圖譜化的網絡爬蟲教學資源強化了學生對專業技能學習的系統性，進而輔助學生自主解決問題，提升其學習主動性。在教學改革方面，專任教師主持教改課題以及發表教改論文的數量也保持增長。

5 結束語

網絡爬蟲技術作為DT時代的一項重要技術，是大數據相關專業的核心課程，本文建立了融合思政元素與知識圖譜的項目化教學實踐體系。首先，將網絡爬蟲領域的知識點整合處理為知識圖譜；其次，對關聯知識點嵌入思政元素，最后，將知識點以項目化形式開展教學實踐，以期培養學生端正的職業素養和正確的價值觀。本文提出的教學體系為學生參與企業真實項目開發提供良好的平臺，對大數據系列課程思政以及實踐教學具有一定的示范作用。