面向工程教育认证的计算机专业智能课程地图研究

王颖　肖红　张强

摘 要：计算机专业智能课程地图以学生专业知识学习和未来职业规划为起点，建立课程与核心能力的对应关系，构建可视化、可测量、可评价、可反馈的专业培养目标，来辅助学生明晰个人的学习计划和就业方向，并以课程为中心来整合各种学习资源。在学习行为特征数据基础上通过智能分析技术实现对课程地图和人才培养目标的持续改进，进而提升人才培养质量和就业竞争力。充分体现了以学生为中心的教学理念，有助于培养学生全面的知识结构、能力结构和综合素养。

关键词： 课程地图; 工程教育认证; 计算机专业; 智能分析; 持续改进

中图分类号： G64

文献标志码： 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，李克強总理在政府工作报告中指出“以教育现代化支撑国家现代化”，同年2月《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》将“新工科”概括为“工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系”[1]，这表明高校的办学应围绕毕业生能力和素质提高与全面发展而展开，同时面向社

会需求和市场变化、学科发展和科技进步，并将这些内容贯穿到人才培养的各个环节[2]。工

程教育认证最核心的理念是以学生为中心，因此大学4年的学习成果就是验证专业教育有效性的最直观、最有力、最直接的证据。而课程地图的初衷和理念则有利于促进教学计划、教学内容和学生考评之间保持一致，有利于保障学生培养达到预期目标，使工程教育专业认证的理念付诸实践[3-4]。因此面向工程教育认证理念来构建计算机专业智能课程地图，有助于从教育供给和学生未来职涯发展为出发点来构建计算机专业课程一体化人才培养模式，有利于教学参与者明确课程与核心能力的对应关系，合理配置教学资源和开展教学活动，有利于构建可视化、可测量、可评价、可反馈的专业培养目标，使学生掌握全面的知识结构、能力结构和综合素养[5-6]。

1 课程地图的概念及研究现状

课程地图的概念由Hausman在1974年提出，由Eisenger在1984年引入到高校课程的教学计划过程中，达到整合学习资源、导向学业测评标准、满足不同职业生涯发展需求的目的，进而有效促进高校持续改善教学质量[7-8]。澳大利亚麦考瑞大学以图表形式来构建课程地图，纵向包括学生可学习的12种技能，横向是针对每个技能的6个选项，通过分析教师根据学生学习情况填写的表格，就能了解学生的学习效果和成效，进而明确改进教学活动的方式。对加拿大和英国的31所医学院的课程地图调查问卷调查得知，已有55%的院校正在开发课程地图，19%的院校已基本完成课程地图的规划[9-10]。台湾高等教育近年来提出“建立系所课程与教学目标及核心能力之间关联表，配合学生毕业出路建立完善课程地图”[11]。而国内课程地图的研究尚处在初级阶段，北京化工大学、华南理工大学等高校的一下专业做出了符合本校特色的课程地图，以流程图的形式列出了专业培养方案中每个学期开设的理论课程和实验课程及先后关系[12]。但这样的课程地图提供的是以学习路径为主的功能，是一种静态的呈现，是一种“理想上”或“理论上”需要达到的教学成果，它能帮助学生了解大学四年的学习路径和未来的职业方向，却不能保证每一位学生都能得到相同的满意结果。因为教学活动是动态的，拥有相同课程地图的学生不一定得到相同的学习成果。而要达到专业认证标准的毕业要求，只让学生了解的学习路径是不够，还需在实际教学过程中不断了解学生的各项动态。因此构建一个智能课程地图，基于学习行为特征进行关联分析和智能反馈，则有利于教学管理者和教师进一步了解学生的学习成效，更好的完成和达到工程教育认证标准规定的各项指标。

2 构建智能课程地图的基本思路

课程地图虽然可以完整呈现学习的目标及其路径，但如何有效掌握学生的学习成效还有进一步发展和研究的空间。本文提出一种构建智能课程地图的思路，一方面在教学上呼应与落实工程教育认证对于基本素养与核心能力的要求，另一方面则通过大数据分析与信息关联的方式，将各层级的教学目标关联起来，以响应工程教育认证主要倡导的3个基本理念即“以学生为中心”、“以产出为导向”和“持续改进”。智能课程地图构建思路，如图1所示。

2.1 面向工程教育认证理念和专业培养目标构建课程总图

以工程教育认证理念为指导，人才培养需采用“社会需求-培养目标-毕业要求-课程体系-教学内容”的逆向设计原则。因此要采用调研法、调查问卷法、企业访谈法、学校就业信息表和学生座谈等方式充分调研计算机行业的相关岗位，按照职业或行业需求制订大学四年学生所应具有的能力体系，倒推出毕业生所要达到的核心能力，在就业岗位及核心能力调研的基础上，也走进其他高校对相关专业进行调研，最终获取专业学生需达到的核心能力及细化的能力指标，并在培养目标、课程体系、教学内容、教学模式以及考核评价等方面形成本专业独有的人才培养特色，再以工程教育认证标准规定的毕业要求为准则，将毕业要求逐条分解成可量化、可评价的指标点，通过专家分析和大数据关联分析建立指标点与相关课程的关联关系，进而建立能够支撑工程教育认证12条毕业要求的课程体系，最终形成课程与毕业要求的能力矩阵。

2.2 建立以学生为中心理念的课程路径图

学生是学校的主体，教学是学校的根本，将学生放在中心的位置是一种新的人才培养实践模式也是一种人才培养理念。学生作为受教育者，既是教育的对象和教育工作的出发点和落脚点，更是自我发展和成长进步的主体，具有强大的主观能动性。因此在课程路径图构建的过程中将课程与学生就业方向关联起来，便可以通过路径图直观地看出课程与课程之间的联系以及课程与就业方向之间的关系，如图2所示。课程路径图能够真实地展示出计算机专业四年所开设的全部课程以及课程间的先后顺序。使教师明确了“教”的内容以及学生明确了“学”的知识与培养目标间的关系，同时也为学生找到一条最适合自己未来发展的学习规划路径提供了依据。

2.3 建立以产出导向为理念的课程时序图

“新工科”建设要求高校在人才培养过程中要紧密结合社会人才需求、学生未来职涯规划及核心能力培养，以专业建设定位为依据，以优化学生知识、培养学生能力为目标，协调课程群之间的教学关联，突出课程之间关联知识点的融会贯通。建立以产出导向为理念的课程时序图，有利于将计算机专业课程群有机的统一起来，将通识教育、学科专业基础、专业教育、实践教学环节等课程群以不同的形式加以区分，各学期涉及的课程以清晰明了的图形方式进行展现，有助于学生全面明晰所学课程在自己知识体系中位置和作用，也便于教学参与者查看课程的分布情况及相互关系，更好地梳理和改进各门课程与核心能力培养的对应关系，包括先修课程与后修课程间的关系，理论课与实验课、课程设计、认识实习、毕业设计之间的关系。以我院计算机专业为例构建课程时序图，部分实现结果如图2所示。

整体界面显示课程总图，当鼠标放到某一门课的时候则会显示课程之间的相互关系。这种展现方式相对于传统的表格展现方式，将课程、学生、教师较好的连接在一个可视化的动态系统里，实现了教师间的合作、师生间的互动以及培养方案制订与职场需求间的快速对接，充分体现以学习者为中心的人才培养理念。

2.4 建立以持续改进为目标的课程内容联系图

传统的主干核心课程群教学中存在重理论、轻实践、衔接不够的问题，构建课程内容联系图可有效地解决这一问题。以人才培养为中心，以持续改进为目标，以课程优化整合为重点，以改革核心课程群教学内容、教学方法和教学手段为主要内容，以加强课程群教学条件和评估体系为保障，理顺各核心课程间内容衔接关系来建立课程内容联系图。学生利用課程地图进行学习过程中，实现“边学习、边设计、边实践、边创新、边反馈、边改进”的课程内容联系图更新机制，便于教学参与者依据学生学习行为特征及智能课程地图的大数据分析结果构建融知识传授、能力培养、素质提高为一体的计算机专业课程体系，进一步挖掘各个课程内容的知识点，有利于帮助教师分析所授课程的内容组织和教学安排，查找知识点中遗漏的部分，以及在知识点间彼此连结的地方。利用课程内容联系图可以将先修课程、当前课程和后续课程有关的知识点组织并连接起来，不仅能够对旧知识进行巩固，也可以对新知识有个较好的掌握，做到课程设计不断线、工程实践不断线、能力训练不断线。比如，计算机组成原理课程中的流水线的多发技术、操作系统课程中的进程同步、数据库原理及应用课程中的并发控制概念相类似，都可以用一个例子进行讲述（如病员就诊或生产者—消费者问题等），借此也可温习其他课程的知识点。

2.5 建立基于课程地图的教学资源整合与持续改进机制

透过课程地图系统，每学期都可以自动分析出庞大的课程整合结果，这份数据并有利于后续的课程设计与发展。在智能课程地图的建设过程中，可以将精品课建设、重点课建设、慕课和微课等线上课程资源进行整合和提炼，利于在线学习过程有效的支持和监督，通过课程地图采用推荐式嵌入、引入式嵌入和自建式嵌入等方式引入网上教学资，引导学生开展课前网络自主学习、课堂探究学习、课后拓展学习，明晰了“教”与“学”的课程与人才核心能力培养之间的关系。课程知识包括讲稿、ppt、视频、学习素材、题库等显性课程资源与学习者学习动机、学习策略、学习经验等隐性课程信息，智能课程地图可同时对显性知识和隐性知识进行管理。应基于当前在线学习平台中存储的大量学习过程信息记录（登录次数、学习时间积累、作业测验的完成情况等），利用计算机专业的特色优势和人工智能理论技术（聚类分析、关联分析、基于学习者协同过滤推荐算法等）通过对学习者行为进行大数据分析，进而完成学习资源和知识点优选、知识关联分析、课程关联分析和核心能力分析，再此基础上利用大数据分析结果完成对课程时序图、课程内容联系图、课程路径图以及课程总图的持续改进，如图3所示。

3 构建智能课程地图的研究价值及使用效果

3.1 为教师提高教学质量提供专业引导

课程地图研究以专业核心能力培养为中心和目标，综合展示了专业课程体系和课程间相互关系，并基于学习成果进行建设，可以为教师改进和提升课程教学质量提供方向性指导，可以为保障学习成果在教学计划、课程教学和考核测评中落到实处提供过程依据。

3.2 为教学管理者制定学生培养计划提供支撑

课程地图从全局角度展现课程间关系，提供学生毕业后可能的职业发展路径，以及校内所学课程为实现这些路径所进行的能力培养。使学生能够在校期间清晰了解自己的专业能力轨迹，有目标性地选择学习内容和有针对性地进行自我培养。

3.3 便于其他专业开展课程地图建设

计算机专业课程地图建设的经验可推广到其他专业的课程地图建设，当一个新的专业加入课程地图系统后，无需进行二次开发，可通过平台配置自动生成符合本专业特色的课程地图。与此同时，也可与学校的教务系统进行对接，更好地指导学生对自己的学业和未来进行规划。

3.4 智能课程地图的使用效果

在课程地图的实际应用过程中，课程地图利用关联分析对知识点进行有效的整理和归纳，以便学生通过可视化界面迅速地找到学习目标和知识点。通过调查和访谈可知学生对所学课程的学习积极性明显提高，能够了解所学各门课程间的相互关系及重要程度。对于教师而言，则可以利用学生学习知识点的聚类分析更加合理的安排教学计划和组织教学内容，深入了解学生对所教课程的掌握情况。在培养方案的修订过程通过可视化的课程前后关系以及学生学习的课程路径分析，方便专业负责人和教师进行科学有效的修订。

4 总结

智能课程地图的建有助于对计算机专业培养目标和教学活动进行梳理和重构，使得教学活动的不同主体都可以利用地图从不同角度进行探究及规划，为本科培养方案的制修订提供了依据。能将组成课程体系的所有要素联结起来，使课程组图的整体意义大于课程的各个部分总和，能够将各种课程主体、课程资源及其相互间的关系进行连接，以可视化方式的形成动态可持续改进的教学与社会人才培养网络，以便于不同层次使用者之间的交流。

參考文献

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（收稿日期： 2019.08.26）