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关键词:编程能力;信息专业;兴趣;交流
编程就是使用程序设计语言来编写程序代码,从而满足人们用计算机来解决某种问题的需求。编程是人与计算机交流的唯一方式。因此,高校信息专业的教学应将编程能力的培养作为首要任务,转变教学理念和教学模式,重视编程能力培养和考核并以此为核心进行教学改革。
一、高校计算机实训课程存在的问题
1.课时少
高校信息专业为满足宽口径就业需求,专业课程非常多,以编程能力培养为核心的程序设计类课程时间被压缩,实训课程时间就更少了。在理论课教学中,教师必须在有限的时间里将所有的知识点传授给学生,让学生在最短时间内吸收这些知识,实现知识的融会贯通,否则实训课程就无法顺利开展。而实训课程少又影响到学生编程能力的提升,使得学生动手操作的机会少,教师也没有时间给学生进行个别指导,影响教学质量。
2.师资力量不足
高校教师有教学任务、科研任务和学生管理任务,其工作压力繁重,而大部分计算机专业的教师是中青年教师,部分教师正在进行深造,在攻读博士、博士后等,这使得其在教学上花费的时间和精力较少,很多时候是一个教师带十几个乃至二十几个学生开展实训活动,师资力量严重不足,影响学生编程能力的提升。
3.装备落后
计算机技术发展快,技术更新快,程序设计课程中涉及到的理论知识和实训课程中的装备都应与时俱进,但大多高校的装备比较落后,依然采用经典算法解决数学问题,然后完成编程任务,这种培养模式使得学生掌握的知识严重滞后于社会发展,无法满足IT行业对人才的需求。
二、基于提升编程能力的实训课程改革措施
1.课程设计的改革
信息专业主要可以分成电子信息、电子科技、物联网等专业,不同的专业有不同的人才培养侧重点,实训课的课程设计也应该有侧重点。如:电子信息、电子科技专业的侧重点是对硬件的设计,因而实训课程可以进行单片机、嵌入式系统等项目的设计,将编程能力的培养嵌入到具体的硬件控制中,既提高学生的编程能力,又提高其专业知识的融会贯通和运用能力。比如说:在C语言程序设计中,如果只是让学生反复训练经典算法和习题,学生的编程能力很难得到较大幅度提升;若是加入一个C语言的单片机控制项目,实现软硬件设计的结合,那么学生的编程能力就能得到较大提升。计算机科学与技术、网络工程等专业的培养目标偏向于上层应用,实训课程可以以实用性软件开发项目为主,让学生主动去设计数据库系统等,使学生在完成软件开发项目的过程中实现能力的提升。
2.调动学生积极性
兴趣是最好的老师,教师要通过改变教学方法、因材施教等来调动学生的学习积极性,让学生主动参与到实训教学中,在课外时间去钻研软件开发,提升学生的编程能力。如:对希望参加ACM程序设计大赛的学生,在实训课中鼓励其在完成基本实训任务的基础上联系ACM题库中的习题,由浅入深地步步推进,提高编程能力。对参加嵌入式系统设计的学生,让其主动编写一些嵌入式程序,使其既能提升编程能力,又能在比赛中获得较好成绩。对立志从事应用系统开发的学生,让其主动进行网站系统、数据库系统、电子商务系统、物联网系统等的开发设计,这一类学生往往在毕业前就找到一个主攻方向,孜孜不倦地钻研,为其将来就业做准备。而教师需要做的工作是在教学活动中发觉学生的兴趣,根据学生的特点和兴趣采取合适的方法调动学生的学习积极性,提高教学效率,这样能收到事半功倍的效果。
3.加强实训中的交流
实训教学活动中,要加强师生之间、生生之间的交流,营造良好的交流氛围,使学生遇到问题时,主动与同学交流和讨论,主动请教教师,通过交流发觉别人思维方式与自己思维模式的区别,吸取别人的长处,弥补自身短处,完成编程任务,提升编程能力。
4.重视学生编程能力的考核
实训课程中要重视学生编程能力的训练,加重对编程能力的考核,如:组织上机考试,将学生的考试成绩纳入到学生最终综合成绩中。在上机考试中,为避免学生作弊,往往需要有多个教师参与监考。若设置几个固定的习题,机房环境下又不方便教师监考;若是从题库中随机抽题,又会带来不公平问题,有的学生抽到较难的习题,有的学生抽到较容易的习题。但不管怎么说,实训课教学改革都应重视编程能力的考核,积极挖掘学校现有资源的潜在价值,加强编程能力考核,促进学生主动去提升编程能力。
总之,只有通过合理的课程设计,运用合适的教学方法,激发学生的实训学习积极性,重视编程能力考核,才能稳步提升学生的编程能力。本文以提升学生编程能力为起始点,对计算机实训课程存在的问题进行分析,然后在此基础上对程序设计类课程的教学改革提出几点建议,总结了笔者自身的实训教学经验,希望能为广大教师提供参考。
参考文献:
关键词:计算机 课程 设置 思考
随着社会信息化的全面发展,以计算机、网络通信、视屏处理和多媒体技术等为核心的信息科学越来越凸显出重要的地位和作用,它的拓展速度改变人们的工作、学习和生活节奏,以至于改变工作、学习和生活的方式,成为人类探索自然、生产管理、策划经营、贸易交往和交友的必不可少的工具,成为政府决策、社区服务、金融交易、环境监测、教育教学甚至现代战争的重要工具,信息技术科学的发展也是衡量一个国家社会发展水平和综合国力的重要标志。对一个现代大学生来说,掌握计算机技术、信息技术,养成良好信息素养已是一个基本要求。计算机应用与技术人才的培养是信息技术发展的主要组成部分,是一项国家发展的重要内容,是一项面向未来的教育基础,它即是文化基础教育,又是人才素质教育,更是强有力的技术教育基础,为了适应和推动信息时代的发展,各高校都在大力培养计算机应用与技术人才,为了边疆经济的发展和繁荣,很多边疆高职也加如了计算机应用与技术人才培养队伍,作为边疆高职院校如何适应新形式,以职业技能学习为中心,以民族化、本土化为特点,培养培养面向边疆经济发展的计算机人才?作者对学院计算机应用与技术人才培养目标、课程体系建设、教学方式、教学手段和教师队伍等方面进行分析,并提出一些思考。
一、边疆高职学院学生学习特点
边疆地区是指陆路与它国接冉的地区,边疆地区在国家经济发展的大趋势下,也在针对各自的区位优势,发展自己的经济。发展经济需要人才,在当下信息技术飞速发展的新时代,社会、金融、企业和事业等部门的发需要大量懂得计算机知识的人才,这样边疆高职院校也在加大对计算机应用与技术人才培养,边疆高职院校在办学规模和技术条件有限,因此办学中有几个突出特点:(1)生源质量不理想 边疆高职院校在录取学生时获取的生源质量不是很好,往往是其他院校录取后剩下的生源占多数,而高素质的学生只有很少一部分,各高职院校为提高生源质量,提高了向内地招生的比列,但这样也是治标不治本,内地学生对对边疆高职院校有偏见不愿来边疆高职院校学习,最后来学校的也是成绩在末尾段的学生;(2)学生学习积极性差 边疆高职入学学生由于年龄特征、个性心理特征、学习动机、兴趣、态度等因素入学后学习积极性处于低端,同时这部分学生在高中阶段养成学习教差,加上知识基础和经验基础教差,学习方法不当等使得学生的学习积极无法提高。虽然边疆高职院校在学生学习和培养采取了一些措施,如在不不降低教学大纲要求的基础上,尽量使学生学习的难度降低和广度缩小,对学生考核要求也是降到最低点,同时对学生实践学习时间尽量加大,通过实践学习弥补学生理论学习,尽最大努力提高学生的学习积极性;(3)学生就业竞争能力弱竞争能力弱是相对内地学生和内地经济发展快速地区而言,边疆高职学生在往内地经济较好地区发展时,由于理论知识和实践能力的限制,在与内地学生竞争时有时会暴露不足的一面,但是学生在本地和向境外发展时,边疆高职学生还是很有竞争力的。近几年很多内地学生在边疆地区或境外就业了,有的学生境外发展了自己事业就是最好的例证。几年来,教学中针对边疆少数民族学生的特征,边疆高职院校计算机技术与应用专业领导与教师在教学理念、教学方法、教学手段和实验实训等方面进行多次改革和调整,摸索出一套适合边疆民族学生学习计算机应用的教学方法和学习方法,让学生尽快达到:掌握计算机基础知识和计算机网络使用的常识和技能,理解计算机处理问题的基本过程,了解应用计算机去解决实际问题的方法和步骤,掌握一些常用软件的基本使用,学习、掌握使用软件、计算机系统的基本能力。目前学院培养的计算机人才已在边疆地区乃至各省各地各行业工作,有的甚至去周边国家发展,他们为边疆的经济发展正发挥者积极的作用。
二、计算机技术与应用课程设置几点考虑
边疆职业技术学院在招生和办学上具有地域的特殊性,学生在就业上也具有一定的特殊性,但是在面临国家改革的大潮中,也具有发展社会经济的共性。如何办好计算机技术与应用专业、培养适合边疆经济发展的计算机人才,发挥他们对地区经济增长的作用,笔者认为应从以下几方面入手:
1.确定培养目标 边疆高职院校要有明确的、切合实际的培养目标,我们不能与综合大学一样确定较高培养目标,结合学生的实际情况合理确定培养目标,培养边疆建设所需要人才。
(1)能力目标 让学生了解信息技术和计算机文化,初步掌握计算机基本知识、操作技能和简单编程方法,增强学生的信息意识,培养学生对信息的获取、处理、应用和传输能力。使学生掌握计算机工作的基本原理,掌握软件和硬件的理论知识,熟悉组装计算机基本部件的理论知识和组装方法,掌握网络安全的知识和技术。
(2)技能目标 培养学生观察、动手能力和合作学习,培养学生应用计算机的逻辑思维能力,培养组装和解决计算机一般故障的方法,提高学生的动手能力以及解决生产实际问题能力。培养熟悉办公软件和常用应用软件的应用,能胜任不同单位、企业对办公自动化软件使用的需求。目前,计算机在大多数单位已经基本普及,大部分人也能使用计算机、应用一些常见的软件,但能熟练使用各种办公软件,以及应用网络技术的人并不多。特别是边疆地区,计算机的使用正逐渐普及,但是能熟练应用计算机软件和硬件以及网络技术的人才并不多,学院应针对这些问题,培养社会需要的计算机人才,如:我们可以试着培养一般单位需要的软件操作能手、硬件组装能手和网络技术人才,这些人对于办公类软件应该非常精通,能熟练进行各类办公操作,能解决计算机的简单故障,进行网络设置,对一些专业软件和计算机编程则并不要求精通,但要有一定的了解,当出现问题时知道怎么解决,即使暂时不知道,也能想出办法尝试解决。
(3)职业目标 为边疆地区服务的计算机人才,在职业目标培养上应向较高职业目标看齐,要培养学生尊纪、守法的思想意识,培养学生对从事计算机应用技术专业工作热情,团队协作精神;培养学生具有实事求是的科学态度,有较强的求知欲;培养学生扎实的文字功底,具备较强的文字及沟通协调能力,具备简单的涉外知识,具备商业旅游地区计算机软件应用的基本知识。根据高职院校培养技能型人才的特点,计算机课程设置,一定要树立能力为中心理念,强化实践动手能力的培养,在确定课程目标时绝对不能闭门造车,要从边疆职业调查和岗位应用能力分析入手逐渐构建边疆高职计算机课程目标体系,对于已确定的课程目标,要及时修订以提高计算机专业的职业适应性。
2.培养要求 为培养适合边疆经济建设的计算机人才,那么我们的培养要求:坚持一个主要方向――面向应用,达到一个标准――通过国家计算机等级考试。面向应用就是对计算机技术与应用学生进行计算机技能教育的最终目的,并不是要把他们都培养成为计算机专家或专门从事计算机硬件系统开发的专业人才,而是让他们掌握应用计算机的知识,能够将计算机与信息技术应用其工作的事务或领域,掌握计算机基本原理和构造,成为即熟悉计算机的专业知识又掌握计算机应用技术的复合型人才。在学生的培养过程中,我们要以应用为出发点,更要以应用为目的,因此在设置计算机技术与应用课程体系过
程中,应当把计算机应用的理念渗透到各专业课程中,从课程的设置、课程选定、课时安排、教学过程和实验实训,以及评价过程都要应用为主要目的,使学生在学习的过程中,通过多种途径,进行计算机技能的培训。
虽然计算机技术与应用专业的学生高职教育中没有要求进行国家等级考试,当在以应用为目的和要求的前提下,为衡量学生学习的效果及能力,学院应组织学生参加计算机职业资格考试或计算机等级考试,从某种程度上,计算机资格证书和计算机等级证书的获取能反映一个人的计算机应用能力,在社会上具有一定公信度,容易取得用人单位的信用。在高职计算机技术与应用专业中组织学生进行计算机等级考试对学生的学习有着积极的作用:
(1)参加计算机等级考试,把学生推向统一的能力评价体系中,促使学生对计算机的基本应用尽快掌握,而不是只停留在理论上,这样即使实简单的应用技能,学生也要花时间进行学习和练习,对学生学习其他技能有很大的帮助。
(2)计算机等级考试对学生的整个学习过程是一种动力和压力,可以推动学生重视和学好计算机其他课程,对培养学生计算机应用技能有极好促进。
(3)国家计算机等级考试实行教考分离,且统一命题、统一考试、统一阅卷,具有一定的公正性,因此对任课教师的教学效果有一个比较客观的评价,可以促进教师关注教学质量和学生学习质量。
3.课程体系设计 专业课程设置是社会需求和学校教育的结合点,学校对社会的适应与服务是通过专业设置实现的。如以西双版纳职业技术学院为例进行分析,西双版纳职业技术学院是一所边疆高职院校,我们的学生主要实为边疆经济发展服务的,为使学生能很好地服务当地社会,我们课程设计要与当地经济发展的速度与规模结合,这样才能发挥我们办学的功能,确实结合市场的发展培养学生计算机技能,让学生进得来,出得去。根据我们的培养目标和要求,结合学院课程实际设计情况见附表1学院计算机基础课程设计,笔者认为存在一些问题。存在问题和解决办法:
(1)总课时在学院三年任务两年完成的情况下,计算机技术与应用基础必修课和专业技能课总课时较少,而综合基础课时偏高,授课时间紧,任务重,教师工作压力大。学生学习基础知识的时间太少,无法对计算机基本知识掌握,这样影响学生其他课程的学习。适当增加基础课程的课时或减少任务、降低要求,把重点放在培养学生应用技能最基本能力目标培养上。
(2)计算机技术与应用课程课时分配表上分析,实训课时所占比例也比较少,但这只是其中一部分实训课时,因为各专业基础课和专业技能课中还有一部分实训课时。
(3)学院计算机机房有限,这样在学习过程中理论学习与实践学习不能保证在1:1的比例,因此学习过程中,学生的技能学习时间是无法保证的,学习效果可想而知。学院应增加计算机机房的建设,并把计算机作为公共资源使用,不要划分的各系保管。
(4)在计算机基础课时分配中,本着培养应用型人才理念,部分计算机理论课时太多,这些课程学生学习过程中有困难,且在实际工作过程中,不太适用。
(5)学院学生基本来自云南17个地州,学生中有文科、理科和三校生,学生文化水平参差不齐,因此基础理论课应加强学习,这样在进行计算机专业基础课程中学生学生才能更好学习。
(6)在培养应用型人才原则下,课程教学体系与等级考试间应更好衔接,学生在学完计算机基础后,组织学生进行计算机等级考试,根据时间安排,可以考前进行强化辅导,而不是等到学生毕业前进行等级考试。
(7)遵循培养应用型人才的要求,同时因材施教和培养学生综合能力,加强选修课管理,但是选修课最好不要占用正常课时。
(8)本着培养为当地经济发展所需要的人才,也拓宽学生就业门路,学院采取措施鼓励学生选修东南亚小国的语言,让学生在掌握计算机技能的同时,也学会一门外语,学生在就业时即可选者在边疆服务,也也能到版纳周遍国家寻找就业机会。
4.优化教学模式提高学习质量
(1)全面采用多媒体教学模式 计算机技术与应用教改中,核心是教学内容的改革,其次是教学模式的改革。随着计算机信息技术的飞速发展,计算机专业基础课的教学内容逐年变化与更新,为计算机教学的优化奠定了坚实的技术基础。计算机专业基础课程教学中应注重采用多媒体及网络机房上课的形式,因采用传统的“粉笔+黑板”的教学手段可视性差,事务变化过程的模拟展现不连续,教师无法准确地讲解教学内容,而学生不能正确地理解教学内容。采用多媒体教学手段,一方面可使学生形象直观地理解教学内容,另一方面还可增加教学的信息量,再着现代教学手段本身就是对学生最好启发。这种“计算机+大屏幕投影”的教学模式,能大大提高了授课效率和教学质量,与传统教学方法比较,教学内容成倍增加,而课时减少了三分之一。有利于把更多学习分配到学生能力培养方面。
(2)发挥网络平台的功能 网络教学平台的使用,彻底改变了教与学的关系,过去以教师为中心的教育方式,变成了以教师为主导和以学生主体的教学关系,网络教学平台为师生之间沟通与交流提供了新渠道。这种渠道改变教师与学生思维方式,对学生逻辑思维能力的培养具有较大促进,同时,能培养学生独立思考的能力,科学解决问题的能力。网络教学中服务于课程的网络教学子系统一般包括公告栏、课程信息栏、电子教案栏、解答栏、作业区、讨论区、测试栏等,教师和学生可以在网络上交流、答疑、问题探讨和水平测试,形成生动活泼的学习新格局,这样有利于学生计算机技术应用能力和创新能力的培养,对学生进如社会就业有很大帮助。
(3)借助网络更新知识与观念 由于现代计算机技术发展日新月异,教材的剑可能都是最新的,虽然计算机基础课的内容相对比较稳定,但是,过一些时间教材中所列举的一些实例会显得比较陈旧了。这就要求教师在教学中不要过分地依赖教材,要及时掌握计算机学科的最新知识,了解计算机应用技术的前沿与最新动态,并且将它们以
最适合的案例融合到教学中,做到既不脱离教材,又不死守教材,不断补充新知识,保持教学内容的先进性。并注意每学期根据教学大纲和学科发展要求,对教材的内容进行及时的修订与更新。
5.搞好教师队伍建设 服务计算机专业发展
适合边疆经济发展的高职计算机技术与应用专业建设,不仅仅靠进行专业课程的合理设置,还需要教师具备专业课程的知识和具有钻研教学方法的精神,同时还需具有良好精神状态,因此注重计算机技术与应用专业教师队伍建设,培养一只高水平、高素质、爱岗敬业教师也是提高计算机技术与应用专业教学质量和提高学生职业能力的重要保证。
(1)提倡爱岗奉献 钻研教学方法
办好边疆高职计算机技术与应用专业是一件意义深远的工作,边疆的发展需要大量懂得计算机技术的人才,作为一名教师要作好吃苦的准备,为边疆计算机技术人才的培养长期奋斗。我们教师要充分认识本职工作的意义,努力在平凡的岗位做出不平凡的贡献。学院曾经引进几个计算机专业的研究生,但是由于没有吃苦精神,几个研究生只在学院任教一个学期就离开了。目前学院在办学条件上有了很大改进,特别计算机技术与应用专业的软件和硬件设施有较大改变,计算机专业教学基本在计算机机房和多媒体教室进。虽然教学手段现代化了,但是教学思想改变比教学手段更为重要。教师应发扬敬业奉贤精神,积极学习专业知识,认真钻研新形式下教学方法,提高自己的授课水平。组织教师开展多种形式的交流活动,练好内功,充分利用现代化的教学手段,提高学生的积极性、主动性、创造性,培养学生的专业能力和职业技能,为边疆地区的发展做出更大贡献。
(2)积极探索 大胆创新
目前,信息技术迅猛发展,各个领域对信息的应用日益增加,学生的情况也不断变化,教师应当扩展新知识,尽量采用新教育理念,新的教学方法和手段进行教学,在教学过程中,我们以培养学生应用能力为主,注意教学过程变化,不要过多讲授高、难、尖的知识,以能用、好用、够用进行讲授,着要求教师要积极探索、勇于创新,适应社会需求,学好计算机的多种应用技能,以便有更多知识传授给学生。此外,教师还要高度热情和认真的工作态度,钻研学生的特点、需求、心理特征和学生的认识规律等,不断探索,不断前进。
(3)加强培训 传授技能
作为教师我们不能只是在理论上教授学生,更要在实际动手能力上授予学生“渔”,我们计算机技术与应用专业要倾向于应用的培养,教师必须具备较强技能。教师在平时学习中,应积极参与一些计算机技能培训,学院也这一方面有所作为,如与企业联办计算机技能应用大赛或组织学院教师参加计算机技能比赛,提高教师的技能水平。长言道:要授予学生半桶水,自身要有一桶水。教师培养学的计算机的应用技能,不能只是理论进行培养,更重要的是让学生具有动手能力。职业能力的培养是理论与实践的齐头并进,甚至实践更为主要,学院要让教师参加技能的培训,不断提高教师传授计算机技能的能力。
(4)搞好科研 提升知识
计算机技术和信息技术发展迅速,知识更新的周期短,计算机专业教师需要比其他教师更注意提高自己的业务水平,不断学习新知识,否则,就难以提高教学质量。
教师的专业素质是提高教学质量的前提条件,为了使计算机基础教学能够密切结合应用实际,必须尽可能组织和鼓励从事计算机基础教育的教师积极参与科研项目和应用系统开发课题。这样做可以使教师本身产生获取新知识的需求和动力,提高创新能力,结合教学与科研成果,进而为教学实践带来丰富具体的案例和教学资源。
参考文献
[1]朱懿心 高职高专教师必读 中国版本图书馆[M] 上海交通大学出版社 2004年10月出版(26)
(1)深入专业教学团队,积极参与课程体系建设与教学计划制定工作。与专业教师共同完成行业企业岗位调研,掌握毕业生就业岗位的第一手资料,认真分析培养目标中对计算机应用能力的要求。高职教育的每个专业都对应着相应的就业岗位,我们可以深入分析相关岗位要求,从中提取对计算机应用要求的相关部分加以总结,以供制定课程标准使用。(2)根据专业培养需要,与专业教师积极沟通,制定以专业培养目标为核心的计算机基础课程标准。课程标准的制定是教学改革中的重要一环,作为指导性文件,它必须符合专业培养目标的需求,同时还要兼顾计算机基础课程的作用和特点。课程标准中要提出教学目标,规定知识、技能和素质目标,指出实现教学目标的支撑条件。使任课教师在具体的课程设计过程中有据可依。(3)通过对课程标准的解读,选取适合专业的课程载体,力争使学生在掌握计算机技术的同时也能够初步了解所学专业的基本情况。任课教师应尽量利用企业相关资料,通过加工和处理使之成为适合教学应用的课承载体。课承载体必须能够承载课程的相关目标,包括知识点和技能点,同时兼顾全国高校计算机等级考试大纲要求。(4)在选定课承载体的基础上,完成教学方法和手段的设计。在教学方法设计过程中,不仅要针对学生的特点制定相应的方案,还要根据就业岗位的情况适时地调整授课环境,为学生营造出真实的工作氛围。同时要注意严格考核,注重培养学生的职业素养。对于本课程而言,主要是更新教学理念,做到因材施教。由于学生群体对计算机掌握的差异,应该实行分层教学方法。“分层”是指以学生为主体根据学生现有的知识程度、水平能力和学习兴趣等方面的差异对学生进行分层次教学。采用不同的教学手段和方法组织教学,这样既可以做到因材施教,充分发挥学生的主体作用,又能减轻学生的学习负担,增进的师生的合作和交流,提高学习效率。
二、实现目标的保障条件
对于以上改革方案,必须要有相应保障体系来辅助教学目标的实现。(1)师资队伍保障:从事计算机基础课程教学的教师应及时更新职业教育教学观念,针对学生开发新的教学方法和手段。加强对新知识的学习,不断更新己有的知识,与时俱进。还必须继续加强“双师型”素质的培养,不断提高教学水平和能力,挖掘潜能,探索创新。师德师风建设也是必不可少的。具有高尚师德的教师,是获得学生的尊敬和信任,培养出具有高尚的职业道德的高技能应用型人才的重要保障。(2)教学环境保障:首先是设备问题,这个问题现在各个学校解决的都比较不错,计算机的配置完全能够满足教学要求。其次是企业支持,无论是实训基地还是教学载体,我们都要从企业寻求帮助。所以离开了企业的支持教学改革的实现也只能是空谈。再来是网络建设,通过网络手段采用多元化教学不仅可以促进学生的学习兴趣,还能够通过网络的利用提高对计算机的掌握程度。(3)考核系统保障:课程考核是评价一个学生是否达到教学标准的有效方法。本门课程强调的是学生计算机应用能力的培养,通过合适的考核系统,真实反映学生的学习情况。通过对考核数据的分析,任课教师可以对教学适时调整,以确保教学质量。
三、课程未来的发展方向
计算机对于我们的重要性在这里无需赘述。如何使我们的毕业生掌握相应的知识和技能才是我们要考虑的重点。对于这类工具课程,未来的发展是不能够仅仅局限于课堂教学的。核心理念应该是借助“4Any”理念,既:让任何学生在任何时间、任何地点使用任何方法有意识地完成计算机知识的学习。
四、结语
施工图预算编制具有自己的特点。它不同于土木工程专业的结构设计类课程设计,施工图预算的原理相对简单。在《建设工程工程量清单计价规范》中,对清单构成、如何编制以及各种建筑工程和装饰装修工程的分部分项工程的工程量计算都有十分明确的计算规则[3]。施工图预算的难点是其准确度。建设方根据施工图编制的工程量清单是确定其招标价的依据,施工方编制的施工图预算是确定投标价的依据,也是确定投标策略的基础。没有施工图预算的准确度,建设方会因为增加清单外项目而无法控制工程造价,施工方或因为投标策略不当而不能中标。可见,施工图预算编制准确与否是施工图预算编制的核心问题,也是课程设计中应该培养的基本工程素质。不同于造价专业,在土木工程专业的培养计划中,施工图预算编制课程设计仅是土木工程专业的实践教学体系中的一个组成部分,且其学时相当有限。以辽宁工业大学(以下简称我校)为例,土木工程专业建筑工程方向的课程设计共计11个学分,其他的课程设计均为2周,而施工图预算编制课程设计的时间只有一周。同时,对于土木工程专业的学生来讲,由于施工图预算编制原理相对简单,容易在学生中形成错误的理解,而忽视了施工图预算编制要解决的核心问题。并且,按我校的教学计划安排,施工图预算编制课程设计在最后一个学期,在这样特殊的时间段,如何做好土木工程专业的施工图预算编制课程设计成为教师教学的一个难点。否则,课程设计将流于形式,达不到培养学生基本工程造价控制与管理的能力训练的目的。基于此种情况,我们对施工图预算编制课程设计进行了全面的梳理,尝试了一些方面的改革和调整。
二、保证施工图预算编制课程设计质量的几点措施
(一)不断提高教师的指导水平
改变课程设计停留在模拟或仿真的层次的现状,紧跟工程实际,用实际的项目做课程设计的选题对指导教师提出了更高的要求。要指导学生完成一份建筑工程施工图预算文件的编制,要求指导教师是“双师型”的教师[4]。一方面,具备造价工程师的水平,不仅熟悉预算文件编制的基本流程和要求,而且能很好地把握行业发展趋势,使得学生的课程设计不与工程实践脱节;另一方面,作为一名指导教师,要熟悉和掌握学生的知识构成和水平,根据学生实际水平采取有效的教学手段和方法,有的放矢,真正把学生引入工程实践,在其遇到问题时能给予针对性的指导。
(二)重视课程设计选题
建筑工程的施工图预算,要求完成单位工程的土建工程的施工图预算。选题是课程设计第一环节,选题的核心就是施工图的选择。建筑施工图或结构施工图过于复杂,学生在识图方面遇到太多的困难,就会影响学生完成的积极性,挫伤他们的工作热情。为达到对学生的施工图预算文件编制能力训练目的,我们选择的题目以框架或框架剪力墙结构的一般的办公楼、教学楼、住宅项目为主,其基础部分,选择钢筋混凝土独立基础、筏板基础,而不选择桩基础。选择这样的题目基于如下的考虑:首先,对这类项目学生比较熟悉,识图方面不存在太多问题;同时,其建筑图形状相对规则,项目功能相对比较单一,装饰装修工程量的计算既全面,又不复杂,满足课程设计的训练要求。其次,作为土木工程专业的学生,结构施工图识读是学生走入工作岗位的基本功,并且,钢筋工程量的计算也正是课程设计需要重点训练的内容。
(三)明确课程设计内容、任务量与要求
在短短的一周内,要求每个学生完成一个单位工程的土建工程的预算是不可能的。根据土木工程专业的培养目标,考虑工程实践工作需求,我们确定建筑工程施工图预算编制课程设计的训练重点内容包括:土建工程分部分项工程清单列项、基本混凝土结构构件钢筋工程量的计算、基础土方工程工程量的计算。课程设计采用个人独立完成与小组协作共同完成的形式。教师要合理确定每个学生需完成的工作任务,制定任务分配单,并且根据任务分配单检查每个学生的完成进度和质量。教师要根据施工图纸认真考量,既要工作量饱满,能了解一个土建预算的全工程,同时,也要在给定时间内能够完成。具体来讲,每个单位工程由一个小组学生共同完成并按工程标准提交相应的成果。对每个单位工程项目的施工图按照楼层划分,每两个同学负责一个楼层,在对建筑施工图和结构施工图识读的基础上,对照清单计算规则,共同完成所在楼层的工程量清单列项和计算。清单列项经指导教师确认无误后,每位学生独立完成所在楼层的某一类构件的钢筋工程量的计算过程。根据平法图纸计算钢筋工程量是课程设计的重点,要求每个学生必须独立完成其所在楼层基本结构构件的钢筋工程量的计算。
(四)教师预做课程设计
同其他课程的实践环节一样,要指导好课程设计,要求教师有一定的预算工作实践。首先,教师要具备独立编制一个实际土建单位工程预算的能力,熟悉预算编制的全部过程,熟悉应提交的各种表格及其在计算工程量过程中应注意的问题,以便在课程设计的指导过程中有足够的实际经验。工程预算的准确性是预算的基本要求,也是终极目标。施工图预算编制课程设计的难点是准确性,没有了准确性的要求,课程设计就流于形式,学生只是对施工图预算编制过程有个基本印象,根本不能胜任任何有关工作,也就失去了这门课程设计存在的意义。因此,教师必须在课设前亲自完成学生课程设计任务。在课程设计教学之前,教师通过专业软件,画图,算量,获得课程设计的“标准答案”,也作为检验学生课程设计成果准确性的手段。标准答案的存在,既可以帮助教师及时发现存在的问题,对学生计算结果进行补充和修改,也有助于激发学生的目标感,学生完成课程设计任务的主动性和积极性得到充分发挥。
(五)课程设计指导重点与难点
施工图预算编制课程设计的指导采用每天集中指导加个别指导的模式。按照预先制定的课程设计计划,每天先安排对当日工作内容的重点难点讲解,然后,由学生根据自己的工作任务,独立完成实际操作训练过程,在学生实操过程中,教师要及时给予针对性的指导。结合我们几年的工作实际,以下几个方面是指导的重点:1.课程设计的分部分项工程的清单列项。列项准确是预算准确的前提条件。对于一个初学者来讲,有了建设工程工程量清单计价规范,有了完整的建筑和结构施工图纸,并不能保证每个人都能完整地完成一个单位工程的清单列项工作。教师的指导重点在三个方面,第一是工程图识读,第二是列项顺序,第三是对清单计价规范的理解。目标是准确、全面,不重不漏。2.钢筋工程量计算。目前,工程实践中多是以软件计算来完成各分部分项工程量的计算,但是,对于钢筋工程量的手工计算仍是基本要求。我们在工程量计算这部分,也把对学生的手算钢筋工程量能力训练作为重点内容。对基本的梁、板、柱、墙以及基础等构件,首先选择典型案例图纸,按不同构件类型讲解计算原理,构造要求,实际施工中的做法等,然后,要求学生完成自己承担的相应楼层的钢筋工程量的计算。这部分,必要的重复计算过程是十分必要的。3.综合单价的确定。综合单价的确定是预算的一个核心问题。指导重点是使学生在熟悉清单模式下综合单价的构成前提下,能根据定额规则,同时充分考虑施工组织设计与施工方案,确定一项分部分项工程的综合单价。4.课程设计的按日检查制度。为督促学生独立完成课程设计任务,我们实行对课程设计每日的签字检查制度。按照预先制定的任务计划,对照教师预做的“标准答案”,按日检查,并将每日检查结果作为成绩评定的依据。5.发现问题,及时解答并进行整理。在课程设计指导过程中,对学生提出的问题不仅回答了事,更要及时进行分析、总结,形成常见问题集,为今后课程设计指导积累资料。
三、结束语
关键词关键词:在线学习;课程资源编列;学习资源;进化计算
DOIDOI:10.11907/rjdk.171024
中图分类号:TP301
文献标识码:A文章编号文章编号:16727800(2017)005019905
0引言
近年来,随着大数据、机器学习和云计算等新兴技术的快速发展,人工智能已广泛应用于各个领域,以进化计算方法应用为代表的智慧学习研究也得到了迅速发展,成为推动智慧学习[1]系统构建的关键技术之一。信息技术的快速发展以及在线学习资源的不断丰富,使学习者能获取的学习资源越来越多。在为学习者带来便利的同时,也使学习者需要花费更多的时间和精力去筛选符合自己学习需求的资源,因此“资源超载”现象越来越严重[2]。此外,由于学习者的认知能力存在差异,导致不同学习者的学习需求也是不同的。因此,学习者迫切期望能获得符合其实际需求的学习资源序列和资源内容[3]。
在线学习环境中,为了从众多的学习资源中发现、导入、组合以及分发给学习者适合的资源序列与资源内容,需要为学习者设计智能化、动态化以及个性化的资源处理工具,从而产生了在线学习领域的课程资源编列问题(Curriculum Sequencing Problem)。从广义而言,课程资源编列指根据学习者的学习特征提供个性化的学习资源,如:学习资源推荐、个性化学习路径生成[4]等,从而提高个体学习者的学习效率;从狭义而言,课程资源编列指按照学习者的个性特征、学习目标、学习内容以及课程层次要素组织课程学习资源序列。
在线学习系统应用成功的关键是提供的学习资源能否适应学习者的先验知识和学习需求[5],其中课程资源编列问题是在线学习系统中实现智能化学习的核心。在传统的学习系统中,学习资源是固定、预先存储的。然而,在智能化学习系统中,学习资源可以动态的增加、移动和删除。因此,迫切需要一种能解决课程资源编列的算法,可以适应不断变化的学习环境。进化算法(又称为演化算法)与传统的优化算法相比,进化计算的自适应、自学习等特性,能够较好地处理课程资源编列问题。
1课程资源编列问题
1.1课程资源编列问题描述
Brusilovsky[6]认为在线学习系统应提供教师导学功能,并给予学习者个性化的服务支持。但由于学习内容和服务需求具有较强的个性化和特异性,海量的学习资源容易使缺乏经验的学习者无所适从,因此要求学习系统能够提供有效的学习资源管理策略。
目前绝大多数数字化学习系统采取固定的资源管理策略模式,提供的学习资源以及资源序列都没有考虑到学习者的偏好、需求以及个性特征。在线学习者人数众多且存在特征多样性,学习者的需求也会在学习进程中不断变化,在线学习系统应该能够为学习者提供动态、个性化的资源序列和内容,不应把为初学者准备的引导性学习资源推送给有一定学习基础的学习者,同样也不应把为有编程经验的学习者提供的程序设计学习资源推送给无编程经历的学习者。
课程资源编列即为学习者提供最佳的个性化学习资源序列,使其能高效地完成学习任务。课程资源编列涉及学习者相关特征和课程学习内容,具体包括学习者的背景、先前所修课程学习内容、学习动机、成绩以及学习能力和风格等。即使是确定的学习者,随着其学习内容的增加与能力的提升,该学习者的实际学习需求也会发生变化,对应的学习资源会被加入或者剔除,这些都是课程资源编列所需解决的问题。
根据在线学习应用关注的重点不同,课程资源编列问题也有多种表现形式,例如:个性化学习路径及资源推荐、课程学习资源排序以及课程学习资源组合等问题。总之,为学习者指定适合其学习所需的学习资源序列和资源内容是课程资源编列问题研究的宗旨。
1.2课程资源编列问题模型构建
课程资源编列问题可视为一个NP难问题[7],即针对特定学习者遍历课程资源的所有可能序列并寻找最优序列是非常困难的。假设课程学习内容包括n个课程学习资源,如果不考虑各种约束条件,所有可能的课程资源序列为n!,但课程学习资源很多时候很难得到所有可能的序列并寻找最优排序。如果考虑到学习者先前所学的知识、学习能力、背景、学习风格等约束条件,可行的编序则会缩小。因此,课程资源编列问题可构建为约束满足问题模型或者多目标最优化问题模型。
1.2.1约束满足问题模型
约束满足问题(Constraint Satisfaction Problem,CSP)广泛存在于人工智能领域。一般而言,CSP问题可定义为P=(Q,E,C)。其中,Q是n个变量(Q1,Q2,…,Qi ,…,Qn)的集合,E是n个域(E1,E2,…,Ei ,…,En)的集合,Ei是Qi可能取值的集合,C是变量Q之间的约束关系集。
当满足约束问题中存在元组排序需要时,被称为排序满足约束问题。一个排序满足约束问题可以定义为:(X,E,C,P),其中(X,E,C)为一个满足约束问题,P=是X元组,且|X|=n。解集S必须包含一个满足约束问题(X,E,C)和一个完全排序问题P。
课程资源编列问题模型转化为一个排序满足约束问题(PermutCSP)模型[8]。例如:假O有N个课程学习资源,则排序满足约束问题的解集S={1,2,3,4…N} (其中所有的学习对象必须是有顺序的)可以被定义为:
X={x1,x2,x3,x4…xN}
E(Xi)={1,2,3,4…N} xi∈X
C={xi+1-xi>0:xi∈X,i∈{1,2,3,4…N}}
P=
1.2.2多目标优化问题模型
在优化问题中存在多个需要同时处理的优化目标时,则成为多目标优化问题(Multiobjective Optimization Problem,MOP)。多目标优化问题是由多个决策变量、目标函数、约束条件组成的优化问题。课程资源编列问题可构建为一个多目标优化问题[9],其中决策变量、目标函数如下:
(1)学习者参数:①{L1,L2,…,LK}代表K个学习者;②{A1,A2,…,AK} 代表K个学习者的水平,其中Ai,1≤i≤K,是学习者Li的学习水平;③{H1,H2,…,HK} 代表K个学习者期望的学习目标。每个Hi 有 M 个二进制值,Hi={hi1,hi2,…,hiM},其中 him = 1,1≤i≤K 且1≤m≤M,代表期待的学习目标包含了学习概念 Cm,否则 him=0;④约束tl_i,1≤i≤K:学习者Li学习期望时间的下界;⑤约束tu_i,1≤i≤K:学习者Li学习期望时间的上界。
(2)学习资源参数:①M个学习概念{C1;C2… CM};②N个学习对象{ LO1;LO2… LON}。一个LOi 可以涵盖多个学习概念(1≤i≤N);③学习对象难度水平{ D1;D2… DN}。Di 代表学习对象LOi的难度(1≤i≤N);④学习对象涵盖学习概念{R1;R2… RW}。每个 Ri都是M个二进制值的向量(1≤i≤W)。Ri={ri1;ri2;… ;riM },如果学习对象LOn涵盖了学习概念Cm,rnm = 1,1≤m≤M,否则值为0;⑤学习对象LOn的学习时间tn,1≤n≤ N。
(3)决策变量xni,1≤n≤N且1≤i≤K。如果学习对象LOn是学习者Li课程总序列的一部分,xni = 1,否则xni =0。
课程资源编列的目标函数可表示为:
(1)F1:学习对象和目标之间学习概念的平均差异。
F1=∑Mm=1∑Nn=1xni|rmn-him|∑Nn=1xni,1≤i≤K(1)
(2)F2:学习对象难度和学习者能力水平之间的平均差异。
F2=∑Nn=1xni|Dn-Ai|∑Nn=1xni,1≤i≤K(2)
(3)F3:全部材料的学习时间与学习者期望时间的关系。
F3=maxtli-∑Nn=1tnxni,0+max0,∑Nn=1tnxni-tui,1≤i≤K(3)
(4)F4:学习概念在所安排课程中的平衡性。
F4=∑Mm=1him∑Nn=1xnirnm-∑Nn=1∑Mm=1xnirnm∑Mm=1him,1≤i≤K(4)
当4个目标函数F1、F2、F3、F4值达到最小时,表明课程资源编列的序列最符合学习者需求,即:
Fmin=F1+F2+F3+F4(5)
因此,课程编列问题即可定义为同时满足F1、F2、F3、F4 4个目标函数的最优解问题。
2进化计算
进化计算(Evolutionary Computing)是以达尔文的进化论思想为基础,模拟生物进化过程的人工智能技术,其过程包括:选择、重组和变异。常见的进化计算算法有:遗传算法(Genetic Algorithms,GAs)、蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)以及粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)等。
遗传算法是由美国Hooland J H[10]教授参考生物进化论和遗传定律的思想并改进后提出的进化计算算法。遗传算法的3个步骤分别为:选择、交叉和变异,通过上述3个步骤完成个体的更新和重组;蚁群算法是模仿蚂蚁的觅食过程,由意大利Dorigo等[11]提出的。蚂蚁行走的路径上会留下信息素,其它蚂蚁可以通过信息素的多少判断路径正确与否;粒子群概念起源于对简化的社会系统的模拟。1995年,Kennedy和Eberhart等[2]提出粒子群算法。粒子根据当前群体最优粒子的位置和自身历史的最优位置来判断自己的飞行方向,具有速度快、操作简单、鲁棒性强等特性,适用于处理优化问题。
3进化计算解决课程资源编列问题分类
国内利用进化计算解决课程资源编列问题的研究数量不多,而国外相关研究工作开展较早,相关研究文献数量也较多。图1是对最近10年进化计算解决课程资源编列问题文献数量的统计汇总。目前研究问题主要集中于课程资源结合个性化在线课程生成、移动学习路径生成、学习资源与学习路径推荐等领域。
在线学习领域中学习者要从学习资源中获取所需的相关知识,从而完成定学习领域中具体课程的学习内容,而学习者自主寻找与自身当前学习状态相符的学习资源是非常困难的。基于进化算法的课程资源编列服务可以根据学习者个体需求、学习目标、知识水平、学习能力等,从学习资源中提取合适的学习资源片段,为学习者提供智能化的学习向导服务。因此,利用进化计算算法解决课程资源编列问题是在线学习领域的一个重要研究内容。在线学习领域应用较多的进化算法有遗传算法、蚁群算法、粒子群算法以及数据挖掘等。
通过整理课程资源编列问题研究的相关文献,按照解决此问题时是否关注相似经历的学习者,可以将此类问题分为:基于群体特征的课程资源编列(Social Sequencing)和基于个体特征的课程资源编列(Individual Sequencing)[12]。
3.1基于个体特征的课程资源编列
基于个体特征的课程资源编列研究的关注重点是个体学习者的个性特征而不是多个学习者的整体表现。与基于群体的课程资源编列不同,学生个体模型和学习目标是基于个体特征的课程资源编列方法的基础。基于个体特征的课程资源编列研究中使用的进化计算算法主要有遗传算法、文化基因算法等。
从表1中可以看出,与基于群体的编列不同,基于个体特征的课程资源编列中涉及学习资源概念关联度、学习资源难度、学习者背景以及学习顺序等因素,强化了对于个体的关注度。该研究领域中应用最多的进化计算中的遗传算法可生成满足学习者的课程资源学习内容编列。
分析近几年的文献可以发现,遗传算法被用来解决个性化网络课程构建、学习路径优化以及个性化在线学习系统构建等问题。如陈华月[13]利用遗传算法来获取学习资源特征,分析用户个性特点,使在线学习智能化,并设计了学习资源推荐系统模型;李浩君等[14]将遗传算法用于移动学习路径研究中,提出了移动学习模式和学习路径优化策略,并在网络工程综合实验课程学习中加以验证,证实了其有效性。
此外,很多学者通过对遗传算法的改进,优化了问题解决策略。Shen等[15]为了解决课程难度和学习者表现的动态变化之间的匹配问题,对遗传算法加以改进,提出了PCE-GA方法,给出了PCE-GA架构图,实现了个性化课程的动态生成;Chang等[16]利用改进的遗传算法(Genetic Algorithm with Forcing Legality)实现个性化网络课程构建,并对PSO、RPSO和GA进行了对比研究,结果表明改进的遗传算法作为推荐算法效果更好;Huang等[17]针对现有在线学习系统忽略了学习者能力与课程难度之间匹配程度的问题,利用案例推理法重用已有的学习经验,构建基于遗传算法的个性化在线学习系统。通过实验验证,该系统可以帮助学习者提高网络学习效率;傅伟司[18]设计了基于遗传算法的个性化在线学习系统(GA-Based POLS),该系统在综合考虑用户个性化需求的前提下,利用遗传算法对学习资源进行智能化推荐,推荐的结果满足了学习者的个性化需要。
遗传算法是进化计算在各个领域应用最频繁的算法之一。遗传算法应用在课程资源编列问题时,基因就是课程知识领域的概念,染色体是课程资源编列,通过选择(从新课程编列中选择适应度值小的序列,淘汰适应度值大的序列)、交叉(课程内容编列重排)、变异(个性化课程的概念序列中某一核心概念序列的改变)来得到优化的课程资源编列。基于遗传算法的课程资源编列问题解决思路如图2所示。
通过上述分析可见,遗传算法在解决课程资源编列问题中应用十分广泛。研究者在利用遗传算法时,有些利用算法提取用户兴趣,也有结合其它方法,如案例推理等进行个性化在线学习系统的构建,完成了具有编列功能系统模型的建立。此外,遗传算法用于移动学习领域的个性化学习路径问题也已得到关注。
3.2基于群体特征的课程资源编列
基于群体的课程资源编列借鉴了电子商务中的推荐系统概念。电子商务推荐系统能分析不同用户的需求,在为用户提品信息的同时给出购买建议,以达到扩大销售的目的。在线学习领域中基于群体的课程资源编列依据不仅有学习者个体特点,还有相似学习者的学习历史记录以及学习效果表现等。群智能方法(Swarm Intelligence Method)通常被用来寻找相似学习者并安排学习内容给潜在的学习者,其中应用最多的是蚁群算法。此外,粒子群算法、遗传算法结合数据挖掘算法也被用来解决此类问题。
蚁群算法是基于群智能算法的课程资源编列问题研究中应用最广泛的算法之一。如表2所示,类比蚁群中蚂蚁的集体行为,基于群体的编序参考标准中包括了其他学习者的学习表现、学习风格以及学习者访问历史等因素。
通过文献梳理可以看到,蚁群算法被应用于解决学习路径推荐、资源检索、学习资料动态选择等问题。Valigiani等[19]用实验揭示了学习者的行为不同于人工蚂蚁。标准蚁群算法是通过类比“ant-hill”的行为得来的,而学习者的“man-hills”的行为则与之不同;吴彦文等[20]设计了基于蚁群算法的资源检索模块。该模块可以挖掘用户日志,获取用户使用特征。通过模拟蚁群算法建立概率模型,并按照概率值对资源进行降序排列。实验表明,采用蚁群算法后提高了系统的查准率,减少了资源检索开销。但是在实际应用中存在干扰因素,算法的准确度还有待提高;Dharshini等[21]在利用蚁群算法生成学习路径中,重点改进了信息素更新策略,使利用蚁群算法的学习路径推荐结果更加准确;Wong等[22]利用蚁群算法实现自适应学习路径生成,并开发了DYLPA(Dynamic Learning Path Advisor)系统。其中,信息素的计算是基于校友的学习路径和他们所达到的成绩。对系统原型的验证表明,该算法更加适用于时变领域,即对于课程不断更新,学习指导、工具和学习者特征不断变化的网络学习有较高的适应性;Semet等[23]利用蚁群算法使学习网站可以智能、动态地显示学习材料,同时提供给教学团队一个精确的审核工具,以帮助他们确定教学材料的优劣之处。
在算法改进方面,通过加入贝叶斯网络、特征等提高了系统精确度。Marquez等[24]利用特征模型、贝叶斯网络和蚁群算法生成学习路径,将贝叶斯网络和蚁群算法同时应用于适应性函数,使系统更加有效地生成学习路径;Yang等[9]利用基于特征的蚁群算法系统(AACS)实现自适应学习资源的推荐,该算法是蚁群算法的改进,改变了信息素更新策略,从学习者知识水平和学习风格两方面更新信息素,并使用该算法实现了基于网络的学习门户(FORPA);程岩[11]为解决学习路径问题,提出了一种增强蚁群算法,该算法推荐的指标为:学习路径评价、学习者知识水平和学习者学习风格。模拟实验结果表明,该方法准确性较高。
从文献梳理中可以发现,粒子群算法用于解决课程排序、资源导航、课程构建等问题。DeMarcos等[25]利用粒子群算法解Q基于能力本位的课程顺序问题,即将元数据和能力作为学习资源之间的联系,运用粒子群算法进行资源推荐。实验结果显示出粒子群算法解决此类问题的良好效果;黄永青等[26]利用蚁群算法分析使用者的浏览日志,并提出一个导航路径挖掘算法,帮助用户提高其资源搜索能力,并为其提供个性化资源搜索服务;肖会敏等[27]根据学习目的和知识水平寻找相似的学习者,利用粒子群算法实施学习路径推荐,推荐过程中主要参考相似学习者对学习对象的评价,并且验证了该方法的有效性。
此外,很多改进粒子群算法也被用于课程资源编列问题的解决中。Wang等[28]提出了一个复习课程建构系统,在系统中使用离散粒子群最优算法快速挑选出与学习者意图相匹配的学习资源。此外,还使用了贪婪算法对选出的学习材料进行排序。实验结果表明,此系统可满足学生需求;Sarath等[29]利用基于数字信息素改进的粒子群算法生成个性化网络课程。实验结果显示,此方法相比其它粒子群算法有一定提高;杨超[30]在解决学习资源推荐问题时,先构建了知识点网络图,再分析不同学习者的个性特点以及能力水平,应用粒子群算法筛选个性化的学习资源推荐给学习者,其中加入了项目反应理论和概念图理论。最后通过实验验证了其收敛性,学习资源推荐效果能够达到学习者预期。
通过上述分析可见,属于群体特征的蚁群算法和粒子群算法的关键在于算法模型与学习模型的匹配。而能够通过利用知识概念构建知识点结构图等方法获取不同学习者的目标和能力是应用算法的基础,也是提高算法精确度的关键。
4研究展望
进化计算目前是一个新兴的研究领域,仍有许多值得深入探索和亟待解决的问题,也是今后需要进一步研究的方向。
(1)学习者模型优化。在应用进化算法实现课程内容动态生成的过程中,学习者模型始终是算法准确度的一个重要前提,而在实际学习场景中,对学习者特性的准确建模有一定挑战性,还需要深入研究。目前对学习者特性的评估方法准确性还有提升的可能,需要更多领域的学者参与进行进一步研究,以建立更加完善的用户模型。
(2)进化算法优化。随着研究的深入,为了提高课程资源编列的效率和准确度,对最新的进化算法进行改进以适应要求,尝试使用新的改进进化算法,如:云变异粒子群算法、Tent混沌粒子群算法、均匀搜索粒子群算法等,可满足推荐效率和准确度方面的要求。
(3)应用领域扩展。随着学习者学习需求的增长,在移动学习领域同样面临着学习资源序列推荐问题。与传统的网络学习相比,移动学习中移动学习情景的变化也增加了资源编列的复杂度。进化计算应用于此类问题也是今后的研究方向。
在后续研究中,应从用户模型及算法性能等方面提高编列的可靠性。除此之外,引入新型算法、拓展应用领域也是新型学习方式的必然要求。
5结语
进化计算作为求解最优化问题的重要工具,已经得到了广泛关注并且吸引了大量研究人员参与。将进化计算技术应用于课程资源编列问题领域,能克服传统学习系统学习资源固定、无法动态生成的问题。通过这种具有高鲁棒性和广泛适用性的全局优化方法,使在线学习系统可以适应不断变化的学习环境,实现学习的个性化和智能化,提高学习效果。本文在分析课程资源编列问题的基础上,详细阐述了基于进化计算的课程资源编列问题研究现状和进展,以期为相关领域的研究人员提供参考。
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