線上線下結合模式下以學生為中心的大學教學管理

石建邁 胡星辰 程光權 陳超

[摘? ? ? ? ? ?要]? 基于學科專業知識圖譜和課程體系知識圖譜，提出應用知識點匹配的智能推薦方法輔助學生個性化課表的定制。針對線上線下教學模式下大學排課面臨更多復雜軟硬約束的情況，提出應用自適應學習的智能優化方法求解排課方案，為提升大學教學質量和教學管理效率提供理論方法支撐。

[關? ? 鍵? ?詞]? 教學排課;知識圖譜;智能優化

[中圖分類號]? G647? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0602（2020）40-0112-02

一、線上線下教學模式對大學教學管理的影響

隨著“互聯網+教育”的發展，網絡課程不受時間、地域的限制，使教師教學和學生學習更加靈活，逐漸被廣大師生接受，推動了大學教學模式的變革，融合線上線下的新模式已經開始逐步取代單一面授的教學模式。在新的教學模式下，教學排課、教師授課、學生選課等各項教學活動將更加突出“以人為本”“以本為本”的服務管理理念。

教學任務安排是大學教務管理工作中最重要、最基礎的環節之一，對教學活動的順利展開和教學質量的提高起著關鍵作用。傳統的大學排課方法研究屬于經典的運籌學時間表問題，通過教師、課程、教師、學生、上課時段等資源的優化匹配，制定滿足學校、教師和學生各項要求的上課計劃，是一個典型的NP-hard問題，其求解計算量會隨著問題規模的增長而呈指數級增長。當前大學排課主要采取人工+計算機輔助的方式來完成，工作量繁重復雜，不能適應當前線上線下結合的教學模式。

首先，線上教學的推廣使得教學內容更加豐富多彩，學生可選的課程種類、數量等增多，并且很多課程之間會有一定的交叉，學生從不夠學轉變為學不過來，眾多課程令學生眼花繚亂，很容易課程過多，造成知識過載，反而降低學習質量。此時，如何通過優化排課、輔助學生選課，實現一人一課表的定制化教學計劃，提高學生學習質量，成為排課的難點。

其次，教室等硬件場地不再是開展教學的重要約束，學生的時間、精力成為影響學習質量的重要因素，如何通過排課實現學生學習時間的均衡，避免出現學習前緊后松或前松后緊的現象，減少學生課間切換時間，成為排課需要考慮的重要因素。

此外，線上線下結合的教學模式下，學生的選課內容與學習方式都會隨之改變，課程數量的增加、新的約束條件和均衡因素的引入，都使得傳統排課優化算法不再適用，需要結合大數據分析、人工智能等技術，應用更加高效的大學教務排課智能優化方法。

二、大學教學排課管理面臨的新需求

在線上線下相結合的教學模式下，學生在選課內容、上課時間、地點、教師等方面都具有了更高的靈活性，學生選課和學習計劃對學習質量影響更大，面向學生學習的個性化需求，大學教務排課優化在考慮傳統排課目標與約束的基礎上，也需要增加便于提高學生學習質量的影響因素，主要體現在以下幾方面的新需求。

（一）線上線下課程的均衡

線上線下教學各有其優勢，是互補促進的關系，在排課時一方面要合理分配線上課程與線下課程的課時比例，另一方面要合理分配線上課程與線下課程的教學內容，為學生提供均衡便利的線上線下學習內容。

（二）學生課程學習時間的均衡

對一些大學（如太原理工大學）的調研分析顯示，學生每天的平均上課時間為4～8小時的占66.74%，1～4小時的占20.97%，8小時以上的占12.3%?？梢钥闯?，每天上課時間過少的學生可能沒有充分學習;而時間超過長，超過8小時的，則可能出現學習疲勞、知識過載，也會降低學習質量。在排課優化時充分考慮學生每天的最佳學習時間，盡可能使學生在整個學期的課程是均衡的，避免出現前松后緊或前緊后松的現象。

（三）學生課間轉換的時間均衡

在線下上課時，學生課間一般都需要更換教室，需要的時間包括進出教室的時間消耗、路徑通行的時間消耗、打水過程的時間消耗以及如何如廁過程的時間消耗（可能排隊）等，此外，增加適當的課前預習時間等;線上課間轉換耗時要少些。在排課時要充分考慮學生的課間轉換，如避免學生從一個教學樓上完課直接換到很遠的另外一個教學樓上下一次課，真正做到教務排課以服務學生學習為中心。

三、應用基于知識圖譜的學生選課智能推薦方法提升學生選課效率

基于知識圖譜的學生選課智能推薦方法主要是通過學科專業培養和學校課程體系兩個知識圖譜的挖掘分析、知識點匹配和推理，來實現學生選課的智能推薦，輔助學生完成個性化選課、制定知識完備的修學課表。知識圖譜將應用數學、圖形學、可視化技術和信息科學等學科的方法技術與計量學領域的引文分析、共現分析等方法結合，能夠有效地挖掘、分析、構建和繪制知識以及知識點之間的關聯和關系，輔助梳理學科與課程的知識結構。

（一）學科專業知識圖譜

通過分析學生的學科專業培養方向，梳理培養方案所需具備的專業知識結構，進而構建學生專業培養知識圖譜，如圖1給出了管理科學與工程科學大數據分析專業方向的頂層知識結構。學科專業方向的知識圖譜反映的是學生在大學期間的知識學習需求。

（二）課程體系與課程知識圖譜

大學為學生提供了豐富的課程，構成的是一個完整的課程體系，包括了基礎課群，如數學、英語、政治等，以及海量的專業課，分屬一個個專業課程群。每門課程又有各自的知識點，即課程自身的知識圖譜，如圖2所示。一所大學，尤其是綜合性大學，通過線上線下等方式提供的課程是十分龐大的，一個學生不可能學完一所大學提供的所有課程，也很難在海量的課程中選擇合適的課程覆蓋自身學科專業。同時每個學生在學習能力、特長、已有知識結構等方面也都有很大差別。因此，通過知識圖譜的挖掘分析，推理匹配出適合每個學生的個性化學習課表，對于提高學生學習質量和快速掌握全面的知識點具有重要作用。