基于ISM法的教育技術(shù)專業(yè)必修課程分析——以文山學(xué)院為例

曹 知

(文山學(xué)院信息科學(xué)學(xué)院，云南文山663099)

0 引言

在課程體系中，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行課程設(shè)置和安排是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。除了課時(shí)、學(xué)分等因素外，還需要分析課程之間的關(guān)系。教育技術(shù)學(xué)作為一門交叉學(xué)科，課程體系有一定的復(fù)雜性，涉及到教育學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳播學(xué)等學(xué)科。各院校辦學(xué)定位及專業(yè)師資環(huán)境不同，開設(shè)專業(yè)時(shí)有不同的側(cè)重，課程設(shè)置也有所差異。課程體系的復(fù)雜性、差異性等因素，在實(shí)際的課程設(shè)置中依靠主觀判斷難以準(zhǔn)確系統(tǒng)確定課程之間的層次關(guān)系。

解釋結(jié)構(gòu)模型法(Interpretive Structural Modeling Method)，簡(jiǎn)稱ISM分析法，是Warfield在1973年提出的基于圖論研究社會(huì)系統(tǒng)中復(fù)雜要素間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法[1]。本文正是利用ISM分析法對(duì)文山學(xué)院教育技術(shù)學(xué)本科專業(yè)的課程設(shè)置進(jìn)行分析和探討，對(duì)主要課程的設(shè)置提供一個(gè)較為客觀的參考。使用ISM法進(jìn)行分析時(shí)，要經(jīng)過抽出要素、決定要素形成關(guān)系、制作形成關(guān)系圖的基本過程，其主要原理是根據(jù)元素已知的直接關(guān)系挖掘出背后的間接關(guān)系。在實(shí)際操作中，核心是將要素及其形成關(guān)系以矩陣形式表示，建立鄰接矩陣，計(jì)算出可達(dá)矩陣，最后生成層級(jí)關(guān)系圖。

1 課程要素抽出及形成關(guān)系確立

1.1 抽取課程要素

文山學(xué)院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案，自專業(yè)開設(shè)以來有多次不同程度的調(diào)整。從2011-2017級(jí)不斷進(jìn)行微調(diào)，主要集中在開課學(xué)期和學(xué)時(shí)安排方面。同時(shí)，由于學(xué)校辦學(xué)定位向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)變，2016級(jí)、2017級(jí)的培養(yǎng)方案相較之前版本有較大調(diào)整，減少了理論性較強(qiáng)課程的課時(shí)和比例，增加了一些實(shí)踐性、實(shí)用性較強(qiáng)的課程。例如，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程從必修課程中刪除，《常用軟件使用》等課程列入必修范圍等，這些改變是應(yīng)用型轉(zhuǎn)型中的嘗試，從教師、學(xué)生的反饋來看，還需要不斷的完善。整體來看，歷次調(diào)整原因涉及就業(yè)導(dǎo)向的變化、辦學(xué)定位的轉(zhuǎn)變、本科教學(xué)評(píng)估的促進(jìn)等方面。通過對(duì)近七屆的課程計(jì)劃進(jìn)行分析，與專業(yè)教師及學(xué)生探討，最終確定了其中較為穩(wěn)定的專業(yè)必修課程，作為進(jìn)行ISM分析的基本課程元素。

這些課程分別是：①C程序設(shè)計(jì)；②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；③數(shù)據(jù)庫SQL；④大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)；⑤模擬與數(shù)字電子技術(shù)及實(shí)驗(yàn)；⑥概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)；⑦高等數(shù)學(xué)；⑧教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；⑨教育傳播學(xué)；⑩教育技術(shù)學(xué)導(dǎo)論；教育信息處理；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與教育應(yīng)用；動(dòng)畫處理技術(shù)；多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)；信息技術(shù)教學(xué)論；計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)；攝像與視頻處理技術(shù)；攝影與圖像處理技術(shù)。為方便分析，后文用課程編號(hào)代表相應(yīng)課程。

1.2 確立課程要素之間的形成關(guān)系

解析結(jié)構(gòu)模型法的分析過程是由具體到抽象又回歸具體的過程。將具體的課程抽象化是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，這一步需要分析各課程要素之間的零散形成關(guān)系，將這些關(guān)系通過矩陣表現(xiàn)出來。確定形成關(guān)系時(shí)，要考慮不同課程之間的邏輯層次、上下關(guān)系。由零散關(guān)系分析到形成矩陣的過程中，可以使用關(guān)系圖進(jìn)行過渡，圖與矩陣是互相對(duì)應(yīng)的。

由于課程要素較多，互相之間的形成關(guān)系這里不做一一分析，但有一些形成關(guān)系需要根據(jù)實(shí)際情況和培養(yǎng)目標(biāo)充分考慮。在這19門課程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系方面，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)對(duì)于深層次學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫有一定幫助；教育信息處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與教育應(yīng)用、多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)等課程并不是其他課程的直接低級(jí)目標(biāo)。諸如此類的著重分析對(duì)于后期生成有效的課程層次結(jié)構(gòu)十分必要，在生成層次結(jié)構(gòu)之后，還可以根據(jù)情況返回這一步重新修正一些關(guān)系。本文在確定形成關(guān)系的過程中，進(jìn)行過多次往復(fù)修正，最終課程要素之間的形成關(guān)系綜合反映在鄰接矩陣A(表1)中。這一鄰接矩陣反映的是課程之間的直接形成關(guān)系，表示兩門課程之間存在長(zhǎng)度為1的通路。

表1 課程元素的直接形成關(guān)系矩陣

2 解析生成層級(jí)結(jié)構(gòu)

鄰接矩陣的確立是之后一系列分析的基礎(chǔ)，從課程元素之間的鄰接關(guān)系中挖掘更深層次的關(guān)系是另一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。從圖論角度來看，這一層操作的本質(zhì)是尋找元素之間的其他通路，反映在矩陣上是由鄰接矩陣求解可達(dá)矩陣的過程。

2.1 求可達(dá)矩陣

可達(dá)矩陣的求解，有不同的方法，都具有一定的計(jì)算量。本文在由鄰接矩陣A到可達(dá)矩陣M的計(jì)算中，引入除對(duì)角線外其他元素均為0的單位矩陣I，當(dāng)滿足(A+I)≠(A+I)2≠...≠(A+I)k-1=(A+I)k時(shí)[1]，可達(dá)矩陣M=(A+I)k。具體計(jì)算中可以使用Warshell算法來求解[2]，在計(jì)算時(shí)使用C語言實(shí)現(xiàn)，其核心語句如圖1所示。

圖1 求解可達(dá)矩陣的算法

最終計(jì)算出可達(dá)矩陣M(表2)?？蛇_(dá)矩陣表示要素之間是否存在通路，這里并不考慮路徑長(zhǎng)度。由鄰接矩陣到可達(dá)矩陣的轉(zhuǎn)變，挖掘出了課程元素之間的間接形成關(guān)系[3]。

2.2 解析層級(jí)關(guān)系

為了生成層級(jí)結(jié)構(gòu)，需要先對(duì)可達(dá)矩陣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。可以用集合的方式處理，定義兩個(gè)集合R(si)和A(si)，si代表課程元素。R(si)表示從si出發(fā)可能達(dá)到的全部要素集合，稱為可達(dá)集合。A(si)表示所有可能達(dá)到si的要素集合，稱為先行集合[3]。求出層級(jí)關(guān)系的過程可以轉(zhuǎn)換成一層層抽出頂級(jí)元素的過程，頂級(jí)元素的一個(gè)最大特征是不能到達(dá)自身之外的其他任何元素。表現(xiàn)在集合關(guān)系上，滿足R(si)∩A(si)=R(si)。

根據(jù)可達(dá)矩陣M可以得到相應(yīng)的R(si)、A(si)、R(si)∩A(si)三個(gè)集合(表3)，下一步是逐層抽出最高層級(jí)元素的過程。

表2 可達(dá)矩陣M

表3 可達(dá)矩陣的R(si)、A(si)與R(si)∩A(si)集合

2.3 生成層級(jí)結(jié)構(gòu)

從表3中逐輪尋找滿足R(si)∩A(si)=R(si)的元素，每輪篩選得到的元素均從三個(gè)集合中剔除。如第一輪，滿足條件的元素有11、12、14、15，這四個(gè)元素是系統(tǒng)中的最頂級(jí)元素，將這四個(gè)元素記下并從R(si)、A(si)、R(si)∩A(si)這三個(gè)集合中刪除。所有元素均被抽出之后，19個(gè)元素分成一個(gè)五層的結(jié)構(gòu)(表4)，也就形成了19門教育技術(shù)專業(yè)課程的層級(jí)結(jié)構(gòu)。

表4 課程元素層級(jí)結(jié)構(gòu)

從層級(jí)結(jié)構(gòu)可以看出，19門課程中，高等數(shù)學(xué)是最基礎(chǔ)的，教育信息處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與教育應(yīng)用、多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)、信息技術(shù)教學(xué)論課程的前驅(qū)課程較多或難度較大。在層級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄰接矩陣中的直接形成關(guān)系(表1)，可以繪制層級(jí)有向圖。在繪制過程中，可以根據(jù)課程要素的實(shí)際內(nèi)容，進(jìn)行必要的分析和研討，確立要素在有向圖中的呈現(xiàn)位置。但是本文中課程要素較多，層級(jí)有向圖的直觀性減弱，實(shí)用性降低。鑒于課程總體層級(jí)已明確，相鄰層之間的關(guān)系更具有參考價(jià)值，據(jù)此可以得出相鄰層次之間的關(guān)系圖譜(圖2)，圖中省去了非相鄰層元素之間的關(guān)系。

圖2 課程元素層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系

由于抽取元素時(shí)采取了由頂層到底層的原則，課程元素整體層級(jí)優(yōu)先向上層浮動(dòng)，從而使課程安排更為謹(jǐn)慎。例如，不考慮跨層元素之間關(guān)系的前提下，元素1、10、16其實(shí)可以和7一同安排在最底層。如果在最初抽取元素時(shí)按照從底層到頂層的順序，1、7、10、16最終會(huì)在同一層。綜合考慮嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)際操作性，安排課程時(shí)，位于低層級(jí)的課程開設(shè)時(shí)間不能早于高層級(jí)的課程。

在安排教學(xué)序列時(shí)，處于層級(jí)結(jié)構(gòu)低層的課程優(yōu)先，同一層次內(nèi)的課程，直接低級(jí)子目標(biāo)較多的優(yōu)先[4]。比如，最低層的高等數(shù)學(xué)(元素7)應(yīng)是所有課程中最先安排的，最高層的四門課程中，多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)(元素14)的相鄰層直接子目標(biāo)有3個(gè)，可以先安排。

3 結(jié)語

經(jīng)過ISM法分析，文山學(xué)院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)19門必修課程分為五個(gè)層級(jí)。課程元素層級(jí)直接關(guān)系圖中的幾個(gè)教學(xué)序列較為清晰反映了基本的學(xué)科體系。其中有一定縱深的教學(xué)序列分別為：7-6-2-3-12(程序設(shè)計(jì))，4-5-17(物理)，10-9-8-14(教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì))，16-19-18-14(媒體技術(shù))。如果更進(jìn)一步，從元素之間的路徑長(zhǎng)度和路徑數(shù)量方面入手，可以更為細(xì)致地分析層級(jí)之間元素的關(guān)系強(qiáng)弱。當(dāng)然，實(shí)際課程安排還要考慮課時(shí)量、學(xué)期等因素。

ISM法分析課程體系時(shí)，主要涉及課程要素之間的學(xué)習(xí)層級(jí)關(guān)系(上下級(jí)關(guān)系)，并未將與課程設(shè)置相關(guān)的影響因素都納入考慮范疇，課程設(shè)置問題沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)系統(tǒng)化模型，該方法具有一定的局限性，但對(duì)于優(yōu)化課程體系安排依然有其參考價(jià)值。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，既考慮了課程之間的客觀關(guān)系，又納入了教師和課程規(guī)劃人員的教材觀、課程觀等主觀經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，并實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、形象化的呈現(xiàn)。