產(chǎn)教融合項(xiàng)目知識(shí)圖譜構(gòu)建及圖數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

邱勝?！《L　楊銘　李曉　王為民

摘要 ：將產(chǎn)學(xué)工程項(xiàng)目引入到教學(xué)中，不僅有助于提高學(xué)生的實(shí)踐能力，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能人才。以IE專業(yè)為例，分析了校企工程項(xiàng)目、專業(yè)知識(shí)與課程之間的語義，運(yùn)用圖數(shù)據(jù)庫Neo4j構(gòu)建了項(xiàng)目知識(shí)圖譜，最后使用Cypher語言實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目課程化設(shè)計(jì)思路。實(shí)例表明：利用知識(shí)圖譜挖掘工程項(xiàng)目、專業(yè)及課程之間的聯(lián)系，有助于設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)良好、適應(yīng)變化的課程體系。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)學(xué)融合;項(xiàng)目化教學(xué);知識(shí)圖譜;圖數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）01-0038-03

Abstract： Introducing the engineering projects into teaching will not only help improve students' practical ability， but also improve students' interest in learning and teaching quality， and will help cultivate high-quality and skilled talents. Taking the IE major as an example，it analyzes the semantics between projects， professional knowledge and courses，and constructs the knowledge graph of project by using the graph database Neo4j， and realizes? the project curriculum design ideas by using Cypher language. The example shows that the use of knowledge graphs to mine the connections between engineering projects， majors and courses is helpful to design a well-structured curriculum system.

Key words：Integration of enterprises with universities ; Project teaching;Knowledge Graph ;Graph Database

1 引言

新工科背景下，強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)空間安全等新技術(shù)通過產(chǎn)教合作項(xiàng)目與傳統(tǒng)的工科專業(yè)深度融合。因此產(chǎn)教深度融合是新工科得以實(shí)施的重要途徑，也是新型人才培養(yǎng)的重要模式。2017年國(guó)家頒發(fā)的《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》及十九大報(bào)告將“深化產(chǎn)教融合、校企合作”作為職業(yè)教育發(fā)展的重大決策，其目的是在高等院校與企業(yè)之間搭建了一個(gè)全面的深度合作平臺(tái)，用以培養(yǎng)順應(yīng)未來發(fā)展趨勢(shì)的高端技術(shù)人才。

在工程化項(xiàng)目教學(xué)方面，我國(guó)近年來針對(duì)行業(yè)的特色，提倡部分課程進(jìn)行教學(xué)改革，如課程項(xiàng)目化、項(xiàng)目課程化。其核心是在產(chǎn)教融合框架下，將產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過程中，有利于提高學(xué)生的就業(yè)和雙創(chuàng)等綜合能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)德智體美勞等全面發(fā)展的高素質(zhì)、高技能人才。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)項(xiàng)目化教學(xué)提出了許多有價(jià)值的實(shí)踐方案、方法及措施。項(xiàng)目化教學(xué)是根據(jù)工作崗位情況設(shè)置情境，利用真實(shí)的產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)實(shí)訓(xùn)，組建項(xiàng)目小組，進(jìn)行任務(wù)分工，團(tuán)結(jié)協(xié)作，在項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)行職業(yè)技能、知識(shí)的應(yīng)用和團(tuán)隊(duì)合作精神。通過項(xiàng)目化教學(xué)，能夠極大縮短了學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)理論與實(shí)踐之間的距離，強(qiáng)化了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的相互融合，能夠培養(yǎng)企業(yè)需要的復(fù)合型、創(chuàng)新性人才[1-3]。項(xiàng)目化教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)比較，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過對(duì)真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)行分工和協(xié)作， 以培養(yǎng)學(xué)生的角色認(rèn)同度和責(zé)任感[4]。可以將教學(xué)項(xiàng)目分為若干小項(xiàng)目，按照項(xiàng)目教學(xué)“六步法”實(shí)施教學(xué)改革[5]。但是由于產(chǎn)教融合諸多利益相關(guān)者的積極性低，高校和大企業(yè)的研究實(shí)踐孤立，高校課程體系缺乏變化、項(xiàng)目跨學(xué)科問題以及經(jīng)費(fèi)安排不合理，因此實(shí)施基于項(xiàng)目化教學(xué)存在一些問題。高校需要在教學(xué)和研究中克服學(xué)科的局限性，并爭(zhēng)取跨學(xué)科性[6]。文獻(xiàn)的研究大都都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，由于項(xiàng)目與課程內(nèi)容、專業(yè)知識(shí)及企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品相關(guān)，目前的研究尚沒有徹底解決項(xiàng)目化與課程之間關(guān)聯(lián)的有效方法與手段。

近年來，學(xué)校在傳統(tǒng)的機(jī)械、電力等優(yōu)勢(shì)工科的基礎(chǔ)上，主動(dòng)對(duì)接企業(yè)需求，深化產(chǎn)教融合、開展多種形式的校企合作。因此，以長(zhǎng)期從事產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)為例，研究項(xiàng)目與課程之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)具有重要的意義。

2 工程化項(xiàng)目知識(shí)圖譜的構(gòu)建

2.1 工程化項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)語義分析與建模

當(dāng)某企業(yè)需要啟動(dòng)某項(xiàng)產(chǎn)教融合項(xiàng)目，需要與相應(yīng)的高等院校合作開發(fā)，根據(jù)項(xiàng)目類型和項(xiàng)目?jī)?nèi)容確定哪些學(xué)校的哪些專業(yè)符合開發(fā)要求，通過專業(yè)設(shè)置中課程知識(shí)點(diǎn)與項(xiàng)目所使用的知識(shí)點(diǎn)的匹配情況、工具情況、人員情況等來組織團(tuán)隊(duì)參與項(xiàng)目的建設(shè)。

通過調(diào)研分析學(xué)院近10年工業(yè)工程專業(yè)與企業(yè)進(jìn)行的產(chǎn)學(xué)合作信息類項(xiàng)目，確定的相關(guān)實(shí)體包括：項(xiàng)目、企業(yè)、學(xué)校、專業(yè)、課程、知識(shí)點(diǎn)、工具、方法、理論、參加人等，學(xué)校與專業(yè)、專業(yè)與課程、課程與知識(shí)點(diǎn)、學(xué)校與企業(yè)、企業(yè)與項(xiàng)目、項(xiàng)目與知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)與使用的工具、方法及理論、參加人與項(xiàng)目之間都有聯(lián)系，其聯(lián)系名稱分別為：擁有、學(xué)習(xí)、包含、合作、擁有、使用、使用、參加。知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間、課程與課程之間具有自反的聯(lián)系，聯(lián)系名稱為先修。這10個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)圖模型的10個(gè)節(jié)點(diǎn)（圖的頂點(diǎn)），節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽與實(shí)體集的名稱一致，聯(lián)系名稱對(duì)應(yīng)圖模型的12個(gè)聯(lián)系（圖的邊），其中節(jié)點(diǎn)及聯(lián)系都具有相應(yīng)的屬性描述，例如：項(xiàng)目實(shí)體可用七元組描述為：項(xiàng)目：：=<項(xiàng)目編號(hào)，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目類型，負(fù)責(zé)人，承擔(dān)學(xué)校，所屬公司，經(jīng)費(fèi)>;參加人實(shí)體用六元組描述為：參加人：：=<編號(hào)，姓名，性別，年齡，所學(xué)專業(yè)，所在班級(jí)>，參加人與項(xiàng)目之間的聯(lián)系為“參加”，“參加”關(guān)系可用三元組描述為：參加：：=<參加時(shí)間，參加角色，主要貢獻(xiàn)>;限于篇幅，其他實(shí)體及聯(lián)系描述在此不再贅述，相關(guān)的圖數(shù)據(jù)庫模型如圖1所示。

2.2 基于Neo4j圖數(shù)據(jù)實(shí)例及Cypher語言實(shí)現(xiàn)查詢

Neo4j是一款工業(yè)使用的圖數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，非常適合于知識(shí)圖譜的構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)，其使用的Cypher簡(jiǎn)單、直觀及易學(xué)[7]。將近3年的項(xiàng)目信息按照?qǐng)D模型的格式導(dǎo)入到Neo4j中，得到圖2所示的實(shí)例。

根據(jù)知識(shí)圖譜，使用Cypher檢索相關(guān)的信息，為制訂項(xiàng)目化課程提供決策數(shù)據(jù)，由于篇幅所限，檢索結(jié)果圖略去。

1）檢索“信息系統(tǒng)”項(xiàng)目的所使用的知識(shí)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的課程信息

match （p）-[：使用]->（m）<-[：包含]-（c） where （p.name=～".*信息系統(tǒng).*"） return p，m，c;

2）檢索“概念模型”知識(shí)點(diǎn)的所有先修知識(shí)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的課程

match （kc1）-[：包含]->（m）<-[：先修]-（c）<-[：包含]-（kc2） where（m.name="概念模型"） return c，kc1，kc2;

3）檢索知識(shí)點(diǎn)“DFD設(shè)計(jì)”用到的工具和方法

match （m）<- [：使用] -（p）-[：使用]->（q） where（p.name=" DFD設(shè)計(jì)"） return p，q，m;

4）檢索“制造數(shù)據(jù)挖掘”項(xiàng)目所使用的專業(yè)知識(shí)、方法、工具，結(jié)果顯示該項(xiàng)目使用了32個(gè)知識(shí)點(diǎn)，10個(gè)方法，4個(gè)工具。

Match （m）<-[：使用]-（a）<-[：使用]-（p）-[：使用]->（a）-[：使用]->（b） where （p.name=～.*制造數(shù)據(jù)挖掘.'） return m，b，p，a;

5）統(tǒng)計(jì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的中心度，度量知識(shí)點(diǎn)的出度和入度個(gè)數(shù)，度數(shù)高的知識(shí)點(diǎn)能反映該知識(shí)點(diǎn)的重要程度，本例取入度計(jì)算能反映項(xiàng)目所使用的知識(shí)點(diǎn)的重要性。

call algo.degree.stream（'知識(shí)點(diǎn)'，'使用'，{direction：'incoming'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeID）.id as name，score order by score desc;

6）統(tǒng)計(jì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的中介中心度，度量知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度，關(guān)聯(lián)程度高的知識(shí)點(diǎn)能反映該知識(shí)點(diǎn)的使用頻率程度越高。

call algo.betweenness.stream（'知識(shí)點(diǎn)'，'包含'，{direcrion：'out'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeId）.id as name，score order by socre desc;

項(xiàng)目知識(shí)圖譜數(shù)據(jù)容量會(huì)隨著時(shí)間的推移變大，使用Cypher語言對(duì)知識(shí)圖譜進(jìn)行檢索、推理，可以得到非常復(fù)雜的知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，這是一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)的。

3 結(jié)束語

目前國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目化教學(xué)的研究成果都是建立在經(jīng)驗(yàn)、措施或思路上，更多的是將原有課程的實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)改為項(xiàng)目，沒有涉及具體企業(yè)項(xiàng)目的整合方案，也沒有切實(shí)可行的工程化項(xiàng)目教學(xué)體系，缺乏說服力和實(shí)例驗(yàn)證。以應(yīng)用型本科院校機(jī)械工程類工業(yè)工程專業(yè)信息類工程化項(xiàng)目教學(xué)改革為例，收集以往產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目、競(jìng)賽項(xiàng)目、科研立項(xiàng)項(xiàng)目等信息，分析項(xiàng)目、專業(yè)、知識(shí)點(diǎn)及現(xiàn)有課程的內(nèi)在聯(lián)系，建立產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)信息圖數(shù)據(jù)模型（知識(shí)圖譜），通過多種檢索方法從知識(shí)圖譜中獲取有效信息，為重構(gòu)現(xiàn)有的課程體系，構(gòu)建科學(xué)合理的三級(jí)專業(yè)項(xiàng)目，從而為創(chuàng)建適應(yīng)企業(yè)人才需求的項(xiàng)目化教學(xué)課程體系打下良好的基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：王力】