一種基于賦權(quán)制的新型選課系統(tǒng)*

◆毛斐巧 陳海鵬

作者：毛斐巧，工學(xué)博士，深圳大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院講師，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?、云?jì)算和大數(shù)據(jù)；陳海鵬，深圳大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院本科生，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ蹋?18060）。

1 引言

隨著大學(xué)課程越來(lái)越豐富多元，選課漸漸變成選擇悖論——更多的選擇意味著更高的自由度，但同時(shí)也意味著學(xué)生要在眾多課程中進(jìn)行更多的比較、權(quán)衡，造成學(xué)生選課上的困擾。即使學(xué)生在選課系統(tǒng)中找到了想要的課程，也會(huì)因?yàn)椴缓侠怼⒉还降呐耪n算法，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法選上自己非常想要修讀的課程。

本文提出一種基于賦權(quán)的新型選課系統(tǒng)，通過(guò)提供全面、不同角度的課程信息，幫助學(xué)生選擇合適的、能夠提升自身能力的課程。通過(guò)設(shè)計(jì)更合理的排課算法賦予學(xué)生更多自主權(quán)去調(diào)整不同課程被選上的可能性，并且引入激勵(lì)機(jī)制激勵(lì)學(xué)生更加認(rèn)真地上課。

2 選課系統(tǒng)的現(xiàn)狀及相關(guān)研究工作

內(nèi)地高校選課系統(tǒng)存在課程數(shù)量大、排課算法不合理問(wèn)題。課程數(shù)量大，缺乏客觀的課程評(píng)價(jià)信息，導(dǎo)致學(xué)生難以選擇課程[1-2]。以所在學(xué)校為例，選課系統(tǒng)里有上千門(mén)課程，僅公共選修課程就有上百門(mén)。但系統(tǒng)自身并沒(méi)有提供詳細(xì)全面的課程信息，很多課程都是只有課程名和授課教師描述信息，連課程簡(jiǎn)介、考核方式都沒(méi)有。所以學(xué)生第一輪選課時(shí)，往往只能從課程名或者是從其他學(xué)生的口中粗略地了解課程，或者在開(kāi)學(xué)初期的試聽(tīng)周，從第一堂課中了解課程詳細(xì)信息。但事實(shí)情況是，課程的選擇數(shù)量多，學(xué)生不可能去試聽(tīng)所有的課程來(lái)逐個(gè)了解。這樣的選課方式片面、不客觀，常出現(xiàn)某門(mén)課程是很適合某個(gè)學(xué)生的，是他所需要的，但他僅因?yàn)槁?tīng)到同學(xué)的負(fù)面評(píng)價(jià)而不去試聽(tīng)，從而在大學(xué)四年里錯(cuò)過(guò)一門(mén)能夠提升素養(yǎng)、能力的課程，錯(cuò)過(guò)一個(gè)大學(xué)里的成長(zhǎng)點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]也談到了選課對(duì)專(zhuān)業(yè)能力和綜合素養(yǎng)的重要影響。

大多數(shù)的選課系統(tǒng)還有一個(gè)大的問(wèn)題是選課結(jié)果隨機(jī)生成，系統(tǒng)排課時(shí)不考慮學(xué)生對(duì)課程的偏好程度。常有很多學(xué)生選不上自己喜歡的課程，而有的學(xué)生卻能選上幾門(mén)課的不公平現(xiàn)象。

臺(tái)灣地區(qū)的高校選課系統(tǒng)普遍比大陸的選課系統(tǒng)資料豐富，功能更多，基本上都具有“課程地圖”和“課程規(guī)劃”等功能，幫助需要選課的學(xué)生了解自己所修讀專(zhuān)業(yè)的發(fā)展方向以及所需要的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、能力。以臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué)為例，它的選課系統(tǒng)里有“通識(shí)教育課程地圖”，學(xué)生可以選擇學(xué)院、專(zhuān)業(yè)、未來(lái)升學(xué)方向和未來(lái)就業(yè)方向，提交后，系統(tǒng)會(huì)推薦相應(yīng)的課程給學(xué)生。這樣的人性化功能無(wú)疑減少了學(xué)生選課時(shí)的疑惑，同時(shí)給了學(xué)生一個(gè)很明確的目標(biāo)，知道這門(mén)課程能夠提升自己哪方面的能力以及專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，這樣在修讀這門(mén)課的時(shí)候就會(huì)知道重點(diǎn)應(yīng)該學(xué)習(xí)什么。

已經(jīng)有不少研究者意識(shí)到這些問(wèn)題，嘗試將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于選課系統(tǒng)中進(jìn)行改良，如文獻(xiàn)[4-5]，從不同角度一定程度上提高了選課系統(tǒng)排課的合理和科學(xué)性，但在考慮學(xué)生的個(gè)體偏好和自主性方面尚有欠缺。文獻(xiàn)[6]的選課推薦模型有考慮學(xué)生的課程結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力，文獻(xiàn)[7]所給出的選課模型主要考慮課程性質(zhì)、課表、所屬校區(qū)和選課時(shí)間四個(gè)影響選課因素。文獻(xiàn)[8-9]則是從實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面提供了幾種選課系統(tǒng)性能優(yōu)化方案。

3 基于賦權(quán)制選課系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有選課系統(tǒng)存在課程數(shù)量大和排課算法不合理這兩大問(wèn)題，提出基于賦權(quán)制的新型選課系統(tǒng)。

系統(tǒng)架構(gòu) 基于賦權(quán)制選課系統(tǒng)通過(guò)提供多元的課程信息和基于賦權(quán)的排課算法來(lái)解決上述兩大問(wèn)題。如圖1所示，該系統(tǒng)由賦權(quán)選課和課程信息與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)這兩大模塊組成，同時(shí)接入學(xué)生管理系統(tǒng)和網(wǎng)上課程系統(tǒng)，用于獲取學(xué)生信息和課程相關(guān)資料，使得排課的算法更合理科學(xué)并能提供更全面的課程信息。其中賦權(quán)選課模塊用于選課截止后，根據(jù)學(xué)生的賦權(quán)選課進(jìn)行全校范圍內(nèi)的排課，而課程信息與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模塊則是在選課階段為學(xué)生提供選課輔助服務(wù)，幫助學(xué)生找到合適、感興趣的課程。

課程信息與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模塊及接口 課程信息與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計(jì)如圖2所示，課程信息與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模塊會(huì)提供課程評(píng)價(jià)、與課程相關(guān)的微博和課程資料三方面的數(shù)據(jù)信息，以便讓學(xué)生從多方面更深入地了解課程的設(shè)立意義、授課內(nèi)容和授課方式等。其中，課程的評(píng)價(jià)信息模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源是讓已選修課程的學(xué)生從不同方面去評(píng)價(jià)課程，如開(kāi)闊眼界、提升邏輯思維能力、提高創(chuàng)新能力等；課程相關(guān)微博模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源是根據(jù)課程名、授課教師名從新浪微博上抓取相關(guān)微博；課程相關(guān)資料模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源則是課程過(guò)往的課件、課程作業(yè)。

課程信息與評(píng)價(jià)接口為每個(gè)課程提供上述三方面數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如圖3所示。已修讀該課程的學(xué)生可通過(guò)該接口的展現(xiàn)頁(yè)面所提供的可視化控件提交課程評(píng)價(jià)信息。課程相關(guān)的微博、資料則使用Simple HTML DOM parser插件，在新浪微博的搜索結(jié)果頁(yè)面和學(xué)校的網(wǎng)上課程平臺(tái)上抓取HTML頁(yè)面，經(jīng)過(guò)濾無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)得到。

此外，提供自動(dòng)生成課程排行榜數(shù)據(jù)來(lái)輔助進(jìn)行課程推薦，課程排行榜的實(shí)現(xiàn)如圖4所示，根據(jù)學(xué)生任選的多種評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)生成課程排行榜。

賦權(quán)選課機(jī)制 學(xué)生通過(guò)賦權(quán)選課獲得選課的主動(dòng)權(quán)，從而影響和決定系統(tǒng)的排課流程。學(xué)生在選課時(shí)可賦予不同課程不同的權(quán)值，而選課系統(tǒng)根據(jù)所有學(xué)生的選課清單確定每個(gè)課程的學(xué)生名單時(shí)，會(huì)優(yōu)先將賦予同一門(mén)課程更高權(quán)值的學(xué)生加入到該課程的學(xué)生名單中。從選課結(jié)果上來(lái)說(shuō)，學(xué)生賦予一門(mén)課程的權(quán)值越高，最終選上這門(mén)課程的可能性就會(huì)更高。這里對(duì)賦權(quán)定義如下：

賦權(quán)是指學(xué)生按照自己對(duì)課程的感興趣程度，從高到低地依次對(duì)課程賦予優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)課程的權(quán)值小于低優(yōu)先級(jí)課程的權(quán)值；可形式化地描述為PV（priority, course），course表示課程名，priority∈Z+表示權(quán)值。PV1＜PV2表示課程PV1·course優(yōu)先于課程PV2·course，且PV1·priority＜PV2·priority。

例如，學(xué)生賦權(quán)結(jié)果PV1（1，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)）和PV2（2，博弈論）顯示出學(xué)生對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程興趣程度高，優(yōu)先選擇該課程。系統(tǒng)會(huì)從最高優(yōu)先級(jí)priority=1的選課開(kāi)始進(jìn)行排課，若某課程的人數(shù)未滿(mǎn)，則賦予這門(mén)課 priority=1的學(xué)生會(huì)被添加到這門(mén)課的學(xué)生名單中。當(dāng)priority=1的選課處理完后，系統(tǒng)接著就處理PV2的選課，以此類(lèi)推，直至處理完所有選課或是所有課程已滿(mǎn)人。

以表1為例，在不考慮主選專(zhuān)業(yè)、課程類(lèi)別等因素，只考慮學(xué)生對(duì)課程賦予的權(quán)值，并且設(shè)定每門(mén)課只有一個(gè)名額的情況下，在優(yōu)先級(jí)priority=1這一輪的排課過(guò)程中，甲會(huì)被加入到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的學(xué)生名單中，乙會(huì)被加入到算法分析與設(shè)計(jì)的學(xué)生名單中，丙會(huì)被加入到博弈論的學(xué)生名單中，丁會(huì)被加入到數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)生名單中。以此類(lèi)推，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)處理優(yōu)先級(jí)2、3、4、5的選課。最終的選課結(jié)果如表1所示。

由于大學(xué)課程分為必修課、專(zhuān)業(yè)課、公共選修課這三大類(lèi)課程，而且熱門(mén)課程的選課人數(shù)多，因此，排課算法的設(shè)計(jì)必須要考慮到必修課和專(zhuān)業(yè)課的主選學(xué)生要優(yōu)先于其他學(xué)生，同時(shí)還要考慮到如何在同一優(yōu)先級(jí)上剔除超額學(xué)生以及補(bǔ)償他們，這些問(wèn)題的具體解決策略如下。

1）必修課程和專(zhuān)業(yè)課程的排課。必須修讀或主修某門(mén)課程的學(xué)生將被優(yōu)先加入到該課程的學(xué)生名單中，若還有空位，其他學(xué)生才會(huì)被加入到名單中。

磚子眨巴著眼睛，太陽(yáng)從西邊出來(lái)了，趙仙童日常從不喝酒的，也反對(duì)他酗酒。腦子又一輪：有事跟我商量？什么事這么慎重？平時(shí)大都她一人說(shuō)了算，實(shí)在了不得的事才想起我是她男人，才拿我當(dāng)二分錢(qián)數(shù)三遍的。

2）剔除超額的學(xué)生。將出勤率、績(jī)點(diǎn)等體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)引入到系統(tǒng)排課的決策過(guò)程中，以此作為對(duì)學(xué)生的激勵(lì)機(jī)制。在同一優(yōu)先級(jí)上，若必須修讀某門(mén)課程的學(xué)生多于限選人數(shù)，系統(tǒng)則將根據(jù)學(xué)生上學(xué)期的出勤率、績(jī)點(diǎn)等對(duì)學(xué)生進(jìn)行降序排序，排在前面的學(xué)生將被優(yōu)先加入到課程的學(xué)生名單中。

3）補(bǔ)償被剔除的學(xué)生。假設(shè)，甲學(xué)生賦予A課程優(yōu)先級(jí)1，但由于選擇A課程的人數(shù)多于課程限選人數(shù)，系統(tǒng)在處理優(yōu)先級(jí)為1的課程時(shí)沒(méi)有將他加入到A課程的學(xué)生名單中，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)出于補(bǔ)償策略，將會(huì)把他優(yōu)先級(jí)1以下的選課全部提升一個(gè)優(yōu)先級(jí)，即優(yōu)先級(jí)2、3、4等選課會(huì)變?yōu)?、2、3等，然后系統(tǒng)會(huì)再處理一遍優(yōu)先級(jí)為1的選課，即從優(yōu)先級(jí)2提升到1的選課，直至沒(méi)有優(yōu)先級(jí)為1的課程。

當(dāng)學(xué)生的選課截止后，系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行排課，排課算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如圖5所示，分兩輪進(jìn)行。第一輪只針對(duì)必修課、專(zhuān)業(yè)課進(jìn)行排課，并且限定為必須修讀這些課程的學(xué)生；第二輪排只考慮學(xué)生選課時(shí)的賦權(quán)。

4 系統(tǒng)試運(yùn)行效果及評(píng)價(jià)

賦權(quán)選課的意義在于根據(jù)學(xué)生的意愿去排課，讓大多數(shù)學(xué)生選上他們想要的課程，因此，評(píng)估選課結(jié)果的重點(diǎn)在于學(xué)生選上課程的比例、選上的課程數(shù)量，以及每個(gè)優(yōu)先級(jí)上學(xué)生選上課程的比例。在系統(tǒng)測(cè)試和試運(yùn)行階段，采取隨機(jī)生成選課清單數(shù)據(jù)，模擬學(xué)生的賦權(quán)選課行為，然后再由排課算法來(lái)決定哪些學(xué)生能選上哪些課程，得到最終的選課結(jié)果。最后通過(guò)分析選課結(jié)果來(lái)評(píng)估賦權(quán)選課的效果。

如表2所示，假設(shè)有1萬(wàn)名學(xué)生。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，若平均每名學(xué)生選7門(mén)課，每門(mén)課的最大人數(shù)是50人，那么至少要有1400門(mén)課。為使更多課程的選課人數(shù)超過(guò)額定的50人，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯，將課程數(shù)設(shè)置為1000門(mén)。在區(qū)域[50%,100%]隨機(jī)取值作為每個(gè)學(xué)生的出勤率。為每門(mén)課程隨機(jī)分配一個(gè)[0,40]的值表示課程屬性，比如0表示公共選修課。上述模擬選課數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中測(cè)試運(yùn)行之后的選課結(jié)果數(shù)據(jù)如表3第2列所示，第3列是對(duì)比隨機(jī)排課方法在各個(gè)優(yōu)先級(jí)上成功選課的人次的結(jié)果。分析表中數(shù)據(jù)得知，在優(yōu)先級(jí)高于5成功選上課程的人次中（表中陰影數(shù)據(jù)），賦權(quán)選課遠(yuǎn)高于隨機(jī)排課，這也說(shuō)明大多數(shù)學(xué)生選上了他們期望的課程。

表1 所有學(xué)生的最終選課結(jié)果

表2 用于驗(yàn)證選課效果的數(shù)據(jù)

5 總結(jié)及展望

針對(duì)大學(xué)課程數(shù)量多和排課不合理，本文提出一種基于賦權(quán)的新型選課系統(tǒng)。首先通過(guò)提供多維度的評(píng)價(jià)信息幫助學(xué)生找到需要的、感興趣的課程；然后給出基于賦權(quán)的排課算法賦予學(xué)生更多的自主權(quán)，讓大多數(shù)學(xué)生選上他們最想要學(xué)習(xí)的課程；最后系統(tǒng)排課時(shí)還考慮了學(xué)生過(guò)往的出勤率、績(jī)點(diǎn)等學(xué)習(xí)表現(xiàn)，作為激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)學(xué)生認(rèn)真上課，減少逃課。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)給出的系統(tǒng)的確能夠使得大多數(shù)學(xué)生選上他們想要的課程。

表3 賦權(quán)排課和隨機(jī)排課的各個(gè)優(yōu)先級(jí)成功選課人次

1）進(jìn)一步調(diào)整算法，不只是讓大多數(shù)學(xué)生選上他們想要的課程，而是要讓認(rèn)真上課的學(xué)生獲得更大的選上課程的可能性，如給予他們兩次賦權(quán)priority=1的機(jī)會(huì)；

2）引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，基于過(guò)往的課程信息、課件、選課信息、教學(xué)評(píng)估、學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)和學(xué)生自身的信息等，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化推薦課程；

3）將學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃作為選課推薦的考慮因素，使得推薦的課程更加符合學(xué)生需求；

4）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，幫助學(xué)校做開(kāi)課決策和提高教學(xué)管理水平。

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