信息資源建設(shè)視閾下高校課程定制與課程推薦初探

徐揚(yáng)+步一+賀易之+趙瑜

〔摘要〕本文從信息資源建設(shè)視閾下進(jìn)行了高校課程資源的整合和建設(shè)，以期實(shí)現(xiàn)高校課程的定制和推薦。本文從信息資源建設(shè)的實(shí)用性、系統(tǒng)性和共享共建原則角度出發(fā)，建立了高校課程定制與推薦的模型，以期當(dāng)學(xué)生輸入一套課程序列時(shí)，自動(dòng)為每個(gè)學(xué)生提供一套滿意度最高的課程方案。該模型由數(shù)學(xué)模型和問卷補(bǔ)充兩部分組成。本文以北京大學(xué)本科生課程為例，手工篩選出理工類、社會(huì)科學(xué)類和人文科學(xué)類共84對(duì)可能具有較高相似性的課程，利用其在北京大學(xué)教務(wù)部網(wǎng)站上提供的中文名稱和中文課程簡介，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分詞，利用向量空間計(jì)算出課程相似度，并利用人工問卷的方式對(duì)課程相似度的評(píng)判調(diào)優(yōu)。

〔關(guān)鍵詞〕高校；課程定制；課程推薦；大規(guī)模個(gè)性化定制；信息資源建設(shè)；客戶滿意度；教育資源

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2017.03.011

〔中圖分類號(hào)〕G6492〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔文章編號(hào)〕1008-0821（2017）03-0057-05

〔Abstract〕This paper aimed to integrate and develop the course resource in universities from the perspective of information resource development.Based on the principles of practicability，systematicness，and sharing，the model focusing on course customization and integration could provide another set of courses with the highest degree of satisfaction with the input of a set of courses.The model consists of mathematics model part and questionnaire part.Taking the undergraduate courses from Peking University，this paper selected 84 pairs of courses from the fields of Natural Science and Engineering，Social Sciences，and Humanity and Arts.The model bases on statistics principles and employs Vector Space Model to calculate the similarity between the courses.Furthermore，the model used questionnaires to modify the results.

〔Key words〕university；course integration；course recommendation；mass customization；information resource development；customer satisfaction；education resource

隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)對(duì)高校的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。大學(xué)生在完成學(xué)業(yè)要求之外應(yīng)當(dāng)同時(shí)發(fā)展綜合素質(zhì)，然而時(shí)間等因素的限制使得這種平衡較為困難。如果能夠找到一種方案，既滿足學(xué)生對(duì)于某一課程知識(shí)的學(xué)習(xí)需求，又能使學(xué)生的時(shí)間成本降低，就可以為學(xué)生全面發(fā)展提供條件。

當(dāng)今社會(huì)的重大特征是學(xué)科交叉、知識(shí)融合，技術(shù)集成，許多不同的學(xué)科院系都開設(shè)了類似的課程[1]，比如在信息管理和計(jì)算機(jī)專業(yè)都會(huì)開設(shè)有關(guān)“信息安全”的課程[2]。因此，學(xué)科交叉也為大規(guī)模課程定制提供了可能性。“大規(guī)模個(gè)性化定制”思想是解決高等教育培養(yǎng)模式中標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化矛盾的一個(gè)重要方法。本文嘗試為在標(biāo)準(zhǔn)化的培養(yǎng)體系之下，為學(xué)生提供個(gè)性化的課程定制服務(wù)。將制造系統(tǒng)中的大規(guī)模個(gè)性化定制引入到課程系統(tǒng)中，無疑是對(duì)大規(guī)模個(gè)性化定制研究領(lǐng)域的擴(kuò)展，同時(shí)也是對(duì)高等教育系統(tǒng)創(chuàng)新的探索[1，3]。應(yīng)用大規(guī)模個(gè)性化定制、價(jià)值工程等制造系統(tǒng)的方法，對(duì)學(xué)生個(gè)體而言，可以有更多的時(shí)間參與綜合素質(zhì)拓展的活動(dòng)，有利于日后的發(fā)展。對(duì)高校來說，培養(yǎng)出來的學(xué)生全面發(fā)展，滿足了社會(huì)的需求，進(jìn)而提升高校自身的競爭力[4]。

高校課程資源是典型的信息資源。這類信息資源需要被選擇、采集、組織和開發(fā)，這是信息資源建設(shè)的過程[5-6]。對(duì)高校課程資源進(jìn)行建設(shè)具有重要意義，因?yàn)樗粌H能夠使得高校學(xué)生享受到更為豐富、更為優(yōu)質(zhì)的課程資源，又能從學(xué)校層面上整合不同資源、降低高校的成本[7]。

與其他信息資源類似，在高校課程資源建設(shè)中，需要滿足實(shí)用性、系統(tǒng)性和共建共享原則[5]。從實(shí)用性角度看，高校課程定制和推薦需要立足學(xué)校現(xiàn)有課程資源實(shí)際出發(fā)，不僅要根據(jù)高校服務(wù)任務(wù)（整合高校資源，提供優(yōu)質(zhì)教育）的需要進(jìn)行課程信息資源建設(shè)和定制推薦，還需要根據(jù)高校服務(wù)對(duì)象（高校學(xué)生）的需要進(jìn)行課程信息資源建設(shè)和定制推薦。特別是前者，在“整合高校資源”的過程中既需要提供較為豐富的課程，又需要考慮提供課程所帶來的成本。從系統(tǒng)性角度看，高校課程定制和推薦既需要使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量科學(xué)性的計(jì)算，又需要使用社會(huì)科學(xué)的問卷調(diào)查等方式加以補(bǔ)充，以期課程定制和推薦的結(jié)果既具有科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，又具有一定的個(gè)性化和靈活性。從共建共享原則看，本模型將不同院系開設(shè)的相似課程加以整合，使得不同院系的學(xué)生能夠共享相似課程。這樣既提高了課程受眾的多樣性程度，符合本科階段“通識(shí)教育”的要求[8]，又在學(xué)校層面上降低了開課成本。

以信息資源建設(shè)的實(shí)用性和系統(tǒng)性原則為出發(fā)點(diǎn)和指導(dǎo)思想，本文以北京大學(xué)本科生課程為例提出了對(duì)于某個(gè)學(xué)生n門課選擇的滿意度模型。模型的第一部分根據(jù)北京大學(xué)教務(wù)部網(wǎng)站提供的信息，人工篩選出理學(xué)部、信息與工程學(xué)部、社會(huì)科學(xué)學(xué)部和人文學(xué)部的相似課程，并將課程信息采集下來；經(jīng)過分詞后，利用向量空間模型來計(jì)算課程信息間的相似度。模型的第二部分則采用人工設(shè)計(jì)問卷的方式對(duì)課程相似度加以進(jìn)一步調(diào)研，對(duì)程序算法進(jìn)行補(bǔ)充。問卷調(diào)查了相似課程對(duì)在內(nèi)容、難度和考核三方面的相似度，并將兩者綜合得到了兩門課程的相似度。綜合模型的前兩部分，本文建立了以信息資源建設(shè)原則為出發(fā)點(diǎn)的大規(guī)模個(gè)性化定制課程模型。例如對(duì)于一名本科生來說，假設(shè)他/她想選修的課程集合是{A，B，C，…}：本文將根據(jù)模型輸出更優(yōu)的課程集合{A′，B′，C′，…}（如有。其中A′，B′，C′，…是與A，B，C，…相對(duì)應(yīng)的使?jié)M意度提高的課程集合），從而實(shí)現(xiàn)課程推薦（見圖1）。這里，“更優(yōu)的課程集合”是從高校的角度，既完成了高校的服務(wù)任務(wù)并滿足高校服務(wù)對(duì)象，又使高校付出較低成本的課程集合。本文將在第二部分詳述模型構(gòu)建的方法（包括數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和問卷調(diào)查的實(shí)施），并以了北京大學(xué)本科生課程為例，進(jìn)行了簡單的實(shí)證研究，并在第三部分給出了模型模擬的結(jié)果。最后，本文在第四部分給出了本文的結(jié)論。

1模型構(gòu)建

對(duì)于每個(gè)使用者而言，本文的目標(biāo)是輸入一定的課程集合，輸出令其滿意度最高的課程集合。在這里，假設(shè)課程滿意度與課程相似度成正比。如果課程A與課程B相似度是80%，那么學(xué)生選擇課程B而不選擇課程A的滿意度為80%。對(duì)于輸入的課程集合S，即初始用戶想選的課程，令該集合中的所有的課程滿意度為1：

為了簡化模型，假設(shè)課程只會(huì)出現(xiàn)兩兩相似的情況。但是，僅僅使用相似度高低程度來決定課程間是否替換并不全面。若不考慮成本的情況下，顯然所有課都上對(duì)于使用者（學(xué)生）而言是滿意程度最高的一種選擇情況。然而，對(duì)每門課而言，如果其內(nèi)容與其他課程相似而學(xué)分卻越多，那么上這門課程的成本就越高，滿意度也就越低，因此我們使用課程學(xué)分來作為課程的替換成本：課程滿意度與學(xué)分?jǐn)?shù)成反比。于是對(duì)于一個(gè)學(xué)生n門課的選擇來說，該生的滿意度模型計(jì)算如下：

這里給出一個(gè)上述模型最簡單的例子：用戶想選3學(xué)分的課程A，同時(shí)有一門與A 80%相似的課程B。該用戶對(duì)（A，B）課程共有3種選擇方案（這里不考慮都不選擇的情況）：①（1，1），即同時(shí)選AB；②（0，1），即選B；③（1，0），選A。按上述模型計(jì)算，滿意度最高的一種選擇方案是（0，1），也即選B。可看出如果當(dāng)一門課B和另一門課A高度相似且學(xué)分少于B時(shí)，該生會(huì)更加滿意A，這符合日常學(xué)生選課的思維范式。不妨假設(shè)每學(xué)期只選修一門相關(guān)課程。而考慮到學(xué)分和滿意度都為非負(fù)值，于是（1）式實(shí)際上可轉(zhuǎn)化為對(duì)于每一對(duì)相似課程，推薦上Satisfaction（Xi）/Credits（Xi）更高的課程。

11數(shù)學(xué)模型中課程相似度計(jì)算方法

考慮到大類間課程相似度較高，而且選課較為便捷，根據(jù)北京大學(xué)教務(wù)部網(wǎng)站所提供的信息，可將北京大學(xué)所有院系劃分為3類：①理工類；②社會(huì)科學(xué)類；③人文科學(xué)類。在3類學(xué)部中，分別人工找出了理工類40對(duì)，社會(huì)科學(xué)類33對(duì)，人文科學(xué)類11對(duì)相似課程對(duì)，其中有少部分跨學(xué)部（類）相似課程。對(duì)每對(duì)相似課程，我們依據(jù)其在教務(wù)部網(wǎng)站上提供的中文名稱和中文課程簡介，使用算法計(jì)算出課程相似度。

111信息采集

在課程信息采集中，使用北京大學(xué)教務(wù)部網(wǎng)站[2]所提供的信息。根據(jù)課程信息，人工篩選出理學(xué)部40對(duì)，社會(huì)科學(xué)學(xué)部33對(duì)，人文學(xué)部11對(duì)相似課程，并將其課程信息（課程名和課程簡介）采集下來。為了數(shù)據(jù)處理的便捷性，不同的課程對(duì)間用“”隔開，課程對(duì)間不同課程使用“”隔開，課程名和課程簡介使用“”，所有的換行符使用空格符替換。所有以上信息皆以u(píng)tf-8的編碼格式存在txt文檔中。使用的詞典為搜狗提供的常用詞詞典[9]，其提供每個(gè)詞gbk的編碼以及搜狗實(shí)驗(yàn)室所統(tǒng)計(jì)的頻次。

112分詞

與英文相比，計(jì)算機(jī)在處理中文文本時(shí)必須進(jìn)行分詞。中文分詞的常見算法是最大正向匹配算法。例如“××課很有意思”可以分詞為“××/課/很/有/意思”，但是面對(duì)一些有歧義的句子時(shí)處理能力卻一般，如“南京市長江大橋”就會(huì)被分成“南京/市長/江/大橋”而不是“南京市/長江/大橋”。

考慮到基于最大匹配算法的中文分詞方案的缺陷，我們這里選用了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的分詞，即對(duì)于一個(gè)中文字符串s，如果可以使用詞語s1s2…sn表示該串的一種分詞方式，那么，P（s1s2…sn）越大則表示該分詞方案越是符合人們慣常用法，即將分詞任務(wù)轉(zhuǎn)化為求P（s1s2…sn）MAX，根據(jù)聯(lián)合概率的展開，有下式：

12問卷課程相似度計(jì)算方法

為了更為充分地判定選定課程的相似度，采取人工設(shè)計(jì)問卷的方式對(duì)課程相似度加以進(jìn)一步調(diào)研，作為對(duì)程序算法的一個(gè)補(bǔ)充。為了便于表達(dá)，將程序代碼計(jì)算出來的相似度稱為“機(jī)器計(jì)算相似度”，將用問卷計(jì)算出的相似度稱為“人工計(jì)算相似度”。

問卷調(diào)查的對(duì)象是同時(shí)選修或旁聽過兩門相似課程的師生（包括但并不局限于北京大學(xué)師生）或曾經(jīng)接觸過兩門課程的北京大學(xué)教員或助教。問卷使用了范圍為00～10之間且刻度為01的量表（即量表設(shè)計(jì)00、01、02、…、10這些選項(xiàng)，其中00為完全不同，10為完全相同），并考察了該受訪者所認(rèn)為的兩課程在內(nèi)容、難度和考核三方面的相似度，三者以6∶3∶1的比例加權(quán)。

2結(jié)果與討論

21課程相似度計(jì)算結(jié)果

按照本文第三部分的模型進(jìn)行搭建，我們將收集到課程對(duì)進(jìn)行相似度計(jì)算。表1列舉了各個(gè)課程大類中相似度最高的10門課程：

22課程資源大規(guī)模個(gè)性化定制模擬結(jié)果

按上述算法模型和相似度計(jì)算結(jié)果，筆者這里模擬了3個(gè)選課過程，來更好地說明模型的應(yīng)用。

環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生A

原始課程集合為：

課程號(hào)：12733010課程名稱：環(huán)境化學(xué)院系：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)分：3滿意度：0333

課程號(hào)：12734010課程名稱：工程制圖院系：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)分：3滿意度：0333

推薦課程集合為：

課程號(hào)：1034630課程名稱：環(huán)境化學(xué)院系：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)分：2滿意度：0467

課程號(hào)：12734010課程名稱：工程制圖院系：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)分：3滿意度：0333

根據(jù)學(xué)校的教育方案，該環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生應(yīng)該選擇環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的“環(huán)境化學(xué)”與“工程制圖”兩門課程。根據(jù)本模型，為他推薦了由化學(xué)與分子工程學(xué)院開設(shè)的“環(huán)境化學(xué)”這門課程，提高了他“環(huán)境化學(xué)”課程的滿意度。而工程制圖有兩門相似課程（工學(xué)院的“工程制圖”和物理學(xué)院的“工程圖學(xué)及其應(yīng)用”），而這里在模型分別計(jì)算了滿意度和成本比值后，發(fā)現(xiàn)依然是原課程較為適宜，因此依然推薦了原課程。光華管理學(xué)院學(xué)生B

原始課程集合為：

課程號(hào)：2830170課程名稱：電子商務(wù)院系：光華管理學(xué)院學(xué)分：3滿意度：0333

課程號(hào)：2532260課程名稱：信息經(jīng)濟(jì)學(xué)院系：光華管理學(xué)院學(xué)分：3滿意度：0333

課程號(hào)：2838160課程名稱：數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)軟件院系：光華管理學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

推薦課程集合為：

課程號(hào)：3032230課程名稱：電子商務(wù)院系：信息管理系學(xué)分：2滿意度：0488

課程號(hào)：3030720課程名稱：信息經(jīng)濟(jì)學(xué)院系：信息管理系學(xué)分：2滿意度：0355

課程號(hào)：2838160課程名稱：數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)軟件院系：光華管理學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

該光華管理學(xué)院的學(xué)生有3門存在相似課程對(duì)的課程。模型計(jì)算的結(jié)果推薦了和光華管理學(xué)院有著很多類似課程的信息管理系的課程，考慮到其高相似度和較低的學(xué)分，作為選修學(xué)分是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。藝術(shù)學(xué)院學(xué)生C

原始課程集合為：

課程號(hào)：4332710課程名稱：西方美術(shù)史院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331541課程名稱：美學(xué)原理院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331821課程名稱：影視節(jié)目策劃院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331792課程名稱：視聽語言院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

推薦課程集合為：

課程號(hào)：4332710課程名稱：西方美術(shù)史院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331541課程名稱：美學(xué)原理院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331821課程名稱：影視節(jié)目策劃院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

課程號(hào)：4331792課程名稱：視聽語言（電影語言）院系：藝術(shù)學(xué)院學(xué)分：2滿意度：05

因?yàn)樗囆g(shù)學(xué)院自身的課程學(xué)分本身較低、相似課程較少，與其他的院系相關(guān)課程較少，因此推薦課程并沒有什么改變。

3結(jié)論

本文從信息資源建設(shè)的實(shí)用性、系統(tǒng)性和共享共建的角度出發(fā)，探索了高校課程資源定制與課程推薦的方法，建立了基于大規(guī)模個(gè)性化定制的模型，并以問卷的形式對(duì)模型予以補(bǔ)充。本文所提出的模型既具有科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，又具有一定的個(gè)性化和靈活性；既保證了為高校學(xué)生開設(shè)相對(duì)豐富多樣的課程，又能在很大程度上降低高校開課的成本。

在本研究中，課程滿意度計(jì)算模型從高校的視閾考慮，對(duì)于每個(gè)使用者而言，輸入一定的課程集合，輸出令其滿意度最高的課程集合。基于課程滿意度與課程相似度成正比和課程滿意度與學(xué)分?jǐn)?shù)成反比兩個(gè)假設(shè)，對(duì)于一個(gè)學(xué)生n門課的選擇來說，該生的滿意度模型計(jì)算為：

0不選Xi課。對(duì)于給定輸入課程集合，使用上述模型將問題轉(zhuǎn)化為求上式最大值。在分詞時(shí)，參考unigram提出了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的模型，將分詞任務(wù)轉(zhuǎn)化為求P（s1s2…sn）的最大值。在展開之后，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法來求解該問題。分詞后便可根據(jù)向量空間模型求出，兩個(gè)文本的詞頻向量，并計(jì)算出其詞頻向量的數(shù)量積。對(duì)于每對(duì)相似課程，分別計(jì)算課程名和課程簡介間相似度取平均值。為了彌補(bǔ)機(jī)器比較的缺陷，對(duì)曾經(jīng)接觸過兩門相似課程的北京大學(xué)教員或助教進(jìn)行了問卷調(diào)查。問卷使用量表，考察了該受訪者所認(rèn)為的兩課程在內(nèi)容、難度和考核三方面的相似度，三者以6∶3∶1的比例加權(quán)。

未來的研究可以從以下兩個(gè)角度進(jìn)行：

從數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)層面看：本研究使用的分詞方式參考了unigram模型，但是其使用假設(shè)有待考量。對(duì)接下來進(jìn)一步完善模型而言，考慮使用2-gram模型來進(jìn)行更好的建模。分詞使用的搜狗輸入法常用詞詞典在專業(yè)術(shù)語上有所欠缺，詞典與課程介紹的文本相似度不高。此外，本模型中沒有停用詞表，因此對(duì)于同義詞、近義詞等自然語言處理問題都沒有考慮；在使用向量空間模型時(shí)，由于多個(gè)課程介紹的文本相似度不高，所以并沒有計(jì)算詞的逆向文本頻率。同時(shí)，本研究對(duì)于課程的成本過于簡單，只考慮了學(xué)分的問題，其效度有待商榷。這些問題將成為日后加以改進(jìn)和解決的重要方向。

從信息資源建設(shè)的原則層面看：本研究主要考慮了信息資源建設(shè)的實(shí)用性、系統(tǒng)性和共享共建的原則，但并未考慮信息資源建設(shè)的特色性原則[5]。實(shí)際上，不同院系開設(shè)的相似課程仍然在授課內(nèi)容、授課方式等方面存在自己院系和專業(yè)的特點(diǎn)，然而本研究在建模過程中沒有考慮到這一點(diǎn)，未來的研究可嘗試從此方面加以改進(jìn)。

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（本文責(zé)任編輯：郭沫含）