高等教育產(chǎn)出與產(chǎn)業(yè)需求之間差距的自動(dòng)分析方法

趙曉非

［摘 要］ 高等教育作為行業(yè)勞動(dòng)力的主要提供者，因未能跟上數(shù)字革命與行業(yè)需求脫節(jié)而受到越來越多的批評(píng)，發(fā)展基于能力的教育可以解決上述問題。為彌合高等教育的產(chǎn)出與產(chǎn)業(yè)需求之間的差距，提出了一種評(píng)估教育產(chǎn)出與產(chǎn)業(yè)需求之間差距的方法。首先將行業(yè)職位所需的能力和高等教育課程的成果表示為簡檔。在構(gòu)建簡檔的過程中，將上述領(lǐng)域中的概念和關(guān)系建模為語義Web本體。隨后利用推理引擎執(zhí)行簡檔的初步篩選，最后對(duì)候選簡檔進(jìn)一步利用層次分析法進(jìn)行匹配程度的計(jì)算。

［關(guān)鍵詞］ 產(chǎn)業(yè)需求；高等教育產(chǎn)出；層次分析法（AHP）

［作者簡介］ 趙曉非（1978—），男，遼寧錦州人，博士，天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事本體工程的研究與應(yīng)用、知識(shí)圖譜研究。

［中圖分類號(hào)］ G646 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）07-0021-04 ［收稿日期］ 2023-04-14

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域迫切需要與高等學(xué)校之間的密切合作。因此，高等教育需要與時(shí)俱進(jìn)提高學(xué)習(xí)者的市場競爭力，確保其更好地適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求［1］。近年來，很多國家、高校和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)已將能力框架納入其培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)計(jì)活動(dòng)。能力框架的主要目的是詳細(xì)描述學(xué)生準(zhǔn)備從事的工作所需的知識(shí)和技能。近年來，基于能力的教育已被廣泛用于改進(jìn)高職課程，也越來越多地被用于高等教育，從而更新和改革學(xué)位課程［2-3］。目前，比較有代表性的能力框架包括美國的O*NET［4］和法國的ROME［5］。

本文的目的是在產(chǎn)業(yè)職位的能力要求和高等教育學(xué)習(xí)者的能力之間建立映射關(guān)系，以分析學(xué)生的資質(zhì)和產(chǎn)業(yè)需求之間的匹配程度［6］。該方法將教育的產(chǎn)出和行業(yè)的需求都表示為以能力為核心的簡檔。由于不同的領(lǐng)域?qū)ν桓拍畹拿枋霾槐M相同，而通過語義Web本體［7］技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域術(shù)語的共同理解，使概念重用變得更加容易。因此我們將領(lǐng)域知識(shí)建模為語義Web本體，從而實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域之間的概念映射以及簡檔匹配［8-9］。

一、系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)有兩個(gè)主要功能。其一是在教育簡檔和產(chǎn)業(yè)簡檔之間進(jìn)行匹配。教育簡檔可以是學(xué)生成績單，也可以是大學(xué)課程表。二者的主要區(qū)別是成績單包含學(xué)生的成績，而這些成績將被用作計(jì)算匹配分?jǐn)?shù)的附加標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)業(yè)簡檔描述了我們想要與學(xué)生成績單相匹配的職位。簡檔由本體中的類的實(shí)例和關(guān)系的實(shí)例構(gòu)成。系統(tǒng)的第二個(gè)功能是基于預(yù)定義的匹配標(biāo)準(zhǔn)，利用AHP方法計(jì)算候選簡檔的匹配分?jǐn)?shù)并生成補(bǔ)充培養(yǎng)計(jì)劃。系統(tǒng)由4個(gè)主要組件組成：本體庫、推理引擎、簡檔匹配組件（PMC）和匹配分?jǐn)?shù)計(jì)算組件（MSCC）。

本體庫中定義了領(lǐng)域中的概念、概念之間的關(guān)系以及匹配規(guī)則。PMC組件是系統(tǒng)的核心，它從本體庫中加載未分類的簡檔文件，并調(diào)用推理引擎實(shí)現(xiàn)推理，最終將所有教育簡檔分類為適合或不適合其相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)簡檔。對(duì)于已分類完成的教育簡檔，PMC組件將對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，以防止它們?cè)诤罄m(xù)處理中被加載。接著，將已匹配的簡檔傳遞給MSCC組件。該組件使用AHP方法計(jì)算匹配分?jǐn)?shù)，最后用計(jì)算出的分?jǐn)?shù)更新簡檔并更新本體庫。

二、本體設(shè)計(jì)

我們遵循了Stadnicki提出的本體設(shè)計(jì)規(guī)范［10］，并選擇了Web本體語言O(shè)WL2作為建模語言，以及Protege作為本體建模工具。開發(fā)過程采用了以下步驟：（1）定義本體的域和范圍；（2）重用現(xiàn)有本體；（3）列舉領(lǐng)域術(shù)語；（4）定義類和類層次結(jié)構(gòu)；（5）定義類之間的關(guān)系。核心模型如圖1所示。

能力在本體模型中處于核心地位，從而能夠覆蓋不同課程的共同特征。能力可以是參加一門課程的學(xué)習(xí)所獲得的成果，也可以是一個(gè)職位的需求。在基于能力的教育中，必須以能力的形式描述特定培養(yǎng)計(jì)劃的目標(biāo)。

圖2給出了以“知識(shí)領(lǐng)域”為核心的類和關(guān)系。每個(gè)“知識(shí)領(lǐng)域”可以包含若干個(gè)“子知識(shí)領(lǐng)域”。“部分”關(guān)系是連接“知識(shí)領(lǐng)域”和“子知識(shí)領(lǐng)域”的重要元素。由于能力匹配不僅需要知識(shí)的內(nèi)部構(gòu)成，而且關(guān)聯(lián)不同知識(shí)領(lǐng)域的關(guān)系也很重要。因此，必須建立一種新的關(guān)系，即“先決條件”的關(guān)系。這種關(guān)系將在支持模糊匹配方面發(fā)揮重要作用。如果在匹配過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在某一特定知識(shí)領(lǐng)域存在嚴(yán)重不足，那么就可以追溯先前學(xué)習(xí)的知識(shí)領(lǐng)域。“知識(shí)領(lǐng)域”的類別被進(jìn)一步細(xì)分為“知識(shí)要素”，主要有以下幾種類型：“基本概念”“規(guī)則”和“示例”。本體庫的這一部分確保了課程內(nèi)容的描述，并為匹配過程提供了基礎(chǔ)。

此外，本體中的其他類的簡介如下：“教育簡檔”類由以下的類組成：（1）培養(yǎng)計(jì)劃——由大學(xué)所教授的課程列表組成；（2）課程——為獲得學(xué)位所需的學(xué)分而修習(xí)的課程。每門課程都應(yīng)給出學(xué)生獲得的學(xué)習(xí)成果；（3）學(xué)習(xí)成果——課程的學(xué)習(xí)結(jié)果。一個(gè)學(xué)習(xí)成果被映射到一個(gè)或多個(gè)能力。

“學(xué)生簡檔”類由以下的類組成：（1）學(xué)生；（2）成績單——描述學(xué)生所修課程的清單和取得的分?jǐn)?shù)；（3）成績級(jí)別——課程的成績級(jí)別用字母A、B、C、D和F表示。

“職位”類由以下的類組成：（1）能力需求——職位所要求的每個(gè)能力的名稱；（2）重要性級(jí)別——表示能力對(duì)職位的重要性，可以采用以下值：弱需要、需要、強(qiáng)需要；（3）能力需求級(jí)別——職位所需的能力水平，可以采用以下值：了解、稱職、勝任；（4）映射級(jí)別（相關(guān)性）——描述課程能力和職位能力之間的相關(guān)性，可以采用以下值：弱相關(guān)、相關(guān)、強(qiáng)相關(guān)。

三、簡檔匹配方法

簡檔的匹配過程需要兩個(gè)輸入：（1）以學(xué)生的能力為代表的先前資格及完成的水平。（2）目標(biāo)職位所需的條件。

簡檔匹配過程借助SQWRL規(guī)則推理來實(shí)現(xiàn)。具體來說，對(duì)職位簡檔和學(xué)生簡檔之間的匹配是通過對(duì)雙方的能力進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)的。如下所示：

學(xué)生（？s）∧提出申請(qǐng)（？s，？x）∧申請(qǐng)職位（？x，？e）

∧已獲得能力（？s，？p1）∧匹配的成果（？x，？om）

∧能力需求（？e，？p2）∧SameAs（？p1，？p2）

→匹配的能力（？om，？p2）∧匹配結(jié)果（？om，適合）

該規(guī)則將下述二者進(jìn)行匹配：（1）與學(xué)生的申請(qǐng)x相關(guān)聯(lián)的職位e；（2）包含學(xué)生簡檔所述能力的職位。SameAs公理用于檢查能力p1和p2是否為相同的個(gè)體。如果是，則將該能力添加到匹配的能力集合中，最后檢查職位e的能力需求p2是否在能力集合中。如果是，可以推斷出學(xué)生的申請(qǐng)符合職位要求，并將該申請(qǐng)標(biāo)記為“適合”。

四、簡檔匹配分?jǐn)?shù)的計(jì)算

下面以信息安全分析員的職位和天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系的培養(yǎng)計(jì)劃為例，介紹簡檔匹配分?jǐn)?shù)的計(jì)算過程。用于提供工作職位及其能力的數(shù)據(jù)來源于O*Net上的發(fā)布。由于O*Net中描述工作的簡檔非常廣泛，我們根據(jù)重要性排名只選取了重要性≥50%的能力。

培養(yǎng)計(jì)劃匹配分?jǐn)?shù)的計(jì)算過程包括計(jì)算學(xué)生簡檔中的每項(xiàng)能力與相應(yīng)的行業(yè)能力之間的匹配分?jǐn)?shù)，再取平均值獲得簡檔之間的匹配分?jǐn)?shù)。我們采用AHP方法來評(píng)估3個(gè)指標(biāo)的匹配級(jí)別。這些指標(biāo)分別為：能力映射級(jí)別、重要性級(jí)別和能力需求級(jí)別。根據(jù)AHP方法，分?jǐn)?shù)計(jì)算的具體步驟如下。

（一）構(gòu)造比較矩陣

比較矩陣描述了指標(biāo)的相對(duì)重要性。我們采用1～9的比例標(biāo)度法，并結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜业慕ㄗh構(gòu)建了比較矩陣，結(jié)果如表1所示，再對(duì)比較矩陣進(jìn)行歸一化處理。

（二）計(jì)算權(quán)重向量

每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重使用以下公式計(jì)算w：

其中n為指標(biāo)的個(gè)數(shù)。應(yīng)用上述公式，可以得到所有指標(biāo)的權(quán)重向量。

（三）學(xué)生簡檔與職位需求的匹配

表2給出了產(chǎn)業(yè)簡檔中的能力需求與學(xué)生已具備的能力。產(chǎn)業(yè)需求和學(xué)生成績等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

為了計(jì)算匹配分?jǐn)?shù)，我們參考了教育界專家和產(chǎn)業(yè)界專家的意見，為每個(gè)指標(biāo)分配了以下的對(duì)應(yīng)數(shù)值。能力需求級(jí)別：勝任=85，稱職=65，了解=45；能力映射級(jí)別：強(qiáng)相關(guān)=85，相關(guān)=65，弱相關(guān)=45；重要性級(jí)別：強(qiáng)需要=85，需要=65，弱需要=45；學(xué)生成果級(jí)別：A=89，B=79，C=69，D=59。

給定能力向量V和權(quán)重向量W，匹配分?jǐn)?shù)=WoV。由于表3中的能力2（信息安全）的匹配向量為：V=（學(xué)生成果級(jí)別：A（85），映射級(jí)別（85），重要性級(jí)別：弱需要（45））=（85，85，45）。因此，能力2的匹配分?jǐn)?shù)=85*0.14+85*0.48+45*0.37=69.35。

盡管計(jì)算結(jié)果顯示學(xué)生的成績級(jí)別為85，但由于能力2對(duì)該職位的重要性不高（重要性：弱需要），因此匹配分?jǐn)?shù)僅為69.35。相反，能力1的匹配分?jǐn)?shù)卻為79*0.14+65*0.48+85*0.37=73.71。比較能力1和能力2，我們注意到，盡管學(xué)生在能力1方面獲得了較低的分?jǐn)?shù)，但最終獲得的匹配分?jǐn)?shù)更高。這是因?yàn)樵撃芰?duì)產(chǎn)業(yè)人士來說很重要，并被指定為強(qiáng)需要。最終匹配分?jǐn)?shù)是學(xué)生能力匹配分?jǐn)?shù)的平均值，在本例中等于：（69.35+73.71）/2=71.53。因此，學(xué)生簡檔和職位之間的匹配度為71.53%。

結(jié)論

研究高等教育產(chǎn)出與產(chǎn)業(yè)需求之間的差距具有重要的理論與實(shí)際意義。然而提出高效、準(zhǔn)確的解決方案來衡量這一差距是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文提出的方法展示了如何使用本體、語義Web技術(shù)和AHP方法來充分建模領(lǐng)域概念并執(zhí)行所需的差距分析。當(dāng)前，我們建立能力簡檔的工作是人工進(jìn)行的，該任務(wù)枯燥且工作量較大。未來的工作是提高這一過程的自動(dòng)化程度，從而為提升高等教育的質(zhì)量提供進(jìn)一步的參考。

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An Automatic Analysis Method for the Gap Between the Outcome of Higher Education and

Industrial Requirement

ZHAO Xiao-fei

（School of Computer Science and Technology， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： As the main provider of industry labor， higher education has been increasingly criticized for failing to keep up with the digital revolution and being disconnected from industry demand. Developing capacity-based education can provide assistance in addressing these issues and bridging the gap between higher education outcome and industry demand. This paper proposes a method for evaluating the gap between educational outcomes and industrial demand. We first describe the capabilities required for industry positions and the outcomes of higher education courses as profiles. In the process of building profiles， we model the concepts and relationships in the aforementioned fields as semantic web ontologies. Subsequently， the inference engine is used to perform preliminary screening of profiles， and finally， the candidate profiles are further calculated for the matching degree using the Analytic Hierarchy Process.

Key words： industrial requirement; higher education output; analytic hierarchy process（AHP）