基于“知識圖譜+可視化任務驅動地圖”的《運籌學》課程建設路徑探索

秦文釗 沈宇凱

摘要：在新時代背景下，提升本科教育質量、推進國際化認證和全球一流大學建設成為了教育改革的重要方向。本文針對當前教學中存在的問題，提出了基于“知識圖譜+可視化任務驅動地圖”的《運籌學》課程建設路徑。通過構建“三層”循序漸進的任務鏈并利用知識圖譜進行可視化處理，旨在降低學生的學習認知負荷，提升自主學習能力和學習效率，使得教學更加高效、直觀。

關鍵詞：課程建設；任務鏈；可視化任務驅動地圖；知識圖譜；教學改革

引言

在新時代國家振興本科教育的背景下，提高本科教育質量、推進國際化認證和全球一流大學建設成為了教育改革的重要方向。《運籌學》作為我校工程造價專業的專業核心課程，其教學質量直接關系到學生的專業素養和未來的職業發展。然而，當前《運籌學》課程教學中存在諸多問題，如課程過分強調理論推導、輕視實踐應用，人才培養目標與社會實際需求脫節，師資缺乏工程實踐經驗，學生缺乏學習動力等^[1]。因此，探索新的課程建設路徑，解決這些問題，提升《運籌學》課程的教學質量，具有重要的現實意義和應用價值。

對照CEEAA制定的國家工程專業認證通用標準，與《運籌學》課程對應的主要畢業要求包括問題分析能力、問題研究能力和團隊合作能力^[2-3]。這些要求促使了《運籌學》課程的重新建設與教學改革。然而，傳統的教學方法往往難以有效滿足這些要求。因此，本研究提出基于“知識圖譜+可視化任務驅動地圖”的課程建設路徑，旨在通過任務驅動和可視化設計的方式，提高學生的學習興趣和參與度，促進理論與實踐的結合，培養學生的綜合能力和素養。

一、國內外研究現狀

國外對任務驅動教學法的研究起步較早，該教學法主要基于建構主義理論，強調在“做中學”，即讓學生在完成任務的過程中進行學習。從杜威的實用主義教育理念開始，這種教學方法逐漸在語言教學中得到應用^[4]。然而，盡管國外對任務驅動教學法的研究較為活躍，但將其應用于理工科課程教學的研究仍相對較少。特別是在課程建設中，從學生視角出發，將課程中的任務進行可視化設計，形成一個符合學生認知過程的系統結構的相關研究更是罕見。

知識圖譜的國內外研究現狀呈現出日益活躍和深入的趨勢。在國外，特別是在歐美地區，知識圖譜的研究已經取得了顯著的成果^[5]，其應用領域涵蓋了智能搜索、智能問答、推薦系統、自然語言處理等多個領域。許多知名的科技公司和研究機構都在積極投入知識圖譜的研究和應用。這些研究不僅推動了知識圖譜技術的發展，也進一步提升了人工智能的智能化水平^[6]。

國內對任務驅動教學法的研究始于20世紀90年代，主要集中在一線教育工作者中，研究領域以外語教學和信息技術教學為主。不同學者在任務驅動教學的具體操作過程上存在差異，但都普遍認為該教學法以學生為中心，強調任務情境的創設和小組協作，新知識隱含在具有代表性的任務中^[7]。然而，與國外研究相似，國內研究也主要集中在單一教學環節的任務驅動應用^[8]，很少有教師能將整個課程的所有知識，納入一條“任務鏈”中，從易到難，從外圍到核心，形成一套系統的模式。并且針對課程任務，也沒有進行“可視化”的設計，讓學生了解每個階段的任務、需要解決的問題、需要學習的概念，需要達成的目標。

在國內，知識圖譜的研究也得到了廣泛的關注和支持。許多高校和研究機構都在積極開展知識圖譜的相關研究，涵蓋了知識表示、知識推理、知識獲取等多個方面^[9]。同時，一些國內的大型科技公司也在積極探索知識圖譜在商業化應用中的可能性^[10]。

對于可視化任務驅動地圖的《運籌學》課程建設路徑探索來說，知識圖譜的研究現狀提供了有力的支持和啟示。首先，知識圖譜的可視化技術可以為《運籌學》課程中的任務鏈提供直觀、清晰的展示方式，幫助學生更好地理解和把握課程的結構和脈絡。其次，知識圖譜的推理和關聯分析技術也可以為《運籌學》課程中的任務設計和優化提供幫助。此外，隨著知識圖譜技術的不斷發展和完善，其在《運籌學》課程中的應用也將更加廣泛和深入。未來，我們可以期待看到更多基于知識圖譜的智能化教學工具和方法出現，為《運籌學》課程的教學提供更加高效、便捷和個性化的支持。

二、知識圖譜+可視化任務驅動地圖在《運籌學》課程建設中的應用

針對《運籌學》課程教學中存在的問題和國內外研究現狀，本研究提出基于“知識圖譜+可視化任務驅動地圖”的課程建設路徑。

“可視化任務驅動地圖”的設計分為兩個階段：第一階段，將任務分解為三層漸進的“任務鏈”。第一層為“單元驅動”，包含運籌學的理論知識，為模塊任務鋪平道路；第二層為“模塊驅動”，它是對上一層理論知識的整合與簡單應用；第三層為“課程驅動”，解決工程行業中的實際問題，為未來崗位做好準備。第二階段，遵循布魯姆提出的六個認知層次，設計“可視化任務驅動地圖”使每個模塊任務的結果“透明化”，即以圖表和地圖的形式記錄每個階段工作的結果，幫助學生了解每個階段的任務、需要解決的問題、需要學習的概念，從而有效提高學習效率，同時對行業流程有一個透徹的了解。同時驅動地圖符合工科生的學習和思考習慣。

（一）構建“三層”循序漸進的任務鏈

根據《運籌學》課程的知識體系和教學目標，設計“三層”循序漸進的任務鏈，見圖1。第一層為基礎任務層，旨在幫助學生掌握基本概念和原理；第二層為“模塊驅動”任務層，通過實際案例分析，培養學生解決問題的能力；第三層為“課程驅動”創新任務層，引導學生開展創新性研究和探索。每個層次的任務都緊密圍繞課程目標，形成一個有機整體。

（二）任務的可視化設計

隨著信息技術的快速發展，知識圖譜作為一種有效的知識表示和可視化工具，逐漸在教育領域得到廣泛應用。在理工科課程教學中，任務鏈作為一種重要的教學組織方式，對于引導學生逐步深入學習和理解課程內容具有重要意義。然而，傳統的任務鏈展示方式往往較為抽象和復雜，不利于學生的理解和應用。因此，我們提出利用知識圖譜實現任務鏈的可視化過程，以期提高教學效果和學生的學習體驗。

1.知識圖譜與任務鏈的結合

知識圖譜是一種基于圖的數據結構，用于表示實體、概念及其之間的關系。我們需要確定任務鏈中的關鍵節點和關系。這包括識別出每個任務的主要概念、知識點以及它們之間的邏輯關系，如因果關系、包含關系、并列關系等。這些節點和關系將構成知識圖譜的基礎。通過將任務鏈中的任務、概念等實體以及它們之間的邏輯關系進行圖形化表示，可以形成任務鏈的知識圖譜，有助于學生更好地理解任務鏈的構成和邏輯關系。

2.任務鏈知識圖譜的構建

構建任務鏈知識圖譜是一個系統且精細的過程，它要求深入研究任務鏈的結構與內涵，并準確地將其轉化為可視化的圖形表示。以下是構建任務鏈知識圖譜的主要步驟：

首先，進行任務鏈分析。這一步驟至關重要，需要對任務鏈進行全面而深入的分析，明確任務鏈的總體目標、各個任務之間的邏輯關系以及每個任務的具體要求和特點，為后續的知識圖譜構建提供堅實的基礎。

接下來，進行實體與關系的抽取。從任務鏈中識別并提取出關鍵的實體和關系，這些實體包括具體的任務、涉及的概念、知識點等，而關系則反映了這些實體之間的依賴、關聯、先后順序等邏輯聯系。這一過程需要運用領域知識和文本處理技術，確保提取的實體和關系準確、全面。

隨后，進入圖譜繪制階段。利用專業的知識圖譜繪制工具，將提取出的實體和關系進行圖形化表示，形成直觀、清晰的任務鏈知識圖譜。在繪制過程中，需要注重圖譜的布局、節點的設計以及關系的可視化表達，使圖譜既能夠準確反映任務鏈的結構和內容，又具有良好的可讀性和美觀性。

最后，進行優化與調整。根據實際需求和學習者的反饋，對構建好的任務鏈知識圖譜進行優化和調整。這包括對圖譜的結構進行調整、對節點的信息進行補充或修正、對關系的表達進行完善等。通過不斷地優化和調整，可以使任務鏈知識圖譜更加符合學習者的認知規律和學習需求，提高其實用性和有效性。

通過以上步驟，可以構建出一個完整、準確、實用的任務鏈知識圖譜，為《運籌學》等理工科課程的教學與學習提供有力的支持。這一知識圖譜不僅有助于學生準確地理解和把握任務鏈的整體結構和邏輯關系，還能夠為教師的教學設計和學習評估提供有益的參考。

3.知識圖譜的交互功能的實現以及學習平臺的嵌入

為了進一步提升學生的學習體驗和學習效果，可以利用知識圖譜的交互功能，并將其嵌入到在線學習平臺中。

首先，為知識圖譜中的每個節點添加豐富的交互元素。點擊節點時，學生可以查看詳細的任務描述、學習資料或相關案例，幫助他們深入理解任務要求和背景知識。此外，還提供了縮放、拖拽、搜索等交互操作，使學生能夠根據自己的需求靈活瀏覽和探索圖譜，快速定位感興趣的知識點或任務。

其次，注重知識圖譜的動態更新和個性化推薦功能。根據學生的學習進度和反饋，知識圖譜能夠實時更新任務狀態，顯示已完成、進行中或待完成的任務。同時，基于學生的學習歷史和興趣偏好，知識圖譜還能推薦相關的學習資源和拓展任務，幫助他們拓寬知識視野，提升學習效果。

最后，將繪制好的知識圖譜無縫嵌入到在線學習平臺中，如“學習通”等，為學生提供便捷的學習途徑。學生只需登錄學習平臺，即可隨時訪問知識圖譜，查看任務鏈的整體結構和每個任務的具體內容，見圖2。

（三）實施與評估

將可視化任務驅動地圖應用于《運籌學》課程教學中，通過對比實驗組和對照組的學習效果，評估該方法的有效性。同時，收集學生的反饋意見，不斷優化和完善可視化任務驅動地圖的設計和實施。在實施過程中，注重學生的參與和互動，鼓勵他們積極參與任務完成和討論，提高自主學習能力和團隊合作精神。

三、課程建設路徑探索的意義

首先，有助于推動課程改革與創新。傳統的《運籌學》教學往往側重于理論知識的灌輸，缺乏對學生實際能力的培養。本文提出的基于可視化任務驅動地圖的《運籌學》課程建設路徑，將任務驅動教學和可視化教學手段引入課程教學中，使課程內容更加貼近實際，教學方法更加靈活多樣。這不僅能夠激發學生的學習興趣，提高他們的學習效果，還能夠推動課程內容的更新和教學方法的創新，為理工科課程改革提供新的思路和方法。

其次，有助于培養符合社會需求的人才。通過本文的探索與實踐，學生能夠在完成任務的過程中，主動探索、積極思考、解決問題，從而培養他們的自主學習能力和創新精神。同時，通過可視化任務驅動地圖的引導，學生能夠更加清晰地了解課程結構和任務要求，更加有效地進行學習和實踐，從而提高他們的問題解決能力。

最后，有助于促進教育信息化發展。教育信息化是當前教育發展的重要趨勢，也是提高教育教學質量的有效途徑。課程建設中充分利用現代信息技術手段，通過知識圖譜的交互功能并將其嵌入到在線學習平臺中，為學生提供了一個更加生動、有趣且高效的學習環境。這不僅能夠激發學生的學習興趣和積極性，還能幫助他們更好地理解和掌握《運籌學》等理工科課程的知識體系，提升學習效果和成績。同時也推動了教育信息化的發展，為教育教學改革提供有力支持。

結語

基于知識圖譜與可視化任務驅動地圖的《運籌學》課程建設路徑探索，具有深遠的意義和價值。它不僅有助于推動課程改革與創新，培養符合社會需求的人才，還有助于促進教育信息化發展，為教育教學的深層次變革提供有力支持。

本文系1.山東省高等教育學會高等教育研究專項課題《基于“可視化任務驅動地圖”的運籌學課程建設與改革研究》（課題編號：SDGJ212027）的研究成果；2.2023年山東省本科教學改革項目《“思政引領、創新驅動、教賽聯合、混合教學”：基于一流課程的數學公共課“金課群”建設》（項目編號：M2023043）的階段性成果。

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（作者單位：1.聊城大學東昌學院數學與信息工程系 2.山東省聊城市第一中學數學組）

（責任編輯：豆瑞超）