解释结构模型(ISM)在教学计划制定中的应用.pdf-资料库

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http://www.paper.edu.cn 解释结构模型（ISM）在教学计划制定中的应用戴敏利1,2，陆峰1,2，李敏1 1、华中师范大学教育信息技术工程研究中心, 2、华中师范大学信息技术系，湖北武汉 430079 摘要：随着高等教育事业的发展和社会对人才需求的不断变化，专业设置在不断的更新和完善，各专业的课程设置也随之不断调整，由此给课程计划的制定带来很大的困难。本文着重讨论了在高校教学计划制定的过程中，有效运用解释结构模型（ISM），分析各专业课程之间的逻辑关系，构建课程计划图以对课程体系结构进行统一规划调整。这种方法在教学计划制定中取得了良好的效果。关键词：解释结构模型，课程管理，教学计划 1 应用的背景高等教育事业是衡量一个国家教育程度状况的关键指标。几个世纪以来，高等教育已经充分证明了它的活力和改变社会、促进社会变革与进步的能力。随着高等教育事业的不断发展，专业设置也在不断的更新和完善。为了更好的使高校的专业设置和人才培养同社会需要相适应，高校需要进行调查研究和人才需求预测，并对相关的专业设置和教学计划进行调整。与此同时，教学计划的制定等教学管理实施中的问题也就随之出现。在教学计划的修订过程中，会涉及到数十个甚至上百个专业，而每个专业又会涉及到 60～150 门左右的课程，对如此庞大数量的课程进行统筹安排，工作量之大可想而知。一般的教学计划都是在人才培养方案中以课程计划表的形式来体现课程设置。然而表格内容多数不能够直观的反映出整个专业的课程体系结构，且课程的先后顺序、课程间的相互衔接及配合是否合理等问题也难以体现出来。此外，表格中数据如果出现错漏，检查起来也将十分困难。为了确定专业的课程体系结构是否合理，课程设置和课程内容的是否具有系统性和科学性，是否有利于学生形成合理的知识结构，能否充分体现培养目标、学科性质和专业特点，我们需要一种方法来直观的展示课程之间的关系。如果能以图的形式把课程的设置层次及衔接问题表现出来，复杂的情况得到很好的改善。同时课程设置的模块区域也能在图中直观的反映出来。笔者在教学计划制定过程中，摸索出一套符合本校专业及课程设置操作的具体方法，即根据专业的课程计划图来进行分析判断，从而使课程体系结构得以清晰的展现，同时数据错漏现象的产生概率也大大降低。 2 问题解决思路 2.1 现实问题的处理对于学校不同专业教学计划的制定而言，一般首先要根据其各自的特点，结合学校各类课程的统一安排，给出一个初步的课程设置计划，包括必修课和相关的选修课，以及相关课程之间开设的先后关系，然后对课程的具体学分、学时和开课时间进行编排。最后经学校相关部门初审和综合平衡，讨论并批准后开始执行。对于课程设置这样一个多样化、层次化的多元素的复杂网状图，常规的层层分解的办法已经不能有效的解决问题。而解释结构模型法恰恰就是用来描绘这样的复杂网状结构的优秀方法，它能利用各要素（课程）间复杂、已知的关系，揭示出系统的内部结构。 2.2 解释结构模型法原理[1] 解释结构模型（interpretative structural modeling ,ISM）法是美国 J.华费尔忒在 1973 年为分析复杂的社会经济系统问题而开发的一种方法, 它将复杂的系统分解为若干子系统(或要素) , 利用矩阵计算方法以及计算机的帮助, 最终将系统转换成一个多级递阶的结构模型。该模型实际上是用节点和有向连接边构成的有向连接图来描述的一个系统结构, 它不仅可以分析系统的要素选择是否合理, 还可以分析系统要素及其相互关系对系统总体的影响等问题。具体的工作方法如下： 1．建立邻接矩阵 A 首先分析了解当前系统由哪些要素构成（具体到本课题中即专业中的课程名称），并将需要分析的要素编号，如为Si（i=1,2,……n）。然后将各个要素之间的关系描述出来，邻接矩阵A中的元素aij表示要素SiSj的“从至关系”，也可以是Si与Sj之间的先后逻辑关系。aij＝1，表示Si与Sj之间存在从Si到Sj的关系，aij＝0，表示Si与Sj之间不存在直接从Si到Sj的关系。这样就可以把课程间存在的关系描述清楚。 -1-

http://www.paper.edu.cn 2．建立可达矩阵 M I 为与 A 同阶的单位矩阵。根据第一步得到的 A，进行以下的布尔运算可以求得可达矩阵 M： (A+I)k-1≠(A+I)k=(A+I)k+1=M 可达矩阵描述的是从一个要素到另外一个要素间是否存在连接的路径（无论长度有多长）。 3．各个要素的级别建立为了从可达矩阵作出层级有向图，定义两个集合R(Si)、A(Si)。R(Si)：从Si出发，可能到达的全部要素集合，称之为可达集合。A(Si):所有可能达到Si的要素集合，称之为先行集合。以R(Si)、A(Si)求出R(Si)∩A(Si)集合。R(Si) ∩A(Si)是要素Si能达到，而且又是能够达到Si全部要素集合。如果R(Si)∩A(Si)＝R(Si)，则R(Si)这个集合中的要素是全部要素中的最高层级。按照这种方法，将有向图中的最高层级决定后，可将它从可达矩阵中排除。然后将剩下的要素按照同样的方法求出其中的最高层级，如此，一直找出系统中各要素所在的不同层级。 4．建立层次结构图在按照步骤 3 中操作找出各个要素的层级后，在最下层放第一级要素，它的上面放第二级的要素，直到把所有的要素都放到他们相应的层次上。然后用有向图的形式来表示整个系统要素的层次关系。这样整个系统结构就会完整、清晰的摆放在面前了。 2.3 解释结构模型法解决此问题的优势从邻接矩阵的建立来看，各个要素之间的前后关系非常的明确（已由各院系按照专家评审结果和经验确定），因此邻接矩阵的建立相对比较容易；从我们课程设置结构化要求达到的目的来看，只需要将各个要素之间的联系简化成可视化、结构清晰的层次关系即可；从实际课程管理来看，大量专业需要调整设置，计算机计算方法的引入，可以结合学校课程数据库，大大减少了工作的强度，提高了工作的效率，同时还确保了数据的准确性。 3 应用实例 3.1 确定专业所要开设的课程，即模型中的要素一个专业的课程设置，是根据社会需要、培养目标、学科特点、教学条件、师资力量等要素综合考虑制定的。各个专业的负责人组织相关人员，根据学校的统一要求，结合本专业的特点，给出相应的课程设置。本文以本校经济学院经济学专业为例，其课程设置[2]如下：表 1 经济学专业开设的课程要素 1. 计算机基础 2. 大学体育 1 3. 思想道德修养 4. 毛泽东思想概论 5. 大学英语阅读与写作 1 6. 大学英语听力与口语 1 7. 军事理论 8. 多媒体技术与应用 9. 数据库技术应用 10. 大学体育 2 11. 法律基础 12. 大学英语阅读与写作 2 13. 大学英语听力与口语 2 14. 大学体育 3 15. 邓小平理论与“三个代表”重要思想概论 16. 大学英语阅读与写作 3 17. 大学英语听力与口语 3 18. 大学体育 4 19. 马克思主义哲学原理要素 32. 会计学 33. 管理学 34. 金融学 35. 统计学 36. 计量经济学 37. 财政学 38. 产业组织理论 39. 《资本论》原著选读 40. 中国近现代经济史 41. 经济学说史 42. 财经专业英语 43. 保险学 44. 证券投资学 45. 跨国公司管理 46. 企业战略管理 47. 房地产经济学 48. 发展经济学 49. 期货理论与实务 50. 投资银行业务 -2-

http://www.paper.edu.cn 20. 当代世界经济与政治 21. 大学英语阅读与写作 4 22. 大学英语听力与口语 4 23. 政治经济学 24. 高等数学 B(上) 25. 高等数学 B（下） 26. 线性代数 A 27. 社会主义市场经济理论 28. 微观经济学 29. 概率统计 A 30. 宏观经济学 31. 经济法 51. 国际金融理论与实务 52. 商业银行经营管理学 53. 市场营销学 54. 公司财务分析与管理 55. 人力资源管理 56. 博弈论与信息经济学 57. 社会经济调查与写作 58. 金融经济学前沿问题专题 59. 区域经济学 60. 企业经济学前沿问题专题 61. 公共经济学编号从 1～61，开设的课程共计 61 门，要素对应的表示为S1～S61 3.2 确定邻接矩阵 A 根据课程之间的直接联系即先行课关系，制定出课程邻接矩阵。如S1是S8的先行课，S1是S9的先行课，则a18＝1， a19＝1。表 2 邻接矩阵给出了S1～S22的数据（由于版面关系，本表只列出前 22 项）。表 2 邻接矩阵 3.3 确定可达矩阵 M 根据布尔运算法则，由以上邻接矩阵计算可以得到可达矩阵M。根据公式(A+I)k-1≠(A+I)k=(A+I)k+1=M ，当k＝4 时，可以求得可达矩阵M。表 3 可达矩阵给出了可达矩阵前 22 个元素的数据。 -3-

http://www.paper.edu.cn 表 3 可达矩阵 3.4 专业课程 ISM 的构建根据上面求得的可达矩阵逐步确认最高层、次高层数据，直到分析出所有元素所在的层次，即可得到模型的解释结构，如图 1 所示：所有元素共分为五个层次和另外相对的“独立元素”。处于不同层次中的课程（元素）不能出现在同一个学期，需要按照先后顺序依次开设，相对独立的课程（元素）可以根据需要调整至各个学期。图 1 经济学专业课程层级结构图 -4-

3.5 课程解释结构模型的最终复原及调整首先将表中的课程名替代结构模型中的对应编号位置，得到该专业课程设置的解释结构模型。接着根据相关的专业特点和周学时等条件的限制，适当调整各课程的安排时间，具体定位在每个学期中。调整后的图形如图 2 所示： http://www.paper.edu.cn 图 2 调整复原后的课程结构图 4 结束语根据原有教学计划中的数据运用计算机制作出的课程层次图，清楚的展示了课程设置的整体层次情况，为课程的调整提供了可靠的参考。课程结构图为我们提供了直观的数据图像，可以很清楚的看到课程之间的前后关系以及开设的时间是否符合要求。同时，当原有数据存在错误或遗漏时，也能够在图中反映出来，这就提供了人性化的纠错方法，避免了手工输入数据可能带来的错误。笔者根据上述原理，开发了一套应用软件。通过对软件生成的课程结构图中界面元素及关系进行增删、修改及位置调整，实现了对数据的可视化操作，同时还能够准确的将数据及关系保存到后台数据库中。此软件在实际应用中取得了良好的效果。参考文献： [1]傅德荣，章慧敏.教育信息处理：72－75 页.北京：北京师范大学出版社，2001.9 [2]华中师范大学教务处编.华中师范大学人才培养方案 2005 年版：18－20 页.武汉：华中师范大学出版社，2005.10 [3]余立.大学管理概论：89－93 页.上海：复旦大学出版社，1985 -5-

http://www.paper.edu.cn Application of Interpretative Structural Modeling(ISM) in the formulation of instructional plan DAIMinli1,2, LUFeng1,2, LIMin1 (1、Engineering research center for education information technology Information technology of Hua Zhong Normal 2、Information technology .Dept .of Hua Zhong Normal University, Wuhan 430079, China) University. Abstract With the development of higher education cause and the change of social requirement for the talent types, specialty settings are renovating and perfecting gradually, every specialty’s course settings is adjusting to it little by little. This status brings us great matters in making instructional plan. This paper mainly discusses how to use ISM effectively during the procedure of making instructional plan in colleges and universities, analyzes the logical relation between the course settings, and constructs instructional plan diagram for uniformly making of course system framework. This method is used during the procedure of making instructional plan, and the effects are satisfactory. Keywords：Interpretative Structural Modeling; course management; instructional plan 作者简介: 戴敏利(1982—),男,湖北天门人,硕士研究生,研究方向为计算机辅助教育。陆峰(1982—),男, 安徽淮北人,硕士研究生,研究方向为计算机辅助教育。李敏(1980—),男,四川乐山人,硕士研究生,研究方向为计算机辅助教育。 -6-

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