（计算机应用技术专业论文）东软教学计划管理原型系统的设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 东软教学计划管理原型系统的设计与实现 摘要 东软信息学院是一家主要从事信息技术领域学历教育、培训教育、在线大学教育的 教育服务提供者。随着技术进步和社会发展的需求，学院的教学计划调整非常频繁。教 学计划的调整要考虑到在校学生课程的上下衔接、课程体系的完整性以及不同教育类别 之间的相关性，在实际运作过程中难度非常大。 本课题致力于实现智能化的r r 教育知识管理辅助决策系统，帮助快速制定不同类 型的教学计划并实施科学高效的知识管理，挖掘课程之间的内在逻辑关系，统计课程的 应用频率，交互地向学生推荐课程，并由应用频率高的课程形成配套课程体系，辅助教 师快速调整、制订不同类型的教学计划并加以信息管理。 本文以实践为基础，分析了东软信息学院i t 教育体系现状，阐述了东软教学计划 管理原型辅助系统的设计与实现，并以实际测试为基础，对整个系统加以评估。 系统应用了知识管理的本体分类、数据挖掘中的关联分析等技术。 关键词：教学计划；知识管理；知识模块；数据挖掘 一i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f ap r o t o t y p eo f n e u s o f tc u r r i c u l u mm a n a g e m e n t s y s t e m a b s t r a c t n e u s o f ti ti n s t i t u t ei sa l le s po nd e g r e e c o n f e r r i n ge d u c a t i o n ，f a c et of a c et r a i n i n ga n d o n l i n ee d u c a t i o n t h ec u r r i c u l u mm u s tb ec h a n g e da c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to fi t t e c h n o l o g y , t h es o c i e t ya n dt h em a r k e t t h u s ，t h ec u r r i c u l u m sa r eo f t e na d j u s t e d t h ec h a n g e m u s tn o ta f f e c tt h ec o i l r s e s c o n t i n u i t y ，i n t e g r a l i t ya n dt h er e l a t i v i t ya m o n gd i f f e r e n tt y p e so f e d u c a t i o n s oi ti sv e r yd i f f i c u l tt of n l i s ha no v e r a l la n dl o g i c a lc u r r i c u h t ms c h e d u l e t h i st h e s i sa p p l i e si t s e l f o ni m p l e m e n t i n ga l li n t e l l i g e n ts y s t e mi na d j u s t i n gt h ec u r r i c u l u m s c h e d u l e ；e s t a b l i s h i n gd i f f e r e n tt y p e so fc u r r i c u l u mp l a nq u i c k l ya n da u t o m a t i c a l l y ，f i n d i n g t h er e l a t i o n s h i po ft h ec o u r s e s t h es y s t e mc a ne s t a b l i s hal o g i c a lc u r r i c u l u ma n dc o m m e n d t h es e l e c t i v ec o u r s e st os t u d e n to rl o g i c a lc o u r s e ss y s t e ma c c o r d i n gt ot h eu s a g eo f t h ec o u r s e s m a k i n gt h ek n o w l e d g es t r u c t u r ei ni te d u c a t i o na sp e r f e c ta n de f f e c t i v ea sp o s s i b l e b a s e do np r a c t i c i n g ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h es t a t u so f n e u s o f ti te d u c a t i o n , a n dd i s c u s s e s t h es y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ek n o w l e d g em a n a g e m e n ta n da p p l i c a t i o nf o r n e u s o f ti te d u c a t i o nc u r r i c u l u ms c h e d u l e a tl a s t , t h i st h e s i se v a l u a t e st h es y s t e mw i t ht h e f o u n d a t i o no f s y s t e mt c s l t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h i sa r c h e t y p es y s t e mr e l i e so nt h et e c h n o l o g yo f o n t o l o g yi nk n o w l e d g em a n a g e m e n t ，a s s o c i a t i o n si nd a t am i n i n g ，e t c k e yw o r d s ：c u r r i c u l u m , k n o w l e d g em a n a g e m e n t ，k n o w l e d g et i t l e ，d a t am i n i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚 的谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 砌另 乃刃，7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位做储签名：锄导师签名：喇 签字日期 ：狮签字日期：柳f 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早珀t 匕 1 1 课题背景及任务 1 1 1 东软i t 教育概况 东软信息学院是一家主要从事信息技术( i t , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) 领域学历教育 ( d e g r e e c o n f e r r i n ge d u c a t i o n ) 、培训教育( f a c et of a c et r a i n i n g ) 、在线大学( o n l i n e e d u c a t i o n ) j 匪务，致力于成为i t 教育领域具有国际影响力的教育服务提供者s p ， e d u c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ) ，帮助个人和组织持续获得和提升运用信息技术驾驭未来的 知识和能力。 东软信息学院下设大连东软信息学院、南海东软信息技术学院、成都东软信息技术 学院三所学院，教育层次包括东北大学研究生大连分院研究生层次、东北大学独立学院 东北大学东软信息学院高中起点的本科层次，首批国家级示范性软件职业学院 大连东软信息技术职业学院的专科层次，同时与大连外国语学院合作举办强化外语( 英、 日语) 的计算机及相关专业的本科层次教育。学历教育部分在校学生人数逾万人。另外， 学院也开展面向企业、政府和个人的终身教育和在线教育培训服务。 1 1 2 东软i t 教育目标及课程体系结构 东软信息学院具有国际化的办学、教育理念，全球化的教育内容视野，广泛的国际 交流与合作，强化英、日语，注重国际沟通的能力，培养国际化人才；实现人才培养与 产业的无缝链接，培养技术应用型人才；学院以就业为导向，把握人才市场需求，以就 业为导向，所学即所用，教育内容为学生开辟就业绿色通道；学院提供终身教育服务， 注重终身学习能力培养，为本校学生和社会学习者提供面对面和在线学习的终身教育服 务。学校的办学目标和办学方向决定东软信息学院所开设的课程属于先进的信息技术及 其相关专业知识领域，学院目前开设课程2 5 类，包括i t 、管理、商务、语言等课程共 计5 3 5 门，包含知识模块( t i t l e s ) 3 5 8 6 个n - 3 1 。 由于课时和课程本身内容的限制，一门课程往往难以完成培养学生具有某一方面知 识与技能的目标。例如，计算机程序设计语言，很难在一个学期通过某一门计算机语言 课的学习达到使学生熟练掌握多种程序语言并进行程序设计的目标。如果孤立地学习几 种程序设计语言又会感到这些语言虽然有区别，但有许多重复出现的概念、方法，浪费 一l 一 东北大学硕士擘位论文第一章绪论 不少课时。把学生应该掌握的程序设计语言概念和技能分解，用三、四个具体的程序设 计语言共同完成这一任务，它们之间有严格的分工和合作，以达到用较少的课时掌握完 整的程序设计语言概念和用多种程序设计语言进行程序设计的目的。将传统的课程按其 内容的相对独立性自然合理地拆分成较小的知识模块，并找出该模块与其必要的预备知 识模块、后续知识模块之间的逻辑关系，在修订教学计划时，首先确定必要的专业知识 模块，然后依据模块之间的逻辑关系，递推出相应的前置课程模块，进而依次推出基础 课程模块，使得课程体系形成一个层次模块化的有向网络结构，并依照层次模块化的要 求实施教学管理。因此在制定教学计划时，根据培养目标，将学生应具备的知识和能力 分解为若干知识模块，将某些联系紧密，有共性的知识模块组成- f - j 课程。 1 1 3 课题的产生及课题任务 信息技术的发展瞬息万变，学校的教学计划调整必然要随技术发展而变，随社会进 步而变，随市场需求( 企业用人需求) 而变，所以学院的教学计划调整非常频繁，每学期 都要有小的调整，每一年一个大的调整。教学计划的调整可能是某个培养方向整个课程 体系的调整，也可能是个别课程的调整，也可能是相应知识点的增加和删减。而教学计 划的调整又要考虑到在校学生课程的上下衔接、课程体系的完整性，或者学历教育 ( d e g r e e - c o n f e r r i n ge d u c a t i o n ) 、培训教育( f a c et of a c et r a i n i n g ) 、在线大学( o n l i n e e d u c a t i o n ) 之间课程相关性的调整，所以在实际运作过程中难度非常大。 本课题的目的和任务是形成学习管理系统和制订教学计划的决策支持系统( d s s ， d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 1 4 】，快速制定不同类型的教学计划并实施科学高效的知识管理 研，挖掘课程之间的内在逻辑关系f 6 i ，统计课程的应用频率，交互地向学生推荐课程， 并由应用概率高的课程形成配套课程体系。帮助学院快速调整、制订不同类型的教学计 划并加以现代化管理。 1 2 课题实现的意义 借鉴国外成功的教学理念，教学模式的改革必须使学生真正学到目前社会需要的知 识和技能。计算机技术发展非常迅速，任何一个人都无法利用学校学得韵知识，劳永 逸地去从事计算机行业的相关工作，而如何去掌握学习新技术的方法和技能显得尤为重 要，这也是学生毕业后能独立上岗的前提。学校对于计算机相关课程的教学，必须首先 提出一个明确的课程技能目标，然后根据目标细化提出相关的理论知识模块。该模块必 须以“实用”为前提，将书本知识精减成若干模块。面对现代科学技术的发展，特别是 一2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 计算机科学技术日新月异的飞速发展，东软信息学院合理、高效的教学计划调整使得学 院的信息技术教育在教学内容和课程体系上反映这种发展的新理论和新技术，并适应我 国经济建设和社会发展的需要，与市场经济体制、社会结构变化以及毕业自主择业相适 应。 模块是基于明确的教育目标，围绕某一特定主题而形成的相对完整、独立的学习单 元。与传统课程中的单元结构方式相比，模块具有更强的综合性。每一个模块都以一个 特定的主题作为该模块组织的核心，模块中的所有内容都紧紧围绕这一主题设置。学生 在模块课程中所获得的不再是一个个孤立的知识点，面是种在主题统摄之下的结构化 的知识框架。按“知识结构模块”组织教学，有利于教学内容的更新，有利于整体优化 知识结构，不断更新课程；有利于学生结合自己的兴趣选择知识结构，有利于调动学生 的学习积极性，充分发挥学生本人的优势，使之具有更大的科学进取心；有和于因材施 教，使之各学所需，各教所长，真正达到教学相长的目的。同时也有利于培养出新的科 学技术苗子。 教学内容和课程体系的整体优化使得教学内容和课程体系能够瞄准人才培养目标， 加强基础，拓宽专业，培养能力，提高素质，注重实践，学以致用的要求进行整体优化， 积极吸收学科发展的新思想、新方法、新技术，努力固化教学改革的新成果。通过现代 化教育技术手段精减课时，站在学科发展的前沿，科学合理地整合课程，认真研究模块 与整体、模块与模块、课程与模块、课程与课程的相互关系。防止主配角不清，内容重 复，前后脱节。使相关管理人员能够更好地认真研究与课程系统有关的外部因素的关系， 如传授与自学，共性与个性，内容与方法、手段等。 手工调整课程安排及课程内容会带来许多问题，很难完成一个全面、合理的教学计 划。因此实现智能化的i t 教育知识管理系统，实现教育计划调整中的智能专家系统， 会使得i t 教育中知识结构基础化、综合化和整体优化。给出知识领域、知识单元、知 识点的分析与描述，系统能够提炼出覆盖核心知识单元的核心课程，体现课程体系的组 织与学生综合素质提高的密切相关性及实践教学的重要性。 实现智能化的教学计划中的知识管理和教学计划管理原型系统能够全面地考虑到 各个知识点之间的详细关系环节是否有冲突，并通过计算机自学习来完成教学计划的调 整，使得学院的教学计划调整事半功倍，减轻相关工作人员的劳动强度，并能更好地管 理学院的知识体系，使学院的知识管理系统更高效，更完整。使学院的国际化办学、教 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 育理念能够更好地得以实施，为社会、为国家培养更多有用之才，使学生能够更好地感 知时代发展的脉搏，获得更新、更完善的知识体系教育，更好地融入社会。 1 3 国内外现状 自从上世纪八十年代中期p e t e rd r u c k e r 首次使用知识管理k m ( k n o w l e d g e m a n a g e m e n t ) 一词之后的十来年间，知识管理这一概念似乎并没有受到多大重视。但是 近些年来，随着信息时代的到来，传统的工业经济正在向知识经济迈进。k m 不仅在概 念上，而且在教育、学术研究、i t 产业、应用等方面都引起了广泛的关注t t - s l 。 学术界不但对知识管理的应用给予高度的重视，而且逐步将知识管理的思想和方法 论与具体的企业活动联系起来，研究主要涉及：知识管理的原则、模式与策略、工具与技 术及其知识主管。知识管理的实现必须是先进的信息技术的选择与应用为前提，其运行 必须以技术框架为基础。详细知识管理涉及的信息技术有：i n t e r a c t ，内外局域网，数据 库管理系统，存储结构技术，群件技术，数据仓库，数据挖掘技术，多维度分析技术， 文档管理技术，信息查询与检索引擎技术，工作流技术，共享技术联机分析处理技术 ( o l a p ) ，中间件技术。也有的技术人员将知识管理的主要技术归纳为以下1 0 种，信息 技术系统分析与集成技术、数据库技术、数据仓库和数据挖掘技术、系统工程技术、面 向对象的分析、设计与编码技术、知识分类技术、平台框架技术、b 学习技术、本体分 类( o n t o l o g y ) 唧。 知识管理的对象是知识，首先对知识进行分析1 1 0 1 。下面是一些研究者对知识的定义： 知识是经过组织的信息，能够用来解决问题( w e b s t e r s n e w w o r l d d i c t i o n a r y ，1 9 9 9 ) ；知 识是经过组织和分析的信息，能够用来解决问题和支持决策( t u r b a n ，1 9 9 2 ) 。知识是数 据和信息的更高层次，能够提高性能、解决问题、支持决策、学习和传授( b e c l a n a n ，1 9 9 7 ) ； 知识是不可否认的事实和客观真理以及社会团体的各种制度( f u r u s t e n ，1 9 9 5 ) ；知识包含 对于所涉及的客观对象( 实体) 、操作、关系、一般或特定的启发性或推论性过程的隐式 或显式描述( 限制或规定) ( s o w a ，1 9 8 4 ) ：知识是所有被认为正确和真实，从而能够指导 思想、交流以及人类行为的洞察力、经验和过程f v a n d e r s p e k s p l i k e r v e n ，1 9 9 7 ) ： 知识包括真理信念、观点概念、判断期望、方法和知道如何做( w i i g ，1 9 9 3 ) 。上面仅仅 是其中的几个定义，不同的人对于知识的理解都不一样，所以会有不同的定义。我们在 这里不给出知识的定义，但是知识应该具有以下的特点：经过组织的；能够用于解决问 题；能够支持决策；能够指导人的行为和思想；对于客观对象、属性、关系以及重要过 一d 一 东北炙学硕士擘位论文 第一章绪论 程的描述：包含客观真理、判断、观点和洞察力。 知识可以分为隐式知识和显式知识。隐式知识指的是难于形式化、难于交流的个人 知识。隐式知识包括主观的知道如何的知识、见识和直觉，这些来源于从事于某项活动 的人，它被潜意识的理解和使用，并且往往和特定的情景相关。隐式知识不能够被形式 化，是公司的潜在能源的核心。这种知识通过协作工具( 局域网、群件等) 来发布，通过 新的管理方法( 例如并发工程) 来组织。通过面对面或者与专家共同工作来实现共享。这 种知识用知识描述和知识模型来表示。 显式知识指的是能够容易在个人和团体之间进行传送的形式化的知识。它是任何能 够被编码的东西，例如数学公式、规则、定义等。一种显式知识是公司的结构化信息资 源，它们存储在数据库中，可以通过使用s q l 、数据挖掘和知识发现等来搜索需要的知 识。另一种显式知识是公司的文献，包括纸张形式的文献和电子文档，前者的量很大。 主要靠档案管理来实现管理，检索也只能通过人工检索，信息系统能够起一定的辅助作 用，后者的管理用文献管理系统来解决。对于信息的检索可以用搜索工具( 倒如文本挖 掘) ，使用统计学和语言学理论。 一般来讲，隐性知识比显性知识更完善、更能创造价值，隐性知识的挖掘和利用能 力，将成为个人和组织成功的关键( 王德禄，1 9 9 9 年) 。通过运用暗号、比喻、类比和模 型( r o n y o u n g ，1 9 9 8 年) ，可以将存在于整个组织中的有价值的隐性知识转化为容易传播 的显性知识。此外，显性知识必须能很快地再转换为隐性知识，否则它的真实价值就不 复存在( r o n y o u n g ，1 9 9 8 年) 。因为显性知识转换为企业员工隐性知识的过程，般都是 知识应用的过程或知识成为生产力的过程。 对一个企业而言，它的知识构成大致可以分为以下四种存在形式：( 1 ) 物化在机器设 备上的知识；( 2 ) 体现在书本、资料、说明书、报告中的编码后的知识；( 3 ) 存在于职员 头脑里的意会知识；( 4 ) 固化在组织制度、管理形式、企业文化中的知识。所以，从知识 的构成来看，企业知识管理除了应对企业的信息资源和信息系统进行管理外，还应包括 企业技术创新的管理、企业文化的管理、企业员工知识的管理、企业组织和制度的管理、 企业固化知识的管理等。现在很多企业已经注意到对研究与开发限d ) 的投资，然而对 教育与培训( e 1 ) 的投资却重视不够或不知从何处着手，很多企业已经注意到对新知 识、新技术的重视，但对已经固化到企业靠5 度、组织形式、产品或设备上的知识则没有 重视，或者不知如何管理。 从国内外理论界研究知识管理来看，认同广义的知识管理指知识经济环境下管理思 一s 一 东北大学硕士擘位论文第一章绪论 想与管理方法的总称。伴随知识经济的萌芽，知识管理备受学术界和工业界的关注。但 是，就象人们对知识有不同的理解一样，以知识和人为管理对象的知识管理，目前也没 有一个广泛认同的定义。国内外关于知识管理定义如下： 美国“知识的进化”作者v e m aa l l e e 对知识管理的定义是：“帮助人们对拥有的知 识进行反思，帮助发展支持人们进行知识交流的技术和企业内部结构，并帮助人们获得 知识来源。促进他们之间进行知识的交流。” e q u i m 等将知识管理看作“是一个管理各种知识的连续过程，以满足现在和将来 出现的各种需要，确定和探索现有和获得的知识资产，开发新的机会。”知识管理的目 标包括六个方面：第一，知识的发布，以使一个组织内的所有成员都能应用知识；第二， 确保知识在需要时是可得的；第三，推进新知识的有效开发；第四，支持从外部获取知 识；第五确保知识、新知识在组织内的扩散；第六，确保组织内部的人知道所需的知 识在何处。 美国生产力和质量中一f f ( a p q c ) 认为，知识管理应该是一种组织有意识采取的战略， 它保证能够在最需要的时间将最需要的知识传送给最需要的人。这样可以帮助人们共享 信息，并进而将其通过不同的方式付诸实践，最终达到提高组织业绩的目的。 国内著名学者乌家培教授( 1 9 9 9 年，1 9 9 9 年) 认为，“信息管理是知识管理的基础， 知识管理是信息管理的延伸与发展。”信息管理经历了文献管理、计算机管理、信息资 源管理、竞争性情报管理，演进到知识管理。知识管理是信息管理发展的新阶段，它同 信息管理以往各阶段不一样，要求把信息与信息、信息与活动、信息与人连结起来，在 人际交流的互动过程中，通过信息与知识( 除显性知识外还包括隐性知识) 的共享，运用 群体的智慧进行创新，以赢得竞争优势。”他还评述道：“对于知识管理的研究，最宽的 理解认为，知识管理就是知识时代的管理，最窄的理解则认为，知识管理只是对知识资 产( 或智力资本) 的管理。介于上述理解之间的认识，又有两种，一为对知识的管理，另 为用知识来管理。尽管理解不同，但是对知识作为一种重要生产要素加以管理的认识 却是相同的，对知识管理日趋重要的认识也是一致的。” 国内多数学者比较认同的定义为：知识管理就是对一个企业集体的知识与技能的捕 获，然后将这些知识与技能分布到能够帮助企业实现最大产出的任何地方的过程。知识 管理的目标就是力图将最恰当的知识在最恰当的时间传递给最恰当的人，以便使他们能 够作出最好的决策。 尽管上述定义对知识管理的理解不尽相同，但都隐含了知识管理包括的三个基本要 一6 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 素：知识生产过程管理，知识传播过程管理和知识使用过程管理因此，它以信息技术 为基础，为知识的生产、传播和使用提供开放的可管理的协同工作机制。 综上所述，本论文属于高等教育应用范畴，也可以说是高等教育知识管理的一部分。 随着世界经济的多元化发展，以计算机为基础的信息技术迅速扩展到各个领域，社会和 人类对信息的依赖迅速增长，计算机技术和基于计算机的应用技术已经成为信息社会的 重要基础设旌，计算机教育和培训也成为我国高等教育中一个重要的环节。 i e e e a c m 一直在跟踪工业界对计算领域人才需求和教育界对人才教育培训的需 求、状况、发展和存在的问题，并于2 0 0 1 年给出了具有指导性意义的计算学科本科教 学参考计划( c c 2 0 0 1 ) 。这个计划对我国计算机学科的教育产生了很大的影响，国内专家 学者对其进行了详细研究，并于2 0 0 2 年公布了中国计算机本科教学参考计划 ( c c c 2 0 0 2 ) ，在国内外也产生了很大的影响。继c c 2 0 0 1 推出后，经过几年的跟踪研究、 意见反馈和计划评估，髓，a c m 在总结前期工作的基础上，对原“计算教程c c 2 0 0 1 ” 给出的四个专业方向进行了修改和扩充，并给出了新的评述，于2 0 0 4 年6 月1 日公布， 并把它们称为“计算教程c c 2 0 0 4 ( c o m p u t i n gc u r r i c u l u m2 0 0 4 ) 。 i e e e a c m 将计算学科分为五个领域，分别是计算机科学、计算机工程、软件工程、 信息系统和信息技术专业学科，并预留了未来的新发展领域。各个专业都针对本科生的 教育，提出了相应的知识领域、知识单元和知识点，并给出了相应的参考教学计划和课 程设置。 针对c c 2 0 0 4 报告，i e e e a c m 软件工程学科组于2 0 0 4 年5 月2 1 日公布了软件工 程教育知识体系( s o f t w a r ee n g i n e e r i n ge d u c a t i o nk n o w l e d g e - s e e k ) 的最终报告，这份报 告针对软件工程本科教育的课程知识领域，给出了相关的领域方向的课程知识单元和知 识点的配置，以及参考课程计划。2 0 0 4 年6 月2 3 日，i e e e 的另一个学科组，也公布了 软件工程知识体系( s o f t w a r ee n g i n e e r i n gb o d yo fk n o w l e d g e - s w e b o k ) 的更新版，它被 软件行业称为软件工程教育的基本法。这两个知识体系分别面向本科软件工程教育和软 件工程行业教育和从业要求。 s e e k 针对软件工程学科的本科课程知识领域( a r e a ) ，分解为知识单元( u n i t ) 和知识 点( t o p i c ) ，并要求教育者用一条“思维”的线把这些单元和点串起来，形成不同的知识模 块( m o d e l ) ，然后，用课程这样的实施方法，对应于各个知识模块。一个知识模块可用不 同的课程覆盖，允许课程内容具有一定的重复性，并在教学过程中，仍然提倡理论、抽 象、设计( 或抽象、理论、设计) 的过程。不难看出，理论到抽象( 或抽象到理论) 的过程 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 正好体现了科学的方法论，而从抽象到设计( 或理论到设计1 的过程，也体现了软件工程 学科的工程性。 随着信息学科和计算技术的迅猛发展，新的学科层出不穷，c c 2 0 0 4 预留了未来的 新学科以满足发展要求。这对于我们国内同行跟踪国际计算学科发展趋势有很好的借鉴 意义。一个学科不是一成不变的，全球经济的发展和多元化经济模式，带来了市场的国 际化和多元化，而着重于人才培养的教育领域，也必须紧跟这种变化 关于建立层次模块化的教学体系在国内己被大多数院校所认可，但目前尚无适合于 这样的教育体系安排的真正智能化教学计划调整系统。 以前东软信息学院调整1 3 份教学计划大约需要1 5 个人日，基本依靠手工完成，劳 动强度非常大。而且教学计划的调整非常频繁，通常是一个学期- - + 调，一个学年一大 调。导致课程和课程之间，知识模块和知识模块之间，不同培养方向之间可能还隐藏着 一些不一致甚至是冲突的地方难以发现。 1 4 对实现课题的设想 为了帮助东软信息学院快速调整、制订不同类型的教学计划，提供学习管理系统和 制订教学计划的决策支持系统，实施科学高效的知识管理，挖掘课程之间的内在逻辑关 系，统计课程的应用频率，并能交互地向学生推荐课程，由应用概率高的课程形成配套 课程体系，需要解决以下几方面的问题： ( 1 ) 提供合理的知识管理方式，很好地解决培养方向、知识领域、课程、知识模块等 内容的合理分类、分层和层问关系的建立，对学科的全面了解，建立相关知识的关联。 ( 2 ) 提供高效的教学计划调整工具，能够发现并提示课程的先修安排的不合理性。增 加或删除课程时，能够分析该课程对其他课程甚至其他培养方向的影响，能够自动检查 教学计划安排的合理性。 ( 3 ) 提供方便的操作模式，在课程安排及模块调整时，可用鼠标拖拽等操作形式完成。 在制定教学计划时，可以只确定出必要的知识模块或者课程，系统会根据模块或课程之 间的逻辑关系，递推出相应的前置课程模块，进而依次推出基础课程模块。 ( 4 ) 根据学生选课等历史数据或企业订制的课程信息，利用数据挖掘技术，自动寻找 课程之问的相关性，为配套课程体系的设置提供科学、可靠的决策支持。 ( 5 ) 能够为学生课程选择提供科学、合理的课程推荐，引导学生更好地选择、安排自 己的课程学习。 一8 一 东北大学硕士学位论文第二章课题任务及难点分析 第二章课题任务及难点分析 2 1 东软it 教育课程体系结构模型分析 东软信息学院的i t 教育分为学历教育、继续教育和在线大学教育三类，每类教育下 面又分为不同的课程体系，对应不同的培养方向。如学历教育下设计算机科学与技术、 信息技术与商务管理、公共基础、数字艺术、电子信息工程和英语日语课程，继续教育 ( 培训) 下设n c s p 、管理类、r r 国际认证和外语类课程，在线大学( n o l r ) - f 设英语，日语、 i t 技术培训体系、电子商务课程体系和汉语培训等课程。如图2 1 所示。 东款i t 教育谭翟体系 学历教育 计 算 机 科 擘 与 技 柬 信 息 技 术 与 商 务 管 理 共身教育( 培 4 ) ll 用上大学( ) 图2 1 东软i t 教育课程体系示意图 f i g2 1 t h ec o u r s e ss y s t e mf o ri te d u c a t i o ni nn e u s o f t 每个培养方向可以选择不同的教学计划安排，即选择不同的课程。在安排课程时要 考虑时间的因素。课程下面按其内容的相对独立性自然合理地拆分成较小的知识模块， 同一知识模块可能归属于不同的课程。通常一个模块与其必要的预备知识模块、后续知 识模块之间存在逻辑关系。依据模块之间的逻辑关系，递推出相应的前置课程模块，可 以依次推出一门课程的先修课程。 一9 一 东北大学硕士学位论文第二章课题任务及难点分析 东软i t 教育采用知识模块共享的课程体系应用架构，每门课程可选用多个知识模 块，每个知识模块可被多门课程所选用，课程与模块之间是多对多的关系。如图2 | 2 所示。 图2 2 东软i t 教育知识模块共享的课程体系示意图 f i g2 2 t h ec o u r s e ss y s t e mw i t hs h a r e dt i t l e sf o ri t e d u c a t i o ni nn e u s o i t 如图2 2 所示，培养方向、课程、知识模块和课程类别等信息之间结构错综复杂， 交叉现象很严重，比如因为先修限制条件等形成的模块之间的逻辑关系，对一个知识模 块的增删改可能影响到其他后继课程，还可能影响到其他培养方向当前正在实施的该课 程的教学工作。 东软i t 教育的课程体系在学历教育、培训教育和在线大学三种培养类型中同样存在 着严重的交叉现象，有的课程只适用一种培养类型，有的课程适用于两种培养类型，还 有的课程对三种培养类型来说都适用。如图2 3 所示。 一1 0 东北大学硕士学位论文 第二章课题任务及难点分析 n l e c ；继续教 n o u 二自 t 0 。吱大；， 学历教官 图2 3 东软i t 教育交叉课程体系示意图 f i g2 3 t h ei n t e r c r o s sc o u r s es 9 1 i 髓f o ri te d u c a t i o ni nn e u s o f t 针对以上的交叉课程体系，确定对应于在线大学 o u ) 、继续教育( n l e c ) 学和历教 育( b i t s ) 的课程代码编制原则。在线大学的课程代码以a 开头，继续教育的课程代码以b 开头，学历教育的课程代码以c 开头。既适用于在线大学也适用于继续教育的课程以a b 开头，依此类推，对三种培养类型都适用的课程，其课程代码以a b c 开头。表示出来如 下所示。 n o u = a + a b + a c + a b c l e c = b + a b + b c + a b c b i t s = c + a c + b c + a b c 因此，在线大学、继续教育和学历教育的课程体系的层次关系如下所示； 课程类l f 子课程类l i 课程l 课程类2l子课程类2 一 l ，l 课程m 课程类n l n l e c 课程体系： 课程类l 课程类2 ，rt i t l e ：# a b c 0 0 0 0 课程类l l ，l r 课程1 和未经组织的文 档、数据等( 显性知识) 转化为可复用可检索形式的显性知识，需要用到知识挖掘 ( k n o w l e d g em i n i n g ) 、检索分类( s e a r c h & c l a s s i f y ) 等一系到技术。知识的流程如图3 2 所 刁o 一2 4 东北大学硕士学位论文 第三章相关领域及技术论述 图3 ，2 知识的流程图 f i g3 2 t h ek n o w l e d g e sf l o wc h a r t 数据挖掘是知识挖掘( k d d ，k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e s ) 的关键步骤，也是知 识挖掘的难点：数据挖掘技术不仅是面向特定数据库的筏单检索查询调用，丙且要对这 些数据进行微观、中观乃至宏观的统计、分析、综合和推理，以指导实际问题的求解， 企图发现事件闻的相互关联，甚至利用已有的数据对未来的活动进行预测。 3 2 数据挖掘中的关联分析 3 - 2 1 数据挖掘的基本含义 在商业系统和经济系统中，长期积累的大量数据仅仅依靠传统数据库的查询、统计 手段进行处理，已远远不能满足企业对激增的数据进行更高层次分析的需要。将商业经 验和知识与数据相结合的技术一数据挖掘技术可以把数以万计的数据转化为有用的信 息，使企业能够更好地认识所面临的问题，发现新的市场机会并做出正确的决策，从而 在市场竞争中获得优势地位。数据挖掘把人们对数据的应用，从低层次的末端查询操作， 提高到为各级经营决策者提供决策支持。 数据挖掘( d m ，d a t a m i n i n g ) 是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数 据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程刚。 常常有人把数据挖掘视为数据库中知识发现( k d d ) 的同义词，但更广泛的观点是将数据 挖掘作为k d d 过程中一个特定的、基本的步骤，即从数据中提取模式的过程。 数据挖掘是面向应用的。它不仅是面向特定数据库的简单检索查询调用，而且要对 这些数据进行微观和宏观的统计、分析、综合和推理。发现事件间的相互关联关系，利 用已有的数据对未来的活动进行预测。数据挖掘是一门交叉学科，涉及数据库技术、统 计学、机器学习、模式识别、高性能并行计算、信息检索技术和数据可视化等多门学科 一2 5 东北大学硕士学住论文 第三章相关领域及技术论述 技术。 图3 3 描述了数据挖掘的基本过程和主要步骤，这些基本数据挖掘步骤包括：( 1 ) 定 义商业问题( 确定业务对象) 。这是整个过程的基础；( 2 ) 建立数据挖掘库。这步骤数据 的收集、描述、选择等；( 3 ) 分析数据；( 4 ) 准备数据。包括选择变量、选择记录、创建 新变量、转换变量等；( 5 ) 建立模型，对所得到的经过转换的数据进行挖掘，选择合适的 算法；( 6 ) 评价和解释：仍实施( 知识的同化) 。将分析所得到的知识集成到业务信息系 统的组织结构中去。 八 e 向处理商 e多长 1 韵数据卜 g 图3 3 数据挖掘基本过程示意图 f i g3 3 t h eb a s i cp r o c e s so f d a t am i n i n gc h a r t 如果把数据挖掘作为k d d 过程的一个步骤，那么一个典型的数据挖掘系统应该包括 以下成分1 2 l 】：数据库、数据仓库和其它信息；数据库或数据仓库服务器：知识库；数据 挖掘引擎；模式评估模块；图形用户界面，如图3 4 所示。其中，数据挖掘引擎是系统的 核心部分。 f ，e 数据库或 数据 田 模式 形 数据仓库挖掘 用 评估 户 界 i 争 甩务器引鼙 面 数据仓库 l + l、， 图3 4 数据挖掘系统结构示意图 f i g3 4 t h es y s t e ms t r u c t u r eo f d a t am i n i n gc h a r t 一2 6 东北大学硕士学位论文第三章相关领域及技术论述 数据挖掘的任务一般可分为两类：描述和预测，包括总结规则挖掘、关联规则挖掘、 分类规则挖掘、群集规则挖掘、预测分析、趋势分析、偏差分析等。在进行数据挖掘之 前，首先要根据数据挖掘的任务的不同，确定采用哪一种数据挖掘算法，同样的数据挖 掘任务可以用不同的数据挖掘算法来实现。数据挖掘算法的选择主要取决于两个方面的 因素：一是数据对象的特点；二是用户和实际运行系统的要求。 3 2 2 关联分析 关联规则归纳是数据挖掘的一种主要形式，而且也是无监督学习系统中最普遍的知 识发现形式。它的主要目的是在大型数据仓库中“淘”金。这里的金子指的是人们感兴 趣的一些规则：能够提供一些你原来不知道，或者不能明确表达出来的有关数据库的信 息。 关联分析的目的就是为了挖掘出隐藏在数据间的互相关系。关联分析就是给定一组 i t e m 和一个记录集合，通过分析记录集合，推导出i t e m 问的相关性。例如，“7 2 包含i t e m a 、b 和c 的记录的同时也包含i t e md 和e ”。其中7 2 称为规贝l j “包含i t e ma 、b 和c 的记 录同时也包含了i t e md 和e ”的可信度。 衡量关联分析的数据挖掘结果通常用支持度和置信度来度量。在进行关联分析时用 户需要输入两个参数：( 1 ) 最小支持度( s u p p o r t ) ，以表示这种规则发生的概率：( 2 ) 最小置 信度( c o n f i d e n c e ) ，以滤掉可能性过小的规则。一个关联规则是形如x _ y 的蕴涵式，关 联规则x _ y 的支持度是数据库中包含x n y 的事务( t r a m a e t i o n ) d i 数据库中所有事务的 百分比，即： s u p p o r t ( x = y ) = 骝 ( 3 1 ) 关联规则x = y 的置信度是包含x o y 的事务数与包含x 的事务数的比值，即： c o n f i d e n c e ( x = y ) = 等卑 ( 3 2 ) 满足最小支持度阈值( m ms u p ) 和最小置信度阀值( m i nc o n f ) 的规则称为强关联规 则。关联分析数据挖掘任务就是要寻找强关联规则的过程。即挖掘关联规则问题就是产 生支持度和可信度分别大于用户给定的最小支持度( r a i n _ s u p ) 阈值和最小可信度 ( m i n _ e o n o 阂值的关联规则。 一2 7 东北欠掌硕士学位论文第三章相关领域及技术论述 3 2 3a p r i o r i 算法 a g r a w a l 等于1 9 9 3 年首先提出了挖掘顾客交易数据库中项集间的关联规则问题1 2 2 1 ， 很多研究人员对关联规则的挖掘问题进行了研究，从不同角度提出了数十种关联规则挖 掘算法，主要有a p f i o f i 、a i s 、s e t m 、p a r t i t i o n 、m l t 2 l i 等数据挖掘算法，而其中 以a g r a w a l 等人提i 拘a p r i o d 算法最为著名，其后的数据挖掘算法大多建立在a p f i o f i 算 法基础之上，或改进，或衍生变种。 a p r i o r i 算法是一种找频繁项集的基本算法。项集是事务项的集合，包含k 个项的集 合称为k - 项集。项集a 的出现频率是包含项集a 的事务数。如果项集满足最小支持度，则 称它为频繁项集。频繁k - 项集的集合记作l k 。频繁项集的所有非空子集也都必须是频繁 的。反之，如果一个集合不是频繁集，则它所有超集也不是频繁集】。 a p f i o d 算法使用逐层搜索的迭代方法，l 啊集用于探索( k + 1 埔集。首先，找出频 繁l j 页集的集合。该集合记作l 1 。l 1 用于找频繁2 - 硬集的集合