ISM法分析工业工程专业课程设计.docx

ISM法分析工业工程专业主要课程设置摘要：课程设置是高校课程设计的重要环节。课程设置次序有问题，将导致学生学习困难，教师授课困难，因此分析我校电子工程专业课程设置的合理性很有必要。将ISM分析法引入课程设置的过程，得到课程之间的等级划分，建立课程体系的层次分类图，可以为课程的开设提供一个科学的依据。ISM法对教育技术学本科课程体系进行了分析，以图的形式直观地展示了课程的设置层次及衔接关系，探讨了课程体系层次图所对应出的学科特点、课程关系、内在逻辑与外在形态。经ISM法分析得知我校电子工程专业课程设置是合理的。关键词：ISM 分析法；课程设置；目标矩阵；等级划分1.问题分析 1973年，Warfield提出的解释结构模型是一种基于有向图的分析复杂系统的结构模型。侧重于元素间关系的测辨和模型结构的确定，是从概念模型到定量模型的中介。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相互关系对系统总体的影响等问题。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。课程设置是高校课程设计的重要环节。课程的设置既要考虑社会对该专业的人才需求的特性，也要考虑各课程设置的学时、内容、学分及其知识前后的衔接关系。在一些专业中，尽管开设了很好的课程，但由于课程设置次序有问题，导致学生在学习某门课程时，其前期基础不具备，学生学习困难，教师授课困难，而某门课程由于其后续课程已开设，学生再学则出现知识上的重复，浪费时间，因此研究各门课程之间的关联关系，可以为高校课程设计提供一个科学的依据。解释结构模型法(简称ISM 分析法)是用于分析与提示复杂关系结构的有效方法，它可将系统中各要素之间的复杂、零乱关系分解成清晰的多级递阶的结构形式。该方法主要用于分析教学内容类别及其性质。在一个专业的课程设置中，我们需要在不同的学期开设不同的专业课程，而不同的专业课程之间存在着知识前后的结构关系，因此，如何确定课程的开设次序是一件非常重要的工作。ISM 分析法能够通过一系列的步骤将存在着上下层关系的教学目标转化为一个层次结构。在本文中，我们用课程名替代教学目标，利用ISM 分析法很容易地得到我校电子工程专业各门课程之间的层次分类结构图，进而与我校现行的课程设置比较，分析我校现行的课程设置是否合理。2.初步系统分析ISM方法的作用是把任意包含许多离散的，无序的静态的系统，利用系统要素之间已知的、但凌乱的的关系， 揭示出系统的内部结构。其基本方法是先用图形和矩阵描述各种已知的关系，在 矩阵的基础上再进一步运算、推导来解释系统结构的特点。其基本步骤如下：（1）建立系统要素关系表（2）根据系统要素关系表，作出相应的有向图形，并建立邻接矩阵；（3）通过矩阵运算求出该系统的可达矩阵M；（4）对可达矩阵M进行区域分解和级间分解；（5）建立系统结构模型。在我校工业工程专业课程体系中，开设了很多课程，但为了是分析更加简单有效，我们去除了一些课程，诸如英语类，人文类以及各门军事课程，仅保留与工业工程专业密切相关的各门课程。最后挑选了如下15门专业课程：(1)高等数学；(2)大学物理；(3)计算机文化基础；(4)线性代数；(5)概率论与数理统计；(6) 物理实验；(7)数学实践与建模；(8)C语言程序设计；(9)统计学；(10)管理学；(11)微观经济学；(12)机械制图；(13)管理信息系统；(14)系统工程概论；(15)工业工程基础。这十五基本组成了本专业所需掌握的知识。在这15门主要课程中，有些课程是既可是一些课程的基础课程，也可是其它课程的后续课程，而只有在先修课程学习掌握后，才能开设后续的课程，以确保学习的进度。3.基于ISM分析法的具体实施（1）.确定各门课程之间的关系及关系图与邻接矩阵在每门课程的教学大纲中都包含有该课程开设前所应先开设的基础课程，下面通过一张表格将以上十五门课程之间的关系表示出来原课程先修课程原课程先修课程1高等数学无9统计学课程1，52大学物理课程110管理学无3计算机文化基础无11微观经济学课程104线性代数课程112机械制图课程15概率论与数理统计课程113管理信息系统课程3,106 物理实验课程214系统工程概论课程4,57数学实践与建模课程1,3,4,515工业工程基础课程128 C语言课程3（表1-课程之间关系表）由以上的课程之间的关系表可得到各课程之间的关系图如下：（图1-各课程之间的关系图）邻接矩阵描述了系统各要素之间直接关系，它具有如下性质：123456789101112131415101011010100100020000010000000003000000110000100400000010000001050000001010000106000000000000000700000000000000080000000000000009000000000000000100000000000101001100000000000000012000000000000001130000000000000001400000000000000015000000000000000 .邻接矩阵和有向图是同一系统结构的两种不同表达形式。矩阵与图一一对应，有向图确定，邻接矩阵也就唯一确定。反之，邻接矩阵确定，有向图形也就唯一确定。.在邻接矩阵中，如果第j列元素全部都为0，则这一列所对应的要素i可确定为该系统的输入端。根据各个课程之间的关系，某课程与先修课程之间的关系可以通过邻接矩阵A表示出来，若元素i为元素j的先修课程则可得到在邻接矩阵中我们可以得出=1,否则为0，如下表所示：（2）.得到可达矩阵，进而得到各个目标课程的层次分类通过邻接矩阵的分析我可达矩阵M=,此处为单位矩阵。如图所示，得到的可达矩阵M如下123456789101112131415111011110100101120100010000000003001000110000100400010010000001050000101010000106000001000000000700000010000000080000000100000009000000001000000100000000001101001100000000001000012000000000001001130000000000001001400000000000001015000000000000001（表2-可达矩阵）通过分析可达矩阵，顺着行横看进去，凡是元素为1的列所对的单元都在先行集R（i）；顺着列竖看进去，凡是元素为1的行所对应的单元都在可达集A（i）。可以得到各个元素的R（i）和A（i），如下图所示SiR(Si)A(Si)C(Si)B(S)11,2,4,5,6,7,9,12,14,1511122,61,2233,7,8,1333344,7,141,4455,7,9,141,55662,66771,3,4,5,77883,88991,5,991010,11,13101010111110,11111212,151,121213133,10,131314141，4,5,141415151，12,1515（表3-区域划分表）可达矩阵转换为如下块对角矩阵：1245679121415101113381111111111100000201001000000000040010010010000005000101101000000600001000000000070000010000000009000000100000000120000000101000001400000000100000015000000000100000100000000000111001100000000000100013000000000000100 3 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 111 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 通过分析，R（i）和A（i）的交集对最上级单元来说，就和它的R（i）相同，根据公式R（i）=R（i） A（i）我们可以得出最上级的元素，在得出最上级元素后，把它们暂时去掉，再用同样的方法可以得出次一级诸元素，这样下去便可得出一级级的元素划分。得出的级别划分结果如下：第一级为课程6,7,8,9,11,13,14,15,；第二级为课程2,3,4,5,10,12,；第三级为课程1。4.结果分析通过对各门课程的等级划分得到的课程设置为课程安排学期课程安排学期1高等数学学期一9统计学学期三2大学物理学期二10管理学学期二3计算机文化基础学期二11微观经济学学期三4线性代数学期二12机械制图学期二5概率论与数理统计学期二13管理信息系统学期三6 物理实验学期三14系统工程学期三7数学实践与建模学期三15工业工程基础学期三8 C语言学期三（表4-理想课程设置表）下面给出我校实际的课程安排计划课程安排学期课程安排学期1高等数学学期一9统计学学期二（下）2大学物理学期一（下）二（上）10管理学学期二（上）3计算机文化基础学期一（下）11微观经济学学期二（下）4线性代数学期二（上）12机械制图学期二（上）5概率论与数理统计学期二（下）13管理信息系统学期二（下）6 物理实验学期一（下）14系统工程学期二（下）7数学实践与建模学期二（下）15工业工程基础学期二（下）8 C语言学期一（下）（表5-我校课程设置表） 对比两种课程设置，两者存在不同，分析原因如下：对于高等数学、按分析应放在第一、然而，在实际中也放在第一学期，将大学物理放在第二学期，而实际却放在学期一下和学期二上，对于我们分析的来说只是晚了一点，相对来说也是合理的。而计算机文化基础由于没有先修课程，尽管按分析应放在第二学期，但是把它放在第一学期也是合理的。还有管理信息系统，系统工程，工业工程基础等等分析等一些课程虽然与分析有些出入，但因为这些课程设置在它们的先修课程之后，同样是合理的。大学为了平衡各学期课程，不至于有的学期课程多有的学期课程少，课程设置才与分析不尽相同，但课程设置并没有使某些课的先修课程放在它们之前，故大学对本专业课程设置是完全合理的。 该研究还存在一些不足之处。第一，课程选择不够全面。我们只节选了本专业课程中的一部分主要专业课程，删去了像英语类、思想类、军事类等课程，使分析不够全面。第二，忽略了一些课程之间弱关系，且有些课程是互相联系的，但是我们只考虑其中的主要关系。5.小结大学中课程设置涉及到的因素较多，但是课程开课顺序对学生的学习和教师的教学具有很大的影响，开课顺序反映了一个专业知识结构的前后顺序，开课顺序得当，学生学