皇冠体育官方平台,皇冠体育官方平台,原标题：新工科背景下行业知识图谱与大数据智能项目制毕业设计课程模式探索与实践

　　当前，全球范围内，以人工智能、大数据、云计算等为代表的新一代信息技术，颠覆了人们长期形成的认知理念、思维模式和活动方式[1]。为了应对新一轮科技革命及产业变革，教育部提出旨在培养符合当前和未来科技发展和产业革命需求的卓越工程创新人才，聚焦学生培养持续创新的工程教育的新工科建设[2]。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径[3]。

　　国内外当前已有多个发展成熟的工程教育改革模式，如能力导向教育模式（CBE）、成果导向教育模式（OBE）和构思—设计—实施—运行教育模式（CDIO）等[4]。此外，麻省理工学院不仅提出了国际科技计划（MISTI），而且还提出了 NEET 改革理念、方法和技术[5]。当前我国很多高校和课程已将这些模式和方法借鉴改进之后，用于自己的教学中。如文献[5—6]中，分别对研究生课程改革和 Java 程序设计课程改革的过程进行了阐述。另外，当前已有多种教学模式被使用，如基于案例的教学（CBL）、以团队为基础的学习（TBL）、基于问题的教学（PBL）、研究型教学模式（RBL）等。其中，基于问题的教学（PBL）又可以理解为基于项目的教学方式，这种方法已经在很多专业和课程中被使用和研究，现在已经比较成熟，如文献[7—10]中主要是在国外的应用，而文献[11—14]中主要是国内不同专业对该方法的研究和探索。

　　高等教育本科阶段毕业设计当前已基本形成固定的教学和管理模式，因此相关创新研究相对较少，文献[15—16]中从工程师培养、文献[17—18]中从应用型人才培养两种角度，分别对毕业设计的实施模式进行了探索和研究。

　　行业知识图谱与大数据智能课程一般在大二开设，将知识图谱与大数据相关知识进行讲授。此外，在大四毕业设计中设置行业知识图谱与大数据智能相关主题的题目，选择此类题目的学生，一方面，因为之前已经有过类似的课程作业，陌生和抵触的情绪会减少，另一方面，毕业设计再次巩固和拔高相关课程中的内容，进而达到能够实际运用的程度。这样就形成了课程和项目的双轮驱动。

　　以行业知识图谱与大数据智能为主题的毕业设计，有自己独有的特征，比如，因为涉及不同的行业背景，这些行业与计算机相关背景结合就形成了学科的交叉和融合；不同行业或者专业背景的学生要对其行业构建知识图谱和系统，则必然会形成学科交叉的小组，共同探讨、互相学习，如果将各阶段的讨论和交流规范化，以系统化、项目化的指导思想来管理，进而形成固定的模式，则将为跨专业毕业设计及教育理念提供一种新思路。

　　高校毕业设计一般是为了让学生练习和运用前几年所学知识，完成综合性的实践项目。但是，当前很多毕业设计题目为指导教师虚构或改编，少有真正使用的情况。这种做法，一方面会导致最终的质量大打折扣；另一方面，学生和教师从心理上会将毕业设计只是当作普通的大作业来看待，积极性不高、重视程度不够，教师的驱动力不足，这样也就很难发挥出毕业设计应有的价值。

　　知识图谱与大数据智能技术结合不同的行业，最终构建不同行业知识图谱的可视化形式，是非常有价值和意义的。此类毕业设计以项目制的模式实施，以能真实使用为目标。进一步将目标分为 3 个等级（图 1 ）：①要求项目能够被真实的用户真实使用，即“真用户真应用”，为此，项目设计时须要考虑很多实际问题，并且投入使用后，还要根据用户的反馈进行后期维护，以此为目标，开发的项目质量会更高、更完善；②如果产品技术和质量足够好，则目标更高一层，用户使用该项目产品要支付一定的报酬，即用户付费使用；③如果用户量提升，则可能需要专业的计费管理，并且更针对某些用户群体，考虑怎样扩大营利，达到商业化应用的目标。

　　对于行业知识图谱与大数据智能相关的毕业设计的研发过程及成果的考量和评价：由于在完成该毕业设计时，统一要求使用 Semantic Mediawiki 平台（简称 SMW ），因此主要设置对 SMW 平台的运用和功能的实现为任务和目标，包括资料收集、数据搜集、信息检索、图谱探索、态势研判、算法洞察和决策应用 7 个层级（项目目标），完成某一阶段任务之后，可以进阶到更高一层目标，实现目标的越阶。具体内容如图 2 所示。

　　传统的毕业设计模式更注重基于学科的知识习得，容易在一定程度上忽视知识的动态发展与知识之间的联系。本科阶段分专业以后，对于学生的培养会严重受学科限制，接触本专业以外的知识很少，思想被禁锢、难以发散，最终造成学生能力比较单一，在遇到复杂的综合性工程问题时，难以快速且发散地提出有效的解决方法。

　　项目制的毕业设计，尤其以行业知识图谱与大数据智能相关主题的毕业设计，与传统方式相比，其特点和优势为：①重构培养模式，革新培养理念。项目制的培养方式不要求学生必须以学习该专业的知识为主，而是转变目标和方法，更注重培养能够解决复杂问题的全能的优秀人才；②构建项目连接，打破学科壁垒，以完成既定项目为目标，期间可能用到的多个学科知识，不同专业的教师轮流来讲解；③以学生为中心，布局多元路径选择。围绕学生各项能力培养制订项目任务，统一最终目标，但不规定路径，让学生有更大自由选择和发挥的空间。

　　项目制的毕业设计实施完全参照项目研发的过程，以行业知识图谱与大数据智能相关主题的毕业设计为例，主要实施过程包括启动过程、规划过程、执行过程、监控过程和收尾过程几个主要阶段，并且分阶段涉及项目整体、范围、时间、质量、沟通和人力资源的管理。项目过程阶段及对应活动如图 3 所示。

　　毕业设计过程增加学生自组织的形式，选择管理和业务能力比较突出的学生作为组长，来管理与自己选择相似主题项目的组员，主要管理每周的交流和小组的汇报，沟通协助解决技术等方面问题。

　　“行业知识图谱与大数据智能”相关的毕业设计，本身就是一个大的项目，对于项目制毕业设计的教学模式也主要以基于项目的学习为主。

　　（1）以学生为中心。①从传统的模式转变为以学生的学习和成长为核心，推动教学从“教”向“学”转变，实现从“以教师为中心，指导学生获得知识”向“以学生为中心，指导学生运用知识”的转变；②关于角色，学生成为积极、主动、富有创造性的学习者，教师转变为学习环境的营造者、教学活动参与者、教学过程的促进者。

　　（2）注重学生体验。以真实工程项目为依托，通过真实体验、反思观察、抽象概括、行动应用 4 个环节让学生理解知识，从而实现教学目标。

　　（3）问题导向的学习。在毕业设计项目开始时，先了解用户需求，让学生为了解决实际问题而巩固知识，提升各种技能。

　　（4）面向工程实践的全过程式学习。在项目制毕业设计研发中，以产品的生命周期为工程教育环境，通过设置知识相互关联和支撑的课程体系和集成化的教学过程，把专业知识的衔接与工程项目的过程性相互关联，达到使学生整合知识、发现工程创新点、提高创业能力、从学校到职场顺利过渡的目的。

　　以天津大学新工科项目负责人李雪威老师指导的题目“化工领域专家知识图谱构建与浏览”毕业设计为例，由于选做“行业知识图谱与大数据智能”相关主题的学生来自智能与计算学部、化工、经济管理、环境科学等不同的院系专业，不同的专业背景，反而有利于交流和促进。成员之间分组协作，共同学习知识图谱方法和技术皇冠体育网站下载,，根据自己的专业（行业），每个人负责不同的题目。比如，该“化工领域专家知识图谱构建与浏览”课题所在的应急管理小组，还负责“食品安全事件应急处置专家知识图谱构建与应用”“基于因果分析的化工过程安全知识图谱构建”等题目。

　　项目立项时根据学生的管理能力、技术能力、合作稳定性等方面来选择项目组长（项目经理）。之后，组建团队，项目组长遵循一些原则挑选自己的组员，基于项目需求，组建包括工程与非工程专业的跨学科的团队。该应急管理组选择了计算机专业的同学作为组长，另外还包括化工、管理、环境科学等专业的8位同学，制订项目计划，强调系统设计与开发（此环节注重阶段性文档编写），定期进行设计审查，及时根据合作方的反馈意见进行调整、优化等，考虑系统发展和支持情况。

　　项目制毕业设计以完成整个项目并应用为最终目标，由于行业知识图谱与大数据智能毕业设计主要使用 SMW ，过程中亦可使用 SMW 平台进阶目标作为衡量标准，如“化工领域专家知识图谱构建与浏览”毕业设计课题从平台阶层看，达到了 3 阶标准。

　　毕业设计要求 16 周内完成，但是中间有寒假，实际大约 20 周左右，毕业设计选题和实施过程如图 4 所示。16 周中，可以前 6 周搜集、阅读并学习知识图谱概念、数据爬取、环境配置等相关内容，整理行业知识，翻译外文资料，期间，花 1~2 周进行环境和工具的安装部署；第 7 周开始，学习并使用 SMW 平台不同插件；第 8 周以后，进行数据搜集，实现化工领域等信息的爬取和知识抽取，定义、选取数据源 Schema 并在 SMW 上实现对其管理，使用人工标识和审核的方式，完成符合 Schema 的数据集、三元组等；到第 10 周结束，要基本实现系统平台和知识图谱的展示；11~15 周对 SMW 平台进行维护并撰写毕业论文；第 16 周准备答辩汇报材料。

　　从选题开始，要求学生每天写日志，包括小结、明日计划、存在问题与感悟。每周召开小组会，汇报各自一周的项目进展和遇到的问题，会上完成问题和解决方案的讨论，如果仍然解决不了，则根据问题寻求校内导师或者企业导师帮助。第 4 周安排开题报告，导师团进行评价与指导。所有人每月要以组为单位进行该阶段报告和交流，月汇报有研究生的参与，可以及时给予精准的指导。项目中间阶段会有中期检查，以便对进度和质量进行审查和督促指导。此外，在前 5 周组织研究生和教师对 SMW 平台、常用插件和知识图谱基础知识进行培训与学习过程分享。最后根据学校整体安排，进行毕业设计答辩，评委老师审核课题是否通过，并进行评级。项目最终要将文档（如需求分析、方案设计、图谱构建、开发部署等相关文档）进行汇总，文档逐渐积累和丰富，既可以作为毕业设计的支撑材料，也可以帮助后续学习者快速上手，从而形成良性循环。此外，如果是实际应用的项目还要进行后期维护工作。

　　学生的日志和月报告等都要求上传到相应的平台上，促使学生做好总结，并制订目标和规划，整理留档，以方便查阅，督促自己、激励他人，某位学生平台上的部分截图如图 5 所示。

　　该学生的毕业设计对化工领域专家知识图谱的系统和平台进行了设计与实现。从对系统的整体构建设计，到数据爬取、数据 schema、字段属性等的筛选与尝试，设计语义模糊和精确搜索功能，最后基于 Semantic MediaWiki 平台将化工领域专家知识图谱系统进行了实现。过程部分截图如图 6 和图 7 所示。

　　传统的毕业设计组织和实施方式，存在以下几个问题：①毕业设计题目通常是教师自拟，缺乏新颖性、实用性和实际意义；②每个毕业设计题目都是独立的，相互基本无关联，同学交流讨论空间少；③每一位学生只能与一位导师联系；④过程中如果遇到困难，除了网络和自己导师，一般少能有寻求帮助的对象；⑤毕业设计管理比较固定且松散，除了期中和期末的答辩和毕业论文的评价，缺少中间过程管控；⑥当期末答辩及毕业论文交完以后，此题目的生命周期就结束了。

　　项目制毕业设计以实际应用为目标，以项目需要为导向，注重团队协作，注重案例（已有项目）的学习和应用，注重项目式开发特色，类似于 PBL（基于问题/项目）+TBL（基于团队的教学）+CBL（基于案例的教学）的结合，集成了这几种教学方法的优点。此外，还关注项目全过程的管控和评价。

　　项目制毕业设计针对前文提到的问题，在表1中给出了特有的处理方式：①项目制毕业设计题目是跨专业导师组合后根据现实项目需求，结合企业工程师建议修改得来；②项目制毕业设计题目划分为几个大的领域，结构和内容相似的题目在相同领域中，根据题目分类学生也分成了小组；③每位学生对应的是工程师与多个专业背景导师组成的导师团；④学生在毕业设计过程中遇到问题，可以先网络查询，仍有问题的话，可以在每周组会时与同组同学共同讨论，若仍未解决，可以联系研究生助教、企业工程师或相应专业的导师；⑤项目制毕业设计要求每日日志、每周组会、每月汇报等多种过程管理方式结合，成果评价时，除导师团中多位教师进行综合评价外，还有不同比例的个人和所在小组评分；⑥项目制毕业设计题目来源于真实项目，项目本身有其生命周期，答辩结束后，毕业设计项目并不会因此终结，还须测试、交付及维护等。

　　新工科背景下项目制毕业设计的教学模式是一种可以跨学院、跨学科的毕业设计全新组织形式，实现了学科的交叉，融入不同专业背景教师、企业工程师和研究生共同担任导师，以学生为中心，并且寻找科研与教学融合、产出与教学融合的切入点，构造以产品生命周期为工程教育的环境，是叠加专业知识和能力培养的全工程项目全过程的项目制毕业设计新模式。

　　对于不同专业背景学生怎样更高效地配合和互补，还需要不同学院在教学规划和教师交流上，更多地协调和磨合。各学院具体以怎样的方式合作，在新工科、新文科背景下是一个尚待研究的问题；另外，校内导师和企业工程师对学生毕业设计负责的分工还有待明确划分。

　　[1] 金东寒. 深化拓展新工科建设培养新时代卓越工程师[J]. 中国高等教育, 2022(12): 12-14．

　　[4] 李津津, 叶佩青. 新工科背景下贯通式项目制研究型综合实践教学模式探讨[J]. 中国大学教学, 2020(10): 58-61．

　　[5] 刘进, 吕文晶. 人工智能时代应深化研究生课程的学科融合: 基于对MIT新工程教育改革的借鉴[J]. 学位与研究生教育, 2021(8): 40-45．

　　[12] 崔晶晶, 袁华. 情境化教学法和PBL教学法在大学有机实验课程中的应用: 以蒸馏、分馏及沸点的测定为例[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(6): 222-225, 229．

　　[17] 陈晓斌, 赵卉. 构建应用型专业本科生前期“三位一体”培养模式的设想[J]. 中南大学学报(社会科学版), 2012, 18(6): 187-190．

　　[18] 桂智明, 杜金莲, 杜晓林. 新工科背景下融合学科竞赛的毕业设计实践教学模式[J]. 计算机教育, 2023(7): 106-110．

　　基金项目：天津仁爱学院教学改革研究重点课题“产教融合视域下应用型本科高校ICT产业学院人才培养模式的研究与实践”（JGZ2304）。

　　引用格式：白丽瑞,罗才喜,王丰,等.新工科背景下行业知识图谱与大数据智能项目制毕业设计课程模式探索与实践[J].计算机教育,2024(3):210-217.返回搜狐，查看更多