教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人教學內(nèi)容和課程體系改革項目申報書-基于評價大數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”實踐教學過程控制

2023年美麗軟件科技有限公司教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目申請書項目名稱：基于教評一體化的網(wǎng)絡(luò)安全人才BITS能力培養(yǎng)新模式負責人：聯(lián)系電話：工作郵箱：學校名稱：通信地址：二○二三年七月制填表說明(1)全日制本科高校在職教師或在校學生；(2)原則上不接受之前已獲得過同類項目資助的重復2.有關(guān)項目內(nèi)容、具體要求和說明請參考項目申報指3.項目負責人填寫的內(nèi)容由所在單位負責審核，所填內(nèi)容必須真實、可靠。4.申請書由項目負責人填寫并手寫簽名，報送所在高校主管部門審查、簽署意見并蓋章后，將掃描文件上傳到項目平臺()。項目概況(單選)項目負責人(主要教學及科研工作)獲得藍橋杯軟件設(shè)計大賽省賽二等獎2020.10操作系統(tǒng)慕課設(shè)計和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學能力提升的探究項目主要成員(不含項目負近年來，國務(wù)院和教育部先后發(fā)布《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》《“新一代人工智能”發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》等文件，“新工科”“一流本科課程”建設(shè)方興未艾

[1]。“金課”以“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”（簡稱“兩性一度”）為標準，通常需要科學的、完整的、可追溯的教學過程控制與評價體系作支撐

[2]。隨著“以學生為中心”理念逐漸成為各大高校的共識

[3]，教學過程控制與教學評價逐漸從單一指標評估轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性多元指標評價

[4]，從追求以管理為核心的“教學成果”轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笠詫W生為核心的“學習效果”

[5-6]，面向?qū)W生個性化、多樣化發(fā)展的細粒度教學過程控制逐漸從幕后走到臺前。1“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程實驗教學過程控制的難點“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程建設(shè)“金課”的目標是圍繞培養(yǎng)學生“系統(tǒng)研發(fā)能力、系統(tǒng)應(yīng)用能力、系統(tǒng)分析能力、終身學習能力、職業(yè)規(guī)范能力”5種能力，實現(xiàn)讓“課程優(yōu)起來”“課堂活起來”和“學生忙起來”3個目標。在具體教學實踐過程中，“課程優(yōu)起來”和“課堂活起來”問題可以通過教師主導的課程內(nèi)容重構(gòu)、教學過程設(shè)計、課堂效果評估等方式解決

[7]，但“學生忙起來”問題，主體是學生，是一個自下而上的問題。由于任課教師難以通過統(tǒng)一的平臺實時掌握和控制教學過程，從而也就很難準確計量和評估“學生是否真正忙起來”“學生忙起來的效果怎樣”等細節(jié)，再加上學生群體的自學能動性和問題理解力不均衡、助教的教學能力不足和教學不規(guī)范等因素，無法實時建立教學反饋通道，造成教學內(nèi)容、教學方法和教學評價難以形成完整閉環(huán)

[8-10]，造成該問題無法得到很好的解決。因此，從控制論視角來看，圍繞“學生忙起來”問題，如何通過科學的評價手段進行教學過程控制和反饋，是一流課程建設(shè)背景下“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”實踐教學的難點問題。2基于評價大數(shù)據(jù)的教學過程控制體系整體設(shè)計基于教學評價大數(shù)據(jù)的教學過程控制體系主要分為教學評價反饋控制和大數(shù)據(jù)分析兩個子階段，前者通過教學實驗綜合平臺和發(fā)展性評價系統(tǒng)全方位采集學生、助教和教師參與教學活動的原始信息，在教師、學生和助教之間形成反饋控制小循環(huán)，后者利用教學評價大數(shù)據(jù)，應(yīng)用相關(guān)的智能算法計算得到教學過程控制綜合指標并反饋給教師，形成基于大數(shù)據(jù)的反饋控制大循環(huán)

[11]。整套體系利用數(shù)據(jù)驅(qū)動教學過程控制，通過持續(xù)性的教學評價幫助教師進行教學過程控制，形成“教—學—評”的反饋雙循環(huán)

[12]，如圖1所示。本次項目的實施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺，具有橋梁的作用，項目實施的意義較大。2.項目培訓方式：本項目培訓的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實踐相結(jié)合的培訓方式。大數(shù)據(jù)分析相關(guān)師資培訓研議報告及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相關(guān)學習資料等，。在進行線下培訓時，采用理論+實踐的培訓方式，不僅要注重理論知識，還要注重實戰(zhàn)鍛煉，在實學習成效。為了提高教師的學習效率，以及更好地掌握教師培訓情況，本項目采用以任務(wù)為導向，將培訓內(nèi)容分解成每天的學習任務(wù)，最后以學習日志和課程設(shè)計的形式提交。除進行線下培訓外，還可以帶領(lǐng)高校教師參觀企業(yè)，組織專任教師去企業(yè)頂中去。項目實施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓。3.項目培訓內(nèi)容：本項目實施目的是提高教師專業(yè)技能、教學能力和課程建設(shè)水平。本項目對教師專業(yè)技能的培訓更注重教師實踐能力的提升，培訓內(nèi)容不拘泥于課本理論，側(cè)重于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在企業(yè)中的實際應(yīng)用。通過實際項目演練，加深教師對所學知識點的理解和掌握，使得教師通過培訓達到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。2.2教學評價反饋控制子階段2.2.1

客觀性評價客觀性評價依托于教學實驗綜合平臺（圖2），以學生完成實驗的“過程數(shù)據(jù)”和結(jié)果為主要參考，檢驗學生對于知識的掌握程度，衡量課程目標的達成度。教師根據(jù)課程大綱安排，將課程知識點、習題集等通過教學實驗綜合平臺推送給學生，讓學生按照要求在線完成相應(yīng)的實驗考試，通過自動評判功能將學生完整的實驗過程記錄下來，包括實驗時間、改正次數(shù)、每個問題完成時長等，并對實驗數(shù)據(jù)進行查重和分析，使學生的所有操作記錄、提交的數(shù)據(jù)詳情、實驗評判情況等日志數(shù)據(jù)由平臺統(tǒng)一管理和保存，從而得到每個學生在整個學習周期的實驗過程及結(jié)果大數(shù)據(jù)，作為對學生綜合能力評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

[13]。2.2.2

發(fā)展性評價發(fā)展性評價數(shù)據(jù)來自于發(fā)展性評價系統(tǒng)（圖3）?！皵?shù)據(jù)庫系統(tǒng)”課程為解決實踐教學過程控制問題，配備了實驗課程助教，每名助教負責指導30名學生。助教可以更加專注于每一個學生的具體需求，并提供一對一的輔導和幫帶。發(fā)展性評價產(chǎn)生于教師、助教和學生三者互相依賴的教學過程中，通過互評的形式建立穩(wěn)定的評價循環(huán)，是一種更加主觀、開放的評價方式，用于衡量學生的綜合能力及潛能，同時也可以判斷助教的教學能力強弱

[14]。2.2.3

評價系統(tǒng)運行規(guī)則和設(shè)計原則運行規(guī)則：實驗評價系統(tǒng)通過電腦、手機等智能終端登錄使用，可定制多種在線問卷或投票，便于收集不同維度的評價數(shù)據(jù)。①助教對學生的綜合能力形成性評價主要基于學生學術(shù)成果或?qū)嶒炄蝿?wù)的獨特解決方案等“代表性”成果，使用文字描述為學生成長的各種里程碑事件“打標簽”。②學生對助教的認可性評價通過打分和投票來計量。③教師對助教的工作績效評價主要依據(jù)助教完成任務(wù)情況，任課教師對助教工作擁有一票否決權(quán)。④教學互動效果評價來自于學生評教信息，系統(tǒng)通過自然語言處理算法提取文本的關(guān)鍵信息，并結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)檢測和判斷教師學生之間的溝通是否存在障礙。設(shè)計原則：①信息不對稱原則。從學生視角來看，系統(tǒng)會向?qū)W生公開助教的得分情況，但是學生無法得知助教對自己的評價，從助教視角來看，系統(tǒng)會在教師對助教工作完成績效評價之后公開其績效得分，在此之前助教無法獲知學生對自己的投票打分情況，通過此原則可以避免學生與助教的作弊行為

[15]。②匿名原則。助教僅能獲知最終的評價結(jié)果而不能獲得每名學生的打分情況，學生對教師的上課情況可以匿名建議，匿名原則可以很好地保護學生、助教和教師的隱私

[16]。③公平原則。從教師視角來看，學生與助教的互相評價是一個動態(tài)博弈的過程

[17]，教師利用博弈過程中的評價信息實現(xiàn)對教學過程的有效控制。動態(tài)博弈需要公平的環(huán)境才會保證評價過程的持續(xù)性和穩(wěn)定性，因此系統(tǒng)在設(shè)計上對于所有助教和學生一視同仁

[18]。2.3大數(shù)據(jù)分析子階段評價大數(shù)據(jù)：評價大數(shù)據(jù)的“大”主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量上，既包括學生實驗過程中大量操作日志、實驗過程記錄、代碼和實驗報告等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，又包括評價系統(tǒng)中評分、投票、標簽等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)量隨著時間推移不斷積累，是典型的高維異構(gòu)時間序列數(shù)據(jù)。通過異質(zhì)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時間序列卷積網(wǎng)絡(luò)或基于Transformer結(jié)構(gòu)的相關(guān)時間序列算法，計算出每個學生的評價特征，并進行學生之間的特征相似性分析、關(guān)聯(lián)分析等，最終形成學生個性化的評價特征畫像

[19]。異常檢測：異常檢測利用分類、聚類、統(tǒng)計等方法發(fā)現(xiàn)并標記異常，幫助教師發(fā)現(xiàn)教學過程中學生、助教或者課程中出現(xiàn)的整體性或局部性異動。常見的異常：某學生在客觀性或者發(fā)展性評價某項指標中發(fā)生突變而且幅度較大，需要及時提醒教師對該學生進行重點關(guān)注；學生整體在某項指標上發(fā)生較大幅度波動，可以認為是課程在作業(yè)設(shè)置、試題難度或者教學方法上出現(xiàn)異常，應(yīng)提醒教師調(diào)整課程難度或授課方式。評價權(quán)重自學習：評價權(quán)重自學習功能主要對發(fā)展性評價中助教學生互評進行權(quán)重計算，剔除無效、重復評價，并自主學習評價人的歷史行為，對經(jīng)常提供高質(zhì)量評價的學生或者助教給予更高的賦分權(quán)重值，代表其評價更具有說服力；另外利用自然語言處理相關(guān)技術(shù)，對評價內(nèi)容進行信息抽取和分類，對不同類別的評價賦予動態(tài)的權(quán)重系數(shù)，從而使評價得分更加全面。統(tǒng)計分析：統(tǒng)計分析功能從整體上關(guān)注課程的全部評價信息，通過大數(shù)據(jù)可視化工具和模型，計算并生成學生評價直方圖、雷達圖、云圖等，幫助教師或管理人員更加直觀地審視教學效果和學生能力培養(yǎng)效果

[20]，另外，統(tǒng)計分析也可以從不同專業(yè)、不同教研組的維度橫向?qū)Ρ冉虒W評價規(guī)律的異同，為教學研究工作提供可靠的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)

[21]。時序分析：時序分析功能提供給學生一個從時間維度全面觀察自己成長過程的窗口，不僅可以展現(xiàn)個人成長過程中客觀評價、發(fā)展評價的變化軌跡，并為每個學生繪制個性化的評價畫像，通過時序相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)個人成長中的關(guān)鍵節(jié)點或者重要階段，為指導教學工作的連續(xù)性提供新的線索和思路。通過本課題的研究，力求達到以下預期目標：（1）對區(qū)域代表性企業(yè)進行調(diào)查走訪，通過調(diào)查結(jié)果分析得到圍繞軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求及畢業(yè)要求的解決復雜工程問題的創(chuàng)新能力需求報告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實踐教學中將OBE教學模式進行應(yīng)用，包括共同進行項目選擇、案例設(shè)計、場景設(shè)計及實施過程；（3）校企雙方教師在課程設(shè)計中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過程化考核機制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實踐效果的應(yīng)用研究報告；（5）發(fā)表教學改革論文1-2篇。2023年8月-2023年1月：開展性工科產(chǎn)教融合、校企合作模式相關(guān)外政策及文獻的整理，并對相關(guān)文獻和法規(guī)進行研究探索，深入理解國家對新工科專業(yè)人才需求的具體標準和方向，并以此為基礎(chǔ)對國內(nèi)知名高校新工科專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進行調(diào)研，收集整理相關(guān)信息資料，通過學術(shù)交流等方式與領(lǐng)頭高校專業(yè)負責人和領(lǐng)域?qū)＜疫M行溝通探討，找到新工科專業(yè)與優(yōu)質(zhì)企業(yè)進行產(chǎn)教融合、校企合作的型模式，新標準。2024年2月-2024年7月：對現(xiàn)有“新工科”專業(yè)校企聯(lián)合培養(yǎng)模式進行深入分析，進一步明確校企合作下的“新工科”專業(yè)辦學定位，調(diào)整課程體系架構(gòu)、學分設(shè)置、課程設(shè)置，實踐實習課程內(nèi)容，制定出一套更加符合國家對“新工科”專業(yè)人才在交叉學科領(lǐng)域中實際工作能力勝任要求的實用型課程體系。2024年8月-2025年1月：與企業(yè)協(xié)商簽訂“雙師型”教師培養(yǎng)計劃，并將雙師型教學引入專業(yè)課程教學體系，在學生專業(yè)學習、政治理論學習、思想建設(shè)和實踐學習中發(fā)揮重要作用。2025年2月-2025年4月：完善校企合作育人模式下的實踐創(chuàng)新教學體系，一方面，利用學校和企業(yè)資源，幫助學生理論結(jié)合實踐完成實習實踐學習計劃；另一方面，同時開展大學生科研訓練計劃、大學生科研活動、大學生專業(yè)學科競賽、大學生創(chuàng)業(yè)知培訓和大賽、實驗教學手段更新與改革和實驗室開放等活動。202