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产教融合项目知识图谱构建及图数据库实现

范文

邱胜海　董莺　杨铭　李晓　王为民

摘要：将产学工程项目引入到教学中，不仅有助于提高学生的实践能力，还能提高学生的学习兴趣和教学质量，有利于培养高素质、高技能人才。以IE专业为例，分析了校企工程项目、专业知识与课程之间的语义，运用图数据库Neo4j构建了项目知识图谱，最后使用Cypher语言实现了项目课程化设计思路。实例表明：利用知识图谱挖掘工程项目、专业及课程之间的联系，有助于设计一个结构良好、适应变化的课程体系。

关键词：产学融合;项目化教学;知识图谱;图数据库

中图分类号：G642? ? ? ? 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）01-0038-03

Abstract： Introducing the engineering projects into teaching will not only help improve students' practical ability， but also improve students' interest in learning and teaching quality， and will help cultivate high-quality and skilled talents. Taking the IE major as an example，it analyzes the semantics between projects， professional knowledge and courses，and constructs the knowledge graph of project by using the graph database Neo4j， and realizes? the project curriculum design ideas by using Cypher language. The example shows that the use of knowledge graphs to mine the connections between engineering projects， majors and courses is helpful to design a well-structured curriculum system.

Key words：Integration of enterprises with universities ; Project teaching;Knowledge Graph ;Graph Database

1 引言

新工科背景下，强调大数据、云计算及网络空间安全等新技术通过产教合作项目与传统的工科专业深度融合。因此产教深度融合是新工科得以实施的重要途径，也是新型人才培养的重要模式。2017年国家颁发的《关于深化产教融合的若干意见》及十九大报告将“深化产教融合、校企合作”作为职业教育发展的重大决策，其目的是在高等院校与企业之间搭建了一个全面的深度合作平台，用以培养顺应未来发展趋势的高端技术人才。

在工程化项目教学方面，我国近年来针对行业的特色，提倡部分课程进行教学改革，如课程项目化、项目课程化。其核心是在产教融合框架下，将产学合作项目应用到实际教学过程中，有利于提高学生的就业和双创等综合能力，提高学生的学习热情和教学质量，有利于培养德智体美劳等全面发展的高素质、高技能人才。目前国内外学者对项目化教学提出了许多有价值的实践方案、方法及措施。项目化教学是根据工作岗位情况设置情境，利用真实的产学合作项目进行任务实训，组建项目小组，进行任务分工，团结协作，在项目任务驱动下，训练学生的动手实践能力，进行职业技能、知识的应用和团队合作精神。通过项目化教学，能够极大缩短了学生对专业基础理论与实践之间的距离，强化了实践教学环节，加强了学生的专业知识与实践经验的相互融合，能够培养企业需要的复合型、创新性人才[1-3]。项目化教学与传统教学比较，在项目实施过程中，通过对真实项目进行分工和协作，以培养学生的角色认同度和责任感[4]。可以将教学项目分为若干小项目，按照项目教学“六步法”实施教学改革[5]。但是由于产教融合诸多利益相关者的积极性低，高校和大企业的研究实践孤立，高校课程体系缺乏变化、项目跨学科问题以及经费安排不合理，因此实施基于项目化教学存在一些问题。高校需要在教学和研究中克服学科的局限性，并争取跨学科性[6]。文献的研究大都都是根据经验来进行项目化教学，由于项目与课程内容、专业知识及企业生产的产品相关，目前的研究尚没有彻底解决项目化与课程之间关联的有效方法与手段。

近年来，学校在传统的机械、电力等优势工科的基础上，主动对接企业需求，深化产教融合、开展多种形式的校企合作。因此，以长期从事产学合作项目的经验为例，研究项目与课程之间的内在关联具有重要的意义。

2 工程化项目知识图谱的构建

2.1 工程化项目相关数据语义分析与建模

当某企业需要启动某项产教融合项目，需要与相应的高等院校合作开发，根据项目类型和项目内容确定哪些学校的哪些专业符合开发要求，通过专业设置中课程知识点与项目所使用的知识点的匹配情况、工具情况、人员情况等来组织团队参与项目的建设。

通过调研分析学院近10年工业工程专业与企业进行的产学合作信息类项目，确定的相关实体包括：项目、企业、学校、专业、课程、知识点、工具、方法、理论、参加人等，学校与专业、专业与课程、课程与知识点、学校与企业、企业与项目、项目与知识点、知识点与使用的工具、方法及理论、参加人与项目之间都有联系，其联系名称分别为：拥有、学习、包含、合作、拥有、使用、使用、参加。知识点与知识点之间、课程与课程之间具有自反的联系，联系名称为先修。这10个实体对应图模型的10个节点（图的顶点），节点的标签与实体集的名称一致，联系名称对应图模型的12个联系（圖的边），其中节点及联系都具有相应的属性描述，例如：项目实体可用七元组描述为：项目：：=<项目编号，项目名称，项目类型，负责人，承担学校，所属公司，经费>;参加人实体用六元组描述为：参加人：：=<编号，姓名，性别，年龄，所学专业，所在班级>，参加人与项目之间的联系为“参加”，“参加”关系可用三元组描述为：参加：：=<参加时间，参加角色，主要贡献>;限于篇幅，其他实体及联系描述在此不再赘述，相关的图数据库模型如图1所示。

2.2 基于Neo4j图数据实例及Cypher语言实现查询

Neo4j是一款工业使用的图数据库产品，非常适合于知识图谱的构建及实现，其使用的Cypher简单、直观及易学[7]。将近3年的项目信息按照图模型的格式导入到Neo4j中，得到图2所示的实例。

根据知识图谱，使用Cypher检索相关的信息，为制订项目化课程提供决策数据，由于篇幅所限，检索结果图略去。

1）检索“信息系统”项目的所使用的知识点及对应的课程信息

match （p）-[：使用]->（m）<-[：包含]-（c） where （p.name=～".*信息系统.*"） return p，m，c;

2）检索“概念模型”知识点的所有先修知识点及对应的课程

match （kc1）-[：包含]->（m）<-[：先修]-（c）<-[：包含]-（kc2） where（m.name="概念模型"） return c，kc1，kc2;

3）检索知识点“DFD设计”用到的工具和方法

match （m）<- [：使用] -（p）-[：使用]->（q） where（p.name=" DFD设计"） return p，q，m;

4）检索“制造数据挖掘”项目所使用的专业知识、方法、工具，结果显示该项目使用了32个知识點，10个方法，4个工具。

Match （m）<-[：使用]-（a）<-[：使用]-（p）-[：使用]->（a）-[：使用]->（b） where （p.name=～.*制造数据挖掘.'） return m，b，p，a;

5）统计各个知识点的中心度，度量知识点的出度和入度个数，度数高的知识点能反映该知识点的重要程度，本例取入度计算能反映项目所使用的知识点的重要性。

call algo.degree.stream（'知识点'，'使用'，{direction：'incoming'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeID）.id as name，score order by score desc;

6）统计各个知识点的中介中心度，度量知识点的关联程度，关联程度高的知识点能反映该知识点的使用频率程度越高。

call algo.betweenness.stream（'知识点'，'包含'，{direcrion：'out'}） yield nodeId，score return algo.getNodeById（nodeId）.id as name，score order by socre desc;

项目知识图谱数据容量会随着时间的推移变大，使用Cypher语言对知识图谱进行检索、推理，可以得到非常复杂的知识之间的内在联系，这是一般数据库系统很难实现的。

3 结束语

目前国内外项目化教学的研究成果都是建立在经验、措施或思路上，更多的是将原有课程的实验或课程设计改为项目，没有涉及具体企业项目的整合方案，也没有切实可行的工程化项目教学体系，缺乏说服力和实例验证。以应用型本科院校机械工程类工业工程专业信息类工程化项目教学改革为例，收集以往产学合作项目、竞赛项目、科研立项项目等信息，分析项目、专业、知识点及现有课程的内在联系，建立产学合作项目的动态信息图数据模型（知识图谱），通过多种检索方法从知识图谱中获取有效信息，为重构现有的课程体系，构建科学合理的三级专业项目，从而为创建适应企业人才需求的项目化教学课程体系打下良好的基础。

参考文献：

[1] 何光春.数控加工技术课程项目化教学研究与实践[J].内燃机与配件，2019（15）：254-255.

[2] 李鹏，吴迪.产教融合视域下广告设计与制作专业综合实训项目化教学研究[J].思想文库，2019（10）：76-77.

[3] 耿飙.基于项目化教学的物联网研发人才培养的研究[J].科教论坛，2019（8）：72.

[4] 张晓芬.基于项目化教学的专业英语课堂教学模式探讨[J].广东职业技术教育与研究，2019（4）：75-77.

[5] 白士霞，孙国敏.项目化教学方法在数控加工教学中的应用[J].科技经济导刊，2019，27（22）：150.

[6] Nikitenko E.V.，Savina T.V.Implementation Conditions for Project-Based Training as an Integrated Teaching Strategy in Higher Education[J].Advances in Social Science， Education and Humanities Research（（HSSNPP 2019），Vol.333，pp.506-510，2019.

[7] 邱胜海，王云霞，樊树海，等.云环境下图数据库建模技术及其应用研究[J].计算机应用研究，2016，33（3）：794-797.

【通联编辑：王力】

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