方葉祥+陳曉猛+劉碧云

摘 要：教學(xué)起點(diǎn)的公平在教學(xué)公平上具有顯著意義，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)力量的配置屬于畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)起

點(diǎn)。文章針對(duì)目前本科畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)師生雙選無(wú)法公平這一現(xiàn)象，給出了基于本體的解決方案，方案以本體庫(kù)為師生互選的媒介，將師生的意愿轉(zhuǎn)化為知識(shí)之間的語(yǔ)義匹配問(wèn)題，用人機(jī)交互代理引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)真實(shí)的意愿，設(shè)計(jì)師生交互作業(yè)模型。這種基于個(gè)性化考慮的匹配本體知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)師生公平雙選。

關(guān)鍵詞：教學(xué)公平；畢業(yè)設(shè)計(jì)；本體；公平配置

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2014）01-0058-03

教學(xué)公平是指教學(xué)主體在教學(xué)態(tài)度、教學(xué)參與機(jī)會(huì)、教學(xué)資源配置、教學(xué)方法選用、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面所采取的比較合理性行為。教學(xué)公平作為教育公平的要求與體現(xiàn)，是教學(xué)發(fā)展的必然要求，也是教學(xué)有效性的客觀要求。它具有以下四種屬性：（1）協(xié)同性；（2）差異性；（3）整體性；（4）共益性[1]。教育社會(huì)學(xué)家認(rèn)為， 教學(xué)平等（ 公平） 可以從三個(gè)層面加以考察： 即教育起點(diǎn)、教育過(guò)程和教育結(jié)果， 這三個(gè)層面既相互區(qū)別又相互聯(lián)系。起點(diǎn)公平是教育公平權(quán)益的前提， 是宏觀的和顯性的[2]。過(guò)程的任何一個(gè)環(huán)節(jié)的不公平都會(huì)影響整體教學(xué)有效性。教育結(jié)果的評(píng)價(jià)合理性是教育公平的又一顯性指標(biāo)。因而，一個(gè)公平的教學(xué)方式應(yīng)該在各個(gè)環(huán)節(jié)都予以公平性設(shè)計(jì)。

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是實(shí)現(xiàn)本科階段培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在培養(yǎng)學(xué)生探索真理、增強(qiáng)社會(huì)意識(shí)、訓(xùn)練科學(xué)素質(zhì)、提高綜合實(shí)踐能力與素質(zhì)等方面具有不可替代的作用，是教學(xué)與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的重要形式，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神具有重要作用。師生雙選是開(kāi)展這項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)的第一步。由于學(xué)生之間的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)成績(jī)存在差異，同時(shí)教師本人的繁忙程度、教學(xué)態(tài)度和水平也存在差異，從而導(dǎo)致不同的師生組合對(duì)結(jié)果具有重大的影響，這個(gè)影響直接關(guān)系到對(duì)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)和教師工作評(píng)價(jià)，因而，師生雙方都愿意選擇優(yōu)秀的一方作為自己的組合。如果將師生看作知識(shí)創(chuàng)造的服務(wù)資源，那么，這個(gè)教學(xué)管理問(wèn)題可以抽象為知識(shí)創(chuàng)造過(guò)程中服務(wù)資源配置的公平性研究。

為了實(shí)現(xiàn)雙選的客觀性，目前有很多做法：（1）教師匿名給出選題，學(xué)生選題。由于一人一題，題目有難有易，簡(jiǎn)單的題目可能很快被選掉，剩余的較難的題目可能對(duì)那些本來(lái)綜合能力就不是很強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)難度太大，后選的人沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自己的愿望。這個(gè)方法非常欠缺公平性。（2）也有的研究者采用隨機(jī)篩選法[3]，即將教師編號(hào)，學(xué)生隨機(jī)抽簽選擇教師，之后再由教師確立課題，缺點(diǎn)是不確定性太大。學(xué)生抽到的教師可能與他所選的專業(yè)發(fā)展方向相關(guān)聯(lián)度不大、學(xué)生與教師之間關(guān)系不是很融洽。（3）學(xué)生自由申報(bào)課題方向，學(xué)校為學(xué)生指定相關(guān)方向的教師。缺點(diǎn)是學(xué)生根據(jù)自己的興趣及未來(lái)的工作或者學(xué)習(xí)方向來(lái)申報(bào)自己喜歡的又能掌握的課題，但對(duì)綜合能力不是很強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，自己獨(dú)立申報(bào)課題本身就是個(gè)難題，如果再在此基礎(chǔ)上做畢業(yè)設(shè)計(jì)，很可能這些學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)會(huì)比較低。因而，尋找一個(gè)能兼顧師生意愿和公平的師生配置的方法是非常重要的，也是困難的。這也是本文需要解決的問(wèn)題。

一、解決方案的特征分析

教學(xué)實(shí)踐表明，本科生由于自身的知識(shí)水平所限，對(duì)自己大學(xué)四年下來(lái)的知識(shí)體系還未建立有機(jī)的聯(lián)系，還不能夠自己尋找一個(gè)科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究（這是博士階段的任務(wù)）。尤其是文科方面，由于問(wèn)題的邊界界定比較困難，學(xué)生更感到研究的茫然，對(duì)自己內(nèi)心到底需要研究什么樣科學(xué)問(wèn)題是模糊的，所以，需要一個(gè)工具幫助學(xué)生明確自己的需求。此外，教師本人由于受過(guò)專業(yè)研究訓(xùn)練，明確地知道自己要研究的內(nèi)容，迫切希望能夠帶到優(yōu)秀學(xué)生，為了避免由于教師身份等知識(shí)外差異帶來(lái)的干擾，要有一個(gè)工具能夠屏蔽教師的個(gè)人信息而只保留教師的知識(shí)信息。

因而，一個(gè)理想的解決方案是在師生之間有一個(gè)真實(shí)傳遞彼此意愿并且能夠自動(dòng)找到彼此意愿的工具，這個(gè)工具具備這樣的智能，這樣工具本身的客觀性可以提高師生滿意度。

綜上，解決方案中的工具應(yīng)該具備如下特征：（1）須能夠體現(xiàn)師生的真實(shí)意愿；（2）須能夠幫助師生找到自己的真實(shí)意愿；（3）須具有客觀性、智能性，便于計(jì)算機(jī)計(jì)算；（4）能夠有效減少權(quán)力等因素對(duì)教學(xué)力量配置的影響。

二、基于領(lǐng)域本體匹配的公平資源配置模型

本體（Ontology）是哲學(xué)上的一個(gè)概念，是對(duì)客觀存在的事物的一個(gè)系統(tǒng)解釋或說(shuō)明，關(guān)注客觀事物的本質(zhì)抽象和聯(lián)系。后來(lái)，人們將本體的概念引入計(jì)算機(jī)的人工智能領(lǐng)域，Neches等將其定義為：“給出構(gòu)成相關(guān)領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，并對(duì)利用基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系構(gòu)建的詞匯的外延進(jìn)行規(guī)則化定義?！盵4]Studer認(rèn)為本體是一個(gè)“共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說(shuō)明”[5]，通過(guò)對(duì)某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的概念以及概念之間的關(guān)系描述，提供一個(gè)共同認(rèn)可的、明確和唯一的定義，便于人機(jī)之間交流、機(jī)器之間交流和推理。Fensel對(duì)這個(gè)定義進(jìn)行分析后認(rèn)為Ontology的概念包括四個(gè)主要方面：（1）概念化（conceptualization）：客觀世界的現(xiàn)象的抽象模型；（2）明確（explicit）：概念及它們之間聯(lián)系都被精確定義；（3）形式化（formal）：精確的數(shù)學(xué)描述；（4）共享（share）：本體中反映的知識(shí)是其使用者共同認(rèn)可的。本體的目標(biāo)是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，提供對(duì)該領(lǐng)域知識(shí)的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯（術(shù)語(yǔ)）和詞匯間相互關(guān)系的明確定義?？偟膩?lái)說(shuō)，構(gòu)造本體可以實(shí)現(xiàn)某種程度的知識(shí)共享和重用，以及提高系統(tǒng)通信、互操作、可靠性的能力。

所以，本體為不同對(duì)象之間交流提供了媒介。

正是本體的明確化和唯一性以及媒介特征讓我們可以充分地表達(dá)自己的意愿，并被準(zhǔn)確地推理和傳遞。讓我們聯(lián)想到，若在師生之間建立一個(gè)基于知識(shí)的意思表達(dá)，則更能表達(dá)教學(xué)的本質(zhì)（教學(xué)應(yīng)該是知識(shí)的傳遞和創(chuàng)新），師生將自己的意愿通過(guò)結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表達(dá)，則更能體現(xiàn)心聲，那么資源的配置就可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化知識(shí)之間的匹配問(wèn)題。因此，我們構(gòu)建如下的資源配置模型，如圖1所示。endprint

該模型的運(yùn)作流程是：首先由專業(yè)教師組成本領(lǐng)域的專家，構(gòu)建領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)，然后，學(xué)生閱讀該庫(kù)，同時(shí)，在自己的工作桌面有一個(gè)按照本體庫(kù)的結(jié)構(gòu)需求表單，學(xué)生填寫(xiě)，完畢提交給系統(tǒng)，由系統(tǒng)自己去匹配計(jì)算。教師群體在充分討論協(xié)商后，確定本體庫(kù)，給出本體庫(kù)修改的開(kāi)放接口，以便未來(lái)對(duì)本體庫(kù)維護(hù)、更新。之后，教師個(gè)人提交自己的題目并給出按照本體庫(kù)結(jié)構(gòu)建立的知識(shí)結(jié)構(gòu)向量，提交給系統(tǒng)，由系統(tǒng)匹配計(jì)算。

圖1 兼顧公平的服務(wù)資源配置模型

三、本體及本體庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

出于對(duì)各自問(wèn)題域和具體工程的考慮，構(gòu)造本體的過(guò)程各不相同。目前沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的本體的構(gòu)造方法。不過(guò)在構(gòu)造特定領(lǐng)域本體的過(guò)程中，有一點(diǎn)是得到大家公認(rèn)的，那就是需要該領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c。最有影響的是Gruber（Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing）在1995年提出的5條規(guī)則：（1）清晰（Clarity）：本體必須有效地說(shuō)明所定義術(shù)語(yǔ)的意思。定義應(yīng)該是客觀的，與背景獨(dú)立的。（2）一致（Coherence）：本體應(yīng)該是一致的，也就是說(shuō)，它應(yīng)該支持與其定義相一致的推理。（3）可擴(kuò)展性（Extendibility）：本體應(yīng)該為可預(yù)料到的任務(wù)提供概念基礎(chǔ)。（4）編碼偏好程度最?。∕inimal encoding bias）：概念的描述不應(yīng)該依賴于某一種特殊的符號(hào)層的表示方法。（5）本體約定最小（Minimal ontological Commitment）：本體約定應(yīng)該最小，只要能夠滿足特定的知識(shí)共享需求即可。

本體的構(gòu)建方法有很多種，常見(jiàn)的有：Tove、Methontology、骨架法、kactus法、IDEF、Sensus和七步法。本體庫(kù)的特征應(yīng)該是一個(gè)智能學(xué)習(xí)庫(kù)，任何一個(gè)領(lǐng)域的概念可以在領(lǐng)域本體內(nèi)找到，并有它與其他概念之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖。

就本課題來(lái)說(shuō)，本體的結(jié)構(gòu)樹(shù)可以按照專業(yè)領(lǐng)域、學(xué)科方向、應(yīng)用、知識(shí)點(diǎn)這樣四元組來(lái)構(gòu)建， 如圖2所示。本體庫(kù)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)，建立基于繼承的類結(jié)構(gòu)，用類的屬性表達(dá)其特征以及它與其他概念（也是一個(gè)類）之間親緣關(guān)系，用行為來(lái)表達(dá)其判斷、推理、學(xué)習(xí)等行為。本體庫(kù)功能包括：瀏覽、重構(gòu)、自學(xué)習(xí)、用戶意思翻譯等。

四、人機(jī)交互的知識(shí)匹配結(jié)構(gòu)及其算法設(shè)計(jì)

（一）人機(jī)交互的知識(shí)匹配結(jié)構(gòu)

如果在工作時(shí)，無(wú)論學(xué)生還是教師的工作桌面就是一個(gè)人按照本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人機(jī)交互代理的話，那么，知識(shí)之間的匹配比關(guān)鍵詞搜索匹配還要簡(jiǎn)單。但是，現(xiàn)在的教育越來(lái)越強(qiáng)調(diào)個(gè)性化。因此，完全基于領(lǐng)域本體的人機(jī)交互還不能完全表達(dá)學(xué)生甚至教師的意愿，譬如交叉學(xué)科的選題就無(wú)法在領(lǐng)域本體內(nèi)實(shí)現(xiàn)，即便教師設(shè)計(jì)了交叉學(xué)科，學(xué)生由于搜索不到而傾向于無(wú)交叉學(xué)科，因而，本體只是其核心，實(shí)際的交互應(yīng)能適應(yīng)更自然的表達(dá)。尤其是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)基本特征是學(xué)科交叉，如何表達(dá)不同學(xué)科之間的聯(lián)系是對(duì)領(lǐng)域本體的擴(kuò)展。

就目前交叉學(xué)科的基本特征來(lái)看，學(xué)科交叉的特征是一個(gè)領(lǐng)域采用另外一個(gè)領(lǐng)域的思想或方法來(lái)解決本領(lǐng)域的問(wèn)題，所以，“方法”應(yīng)作為一個(gè)共有屬性，包含到知識(shí)點(diǎn)中，這樣就解決了不同學(xué)科之間的聯(lián)系問(wèn)題。

最后一個(gè)是興趣的知識(shí)表達(dá)問(wèn)題，學(xué)生對(duì)自己的興趣通常是包含兩個(gè)部分：本專業(yè)的和其他領(lǐng)域的或是一個(gè)現(xiàn)象。對(duì)于本專業(yè)學(xué)生可以進(jìn)行知識(shí)的表達(dá)，對(duì)其他領(lǐng)域的或一個(gè)現(xiàn)象它所蘊(yùn)涵的知識(shí)學(xué)生不能明確表達(dá)，因而，若要在學(xué)生工作桌面允許學(xué)生填寫(xiě)興趣這樣的匹配項(xiàng)，則系統(tǒng)應(yīng)該能夠幫助學(xué)生找到相關(guān)領(lǐng)域。這就要求系統(tǒng)支持對(duì)自然語(yǔ)言的語(yǔ)義識(shí)別。由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以，教師的出題不可能天馬行空，就選題性質(zhì)來(lái)說(shuō)，無(wú)外乎理論性、應(yīng)用性還有生產(chǎn)實(shí)踐課題，即教師能夠從事的科研活動(dòng)決定選題的范圍是有限的。

綜上，我們?cè)O(shè)計(jì)如下的二進(jìn)制匹配結(jié)構(gòu)。

圖3 支持人機(jī)交互的匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3中學(xué)科編碼為三位表達(dá)了可以涵蓋8個(gè)學(xué)科，目前高校一般的學(xué)科包括：理、工、文、史、哲、醫(yī)、農(nóng)等幾大學(xué)科，專業(yè)方向設(shè)置為8個(gè)方向，也夠用了；32個(gè)大的知識(shí)點(diǎn)，如果一門(mén)課有8章的話，則一個(gè)專業(yè)方向可涵蓋4門(mén)課，8個(gè)方向可以涵蓋32門(mén)專業(yè)課，這已經(jīng)超越一般本科的教學(xué)計(jì)劃，已經(jīng)足夠適應(yīng)各個(gè)高校了。選題性質(zhì)就兩類，即設(shè)計(jì)和論文，興趣此處用以表達(dá)課題來(lái)源，即理論、應(yīng)用、生產(chǎn)實(shí)踐、卓越工程師計(jì)劃、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃等。此處采用三位編碼可以表達(dá)8種情形，也夠用了。

（二）算法設(shè)計(jì)

這樣我們將師生的匹配轉(zhuǎn)換為師生各自獨(dú)立給出的結(jié)構(gòu)相似度計(jì)算，利用本體來(lái)計(jì)算兩個(gè)概念之間的相似度，其前提條件是：兩個(gè)概念間具有一定的語(yǔ)義相關(guān)性，在概念結(jié)構(gòu)樹(shù)上存在相似的路徑。Resnik 根據(jù) 2 個(gè)詞的公共祖先節(jié)點(diǎn)的最大信息量來(lái)衡量 2 個(gè)詞的語(yǔ)義相似度[6]；Agirre 在利用 WordNe計(jì)算詞語(yǔ)的相似度時(shí)，考慮了語(yǔ)義距離、概念層次樹(shù)的深度和概念層次樹(shù)的區(qū)域密度[7]。文獻(xiàn)提出基于距離的語(yǔ)義相似度計(jì)算模型，這種模型簡(jiǎn)單直觀，但它非常依賴預(yù)先建立好的本體層次網(wǎng)絡(luò)[8]。

為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的健壯性，本文在上文建立的結(jié)構(gòu)樹(shù)基礎(chǔ)上，采用如下算法：

R=w1*d1+w2*d2+w3*d3+w4*d4………………………（1）

式（1）中di（i=1，2，3，4）分別表示圖3中各種編碼與學(xué)生所填的距離，wi（i=1，2，3，4）分別表示各種編碼的權(quán)重， ，其中，

最后，將所有匹配按照R值的大小排序，最大者顯示給學(xué)生，由學(xué)生確定，完成匹配。

教學(xué)起點(diǎn)的公平在教學(xué)公平上具有顯著意義，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)力量的配置屬于畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)起點(diǎn)。本文采用本體作為師生雙選的媒介，將師生的意愿轉(zhuǎn)化為知識(shí)之間的語(yǔ)義匹配問(wèn)題，設(shè)計(jì)了師生交互作業(yè)模式，建立了本體的知識(shí)結(jié)構(gòu)，給出了語(yǔ)義相似度算法，實(shí)現(xiàn)了師生的公平選擇，有利于學(xué)生明確自己的意愿。通過(guò)對(duì)本體的擴(kuò)展構(gòu)成人機(jī)交互代理，更能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)公平、個(gè)性化教學(xué)管理任務(wù)。

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