[论文解读] The curriculum prerequisite network: a tool for visualizing and analyzing academic curricula

Preston R. Aldrich|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2014

Educational Tools and Methods参考文献 26被引用 10

一句话总结

本文提出了课程先修网络（CPN）作为一种有向无环图模型，将课程作为节点，先修关系作为有向边，揭示了学术课程体系中的结构模式。通过分析真实的课程目录，研究识别出课程的不同角色——如枢纽、桥梁和信息源——并表明课程体系被划分为大小不一的孤立聚类，暴露了知识流动背后的隐藏组织约束。

ABSTRACT

This article advances the prerequisite network as a means to visualize the hidden structure in an academic curriculum. Network technologies have been used for some time now in social analyses and more recently in biology in the areas of genomics and systems biology. Here I treat the curriculum as a complex system with nodes representing courses and links between nodes the course prerequisites as readily obtained from a course catalogue. The resulting curriculum prerequisite network can be rendered as a directed acyclic graph, which has certain desirable analytical features. The curriculum is seen as partitioned into numerous isolated course groupings, the size of the groups varying considerably. Individual courses are seen serving very different roles in the overall organization, such as information sources, hubs, and bridges. This network represents the intrinsic, hard-wired constraints on the flow of information in a curriculum, and is the organizational context within which learning occurs.

研究动机与目标

• 利用网络科学揭示学术课程体系中隐藏的结构组织。
• 将课程先修关系建模为有向无环图（DAG），以分析信息流动的约束。
• 识别课程网络中单个课程的功能角色，如枢纽、桥梁和源头。
• 研究课程体系在多大程度上被划分为大小不一的孤立课程群组。
• 为课程设计和教育分析提供系统化、数据驱动的工具。

提出的方法

• 课程被表示为网络中的节点，先修关系以有向边编码。
• 由此生成的网络是有向无环图（DAG），确保无循环依赖关系，保持课程的逻辑顺序。
• 应用网络分析技术识别关键结构角色：枢纽（高度连接的课程）、桥梁（连接孤立聚类的课程）和信息源（无先修课程的课程）。
• 使用图布局算法对网络进行可视化，以突出模块性和聚类结构。
• 分析基于真实的课程目录数据，将每门课程及其先修课程视为明确可提取的数据点。
• 该方法可识别孤立的课程群组，并量化其大小分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 课程体系作为相互依赖课程的网络，其结构如何？
• RQ2 单个课程在课程网络中扮演何种功能角色？
• RQ3 课程体系在多大程度上被划分为孤立的课程群组？
• RQ4 先修关系在多大程度上限制了学术课程中知识的流动？
• RQ5 网络分析能为课程设计和教育规划提供何种洞见？

主要发现

• 课程先修网络始终是有向无环图，反映了学术课程的逻辑顺序。
• 课程体系被划分为多个孤立的课程群组，其规模在不同专业间差异显著。
• 课程发挥不同的功能角色：部分课程作为枢纽，具有较高的入度或出度；另一些则作为桥梁，连接不同聚类。
• 少数课程作为信息源，无任何先修要求，因而充当课程体系的入口。
• 网络结构揭示了知识推进的内在、固有的约束，构成了学习组织的骨干结构。
• 该模型成功可视化并量化了学术课程体系的结构复杂性，使教育系统的系统性分析成为可能。