基于关联规则的课程思政研究与实践

夏 峰，郑金秋，周再红，向 函

广东医科大学生物医学工程学院， 广东 东莞 523808

2020年6月1日，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[1](以下简称纲要)，全面推进高校课程思政建设。《纲要》指出，全面推进课程思政建设，就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。

在高校价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的人才培养目标中，《纲要》将价值塑造放在了第一要务，明确了课程思政建设的具体内容。《纲要》对专业课教师提出更高的任务和要求，即专业课教师要根据所授课程挖掘与所授课程有关的思想政治元素[1]，这正是能否成功实施课程思政的挑战之处。全面推进课程思政建设，专业课教师是关键，教师要做好课程思政，既要有“愿教”的动力，也要有“会教”的能力。目前，在制约课程思政发展的因素中，“会教”的能力问题更为突出[2]。而评判教师是否具备该能力，在于其能否从专业课程中挖掘出思政教育元素，并且将其与所授的专业知识相融合，有效地应用于课堂教学。

专业课教师所开展的“课程思政”施教过程是“隐”和“寓”的价值观引导过程[3]，学生重点关注的是所学的专业知识，思政教育元素并不是显性地存在于专业知识中，否则就会破坏知识元素的整体性，因此教师的思政过程是隐蔽的。例如，在讲授“信息安全技术”这门课程时，通过信息安全对国家安全、对保护人民财产的重要性的描述，强化大学生的信息安全意识、国家安全意识和责任感，从而实现价值观的引导。虽然授课过程具有明确的价值观引导动机，但信息安全意识、国家安全意识这些思政教育元素并不会直接出现在课本中，施教过程也是用“隐”和“寓”的方法。这种施教过程与思政课程中具有明确的施教动机和过程，甚至思政教育元素直接出现在书本中完全不同。这个例子也很好地说明了教师在专业课程中不能孤立地对大学生进行价值观引导，而是要依附一定的载体。这一载体应该与专业课程中的知识元素密切相关，它可以是一个人物案例，或是热点事物、法律法规，也可以是学科的发展趋势，而思政教育元素就隐身于这些载体之中。就像王学俭等所指出的，思政教育元素主要指思想政治教育内容，不一定是具体的思想政治教育理论内容，也可以是思想政治教育所体现的一种价值理念和精神追求[4]。而专业课程中，教师要做的就是通过思政教育元素的载体，将这种价值理念和精神追求有效地传授给学生。

2.1 关联规则数据挖掘的基本概念

关联规则技术研究信息之间内含的、未知的却又实际存在的关联关系，其典型案例是购物篮分析[5]。它通过研究交易数据库中不同商品(项)之间的联系，找出顾客购买行为模式。例如，购买某一商品对购买其他商品的影响。分析结果可应用于商品货架布局、货存安排以及根据购买模式对用户进行分类等。以下是关联规则中的一些基本概念。

①项目这是关联规则中不可分割的最小信息单位，应用到课程思政中的某个知识元素，例如加密算法；
或某个思政教育元素载体，例如国密算法。这些都可以看成是一个项目。

②事务设I={i1,i2,…,in}是由数据库中所有项目构成的集合，一次处理所含项目的集合用ti表示，是I的子集，称为一个事务，由一个或多个项目构成。

③支持度支持度是事务集中同时包含事务X和Y的数量与所有事务数量之比，记为support(X⟹Y)，即：support(X⟹Y)=support(XUY)=P(XY)。

其中，P表示概率，支持度反映了X和Y中所含项在事务集同时出现的频率。

④置信度置信度是事务集中包含X和Y的事务数与所有包含X的事务数之比，记为confi-dence(X⟹Y)，即：

置信度反映了包含X的事务中，出现Y的条件概率。

⑤强关联规则用户为达到一定的目的，需要指定规则必须满足支持度和置信度的阈值，当sup-port、confidence分别大于等于各自的阈值时，认为是有价值的，这两个值分别被称为最小支持度阈值(minsupport)和最小置信度阈值(mincontinence)。关联规则称为强关联规则，必须support(X⟹Y)≥minsupport且confidence(X⟹Y)≥minconfidence同时成立。

2.2 基于关联规则的课程思政教育元素载体的挖掘原理

基于关联规则的课程思政教育元素载体的挖掘原理是：围绕所授内容的核心“知识元素”，寻找承载“思政教育元素”的有效“载体”，并用关联规则中的置信度(即由知识元素和思政教育元素载体构成的事务的置信度是否足够大)，来验证二者是否密切相关，以确保知识元素与思政教育元素载体具有足够的融合度，达到育人与育才的相互统一和促进。以“信息安全技术”课程为例，在加密技术这一章介绍的是各种加密算法，因此，核心的知识元素是“密码算法”。在讲授哈希函数这一章时，“哈希函数”是其核心。教师在进行课程思政时，必须围绕所讲授的核心知识元素展开，否则思政教育元素载体的挖掘就会成为无源之水，无本之木。因为必须围绕所讲授的核心知识元素进行思政教育元素载体的挖掘，因此，在应用关联规则时，并不需要考虑事务的支持度。而对于置信度的计算，则用到网络搜索引擎，其方法是：先搜索出包含知识元素的记录数，再搜索同时包含知识元素和所挖掘出的思政教育元素载体的记录数，两者的比例即为置信度的值。若这个值足够大，则反映了知识元素和思政教育元素载体是密切相关的，可确保它们之间有足够的“融合度”。

需要说明的是，在利用关联规则分析事务的相关性时，往往先确定一个全集I(用于限定分析的范围)，然后，再利用I的子集所构成的事务来计算支持度和置信度，而此文使用搜索工具来确定包含知识元素及思政教育元素载体的事务，并没有限定(也无法限定)构成事务的项目(也就是构成集合的项目是无限的)，所以就无法计算负关联规则(即在知识元素不出现时思政教育元素出现的可能性)，也无法进行关联规则中的其他性质的度量[6-7]。同时，最小置信度(即阈值)并没有一个固定值，它的大小与数据集的选取有很大关系，这需要实验来验证[8-9]。而该文根据搜索工具得出数据，自然无法做到这一点，但因为构成事务的项目是无限的，所以置信度的阈值不应该设置太大，即使10%也是一个比较大的值。

以“信息安全技术”课程为例，该文所用知识元素和思政教育元素载体如表1所示。

表1 论文所用的知识元素和思政教育元素载体

根据百度搜索，所获得的知识元素和思政教育元素载体的记录数和比例如表2所示。搜索的日期是2022年6月17日，搜索方法是先搜索知识元素的记录数，然后再将知识元素和思政教育元素联合起来进行搜索，搜索时用英文的双引号限定关键词不允许分开。

表2 知识元素和思政教育元素载体的记录数及比例

2.3 思政教育元素载体的挖掘方法

一些学者给出了课程思政教育元素的挖掘方法[10-12]，但都有共同的缺陷：一是没有运用思政教育元素的“载体”；
二是没有用科学的方法去验证挖掘出来的思政教育元素是否合理(即是否脱离了所讲授的知识元素)。尽管不同的学科、专业和课程都有其不同的特点，但在挖掘思政教育元素载体时，也有着其共同的一面。下面以“信息安全技术”为例，就理工科课程中的思政教育元素载体挖掘方法进行详细探讨。

2.3.1结合专业培养方案中对人才培养的总目标和培养的基本要求进行挖掘

不同的专业具有不同的人才培养特点，未来从事的工作不一样，对其职业素质的要求也各不相同。在专业课程中，要结合人才培养目标，有针对性地挖掘课程所蕴含的育人元素，增强课程育人的实效性，提升学生职业发展能力。例如，针对信息资源管理专业的学生，“信息安全意识和数据泄露风险防范意识”这个职业素养就是笔者结合专业培养目标和“信息安全技术”这门课所挖掘出的思政教育元素。然而，教师不能脱离授课内容空谈这个职业素养，或是随便将其穿插到某一章节内容之后。在这门课程中，有一章内容专门介绍访问控制技术，访问控制的目的也是为了防止非授权访问和数据泄露。因此，可以将访问控制和数据泄露风险防范相结合，在知识传授的同时强化学生的职业素养。这不仅不会影响对知识元素的传授，反而会激发学生的学习兴趣，对知识传授起到促进作用。在此，笔者也可举一个反例，将介绍王小云院士优秀事迹穿插在访问控制技术这一章节看是否合适，在百度搜索“访问控制技术”+“王小云”，得到的结果只有62,800，占整个访问控制技术9,350,000中的0.67%，显然，两者不是一个强关联关系，将其放在一起讲解，不具备好的融合度。

2.3.2结合中国特色社会主义的伟大实践所取得的成就进行挖掘

这里所说的成就，应该与所授专业课程涉及的科技进步有关。例如，“信息安全技术”中所讲授的“密码算法”，这一内容作为信息安全技术的基础理论知识，其重要性是不言而喻的。在2000年前，中国在这方面的研究成果是一片空白，最近二十年，在众多科学家的努力下，发明了SM1、SM2、SM3、SM4、SM9等多个国密算法，而且其中的多个算法成为国际标准。在讲授“密码算法”的同时，引入中国近几年在国密算法方面取得的重大成就，可激发学生的爱国热情，强化爱国主义教育，实现课程育人目标。

2.3.3从所授课程研究领域的科学家、大工匠中挖掘素材

例如，在信息安全领域，中国涌现了一批批有着杰出贡献的科学家。这其中的突出代表是在哈希函数领域取得突出成就的王小云院士。王小云院士十年如一日地研究众多哈希函数的攻击方法，成功地攻破了包括MD4、MD5和SHA在内的众多哈希算法，证明了它们不具备强抗碰撞性，震惊了全世界。在其领导下，中国成功研制出SM3算法，其安全性及效率与SHA-256相当，让中国终于有了属于自己的哈希函数。可通过对这一类科学家的典型事例介绍，鼓励青年学子们努力奋进，不断进取，在追寻个人梦中实现与中国梦的结合，最终实现个人价值。

2.3.4从保家卫国，提升人民幸福指数的角度挖掘

建设中国特色社会主义的根本目的就是一切为了人民，实现共同富裕，实现经济社会发展与人的全面发展的统一，前提是国家必需安全。信息安全与国家安全有什么关系？就如习近平总书记说的那样：“没有网络安全就没有国家安全，就没有经济社会稳定运行，广大人民群众利益也难以得到保障。”在讲授信息安全概论时，及时引入“国家安全”这个思政教育元素载体，让学生认识到信息安全的重要性，以及中国在信息安全方面所取得的进步和面临的问题，强化学生的忧患意识，激发他们的学习热情，提高其保家卫国的责任意识。

2.3.5从专业课程领域所涉及的热点事件进行挖掘

就信息安全领域的热点事件而言，与人民息息相关的电信诈骗是其中之一。从专业角度出发，电信诈骗的原因是老百姓对网络中的人或事物无法辨别其真实性。在讲授“身份认证”时引入“电信诈骗”这一热点事件作为思政教育元素载体，可提高学生的信息安全意识和风险防范意识，并从技术角度上知道该如何防范这些信息安全事件的发生，达到激发其学习这些知识的兴趣的目的。

2.3.6从法律法规的角度进行挖掘

在讲授网络攻击与防范时，除了技术上的防范网络攻击之外，还可从网络攻击对人民财产有哪些危害，如何从法律角度保护个人的财产安全，由此可以引入网络和信息安全方面的法律法规这个思政教育元素载体来强化学生的法律意识，让其对在网络上从事违法行为有敬畏之心。

2.3.7从社会应用和技术发展的角度进行挖掘

在讲授数字签名时，通过介绍数字签名在比特币与区块链技术方面的应用，进而介绍数字货币的发展趋势及优缺点，激发学生探索未知事物的热情。

通过课程思政实现对大学生正确世界观、人生观和价值观的塑造，是高等学校思想政治工作的首要任务，也是高等学校办学和育人工作的首要任务[12]。课程思政的目标是将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，最终实现“立德”与“树人”的有机统一。众多的学者对新时代课程思政的内涵、特点、难点、动力激励与质量评价等方面作了大量的探讨，但课程思政能否有效地实施，最终要落实到课堂，关键在于教师在授课过程中能否有效地挖掘思政教育元素，并将其与知识元素融为一体，做到两者相辅相成。机器学习中关联规则挖掘技术的目标是发现数据项集之间的关联关系或相关关系，笔者首次将其引入课程思政中，通过计算知识元素与课程思政教育元素载体之间置信度的值，来度量两者之间是否具备较好的融合度；
并提出了思政教育元素“载体”这一概念，系统地总结了挖掘思政元素载体的具体方法。如何借用科学的手段和方法，将课程思政落到实处，有待更多的学者去进一步研究和探讨。

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