一种实验电路问题脉络图的生成方法及装置

摘要

本发明公开了一种实验电路问题脉络图的生成方法及装置，该方法包括下列步骤：首先，根据设备情况预设基础实验电路的类别数和名称，以案例的形式给出2‑3个围绕某个基础电路的研究问题；然后，通过对实验者对基础电路的总结文本信息描述中进行关键词提取、过滤、规模控制，最后得到描述问题的重要特征；最后，通过对特征量进行聚类、分区、分层，形成描述基础电路问题的脉络图；重复上述步骤可以实现对实验电路所能研究的问题进行预分类分层，实现以问题为导向的动态的实验课程体系，减少实验教师指导学生进行问题分析的工作量，提高学生自主实践分析能力。

说明书

技术领域

本发明涉及实验数据管理与应用技术领域，具体涉及一种实验电路问题脉络图的生成方法及装置。

背景技术

在实验教学方面，针对创新性、探索性实验项目的设计，各高校重新设计了结合新技术、新引用的实验内容，实验设备生产厂家开发了更多的新式实验平台。这些项目都存在以下几个问题：1、没有在原有架构上进行反思，重新规划实验内容展现的方法，而是构思了一个全新的实验内容，扩大实验内容规模，无法使学生的解决问题能力得到更进一步的提升。2、部分高校教师联合企业技术人员，按照工程要求重新构建课程内容，但是学生并不能理解工程的实际问题。而积累的传统问题，例如3-5个学生共用一个实验台，部分人并不动手；学生实验积极性不高，被动完成实验；实验报告基本是实验步骤的抄写，耗费师生的大量精力，没有保存价值等等现有问题缺陷都没有得到解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种实验电路问题脉络图的生成方法及装置。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种实验电路问题脉络图的生成方法，所述的生成方法包括：

S1、文本信息采集步骤，获取分别描述不同实验基础电路的文本信息；

S2、关键词信息提取步骤，对每一个实验电路的文本信息提取关键词信息，并对信息进行过滤；

S3、数字化处理步骤，将过滤后的信息进行数字化处理，得到描述电路问题的特征向量；

S4、问题聚类步骤，根据特征向量对问题进行聚类，控制问题规模；

S5、脉络图生成步骤，根据问题聚类的结果，生成围绕基础电路的多层次的问题脉络图。

进一步地，所述的文本信息采集步骤包括：

遍历子步骤，提取所有学生历史实验报告异常数据分析总结中的文本信息；

关联子步骤，提取实验基础电路名称和实验异常信息；

描述子步骤，将实验基础电路名称与异常文本信息组合描述。

进一步地，所述的关键词信息提取步骤包括：

提词子步骤，从实验异常信息中分解出尽可能多的关键词；

比对子步骤，比较关键词之间的相关性，形成相互独立的关键词。

进一步地，所述的数字化处理步骤包括：

词频计算子步骤，计算每一关键词在样本总数内出现的词频，其中，词频表示关键词在文本信息中出现的频率；

逆频计算子步骤，计算每一关键词的逆向文件频率，其中，逆向文件频率表征关键词的重要程度；

乘积计算子步骤，计算每一关键词的词频与逆向文件频率之乘积；

向量生成子步骤，根据每一关键词的词频与逆向文件频率之积创建表征关键词重要程度的特征向量。

进一步地，所述的问题聚类步骤包括：

预设值子步骤，设置并保存电路类别、问题规模参数，以案例的方式给出不同层次问题的关联规则，作为起始值；

分区子步骤，将所述多个采样样本信息中围绕某一个电路的每一关键词归为同一区；

计算子步骤，计算任意两个区之间的最小距离，得到区之间距离最小的两个区；

区合并子步骤，将所述区之间距离最小的两个区合并成一个新区；

其中，计算子步骤和区合并子步骤交替执行，直到剩余的区的数量为预设值。

进一步地，所述的脉络图生成步骤包括：

分类子步骤，将关键词区信息归置到不同类别的实验电路中；

分层子步骤，将关键词区归置到围绕每一类实验电路中的不同层次；

绘图子步骤，按照分类、分层的结果将关键词与实验电路绘制出树状结构。

进一步地，所述的电路类别为按元器件最少、拓扑结构唯一的原则预先设置的实验电路类别。

进一步地，所述的问题脉络图是基础电路结构和文字描述信息、问题集合、问题之间的分层连接。

进一步地，所述的问题脉络图每经过一次完整的数据采集到最后完成图结构的生成，图的结构是动态改变的。

根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种实验电路问题脉络图的生成装置，所述的生成装置包括：

采集模块，用于获取分别描述不同实验基础电路的文本信息；

提取模块，用于对每一个实验电路的文本信息提取关键词信息，并对信息进行过滤；

处理模块，用于将过滤后的信息进行数字化处理，得到描述电路问题的特征向量；

聚类模块，用于根据特征向量对问题进行聚类，控制问题规模；

生成模块，用于根据问题聚类的结果，生成围绕基础电路的多层次的问题脉络图。

进一步地，所述的采集模块包括：

遍历子模块，用于提取所有学生历史实验报告异常数据分析总结中的文本信息；

关联子模块，用于提取实验基础电路名称和实验异常信息；

描述子模块，用于将实验基础电路名称与异常文本信息组合描述。

所述的提取模块包括：

提词子模块，用于从实验异常信息中分解出尽可能多的关键词；

比对子模块，用于比较关键词之间的相关性，形成相互独立的关键词。

所述的处理模块包括：

词频计算子模块，用于计算每一关键词在样本总数内出现的词频；

逆频计算子模块，用于计算每一关键词的逆向问题频率；

乘积计算子模块，用于计算每一关键词的词频与逆向文件频率之乘积；

向量生成子模块，用于根据每一关键词的词频与逆向问题频率之积创建表征关键词重要程度的特征向量。

所述的聚类模块包括：

预设值子模块，用于设置并保存电路类别、问题规模参数，以案例的方式给出不同层次问题的关联规则，作为起始值；

分区子模块，用于将所述多个采样样本信息中围绕某一个电路的每一关键词归为同一区；

计算子模块，用于计算任意两个区之间的最小距离，得到区之间距离最小的两个区；

区合并子模块，用于将所述区之间距离最小的两个区合并成一个新区；

并且，所述计算子模块和区合并子模块交替执行，直到剩余的区的数量为预设值。

所述的生成模块包括：

分类子模块，用于将关键词区信息归置到不同类别的实验电路中；

分层子模块，用于将关键词区归置到围绕每一类实验电路中的不同层次；

绘图子模块，用于按照分类、分层的结果将关键词与实验电路绘制出树状结构。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明通过生成脉络图，展示了实施某一个具体的电路实验可能面临的较全面而又不过于泛滥的问题集合，促使学生进入以具体问题作为切入点、并以解决问题为目标的实验情景。问题层次之间的联系，体现了解决问题需要进行的深度研究方向，有利于观测、引导创新思维的发展。实验者虽然同时实施一个实验项目，由于关注点的差异，将导致不同的行为模式，营造有意义的思维碰撞氛围。

附图说明

图1是本发明公开的一种实验电路问题脉络图的生成方法的流程步骤图；

图2是本发明公开的一种实验电路问题脉络图的生成方法围绕某一个基础电路的脉络图；

图3是本发明的应用流程图；

图4是本发明公开的一种实验电路问题脉络图的生成装置的实现功能模块结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例公开了一种从传统经典原理示范实验内容过渡到培养创新能力实验内容的设计方法，实验教师可以通过脉络图帮助学生重构实验。每一次实验都在教学内容中设计不同的主题，帮助同学们理解真实问题，重构应用中的真实情景，形成发现问题、解决问题的能力。主要是在原有设备和原有优势上，对实验内容体系进行重构，并对实验具体内容进行深度展现，帮助学生提出应用中新的问题，一轮一轮地逼近问题解决的最优方案。使得整个实验过程可以提炼为：独立完成常规实验——发现其中存在问题——实践已有解决方案——发现该方案存在问题——提出新的解决方案——进行数理化总结，提高实验者的实践体验。

一种实验电路问题脉络图的生成方法，所述方法包括：

S1、文本信息采集步骤，获取分别描述不同实验基础电路的文本信息；所采集的数据是最近半年发生的存在于大量实验参与者的真实记录和反馈信息，数据包含所有预设的实验种类、问题描述。

其中，该步骤包括下列子步骤：

遍历子步骤，提取所有学生历史实验报告异常数据分析总结中的文本信息；

关联子步骤，提取实验基础电路名称和实验异常信息；

描述子步骤，将实验基础电路名称与异常文本信息组合描述。

S2、关键词信息提取步骤，对每一个实验电路的文本信息提取关键词信息，并对信息进行过滤；

其中，该步骤包括下列子步骤：

提词子步骤，从实验异常信息中分解出尽可能多的关键词；

比对子步骤，比较关键词之间的相关性，形成相互独立的关键词。

S3、数字化处理步骤，将过滤后的信息进行数字化处理，得到描述电路问题的特征向量；

其中，该步骤包括下列子步骤：

词频计算子步骤，计算每一关键词在样本总数内出现的词频，其中，词频表示关键词在文本信息中出现的频率；

逆频计算子步骤，计算每一关键词的逆向文件频率，其中，逆向文件频率表征关键词的重要程度；

乘积计算子步骤，计算每一关键词的词频与逆向文件频率之乘积；

向量生成子步骤，根据每一关键词的词频与逆向文件频率之积创建表征关键词重要程度的特征向量。

上述问题的特征向量由所述的电路描述模块中的文本信息中分词的词频与分词的逆向文件的乘积组成。

S4、问题聚类步骤，根据特征向量对问题进行聚类，控制问题规模；

其中，该步骤包括下列子步骤：

预设值子步骤，设置并保存电路类别、问题规模参数，以案例的方式给出不同层次问题的关联规则，作为起始值；

当改变预设值或者是问题描述的规则，都将导致图形结构的巨大变化。

本实施例中，需按元器件最少、拓扑结构唯一的原则预先设置实验电路的类别。

分区子步骤，将所述多个采样样本信息中围绕某一个电路的每一关键词归为同一区；

计算子步骤，计算任意两个区之间的最小距离，得到区之间距离最小的两个区；

区合并子步骤，将所述区之间距离最小的两个区合并成一个新区；

其中，计算子步骤和区合并子步骤交替执行，直到剩余的区的数量为预设值。

S5、脉络图生成步骤，根据问题聚类的结果，生成围绕基础电路的多层次的问题脉络图。

其中，该步骤包括下列子步骤：

分类子步骤，将关键词区信息归置到不同类别的实验电路中；

分层子步骤，将关键词区归置到围绕每一类实验电路中的不同层次；

绘图子步骤，按照分类、分层的结果将关键词与实验电路绘制出树状结构。

其中，问题脉络图是基础电路结构和文字描述信息、问题集合、问题之间的分层连接。

而且，问题脉络图每经过一次完整的数据采集到最后完成图结构的生成，图的结构是动态改变的。

实施例二

参照图1，本发明提出的实验电路问题脉络图生成方法，实现包括如下步骤：

步骤T1、收集学生针对实验过程数据和分析的实验报告信息，采集围绕不同实验电路中可能出现的问题。

步骤T2、对问题进行分类、过滤、分析。首先确认问题是围绕哪一个实验电路的，然后与已经保存过得问题进行比对分析，将重复的问题去除，再次问题之间两两比较，将类似、相近的问题进行合并，最终形成问题样

步骤T3、教师总结至少两个(一般取2-3个)问题作为一级分类初始值，记为问题1、问题2。

步骤T4、教师总结至少两个问题作为二级分类初始值，记为问题1.1、问题1.2。

步骤T5、同理，教师总结至少两个问题作为第N级分类的初始值，记为问题1.1.1…1、问题1.1.1…2。

步骤T6、问题样本参考问题1、问题2的生成规则，归置到围绕某个电路的一级层次中。

步骤T7、问题样本参考问题1.1、问题1.2的生成规则，归置到围绕某个电路的二级层次中。

步骤T8、问题样本参考问题1.1.1…1、问题1.1.1…2的生成规则，归置到围绕某个电路的N级层次中。

步骤T9、根据结果，生成围绕每一个实验电路的问题脉络图。

步骤T10、每一次采集实验数据之后，进行以上2-9的步骤有可能使得问题从不同的分级层次中改变。

参照图2，以师生工作线为界，教师给出相关问题的预设值，作为引导案例。也即，将提出常见的几个问题，标记为1、2、3，再在问题1的基础上展开分析，细化解决该问题需要先解决的其他问题，标记1.1、1.2、1.3。用案例分析的形式，给出解决问题1.1、1.2、1.3的方案，并最终解决问题1。类似地，提出问题2并提出解决问题2的部分问题2.1，其他部分由学生完善。同理，提出问题3，由学生完成发现解决该问题所要做的工作。进一步地，由学生独立提出问题。最后，这些问题汇总，形成针对某个基础电路的脉络图。脉络图体现的是“教师引导，学生思考”的过程，随着实验的推进，实现“教师主导”到“学生主导”的转换。

参考图3，使用者应用实验问题脉络图的方式是，实验者根据仅绘制了预设值区的脉络图结构确定所要研究的基础电路及感兴趣的问题，然后以该问题为重要关注点设计实验内容，可以是参数的调制、结构的细微调整、控制参数的调整等。实验者实施实验、记录数据并针对选定问题作最后总结。总结中有可能给出完整的解决方案，也有可能仅对问题的某一个面提出了局部解决方案或者提出了新发现的其他问题。收集并整理该轮实验者的总结信息，就可以生成围绕每一个基础电路的脉络图。该脉络图随着旧问题的不断解决、新问题的不断提出而不断变化。

实施例三

如图4所示，本发明提出的实验电路问题脉络图的生成装置，该生成装置的组成如下：

采集模块，用于获取分别描述不同实验基础电路的文本信息；

提取模块，用于对每一个实验电路的文本信息提取关键词信息，并对信息进行过滤；

处理模块，用于将过滤后的信息进行数字化处理，得到描述电路问题的特征向量；

聚类模块，用于根据特征向量对问题进行聚类，控制问题规模；

生成模块，根据问题聚类的结果，生成围绕基础电路的多层次的问题脉络图。

其中，所述的采集模块包括：

遍历子模块，用于提取所有学生历史实验报告异常数据分析总结中的文本信息；

关联子模块，用于提取实验基础电路名称和实验异常信息；

描述子模块，用于将实验基础电路名称与异常文本信息组合描述。

其中，所述的提取模块包括：

提词子模块，用于从实验异常信息中分解出尽可能多的关键词；

比对子模块，用于比较关键词之间的相关性，形成相互独立的关键词。

其中，所述的处理模块包括：

词频计算子模块，用于计算每一关键词在样本总数内出现的词频；

逆频计算子模块，用于计算每一关键词的逆向问题频率；

乘积计算子模块，用于计算每一关键词的词频与逆向文件频率之乘积；

向量生成子模块，用于根据每一关键词的词频与逆向问题频率之积创建表征关键词重要程度的特征向量。

其中，所述的聚类模块包括：

预设值子模块，用于设置并保存电路类别、问题规模参数，以案例的方式给出不同层次问题的关联规则，作为起始值；

分区子模块，用于将所述多个采样样本信息中围绕某一个电路的每一关键词归为同一区；

计算子模块，用于计算任意两个区之间的最小距离，得到区之间距离最小的两个区；

区合并子模块，用于将所述区之间距离最小的两个区合并成一个新区；

并且，所述计算子模块和区合并子模块交替执行，直到剩余的区的数量为预设值。

其中，所述的生成模块包括：

分类子模块，用于将关键词区信息归置到不同类别的实验电路中；

分层子模块，用于将关键词区归置到围绕每一类实验电路中的不同层次；

绘图子模块，用于按照分类、分层的结果将关键词与实验电路绘制出树状结构。

值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个模块和子模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各个模块和子模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。