Understanding a complex system of relationships between courses is of great importance for the university's educational mission. This paper is dedicated to the study of course-prerequisite networks (CPNs), where nodes represent courses and directed links represent the formal prerequisite relationships between them. The main goal of CPNs is to model interactions between courses, represent the flow of knowledge in academic curricula, and serve as a key tool for visualizing, analyzing, and optimizing complex curricula. First, we consider several classical centrality measures, discuss their meaning in the context of CPNs, and use them for the identification of important courses. Next, we describe the hierarchical structure of a CPN using the topological stratification of the network. Finally, we perform the interdependence analysis, which allows to quantify the strength of knowledge flow between university divisions and helps to identify the most intradependent, influential, and interdisciplinary areas of study. We discuss how course-prerequisite networks can be used by students, faculty, and administrators for detecting important courses, improving existing and creating new courses, navigating complex curricula, allocating teaching resources, increasing interdisciplinary interactions between departments, revamping curricula, and enhancing the overall students' learning experience. The proposed methodology can be used for the analysis of any CPN, and it is illustrated with a network of courses taught at the California Institute of Technology. The network data analyzed in this paper is publicly available in the GitHub repository.


翻译:理解课程之间复杂关系系统对于大学教育任务具有重要意义。本文致力于研究课程前置条件网络(CPN),其中节点表示课程,有向链接表示它们之间的正式先决条件关系。CPNs 的主要目标是模拟课程之间的相互作用,代表学术课程中的知识流动,并作为可视化、分析和优化复杂课程的关键工具。首先,我们考虑了几种经典的中心性度量,讨论它们在CPNs 上下文中的含义,并利用它们来识别重要的课程。接下来,我们使用网络的拓扑分层来描述CPN 的分层结构。最后,我们进行了相互依存性分析,以量化大学分部门之间的知识流动强度,并帮助识别最具内在依赖性,最有影响力和跨学科的研究领域。我们讨论了如何将课程前置条件网络用于对学生,教师和管理员检测重要课程,改进现有课程和创建新课程,导航复杂的课程体系,分配教学资源,增加部门之间的跨学科互动,重新设计课程,以及提高整体学生学习体验。提议的方法可以用于分析任何CPN,并且用加州理工学院所教授的课程网络进行说明。本文分析的网络数据可从GitHub存储库中获得。

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