應(yīng)用層次分析法評價“工程熱力學(xué)”課程教改效果

楊欣毅 蔣科藝 沈偉 李本威 王永華

[摘 要]對課程教學(xué)改革效果的評價需要從考試成績、學(xué)員表現(xiàn)、作業(yè)及試驗(yàn)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一的考量和評估。針對以往對教學(xué)改革效果評估方法權(quán)值難以確定、評價結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問題，提出一種基于層次分析法的課程教改效果評價方法，以“工程熱力學(xué)”課程為對象，根據(jù)其特點(diǎn)和教改實(shí)施情況研究三級評價指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法得到連續(xù)三年的教改效果評價結(jié)果。研究內(nèi)容為評估課程教改效果探索一種新模式，具有重要的推廣應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞]專業(yè)課程 教學(xué)改革 評價 層次分析法

[中圖分類號] G423.07[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0111-03

對課程教學(xué)改革效果的評價需要從考試成績、學(xué)員表現(xiàn)、作業(yè)及試驗(yàn)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一的考量和評估。但是傳統(tǒng)的加權(quán)平均方法對各級指標(biāo)的權(quán)值難以準(zhǔn)確的、定量的給出，影響了教改效果評價的客觀性和準(zhǔn)確性。為了準(zhǔn)確地評價教學(xué)改革效果，本文以“工程熱力學(xué)”課程為對象，基于層次分析法進(jìn)行課程教學(xué)改革效果評價方法研究，為準(zhǔn)確合理地評價課程教學(xué)改革效果提供了一個可行的方法，具有很好的推廣和應(yīng)用價值。

一、層次分析法

（一）方法概述

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是被廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，用于大型設(shè)備等性能的定量評估分析。該方法是美國的數(shù)學(xué)家和運(yùn)籌學(xué)家薩蒂教授在從事美國國防部的一項(xiàng)課題研究過程中所提出的一種基于層次權(quán)重的決策分析方法。這種方法的思想是利用多目標(biāo)綜合評價方法，將制定決策有關(guān)的各種元素分解成層次體系，在建立此層次體系的基礎(chǔ)之上，根據(jù)定量的加權(quán)計(jì)算進(jìn)行綜合的評估的決策方法。

具體來說，層次分析法首先將決策問題分解為各目標(biāo)、評價標(biāo)準(zhǔn)等層次結(jié)構(gòu)，然后通過判斷矩陣的特征向量來確定層次之間的優(yōu)先權(quán)值，最后通過加權(quán)以及遞進(jìn)的方法得出各個可行方案對總的目標(biāo)權(quán)值，選擇權(quán)值最大的方案作為最終的優(yōu)化結(jié)果。

（二）AHP分析步驟和計(jì)算流程

層次分析法首先需根據(jù)要解決的問題建立描述系統(tǒng)特征的層級結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的方法不同，該方法通過相互比較相同層級上的元素的方式來確定權(quán)重判斷矩陣，從而不需要人為地為每個元素預(yù)先設(shè)定權(quán)值，避免了人為設(shè)定權(quán)值不準(zhǔn)確對分析結(jié)果的影響。AHP建模主要包含以下步驟[2]：

圖1 ? AHP計(jì)算流程圖

1.建立AHP的遞階層次結(jié)構(gòu)

層次結(jié)構(gòu)最頂層的元素即要解決問題的目標(biāo)，因此把最頂層稱為目標(biāo)層。在目標(biāo)層以下的各個層次則包含要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所需要的各種中間環(huán)節(jié)，統(tǒng)稱為準(zhǔn)則層。在層次結(jié)構(gòu)的最低層則是為了達(dá)到目標(biāo)所能夠采取各種方法、方案或表示各準(zhǔn)則要素變化的指標(biāo)，因此可以稱為指標(biāo)層或措施方案層。

2.構(gòu)造判斷矩陣

一旦AHP的遞階層次結(jié)構(gòu)建立之后，我們就可以確定不同層次元素之間的隸屬關(guān)系。

在構(gòu)造兩兩比較矩陣時，需要針對上層的某個準(zhǔn)則，判斷其下層的兩個元素之間的重要程度。這種重要程度則可以利用表1中1-9的比例標(biāo)度來取值。表1給出了兩種元素在相互比較時的各種可能出現(xiàn)情況及其對應(yīng)的標(biāo)度。

表1 ? 比例標(biāo)度的含義

3.某準(zhǔn)則下元素相對排序權(quán)重計(jì)算

根據(jù)下層元素u1，u2，…，un對于上層的某個準(zhǔn)則C的判斷矩陣A求出它們對于準(zhǔn)則C的相對排序權(quán)重w1，w2，…，wn。其中相對排序權(quán)重wi可由如下公式計(jì)算：

式中的λmax為判斷矩陣的最大特征值，n為判斷矩陣的階數(shù)。然后根據(jù)表2查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR。

表2 ? 樣本的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR

若RC<0.10時，我們可以認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需要修正判斷矩陣以提高其一致性水平。

5.計(jì)算各層元素對目標(biāo)層的組合權(quán)重

假設(shè)第k-1層上有nk-1個元素，其相對于總目標(biāo)的排序權(quán)重為：

其中，T為評價總體性能值，Si為各二級指標(biāo)的計(jì)分值，Wi為各二級指標(biāo)i對總目標(biāo)層的組合權(quán)重值，n為所有參與評估的指標(biāo)個數(shù)。本文取各二級指標(biāo)計(jì)分值為5，即5分制。

二、工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革

該課程在教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法和教學(xué)模式等方面近年來進(jìn)行了大量的建設(shè)和改革，主要體現(xiàn)在以下方面。

（一）教學(xué)內(nèi)容和教材改革

課程組近年來不斷建設(shè)以課程教材、多媒體資源、網(wǎng)絡(luò)課程平臺和教學(xué)輔導(dǎo)資料構(gòu)成的“工程熱力學(xué)”立體化教材體系。同時課題組緊跟熱工設(shè)備和信息化技術(shù)的發(fā)展，不斷認(rèn)真梳理、動態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系，使教學(xué)內(nèi)容融基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和前沿性于一體，始終保持課程教材和教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。

（二）教學(xué)方法和教學(xué)模式改革

加強(qiáng)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)改革力度，對教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容如噴管流動、燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)等部分與實(shí)踐密切相關(guān)的內(nèi)容，采用信息化技術(shù)手段進(jìn)行講授、實(shí)作，豐富和發(fā)展了課堂的教學(xué)形式。在教學(xué)方法改革上，認(rèn)真創(chuàng)新課程的教學(xué)模式，圍繞如何提高學(xué)員創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和分析解決問題能力，探索適應(yīng)本課程的教學(xué)方法。以“背景+理論+應(yīng)用”的知識模塊形式進(jìn)行教學(xué)。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制和開發(fā)，建設(shè)學(xué)員自主學(xué)習(xí)研究的實(shí)踐平臺，踐行自主式、研究式教學(xué)方法，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性與自主創(chuàng)新能力。

三、應(yīng)用AHP的課程教學(xué)改革效果評價

根據(jù)課程評價特點(diǎn)，結(jié)合層次分析法的計(jì)算過程進(jìn)行教學(xué)改革效果評價。其中，評價過程的關(guān)鍵部分如下：

（一）評價指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)課程實(shí)施特點(diǎn)及建設(shè)的現(xiàn)狀，課程組設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革效果的評價指標(biāo)體系為三級體系，各級指標(biāo)如下表所示：

表3 ? 教學(xué)改革效果評價指標(biāo)體系

（二）評價過程

根據(jù)前述步驟1-6進(jìn)行課程教改效果的評價，其中一級和二級指標(biāo)的判斷矩陣為

（三）評價結(jié)果

根據(jù)層次分析法的步驟對2012-2014年連續(xù)三年的教學(xué)改革效果進(jìn)行評價。評分標(biāo)準(zhǔn)為5分制，樣本為同一專業(yè)學(xué)員學(xué)習(xí)“工程熱力學(xué)”的課程表現(xiàn)，作業(yè)等情況（筆試為同一題庫抽題），其結(jié)果如表4所示，可見在連續(xù)實(shí)施教學(xué)改革之后，課程的教學(xué)效果有著穩(wěn)步的提升。

表4 ? 近三年教改效果評價結(jié)果

五、總結(jié)

本文結(jié)合“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革的實(shí)施情況，為準(zhǔn)確客觀地評估幾年來課程教改的成效，引入層次分析法進(jìn)行教學(xué)改革效果的評估。通過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)層次分析方法比傳統(tǒng)的求平均值或者加權(quán)平均方法更為準(zhǔn)確、客觀，能夠反映出教學(xué)改革的實(shí)踐效果，為評估課程教改效果探索出一種新模式，實(shí)用性強(qiáng)，具有重要的推廣應(yīng)用價值。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 孫玉榮，彭金波.基于AHP的課程教學(xué)效果評價指標(biāo)體系研究[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010（9）：86-88.

[2] 張志強(qiáng)，徐斌，等.基于AHP評價方法的發(fā)動機(jī)性能評價[J].兵工學(xué)報，2008（5）：625-628.

[3] 陸海琴.高校教學(xué)效果評價方法及其應(yīng)用[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2008（17）：158-160.

[4] 李君麗.發(fā)展性教學(xué)評價技術(shù)研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2006：3-55.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]