地方師范類院校生物實驗教學(xué)效果數(shù)量化評價方法

趙菲佚 焦成瑾 王廷璞 賈貞 安建平

摘 ?要：實驗教學(xué)在實驗性學(xué)科教學(xué)中起著重要的作用。相應(yīng)于新的專業(yè)培養(yǎng)模式，地方師范類院校實驗教學(xué)面臨改革，實驗教學(xué)效果的評價為實驗教學(xué)改革提供基礎(chǔ)。本研究以地方師范類院校生物學(xué)實驗教學(xué)為研究對象，通過構(gòu)建一種數(shù)學(xué)模型，識別和確定實驗教學(xué)效果的影響因子，以數(shù)值化方法對實驗教學(xué)效果進行評價。使用該模型，以不同的實驗室及不同實驗課程與年度實驗教學(xué)數(shù)據(jù)為輸入項進行計算，表明該模型對實驗教學(xué)效果評價的可用性。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)效果評價;實驗室使用效率評價;學(xué)生實驗學(xué)習(xí)效果評價;數(shù)學(xué)模型

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-000X（2019）03-0055-03

Abstract： Experimental teaching plays a pivotal role in the related professional teaching. Aligning to the new fostering demand for university students， local normal universities face a reform in the experiment teaching. Basically， evaluation of experiment teaching effects underlies the experimental teaching reform. In this study， a mathematical model for assessing the experimental teaching effects was constructed and factors impacting the experimental teaching effects were identified and determined for quantification of the experimental teaching effect evaluation. Data from our laboratory including various influence factors were input into this mathematical model and the final results showed that this mathematical model is available for experimental teaching effect assessment.

Keywords： experimental teaching effect evaluation （ETEE）; laboratory utilization effect evaluation （LUEE）; student experimental learning effect evaluation （SELE）; mathematical model

一、概述

相應(yīng)于我國高等教育的改革與社會發(fā)展需求，高等院校面臨基于自身的原有的培養(yǎng)目標(biāo)與規(guī)格與轉(zhuǎn)型期相應(yīng)于社會市場化培養(yǎng)要求間的轉(zhuǎn)變。地方師范類院校在我國屬于我國高等教育發(fā)展中的特殊培養(yǎng)模式，在新的市場化培養(yǎng)需求壓力下，此類院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展較其他類院校更具有挑戰(zhàn)性[1]。在地方師范類院校中由于各不同的專業(yè)屬性存在不同的特點，反映在整個院校的轉(zhuǎn)型中更具有其特殊性。

實驗教學(xué)在以實驗為主的專業(yè)培養(yǎng)體系中占據(jù)著重要的位置[2]，實驗教學(xué)體系的構(gòu)建與實驗教學(xué)活動的進行是保證學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的前提。不同屬性的高等院校實驗教學(xué)體系與教學(xué)活動呈現(xiàn)出不同的特點[3]。而地方性的師范類院校有著不同于其他高等院校的特點，在以研究型為主的大學(xué)，其實驗教學(xué)主要以研究為主，實驗室的設(shè)置主要以教師科研使用為主，同時兼顧學(xué)生的教學(xué)實驗，而對學(xué)生地培養(yǎng)也主要是其在未來的工作從事科研為主。其他的醫(yī)學(xué)院校、農(nóng)業(yè)院校及各工科專門院?；疽宰晕业奈磥韺I(yè)學(xué)生在本行業(yè)內(nèi)的職業(yè)為主要的訓(xùn)練學(xué)生的目標(biāo)而設(shè)置實驗室，進行目標(biāo)主體較單一的實驗教學(xué)[4]。對于部分已成為綜合類的國家級的師范類院校，其主體的實驗教學(xué)內(nèi)容在科研與培養(yǎng)學(xué)生中接近50%[5]。對于地方性師范類院校，其實驗教學(xué)從服務(wù)的目標(biāo)上不同于上述各類高等院校。作為在地方師范類院校中實驗教學(xué)為主體的生物類實驗教學(xué)體系，明顯反映出區(qū)別于其他各類院校生物學(xué)實驗教學(xué)體系的特點。即在目前在未來一段時間內(nèi)，地方師范類生物實驗教學(xué)依然以培養(yǎng)合格、時代化的中學(xué)生物教師為主，兼顧教師從事科研。

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)效果評價中，主要以定性或最終以實驗報告成績作為唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)。此方法簡單，可操作性強。然而，由于高等學(xué)校學(xué)科本身的發(fā)展，科研復(fù)雜度的提高，迫使現(xiàn)有的實驗教學(xué)已成為一個系統(tǒng)性的過程[6]。對現(xiàn)有的實驗教學(xué)效果的評價要求不僅需要從多維度、多因素進行，同時也應(yīng)具有從教學(xué)活動中發(fā)現(xiàn)問題，并持續(xù)改進的能力[7]。由此，以數(shù)量化的方式反映實驗教學(xué)的整個過程，并考慮多因素影響的數(shù)學(xué)模式評價方法成為必要[8]。

本研究以國家同類地方師范類院校生物學(xué)實驗教學(xué)體系為參照研究對象，以我校生物學(xué)實驗教學(xué)體系為研究樣本。探索以數(shù)量化的方式對生物學(xué)實驗教學(xué)體系進行評價，一方面可以對現(xiàn)有的實驗教學(xué)效果以數(shù)量化形式進行評估，另一方面可以在現(xiàn)有評價中識別并確定特有的實驗教學(xué)影響因子，在后續(xù)的實驗教學(xué)改革中通過調(diào)整影響因子參數(shù)值，使得實驗教學(xué)效果不斷的趨于合理化與高效化。并最終適應(yīng)于未來的市場化培養(yǎng)需求的學(xué)生知識與技能要求實驗教學(xué)體系?；谘芯拷Y(jié)果，通過重新設(shè)置新的實驗教學(xué)體系，使培養(yǎng)學(xué)生所掌握的課堂知識服務(wù)于技能，達到二者的有機融合，并與未來就業(yè)市場化需求相匹配，最大限度地達到與就業(yè)工作實踐的知識與技能的無縫對接，提高學(xué)生的在校學(xué)習(xí)知識與技能的重用性，增強學(xué)生未來就業(yè)的競爭性。

二、評價影響因子的識別與選定

數(shù)量化評價因子的識別與選定直接關(guān)系到后續(xù)數(shù)學(xué)評價的準(zhǔn)確性與完備性。影響實驗教學(xué)效果的因素諸多，從總體上可分為實驗室建設(shè)的“硬件”影響因子和實驗教學(xué)活動的“軟件”影響因子兩個部分。

在“硬件”上，實驗室建成后的使用與在實驗教學(xué)中的運行效率一方面關(guān)系到實驗室本身的使用，另一方面也間接影響對于學(xué)生在相關(guān)實驗中的學(xué)習(xí)效果。因而，對于實驗教學(xué)本身包括實驗室運行效率與學(xué)生的使用結(jié)果。由于在實驗室起始建設(shè)中的目標(biāo)不同，不同類型的實驗室在使用上功能存在差異。以我校生物工程與技術(shù)學(xué)院實驗室建設(shè)為例，既包括原有的僅對于學(xué)生課程的教學(xué)實驗的實驗室，也有近十年來的，對原有的部分教學(xué)實驗室進行補充與改建的專業(yè)實驗室，也同時有著各種不同級別的工程中心與重點實驗室。依據(jù)于我校的實驗室已有的建設(shè)和未來的轉(zhuǎn)型與對學(xué)生培養(yǎng)的動態(tài)實驗教學(xué)需求，對于我院實驗室的總體應(yīng)用在層次與功能上的劃分，將不同類別與層次的實驗室進行層級劃分，以利用后續(xù)在實驗室教學(xué)效果評價上給予其不同的影響因子。

依據(jù)于上述需求，將我院原有的，以按專業(yè)基礎(chǔ)課而建立的實驗室，以當(dāng)前所開設(shè)的課程為基礎(chǔ)，將不同的原有課程實驗室進行整合，形成七個最低一級的基礎(chǔ)實驗教學(xué)實驗室;將服務(wù)于生物專業(yè)課程，而基礎(chǔ)實驗教學(xué)實驗室不能包括的劃歸為專業(yè)實驗室，此為第二級實驗室;而將在院內(nèi)設(shè)有的不同級別的工程中心，校級研究所和重點實驗實驗室劃分為第三級，即科研實驗室。如此架構(gòu)的實驗室均與學(xué)生實驗教學(xué)相關(guān)，然而，從學(xué)生實驗訓(xùn)練上又具有不同的功能與階次性。對不同類別的實驗室，在進行量化評價中給予不同的權(quán)重數(shù)，其數(shù)量值不僅可反映實驗室的使用效率，也反映其在學(xué)生實驗教學(xué)效果中的不同作用。

在此大類下，使用層次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Proces）[9]，最終識別并確定實驗室所屬分類、實驗室所開實驗課程、實驗室一個學(xué)年內(nèi)所開實驗課程的門數(shù)、實驗室一個學(xué)年內(nèi)所開課程的年人時數(shù)、實驗室一個學(xué)年內(nèi)實驗經(jīng)費的總投入值、實驗室一個學(xué)年內(nèi)所開放的總時數(shù)作為某一個實驗室使用效率的影響因子，參與模型計算。

對于實驗教學(xué)活動“軟件”影響實驗教學(xué)效果的影響因子[10]，同樣基于AHP方法，對實驗教學(xué)活動影響實驗教學(xué)效果的影響因子進行識別，最終確定實驗課程所使用的實驗教學(xué)教材、實驗授課教師所設(shè)入的指導(dǎo)實驗時長、某門實驗課一個學(xué)年內(nèi)學(xué)生實驗報告的成績、某門實驗課內(nèi)實驗操作技能考試成績和實驗室內(nèi)所產(chǎn)生的科研項目與獲得獎勵與學(xué)院總體科研的占比為自變量因子，參與該部分的模型計算。

使用該模型進行計算時，對于模型中各權(quán)重系數(shù)的量化使用AHP方法進行，即由不同的具有代表性的人員對每項參數(shù)進行打分，以100分為滿分，獲得各項打分后，對所得到的分數(shù)以100分為標(biāo)準(zhǔn)進行歸一化處理。而對于各項參數(shù)所代表的子項的數(shù)值則以實驗室的由代表性的學(xué)年統(tǒng)計得到。

三、實驗教學(xué)效果計算模型

實驗教學(xué)效果評價模型使用指標(biāo)法進行，評價模型包含兩個部分，即實驗教學(xué)效果評價（ETEE）由實驗室使用效率評價（LUEE）與學(xué)生實驗學(xué)習(xí)效果評價（SELE）兩部分構(gòu)成：計算公式為：

四、實驗教學(xué)效果模型計算實例

使用上述的計算模型，以我院分子生物學(xué)實驗室、細胞生物學(xué)實驗室、生物化學(xué)實驗室、遺傳學(xué)實驗室、食品與藥品檢測分析中心、大櫻桃中心和硫生物技術(shù)研究所8個分屬于不同類別的實驗室，并將其所對應(yīng)的2016年度的所開設(shè)的一門實驗課作為計算對象，對實驗室的使用效率（LUEE）和學(xué)生實驗學(xué)習(xí)效果評價（SELE）計算，最終得到學(xué)生實驗教學(xué)效果評價（ETEE）計算結(jié)果。

從計算結(jié)果得到，對所選的8個實驗室進行計算，以食品與藥品檢測分析中心的使用效率最高，其LUEE達0.7784，而以硫生物技術(shù)研究所使用效率最低，其LUEE為0.3365，考查所有對實驗實驗室影響因子可以發(fā)現(xiàn)，對于實驗室使用效率影響較大的是在該實驗室中所開設(shè)的實驗課程門數(shù)及學(xué)院對教學(xué)所投入的經(jīng)費。而將實驗室使用效率考慮在內(nèi)，對所在實驗室的實驗教學(xué)的教學(xué)過程條件下進行ETEE的計算，對所使用的8個實驗室進行整體進行計算，可以獲得大櫻桃中心的ETEE最高為2.488，而以分子生物學(xué)實驗室為最低，僅為1.1975。其影響因子主要在于教師所使用的實驗教材、指導(dǎo)學(xué)生時長及對實驗中特殊要求為其主要的影響因素。此結(jié)果說明，實驗教學(xué)的效果與實驗室使用效率及實驗教學(xué)環(huán)節(jié)均相關(guān)，在進行實驗效果改進時，可以從此兩個方面同時進行，一方面提高實驗室的使用效率，同時要對實驗教學(xué)活動環(huán)節(jié)進行改進，以達到能從整體提高實驗教學(xué)的效果。

為驗證本模型的可預(yù)測性，以ETEE效果最低的分子生物學(xué)實驗室為例，使用2017學(xué)年學(xué)生的分子生物學(xué)實驗為研究樣本，利用所建立的模型，以2017學(xué)年對該實驗室的在經(jīng)費投入、課程開設(shè)門數(shù)、學(xué)年開課總?cè)藭r數(shù)、教材改進及教師指導(dǎo)時長與特定技能要求方面，以實驗改進值為輸入項，再次進行TETR的計算，并與未改進前的ETEE進行對比，可得到2個年度的ETEE計算結(jié)果。

計算結(jié)果顯示，2017學(xué)年分子生物學(xué)實驗室中分子生物學(xué)實驗的教學(xué)ETEE值為1.4139，較2016年的1.1975增加了18%。使用配對t檢驗方法，對所使用的不同年度組內(nèi)離散數(shù)據(jù)進行差異性檢驗，2017年度與2016年度在該門課程上存著顯著差異（p<0.05）。

五、結(jié)束語

綜合以上結(jié)果，本研究建立了一種對實驗室使用效率及總體實驗教學(xué)效果評價的一種定量數(shù)值方法。從試驗經(jīng)果可以看到，該模型在一定的范圍之內(nèi)是可行的。對于實驗教學(xué)效果的評價，以此模型為依據(jù)，可以對不同的實驗室使用效率及某一門實驗課的教學(xué)效果進行預(yù)估及評價，再通過其主要影響因子，調(diào)整其影響項，達到動態(tài)持續(xù)的教學(xué)效果提高，可用于同類院校的實驗教學(xué)評估與改進，也為開發(fā)其他實驗教學(xué)效果預(yù)估數(shù)學(xué)模型提供參考。

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