應用層次分析法評價“工程熱力學”課程教改效果

楊欣毅 蔣科藝 沈偉 李本威 王永華

[摘 要]對課程教學改革效果的評價需要從考試成績、學員表現、作業及試驗等各個環節進行統一的考量和評估。針對以往對教學改革效果評估方法權值難以確定、評價結果不夠準確的問題，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”課程為對象，根據其特點和教改實施情況研究三級評價指標體系，應用層次分析法得到連續三年的教改效果評價結果。研究內容為評估課程教改效果探索一種新模式，具有重要的推廣應用價值。

[關鍵詞]專業課程 教學改革 評價 層次分析法

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

對課程教學改革效果的評價需要從考試成績、學員表現、作業及試驗等各個環節進行統一的考量和評估。但是傳統的加權平均方法對各級指標的權值難以準確的、定量的給出，影響了教改效果評價的客觀性和準確性。為了準確地評價教學改革效果，本文以“工程熱力學”課程為對象，基于層次分析法進行課程教學改革效果評價方法研究，為準確合理地評價課程教學改革效果提供了一個可行的方法，具有很好的推廣和應用價值。

一、層次分析法

（一）方法概述

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是被廣泛應用于各種工程領域，用于大型設備等性能的定量評估分析。該方法是美國的數學家和運籌學家薩蒂教授在從事美國國防部的一項課題研究過程中所提出的一種基于層次權重的決策分析方法。這種方法的思想是利用多目標綜合評價方法，將制定決策有關的各種元素分解成層次體系，在建立此層次體系的基礎之上，根據定量的加權計算進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、評價標準等層次結構，然后通過判斷矩陣的特征向量來確定層次之間的優先權值，最后通過加權以及遞進的方法得出各個可行方案對總的目標權值，選擇權值最大的方案作為最終的優化結果。

（二）AHP分析步驟和計算流程

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

圖1 ? AHP計算流程圖

1.建立AHP的遞階層次結構

層次結構最頂層的元素即要解決問題的目標，因此把最頂層稱為目標層。在目標層以下的各個層次則包含要實現目標所需要的各種中間環節，統稱為準則層。在層次結構的最低層則是為了達到目標所能夠采取各種方法、方案或表示各準則要素變化的指標，因此可以稱為指標層或措施方案層。

2.構造判斷矩陣

一旦AHP的遞階層次結構建立之后，我們就可以確定不同層次元素之間的隸屬關系。

在構造兩兩比較矩陣時，需要針對上層的某個準則，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情況及其對應的標度。

表1 ? 比例標度的含義

3.某準則下元素相對排序權重計算

根據下層元素u1，u2，…，un對于上層的某個準則C的判斷矩陣A求出它們對于準則C的相對排序權重w1，w2，…，wn。其中相對排序權重wi可由如下公式計算：

式中的λmax為判斷矩陣的最大特征值，n為判斷矩陣的階數。然后根據表2查找相應的平均隨機一致性指標IR。

表2 ? 樣本的平均隨機一致性指標IR

若RC<0.10時，我們可以認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.計算各層元素對目標層的組合權重

假設第k-1層上有nk-1個元素，其相對于總目標的排序權重為：

其中，T為評價總體性能值，Si為各二級指標的計分值，Wi為各二級指標i對總目標層的組合權重值，n為所有參與評估的指標個數。本文取各二級指標計分值為5，即5分制。

二、工程熱力學課程教學改革

該課程在教學內容、教材、教學方法和教學模式等方面近年來進行了大量的建設和改革，主要體現在以下方面。

（一）教學內容和教材改革

課程組近年來不斷建設以課程教材、多媒體資源、網絡課程平臺和教學輔導資料構成的“工程熱力學”立體化教材體系。同時課題組緊跟熱工設備和信息化技術的發展，不斷認真梳理、動態更新教學內容，優化課程體系，使教學內容融基礎性、應用性和前沿性于一體，始終保持課程教材和教學內容的先進性。

（二）教學方法和教學模式改革

加強課程的實踐環節改革力度，對教學的重點和難點內容如噴管流動、燃氣輪機熱力循環等部分與實踐密切相關的內容，采用信息化技術手段進行講授、實作，豐富和發展了課堂的教學形式。在教學方法改革上，認真創新課程的教學模式，圍繞如何提高學員創新能力、實踐能力和分析解決問題能力，探索適應本課程的教學方法。以“背景+理論+應用”的知識模塊形式進行教學。加強實驗設備的研制和開發，建設學員自主學習研究的實踐平臺，踐行自主式、研究式教學方法，提高學員的學習主動性與自主創新能力。

三、應用AHP的課程教學改革效果評價

根據課程評價特點，結合層次分析法的計算過程進行教學改革效果評價。其中，評價過程的關鍵部分如下：

（一）評價指標體系設計

根據課程實施特點及建設的現狀，課程組設計課程教學改革效果的評價指標體系為三級體系，各級指標如下表所示：

表3 ? 教學改革效果評價指標體系

（二）評價過程

根據前述步驟1-6進行課程教改效果的評價，其中一級和二級指標的判斷矩陣為

（三）評價結果

根據層次分析法的步驟對2012-2014年連續三年的教學改革效果進行評價。評分標準為5分制，樣本為同一專業學員學習“工程熱力學”的課程表現，作業等情況（筆試為同一題庫抽題），其結果如表4所示，可見在連續實施教學改革之后，課程的教學效果有著穩步的提升。

表4 ? 近三年教改效果評價結果

五、總結

本文結合“工程熱力學”課程教學改革的實施情況，為準確客觀地評估幾年來課程教改的成效，引入層次分析法進行教學改革效果的評估。通過實踐，發現層次分析方法比傳統的求平均值或者加權平均方法更為準確、客觀，能夠反映出教學改革的實踐效果，為評估課程教改效果探索出一種新模式，實用性強，具有重要的推廣應用價值。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 孫玉榮，彭金波.基于AHP的課程教學效果評價指標體系研究[J].湖南工業大學學報，2010（9）：86-88.

[2] 張志強，徐斌，等.基于AHP評價方法的發動機性能評價[J].兵工學報，2008（5）：625-628.

[3] 陸海琴.高校教學效果評價方法及其應用[J].統計與決策，2008（17）：158-160.

[4] 李君麗.發展性教學評價技術研究[D].上海：華東師范大學，2006：3-55.

[責任編輯：覃侶冰]