基于SPC的“點菜式”教學質量管控方法研究

康桂華， 陳文芳

(1.河海大學常州校區 物聯網工程學院，江蘇 常州 213022;2.河海大學常州校區 教務部，江蘇 常州 213022)

基于SPC的“點菜式”教學質量管控方法研究

康桂華1， 陳文芳2

(1.河海大學常州校區 物聯網工程學院，江蘇 常州 213022;2.河海大學常州校區 教務部，江蘇 常州 213022)

針對目前“點菜式”教學模式缺乏有效的質量監控手段，提出了一種基于SPC的綜合質量管控方法.通過在教學過程的關鍵教學環節設置多個控制節點，采集能夠充分反映教學質量的相關信息，采用SPC技術分辯出影響該教學模式質量的主要因素，使教學過程始終處于統計可控狀態.將該方法應用于具體教學改革實踐，并利用SPC規范對實際應用性能進行分析和評估，結果表明所提出的教學質量管控方法取得了預期效果.

點菜式教學；菜單式教學；教學質量；統計過程控制

“點菜式”教學又稱“菜單式”教學[1]，是指以學生為中心的教學改革過程中新出現的一種教學組織形式[2]，目前主要在國內一些高職院校的技能課中試行，最近在寧波大學科技學院部分公共基礎課中嘗試過，南京政治學院在培養高素質新型軍事人才中也采用過.結果表明這種教學改革模式能極大地激發學生們的學習興趣，深受大家歡迎.但目前國內大部分本科院校均未采用，特別是在基礎課和專業課的教學中.原因主要有2點，一是認為本科設置的基礎課或專業課的內容, 學生必須學，沒有“點菜”的余地；二是目前缺乏評價這種教學方式質量的客觀標準，更沒有對其教學質量進行有效監控的手段.實際上，目前國內大部分高校使用的選課方式類似于學生“點菜”，不過線條較粗.隨著現代科學技術的不斷發展，大學本科院校專業課程的教學內容在增多，而教學時數又在減少，有些專業課也適合采用“點菜式”教學方式.關鍵是要正確地引導，同時對教學質量需要制定一套嚴格的管控方法[3].

目前統計過程控制(SPC)[4]主要應用于工業生產過程中的質量監控, 在教學改革中的應用案例還甚為鮮見[5].教學過程在某些方面類似于工業生產過程，不過前者要輸出合格的學生，后者要輸出合格的產品.兩者最大的區別在于前者需要教師和學生之間進行互動，后者則不存在生產者與工業產品之間的直接互動關系.鑒于目前“點菜式”教學模式的應用需要，提出一種利用SPC技術對該教學模式的質量進行有效管控的方法，找出可能影響該模式教學質量的隨機因素和異常因素.對于前者，確定教學質量的概率分布范圍；對于后者，消除其可能對該教學模式造成的破壞作用，使教學過程始終處于統計可控狀態.同時將傳統上有關教學質量的定性描述轉化成概率統計意義上相對精確的定量描述，實現對“點菜式”教學過程的優化監控，確保教學質量滿足教學大綱規定的要求，達到“教”與“學”雙贏的目的.

1 “點菜式”教學的特點及其實施方案

1.1 “點菜式”教學的特點

河海大學“點菜式”教學改革模式是指教學中學生依據教師制定的或師生聯合設計的教學“菜譜”，自主選擇學習內容、查找相關資料，在教師的指導下提煉與課程內容相關的系列學習專題，并設計相應PPT，通過課堂演講、討論和課后到企業實踐，從而獲得專業知識與技能的一種開放式教學方法.在教學過程中，任課教師不只是知識的傳授者，而且還是學生獲取知識的引導者和激勵者，整個教學活動中強調師生間互動和雙向交流，教師要善于為學生“鋪路搭橋”，以教學“菜單”為線索，幫助學生解決該教學模式實施過程中遇到的各種疑難問題.

1.2 “點菜式”教學的實施方案

河海大學“點菜式”教學改革模式的總體實施方案如圖1所示.具體實行時，要求教師根據教學課程大綱要求和教學進度安排，精心設計出符合學生胃口的“菜譜”.依據教學過程中采集的信息和學生對教學效果的反饋，對所設計的教學“菜譜”進行不斷改進.并結合有關技術產業的最新發展水平，對教學“菜譜”內容進行及時更新.為防止學生“點菜”的盲目性，錯過很多應該掌握或被忽視掉了的知識點，“菜譜”的設計采用了循環方式，使學生無論選擇哪個菜單入口，都要遍歷主要知識點.學生根據所選擇“菜單”涉及的知識點，收集相關資料，設計PPT，教師給予指導，此過程由教師和學生共同完成.專題討論形式多樣化，學生課后到企業實踐沒有固定的模式，具體實施細節可根據企業情況進行調整，該教學環節需要體現師生的互動關系.考慮到具體實施過程中可能發生的隨機因素和突發因素對教學質量造成損害，在關鍵教學環節，設置了多個控制節點，采集反映教學質量的相關信息，并對采集的信息以及平時測驗和期終考試成績進行綜合統計分析，依據分析結果，對教學“菜譜”和具體實施過程進行不斷改進，逐步建立一套完善的“點菜式”教學模式綜合教學質量的有效管控體系.

2 基于SPC的綜合教學質量管控實現方案

2.1 SPC技術基本原理

SPC技術[4,6]最早由美國貝爾實驗室休哈特(Shewhart)于20世紀30年代提出，它主要應用統計分析方法對工業生產過程進行監控，將生產過程中采集的原始數據變換成概率表示的信息，并形成多種圖表，根據對圖表的分析結果，去發現影響產品質量的隨機因素和異常因素，并采取相應的糾正或改進措施，維持生產過程的穩定性，以達到提高生產效能的目的.具體實現時大多是運用過程控制圖來監測產品在生產過程中各個階段的質量特性，以確保生產過程始終處于統計控制狀態，從而確保產品的質量滿足預定的要求.SPC中，控制圖作為生產過程中反映產品質量狀況的一種記錄圖形，多年來得到了不斷改進和優化，形成了多種類型的控制圖，能夠滿足對“點菜式”教學質量監控的需要.

2.2 綜合教學質量管控實現的框圖與步驟

根據上述SPC技術原理和“點菜式”教學改革模式的具體實施方案，提出了一種基于SPC的“點菜式”教學的綜合質量管控方法，具體實現框圖如圖2所示.

該方法的主要實現步驟如下：

1) 制定“點菜式”教學模式的總體實施方案，如圖1所示;

2) 設計既滿足教學大綱要求又符合學生“胃口”的教學“菜譜”;

3) 在關鍵教學環節設置教學質量信息的采樣點；

4) 對采樣點上教學信息進行收集與分析；

5) 計算基于SPC的“點菜式”教學綜合質量管控參數；

6) 根據SPC控制圖判斷教學質量是否處于正常范圍；

7) 如果發現教學質量不正常，則區分出是隨機因素還是異常因素引起；

8) 如果是隨機因素引起，則調整教學“菜譜”；

9) 如果是異常因素造成，則修改教學“菜譜”，避免異常事件的發生；

10) 如果教學質量處于正常范圍，可根據往屆學生對教學質量評價的滿意度，對過程控制圖的3個參數進行適當調整，使教學質量評價結果更趨合理.

3 綜合教學質量評價與SPC參數的計算

3.1 綜合教學質量評價指標

“點菜式”教學模式的綜合教學質量評價指標由主觀和客觀2部分組成，主觀部分主要是指學生對該教學過程的各個教學環節的評價，評價結果往往用語言文字描述，如很好、好、較好等.客觀部分包括單元測驗、期終考試成績等，客觀評價結果要求直接用數量描述.為便于“點菜式”教學過程中實現SPC，主觀評價結果應根據SPC的要求進行量化，量化基準和區間應與客觀評價結果建立對等關系.使主、客觀評價有一個統一的標準，最終形成一套綜合教學質量的量化評價體系.

3.2 主觀教學質量信息的采集

根據“點菜式”教學模式的具體實施方案和主要實現步驟，有關教學質量主觀評價信息的采集，共設置了5個采樣點，分別如圖1中上方虛線箭頭所示，它們分別是：①對所設計的教學“菜譜”的滿意度或認可度評價；②對“點菜”時可能出現問題的應對策略評價；③對設計專題演講PPT時所遇到問題的解決方法評價；④對課堂專題匯報、演講或討論時遇到問題的解決方法評價;⑤對課后到企業實踐時可能遇到問題的應對策略評價.主觀評價信息的采集，均采用問卷調查的形式，上述5個關鍵控制節點信息采樣的調查問卷如表1所示.

表1 各教學信息采樣點上學生的滿意度評價

3.3 客觀教學質量信息的采集

客觀教學質量信息主要來自于平時測驗和期終考試成績的統計分析結果.每個學生的單元測驗和期終考試成績屬于客觀性評價指標，一般用百分制表示.根據SPC要求，需要計算出學生成績分布的均值、方差/變異、全距、眾數、標準差等.從而得到學生平時測驗和期終考試成績的總體分布以及個體差異等信息.

3.4 基于SPC的綜合質量管控參數的計算

SPC中，可利用控制圖對過程質量進行測定、記錄和管理控制.控制圖包括3條直線：①控制上限(UCL)；②中心線(CL)；③控制下限(LCL).3條直線代表的數值需要根據綜合教學質量評價的結果來確定.因此，首先需要將上述5個信息采樣點上采集的主觀信息逐一進行量化和轉換，并與單元測驗和期終考試成績進行綜合，計算出反映總體教學質量信息數據的均值、方差/變異、全距、眾數、標準差等參數，并建立這些參數與SPC控制圖3條直線之間的對應關系，有關各參數的具體計算方法參考了文獻[7].

將表1中得到的5分制表示的數據轉換成百分制表示的數據，采用的公式為：

(1)

式(1)中a、b分別為轉換尺度和區間的調整系數，exp(·)為指數函數，Ds、Do分別表示轉換前、后的信息數據.圖2中SPC控制圖3條直線代表的數值計算公式如下：

4 教學應用實例及其質量管控性能分析

為了驗證本文提出的基于SPC的“點菜式”教學質量管控方法的實用性和有效性，將其應用于河海大學移動通信課程的教學改革實踐，取得了預期效果.

4.1 “點菜式”教學綜合質量的控制圖及其分析

依據上述基于SPC的“點菜式”教學質量管控方法的實現框圖與具體步驟，分別采集能反映綜合教學質量信息的主觀和客觀數據，并將采集的主觀數據進行變換，再與采集的客觀數據進行綜合，得到了能全面反映“點菜式”教學綜合質量的數據.運行Minitab軟件[8]，輸入得到的教學質量數據，并設置相關參數，繪制出“點菜式”教學綜合質量的X-R(均值-極差)控制圖，分別如圖3(a)和(b) 所示，其中數據總數為106，每個樣本由5個數據組成.圖3(a)中均值圖的中心線CL為77.78，控制上限UCL為93.75，控制下限LCL為61.81.圖3(b)中極差圖的中心線R為12.38，控制上限UCL為26.18，控制下限LCL為0.圖3(c)還給出了最后22個樣本的數據分布圖.

根據X-R控制圖的判異規則[9]，結合“點菜式”教學的具體要求，制訂了教學質量處于非正常狀態的判別準則，具體條件如下：

1) 連續9點在中心線同一側；

2) 連續6點全部遞增或全部遞減；

3) 連續14點上下交錯；

4) 有1點偏離中心線超過 3個標準差；

5) 同側連續 3 點中有 2 點大于距離中心線 2 個標準差；

6) 同側連續 5 點中有 4 點大于距離中心線 1 個標準差；

7) 任一側連續 15 點全部在距離中心線 1 個標準差以內；

8) 任一側連續 8 點全部在距離中心線 1 個標準差以外.

只要某個樣本值滿足條件1)～8)之一，則判斷教學質量處于非正常狀態.而且如果滿足條件1)～3)之一，則判斷教學質量非正常是由隨機因素引起，如果滿足條件4)～8)之一，則判斷教學質量非正常是由異常因素引起.

從圖3(a)、(b)中可看出沒有樣本值超出上、下控制限，也沒有樣本值滿足上述8個條件之一，說明河海大學進行的移動通信課程“點菜式”教學改革實踐的綜合教學質量處于正常受控狀態.

4.2 教學質量管控過程能力分析

在教學過程正常受控后，需要進一步評估管控過程的控制能力.從圖3(d)所示的樣本值的能力直方圖可看出綜合教學質量符合近似正態分布.從圖3(e)所示的樣本值的正態概率圖可看出樣本數據與正態分布吻合的程度，兩者的面積差(AD)只有0.458.圖3(d)、(f)均反應了該管控方法的控制能力.在SPC中，通常用過程能力指數Cp與Cpk來表示控制過程的樣本組內潛在能力與實際表現能力，前者表示過程變異與規格界限之間的關系，后者則表示過程中心值與規格中心值偏移程度.而且還用過程指數Pp與Ppk來表示整體性能.這些性能指標的具體計算公式如下：

(3)式(3)中USL和LSL分別表示要求達到的控制上限和下限(也稱為規格上限和下限)，σ組內為樣本值的組內方差.

(4)式(4)中NSL為USL和LSL之一，μ為樣本中心值.同理

(5)

(6)

式中σ整體為樣本值整體的方差.

采用式(3)～(6)的計算結果分別如圖3(f)所示.圖3(f)中得到組內方差和整體方差值分別為5.323、5.747，兩者的差別較小，說明控制過程波動較小，穩定性較好.Cp與Cpk值分別為1.06和1.05，兩者均大于1，而小于1.33，說明過程控制精度較好，且過程控制能力較強，在過程能力的等級評定中處于2級水平[6]，仍需用控制圖對該教學過程進行監控，以便及時發現異常波動.此外Pp與Ppk值分別為0.99和0.97，說明從整體上看，過程控制精度和過程控制能力還存在一定的提升空間，圖3(f)中組內PPM=1 417.83，表示每百萬個樣值中存在約 1 418 個樣值會使教學過程處于非正常狀態.

5 結語

實踐結果表明,基于SPC的教學質量管控方法不僅能使河海大學“移動通信”課程的“點菜式”教學綜合質量得到有效管控，而且還能使該課程的教學克服傳統“按部就班”教學模式的弱點，充分體現學生的個性化學習需求，從而為創新型人才培養創造了有利條件.使所設計的教學“菜譜”既能滿足移動通信專業課的教學需要，又能極大地激發學生們的學習興趣，使某些學生變被動學習為主動學習，人人參與，避免學生“逃課”現象的發生.同時還能使在校學生學習的知識與當前移動通信產業發展保持同步，為學生就業創造有利條件，也使河海大學培養的人才能快速適應時代發展要求.

目前“點菜式”教學模式雖然只在小范圍內以實驗的方式展開，但已對傳統的教學方式產生了不小的沖擊，深受廣大學生們的歡迎.隨著以學生為中心的教學組織形式(如自主學習、個性化學習等)的研究與實踐不斷深化[10]，以及綜合教學質量管控手段的有效性不斷增強，“點菜式”教學模式將朝著更實用、更完善的方向發展，未來也將會在更多高等院校教學中推廣和應用.

[1] 甘毛文.淺析“菜單式”實踐教學模式中大學生主體作用[J].法制與經濟,2013(6):116-118.

[2] COGAN M.Menu - teaching measures[EB/OL].[2014-05-31]http://www.teachingmeasures.co.uk/menu.html.

[3] LANCTON S.Customize course menu,properties & colors [EB/OL].[2014-05-21]http://www.unco.edu/blackboard/docs/bb9/.

[4] 劉宏，全凌云．應用SPC技術監控過程質量[J].電子質量，2010(1):34-37.

[5] WANG Zi-ren,LIANG Rong-hua.Discuss on applying SPC to quality management in university education [C]//The 9th International Conference for Young Computer Scientists.China :Zhang Jia Jie,2008,1(1):2372-2375.

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[7] 康桂華，康鴻博．基于SPC的“點菜式”教學模式的綜合質量管控裝置及方法[P].中國專利:CN103985071A,2014-08-13.

[8] 陳旭東.基于SPC工具的高職實踐教學質量監控體系研究[J].南通職業大學學報，2012，26(1):28-31.

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(責任編輯 莊紅林)

On the SPC-based method of monitoring the quality of food-ordering-style teaching

KANG Gui-hua1,CHEN Wen-fang2

(1.College of Internet of Things Engineering,Hohai University at Changzhou,Changzhou 213022,China;2.Academic Affairs Office,Hohai University at Changzhou,Changzhou 213022,China)

For the existing problem of lacking the efficient methods for monitoring and controlling the quality of food-ordering-style teaching, this paper puts forward a SPC-based method of administering and controlling the integrated quality of teaching. Through the setting-up of multiple controlling points in the key steps of the teaching process, the collecting of the information related closely to the quality of teaching, and the discrimination of the main factors of affecting the quality of the teaching mode by the SPC technology, the teaching process is always controllable in a statistical sense. Moreover, the proposed method is applied to the teaching reform, and its application in reality is analyzed and evaluated by the SPC specification. The results show that the expected effect is achieved by the proposed method of controlling the teaching quality.

food-ordering-style teaching; menu-style teaching; teaching quality; statistical process control

2014-07-08.

河海大學2013年教育教學改革研究項目(XZX/13A001-36).

康桂華(1963-)，男，博士，副教授. 主要研究方向：通信與信息系統.

TN710.34

A

1672-8513(2015)01-0075-05