基于計算智能的化學類實驗室教學管理實證研究

田景芝，荊濤，楊萬麗，鄭永杰，王波，田志茗

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基于計算智能的化學類實驗室教學管理實證研究

田景芝1，荊濤1，楊萬麗1，鄭永杰1，王波2，田志茗1

（齊齊哈爾大學 1. 化學與化學工程學院，2. 現代教育技術中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

提出了基于計算智能的化學類實驗室教學管理模式（TMC-CI），給出了TMC-CI的三大優化層次：（1）基于計算智能的教師實體優化，實現了教師層次結構優化分級和任課調度優化分級；（2）基于計算智能的學生實體優化，實現了學生的能力結構優化分級和認知適應素養優化分級；（3）基于計算智能的資源實體優化，實現了教師教學資源優化和學生學習資源優化．通過試用課堂和對比課堂完成了對比實證研究，研究表明TMC-CI提高了課堂教學效果及教學管理過程的效率，得到教師和學生一致認可，具有較高的推廣應用價值．

計算智能；化學類實驗室；教學管理；實證研究；試用課堂；對比課堂

高校化學類實驗室教學管理，面臨教學任務重、管理模式落后和教學資源配置效率低等諸多問題[1-2]．

高校化學類實驗室承擔著繁重的實驗和實踐課程的教學任務，由于實驗室資源要比常規課堂教學教室資源少很多，因此探索一套化學類實驗室教學管理優化模式至關重要[3]．為了解決上述問題，本文采用計算智能方法優化化學類實驗室教學管理，使教學管理更加科學化、系統化、高效化、智能化和規范化[4]．

1基于計算智能的化學類實驗室教學管理模式

計算智能是近年來被廣泛應用的組合優化新方法，它比傳統方法的優化速度和精度高，特別適合高復雜組合優化問題，而化學類實驗室教學管理優化問題正具有高復雜性．因此，本文提出了一種基于計算智能的化學類實驗室教學管理模式（teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence，簡稱TMC-CI）．TMC-CI的層次結構見圖1，該層次結構涉及到教師實體、學生實體和資源實體，每個實體都需要采用計算智能進行優化，以此實現高效的教學管理．基于計算智能的教師實體優化，主要是對教師層次結構優化分級，教師的任課調度優化分級等；基于計算智能的學生實體優化，主要是對學生的能力結構優化分級，學生的認知適應素養優化分級等；基于計算智能的資源實體優化，主要是教師教學資源優化，學生學習資源優化，面向人性化碎片化數字學習資源優化等．

2 TMC-CI實證研究

2.1 研究設計

該模式已經在齊齊哈爾大學化學類實驗室部分課堂試用，現形成了試用課堂（使用TMC-CI）和對比課堂（未使用TMC-CI），試用課堂經過了2個周期的運行，運行效果良好．其中設置對比課堂的目的在于，對TMC-CI進行實證對比研究，通過試用課堂和對比課堂的對比研究可以給出TMC-CI的積極肯定方面，也可以給出存在的一些不利因素，便于TMC-CI的修正研究，使TMC-CI逐步科學化和完整化．選擇100名學生和20名教師作為實證研究載體，將100名學生前期設置在試用課堂，后期設置在對比課堂中，而20名教師則同時承擔試用課堂課程又承擔對比課堂課程．整個實證研究教學環節全部結束后，分別對學生和教師進行實證分析，從而得出實證研究結果．

2.2 面向學生

面向100名學生發放100份問卷，回收100份問卷，回收的100份問卷均有效．問卷由20個客觀題構成，每個客觀題答案均設置為：A正向贊成，B中立支持，C反向抵觸，D棄權選擇．收回的100份問卷中共有90.6%選擇A，6.4%選擇B，1.2%選擇C，1.8%選擇D，統計結果見圖2．由圖2可以直觀看到，絕大部分學生對TMC-CI認可，認為TMC-CI可以提高教學效果．

2.3 面向教師

面向20名教師發放20份問卷，回收20份問卷，回收的20份問卷均有效．問卷由40個客觀題構成，每個客觀題答案均設置為：A正向贊成，B中立支持，C反向抵觸，D棄權選擇．收回的20份問卷中共有91.4%選擇A，5.8%選擇B，0%選擇C，2.8%選擇D，統計結果見圖3．由圖３可以直觀看到，絕大部分教師對TMC-CI認可，都認為TMC-CI可提高教學效果．

2.4 教學效果量化分析

對教師授課教學課堂進行量化分析，分析步驟如下：

步驟1 提出假設

步驟2 檢驗統計量

2.5 學習效果量化分析

分別對試用課堂和對比課堂的學生成績進行量化分析，分析步驟如下：

步驟1 提出假設

步驟2 檢驗統計量

3 結論

本文面向高校化學類實驗室教學管理提出了TMC-CI模式，TMC-CI采用計算智能方法對教學過程進行優化，經過優化的教學過程通過試用課堂和對比課堂完成了對比實證研究．研究表明，TMC-CI提高了課堂教學效果及教學管理過程的效率，得到了教師和學生的一致認可，具有較高的推廣應用價值．

[1] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等．化學實驗室資源優化配置的探索與實踐[J]．實驗室研究與探索，2014，33（2）：238-242

[2] 荊濤，鄭永杰，田景芝，等．產學研視域下研究生創新實驗評價體系研究[J]．實驗技術與管理，2014，31（3）：169-172

[3] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等．基于粒子群的化學實驗室無紙化資源優化配置[J]．科技通報，2014，30（1）：134-137

[4] 王波，陶佰睿．大學基礎課程碎片化智能移動學習模式研究[J]．江蘇開發大學學報，2015，26（4）：51-54

Empirical study on teaching management of chemistry class laboratories based on computational intelligence

TIAN Jing-zhi1，JING Tao1，YANG Wan-li1，ZHENG Yong-jie1，WANG Bo2，TIAN Zhi-ming1

（1. School of Chemistry and Chemistry Engineering，2. Center of Modern Educational Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Proposes teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence（TMC-CI）， and then provide three optimization levels of TMC-CI．The three optimization levels are（1）teacher entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of teacher's hierarchy and teaching schedule，（2）student entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of students' ability structure and cognitive adaptation literacy，（3）resource entities optimization based on computational intelligence achieves optimization of teacher's teaching resources and student's learning resources．It is finished that the comparative empirical research through the trial class and contrast class．The studys that TMC-CI improves the effect of classroom teaching，the efficiency of teaching management process．TMC-CI has been recognized by teachers and students and is worthy of popularizing widely．

computational intelligence；chemistry class laboratories；teaching management；empirical study； trial class；contrast class

TP399∶G482

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.024

2016-03-10

黑龍江省高等學校教改工程項目（JG2014011092）

田景芝（1964-），女，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，碩士，從事材料制備及計算機技術在化學化工中的應用研究．E-mail：tian_jingzhi@126.com

1007-9831（2016）04-0089-04