基于層次分析法的水利工程專業課教學質量評價方法研究

徐波 陳婧

摘? ?要：國內外都非常重視高校教學質量的研究，包括教學質量的影響因素、教學質量的評價體系與方法、教學質量的保障體系和改革提升措施等。為了提高水利工程專業課的教學質量，基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）對其評價體系與方法進行研究，構建了一個三層的遞階評價體系，研究水利工程專業課教學質量評價體系中評價指標的度量方法、權重計算方法、評價值的計算以及評價等級的判斷方法，并建立了評價指標重要性度量方法。此外，為便于上述方法的運用，探索了利用MATLAB軟件開發水利工程專業課教學質量評價系統的方法。

關鍵詞：水利工程專業課? 教學質量? 層次分析法? MATLAB

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0223-06

Abstract： Scholars at home and abroad make much account of the study on the teaching quality of colleges and universities， including influence factors，evaluation systems and methods， security systems， and reform and upgrading measures of the teaching quality. To improve teaching quality of specialized courses of water conservancy engineering major，based on Analytic Hierarchy Process（AHP）， the evaluation system and method is studied， and a new three-level hierarchical evaluation system is built. Also， measurement method of evaluation indicators in the teaching quality evaluation system of specialized courses of water conservancy engineering major， calculation method of weights and evaluation value， judgment method of evaluation grade are studied， and measurement method of importance of evaluation indicators is established. Besides， to facilitate the application of the above methods， the method of developing the teaching quality evaluation system of specialized courses of water conservancy engineering major based on MATLAB is explored.

Key Words： Specialized courses of water conservancy engineering major; The quality of teaching; AHP; MATLAB

國內外都非常重視高校教學質量的研究，包括教學質量的影響因素、教學質量的評價體系與方法、教學質量的保障體系和改革提升措施等。諸如我國、美國、英國等在高校教學質量方面都做了大量研究[1-3]，此外，2018年我國教育部發布了《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》[4]。本文將重點研究水利工程專業課教學質量的評價體系與方法，形成較為有效、可行的水利工程專業課教學質量評價方法，并篩選出影響課程教學質量評價的重要指標，以便科學、合理、有效地反饋教學質量。進而能夠有助于水利工程專業的教師調整教學方法，有助于水利院校改進人才培養模式，不斷提升教學質量和人才培養質量。

水利工程專業課涉及水利工程中的規劃與水工建筑物的設計、施工、管理等諸多方面問題，是學生畢業以后所從事的重要工作內容。對水利工程專業課的教學質量評價是對課程理論教學、實驗教學、課程設計、現場教學、生產實習等進行科學、客觀的評價，是保障教學質量的重要手段。為了對教學質量進行多方面的綜合評價，本文在傳統“學生評教”及“督導評教”的基礎上[5]，增設用人單位要求、專業認證要求及學生科研創新能力評教，在一定程度上消除測評者的主觀性，更全面地反饋出專業課程教學過程的缺陷與不足，從而為專業課程提升教學質量提供較為客觀的依據。同時，當前教育強調實踐創新能力，它直接關系到一個國家科學技術的進步和學術水平的發展;水利工程專業課在教學方面也應針對創新型人才的培養不斷地探索、改進。

本文首先構建水利工程專業課教學質量的三層遞階評價體系;然后基于層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）研究教學質量的評價方法，并提出評價指標重要性度量方法;在此基礎上，探索利用MATLAB軟件開發教學質量評價系統的方法。

1? 評價體系的構建

通過大量地搜集相關文獻，結合水利工程專業課特點，以學生評教項目、督導評教項目、用人單位要求、專業認證要求以及學生科研和創新能力為一級指標，構建水利工程專業課教學質量的綜合評價體系。

（1）學生評教項目。

學生對教師的評教反饋是課程進一步建設的基礎，是衡量課程質量的關鍵性指標。本文將國內很多高校網絡教學平臺上的學生評教內容作為評價體系中學生評教項目的指標。

（2）督導評教項目。

督導評教是高校衡量教師教學質量的普遍方法，其工作也已經成為高校教育教學質量監控體系的一個重要部分[6]。本文將國內較多高校督導評教標準作為評價體系中督導評教項目的指標。

（3）用人單位要求。

用人單位的要求反映了在市場大環境下對于人才能力的需求，這對課程建設有明確的導向作用[7]。本文篩選出學生通過專業課程教學、實踐和自我學習等過程發展、培養、在職業活動中發揮作用的基本品質等作為指標。

（4）專業認證要求。

隨著我國加入《華盛頓協議》，工程教育專業認證標準EC 2000被引入高校專業建設方案[8]。為了配套專業建設，專業課程相應地培養學生綜合運用知識、解決實際問題、交流溝通、團隊合作知識轉化、創新等綜合能力與素質。故本文將此標準列入評價體系中。

（5）學生科研和創新能力。

本科生科研能力培養是培養創新型人才的重要途徑，也是新時期高等教育改革與發展的迫切要求。著眼于國家經濟、科技、社會發展對創新型人才的需求[9]，本文將國家發展對大學生科研及創新能力的要求也列入課程教學質量評價體系中。

將水利工程專業課教學質量評價目標（A）分解為5個準則層，分別是學生評教項目（B1）、督導評教項目（B2）、用人單位要求（B3）、專業認證要求（B4）以及學生科研和創新能力（B5）;各準則層內部因素形成指標層，共45項評價指標，見表1。

2? 教學質量評價方法研究

綜合評價方法有灰色模糊理論[10]、事故樹[11]、層次分析法[12]等多種方法。層次分析法是一種應用廣泛的多指標決策工具，其特點是在對復雜的決策問題本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數學化，從而為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法。

層次分析法可以通過將所有指標進行兩兩比較來確定各指標之間的優劣順序，以此來提高評價的精確性，是一種常用的評價方法，在此基于層次分析法研究水利工程專業課教學質量的評價方法。

2.1 評價指標的度量方法

根據評價對象的情況，確定評價指標。由于評價因素很多，可將各評價因素分類組合形成一種層次結構。如表1所示，建立一個多層次的遞階結構，模型從上往下依次共A、B、C三層，其中A層為目標層，B層為準則層，C層為指標層，共計45項評價指標。

對評價指標進行評分后，可以從下往上逐層進行評價。為消除量綱不同，使評分數據具有可比性，對評分數據進行極差標準化處理。標準化處理采用下式：

（1）

式中：為每個準則層中第i項指標的標準化評分，表示每個準則層中第i個指標的評分最小值，mzx為每個準則層中第i個指標的評分最大值，為每個準則層中第i項評價指標的評分。

2.2 權重的計算方法

（1）構造兩兩比較的判斷矩陣。

在同一目標下對各個指標的重要性進行兩兩比較，建立判斷矩陣。這里采用1～9標度法，不同等級標度含義見表2所示。

（2）計算單一準則下元素的相對權重。

通過得到的判斷矩陣Aij利用和積法求解判斷矩陣的最大特征向量和特征根，具體步驟如下：

首先，計算判斷矩陣每行元素的乘積ki：

（2）

其次，求解ki的n次方根，得到向量：

（3）

然后，對向量進行歸一化處理，得到判斷矩陣Aij的特征向量，li為第i項指標的權重值;

（4）

最后，計算判斷矩陣Aij的最大特征根λmax，為的第k項元素。

（5）

（3）一致性檢驗。

層次分析法要求判斷矩陣要有大體的一致性，才能使計算結果在基本上一致。將判斷矩陣的階數n和最大特征值λmax進行計算得到一致性指標CI，計算式如下：

（6）

然后計算相對一致性指標CR：

（7）

其中RI為平均隨機一致性指標，具體值見表3。認為當CR<0.1時，一致性檢驗通過。

如果CR≥0.1時，則認為判斷矩陣Aij一致程度無法接受，需要對矩陣中第元素相對于第元素重要性進行適當修正，直到矩陣滿足CR<0.1的標準為止。

根據構建的結構模型，按照上述步驟從上至下循序漸進地對各層元素分別進行計算。假設準則層B中包含m個指標，則可以計算其對應層次的權重分別為。下一層C層包含n個指標，n個指標分為m組，分別屬于m個準則層指標，根據上述方法可計算C層每個指標對應的權重分別為，其中，。

2.3 評價值的計算和評價等級的判斷方法

將C層評價指標層的評分標準化數據與之前計算得到的各指標對應的權重代入下式可以得到B層的評價值yp：

（8）

式中：為第p個準則層第i項評價指標的標準化評分，為第p個準則層第i項指標的權重，yp為B層評價值，。

B層各指標的評價值yp和其對應權重代入下式可得到總目標A層的評價值，即：

（9）

A層的評價值Q即為課程教學質量的評價值。在此基礎上，根據Q和課程評價等級的標準可以判斷課程教學質量的等級。課程評價等級的標準：Q為0.9～1時，等級為優;Q為0.8～0.9時，等級為良;Q為0.7～0.8時，等級為中;Q為0.6～0.7時，等級為及格;Q小于0.6時，等級為差。

2.4 評價指標重要性度量方法

采用從評價層到準則層的權重值與準則層到指標層的權重值的乘積，來計算評價指標對教學質量評價值的影響程度，具體表達為：

（10）

式中：為第p個準則層第i項指標的相對重要性，ωp為評價層到第p個準則層的權重為第p個準則層到其第i指標層的權重值，其余符號含義同上。

3? 教學質量評價系統開發

基于層次分析法，利用MATLAB可以開發多種評價系統，例如沖壓生產線評價系統和水環境評價系統等[13-14]。為便于基于層次分析法的水利工程專業課教學質量評價方法的運用，借鑒文獻[13]和[14]中的方法，可以采用MATLAB軟件開發教學質量評價系統。

（1）菜單欄及主界面制作新建的空白的GUI界面，在Tools菜單中的Menu Editor中制作軟件的菜單欄。在主界面上設置背景及添加按鈕，如圖1所示。

（2）評教界面制作。

根據表1課程教學質量評價綜合指標體系內容，制作7個界面，分別是學生評教界面、督導評教界面、用人單位評教界面、專業認證評教界面、學生科研創新能力界面、課程綜合評價值計算界面和指標重要度排序界面。課程綜合評價值計算界面見圖2。

4? 結語

本文主要探討了運用層次分析法對水利工程專業課教學質量進行評價的方法和利用MATLAB軟件開發水利工程專業課教學質量評價系統的方法。得到如下結論：

（1）將水利工程專業課教學質量評價設置為目標層，該目標層可以分解為學生評教、督導評教、用人單位要求、專業認證要求以及學生科研和創新能力等5個準則層，進一步可分解為45項評價指標，從而可以構建水利工程專業課教學質量綜合評價體系。

（2）水利工程專業課教學質量評價體系中評價指標的度量可以采用極差標準化處理方法，各指標的權重可以采用兩兩比較的方法;教學質量評價值為準則層指標評價值與對應權重乘積的和，而準則層指標評價值為評價指標標準化評分均值與對應權重乘積的和;根據教學質量評價值和評價等級標準可以判斷教學質量的等級;利用準則層指標的權重與評價指標權重的乘積，可以建立評價指標重要性度量方法。此外，利用MATLAB軟件能夠開發水利工程專業課教學質量評價系統使上述方法便于運用。

（3）上述方法不僅適用于水利工程專業課教學質量的評價，也適用于其他專業相關課程教學質量的評價，只需要對相應的評價指標進行適當調整即可。

參考文獻

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