基于層次分析法的水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方法研究

徐波 陳婧

摘? ?要：國內(nèi)外都非常重視高校教學(xué)質(zhì)量的研究，包括教學(xué)質(zhì)量的影響因素、教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)體系與方法、教學(xué)質(zhì)量的保障體系和改革提升措施等。為了提高水利工程專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量，基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）對其評價(jià)體系與方法進(jìn)行研究，構(gòu)建了一個(gè)三層的遞階評價(jià)體系，研究水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系中評價(jià)指標(biāo)的度量方法、權(quán)重計(jì)算方法、評價(jià)值的計(jì)算以及評價(jià)等級的判斷方法，并建立了評價(jià)指標(biāo)重要性度量方法。此外，為便于上述方法的運(yùn)用，探索了利用MATLAB軟件開發(fā)水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)的方法。

關(guān)鍵詞：水利工程專業(yè)課? 教學(xué)質(zhì)量? 層次分析法? MATLAB

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)外都非常重視高校教學(xué)質(zhì)量的研究，包括教學(xué)質(zhì)量的影響因素、教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)體系與方法、教學(xué)質(zhì)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(xué)質(zhì)量方面都做了大量研究[1-3]，此外，2018年我國教育部發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》[4]。本文將重點(diǎn)研究水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)體系與方法，形成較為有效、可行的水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方法，并篩選出影響課程教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的重要指標(biāo)，以便科學(xué)、合理、有效地反饋教學(xué)質(zhì)量。進(jìn)而能夠有助于水利工程專業(yè)的教師調(diào)整教學(xué)方法，有助于水利院校改進(jìn)人才培養(yǎng)模式，不斷提升教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

水利工程專業(yè)課涉及水利工程中的規(guī)劃與水工建筑物的設(shè)計(jì)、施工、管理等諸多方面問題，是學(xué)生畢業(yè)以后所從事的重要工作內(nèi)容。對水利工程專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)是對課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等進(jìn)行科學(xué)、客觀的評價(jià)，是保障教學(xué)質(zhì)量的重要手段。為了對教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行多方面的綜合評價(jià)，本文在傳統(tǒng)“學(xué)生評教”及“督導(dǎo)評教”的基礎(chǔ)上[5]，增設(shè)用人單位要求、專業(yè)認(rèn)證要求及學(xué)生科研創(chuàng)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(yè)課程教學(xué)過程的缺陷與不足，從而為專業(yè)課程提升教學(xué)質(zhì)量提供較為客觀的依據(jù)。同時(shí)，當(dāng)前教育強(qiáng)調(diào)實(shí)踐創(chuàng)新能力，它直接關(guān)系到一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和學(xué)術(shù)水平的發(fā)展;水利工程專業(yè)課在教學(xué)方面也應(yīng)針對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)不斷地探索、改進(jìn)。

本文首先構(gòu)建水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的三層遞階評價(jià)體系;然后基于層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）研究教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)方法，并提出評價(jià)指標(biāo)重要性度量方法;在此基礎(chǔ)上，探索利用MATLAB軟件開發(fā)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)的方法。

1? 評價(jià)體系的構(gòu)建

通過大量地搜集相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合水利工程專業(yè)課特點(diǎn)，以學(xué)生評教項(xiàng)目、督導(dǎo)評教項(xiàng)目、用人單位要求、專業(yè)認(rèn)證要求以及學(xué)生科研和創(chuàng)新能力為一級指標(biāo)，構(gòu)建水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的綜合評價(jià)體系。

（1）學(xué)生評教項(xiàng)目。

學(xué)生對教師的評教反饋是課程進(jìn)一步建設(shè)的基礎(chǔ)，是衡量課程質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。本文將國內(nèi)很多高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的學(xué)生評教內(nèi)容作為評價(jià)體系中學(xué)生評教項(xiàng)目的指標(biāo)。

（2）督導(dǎo)評教項(xiàng)目。

督導(dǎo)評教是高校衡量教師教學(xué)質(zhì)量的普遍方法，其工作也已經(jīng)成為高校教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系的一個(gè)重要部分[6]。本文將國內(nèi)較多高校督導(dǎo)評教標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)體系中督導(dǎo)評教項(xiàng)目的指標(biāo)。

（3）用人單位要求。

用人單位的要求反映了在市場大環(huán)境下對于人才能力的需求，這對課程建設(shè)有明確的導(dǎo)向作用[7]。本文篩選出學(xué)生通過專業(yè)課程教學(xué)、實(shí)踐和自我學(xué)習(xí)等過程發(fā)展、培養(yǎng)、在職業(yè)活動(dòng)中發(fā)揮作用的基本品質(zhì)等作為指標(biāo)。

（4）專業(yè)認(rèn)證要求。

隨著我國加入《華盛頓協(xié)議》，工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)EC 2000被引入高校專業(yè)建設(shè)方案[8]。為了配套專業(yè)建設(shè)，專業(yè)課程相應(yīng)地培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題、交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作知識轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新等綜合能力與素質(zhì)。故本文將此標(biāo)準(zhǔn)列入評價(jià)體系中。

（5）學(xué)生科研和創(chuàng)新能力。

本科生科研能力培養(yǎng)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，也是新時(shí)期高等教育改革與發(fā)展的迫切要求。著眼于國家經(jīng)濟(jì)、科技、社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求[9]，本文將國家發(fā)展對大學(xué)生科研及創(chuàng)新能力的要求也列入課程教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系中。

將水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)目標(biāo)（A）分解為5個(gè)準(zhǔn)則層，分別是學(xué)生評教項(xiàng)目（B1）、督導(dǎo)評教項(xiàng)目（B2）、用人單位要求（B3）、專業(yè)認(rèn)證要求（B4）以及學(xué)生科研和創(chuàng)新能力（B5）;各準(zhǔn)則層內(nèi)部因素形成指標(biāo)層，共45項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，見表1。

2? 教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方法研究

綜合評價(jià)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(yīng)用廣泛的多指標(biāo)決策工具，其特點(diǎn)是在對復(fù)雜的決策問題本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)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(biāo)進(jìn)行兩兩比較來確定各指標(biāo)之間的優(yōu)劣順序，以此來提高評價(jià)的精確性，是一種常用的評價(jià)方法，在此基于層次分析法研究水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)方法。

2.1 評價(jià)指標(biāo)的度量方法

根據(jù)評價(jià)對象的情況，確定評價(jià)指標(biāo)。由于評價(jià)因素很多，可將各評價(jià)因素分類組合形成一種層次結(jié)構(gòu)。如表1所示，建立一個(gè)多層次的遞階結(jié)構(gòu)，模型從上往下依次共A、B、C三層，其中A層為目標(biāo)層，B層為準(zhǔn)則層，C層為指標(biāo)層，共計(jì)45項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)。

對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評分后，可以從下往上逐層進(jìn)行評價(jià)。為消除量綱不同，使評分?jǐn)?shù)據(jù)具有可比性，對評分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理采用下式：

（1）

式中：為每個(gè)準(zhǔn)則層中第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化評分，表示每個(gè)準(zhǔn)則層中第i個(gè)指標(biāo)的評分最小值，mzx為每個(gè)準(zhǔn)則層中第i個(gè)指標(biāo)的評分最大值，為每個(gè)準(zhǔn)則層中第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的評分。

2.2 權(quán)重的計(jì)算方法

（1）構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣。

在同一目標(biāo)下對各個(gè)指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣。這里采用1～9標(biāo)度法，不同等級標(biāo)度含義見表2所示。

（2）計(jì)算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)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(jì)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(jìn)行歸一化處理，得到判斷矩陣Aij的特征向量，li為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值;

（4）

最后，計(jì)算判斷矩陣Aij的最大特征根λmax，為的第k項(xiàng)元素。

（5）

（3）一致性檢驗(yàn)。

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

（6）

然后計(jì)算相對一致性指標(biāo)CR：

（7）

其中RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，具體值見表3。認(rèn)為當(dāng)CR<0.1時(shí)，一致性檢驗(yàn)通過。

如果CR≥0.1時(shí)，則認(rèn)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(jìn)行適當(dāng)修正，直到矩陣滿足CR<0.1的標(biāo)準(zhǔn)為止。

根據(jù)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型，按照上述步驟從上至下循序漸進(jìn)地對各層元素分別進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)準(zhǔn)則層B中包含m個(gè)指標(biāo)，則可以計(jì)算其對應(yīng)層次的權(quán)重分別為。下一層C層包含n個(gè)指標(biāo)，n個(gè)指標(biāo)分為m組，分別屬于m個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)，根據(jù)上述方法可計(jì)算C層每個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重分別為，其中，。

2.3 評價(jià)值的計(jì)算和評價(jià)等級的判斷方法

將C層評價(jià)指標(biāo)層的評分標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與之前計(jì)算得到的各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重代入下式可以得到B層的評價(jià)值yp：

（8）

式中：為第p個(gè)準(zhǔn)則層第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化評分，為第p個(gè)準(zhǔn)則層第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，yp為B層評價(jià)值，。

B層各指標(biāo)的評價(jià)值yp和其對應(yīng)權(quán)重代入下式可得到總目標(biāo)A層的評價(jià)值，即：

（9）

A層的評價(jià)值Q即為課程教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Q和課程評價(jià)等級的標(biāo)準(zhǔn)可以判斷課程教學(xué)質(zhì)量的等級。課程評價(jià)等級的標(biāo)準(zhǔn)：Q為0.9～1時(shí)，等級為優(yōu);Q為0.8～0.9時(shí)，等級為良;Q為0.7～0.8時(shí)，等級為中;Q為0.6～0.7時(shí)，等級為及格;Q小于0.6時(shí)，等級為差。

2.4 評價(jià)指標(biāo)重要性度量方法

采用從評價(jià)層到準(zhǔn)則層的權(quán)重值與準(zhǔn)則層到指標(biāo)層的權(quán)重值的乘積，來計(jì)算評價(jià)指標(biāo)對教學(xué)質(zhì)量評價(jià)值的影響程度，具體表達(dá)為：

（10）

式中：為第p個(gè)準(zhǔn)則層第i項(xiàng)指標(biāo)的相對重要性，ωp為評價(jià)層到第p個(gè)準(zhǔn)則層的權(quán)重為第p個(gè)準(zhǔn)則層到其第i指標(biāo)層的權(quán)重值，其余符號含義同上。

3? 教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)開發(fā)

基于層次分析法，利用MATLAB可以開發(fā)多種評價(jià)系統(tǒng)，例如沖壓生產(chǎn)線評價(jià)系統(tǒng)和水環(huán)境評價(jià)系統(tǒng)等[13-14]。為便于基于層次分析法的水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方法的運(yùn)用，借鑒文獻(xiàn)[13]和[14]中的方法，可以采用MATLAB軟件開發(fā)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)。

（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(shè)置背景及添加按鈕，如圖1所示。

（2）評教界面制作。

根據(jù)表1課程教學(xué)質(zhì)量評價(jià)綜合指標(biāo)體系內(nèi)容，制作7個(gè)界面，分別是學(xué)生評教界面、督導(dǎo)評教界面、用人單位評教界面、專業(yè)認(rèn)證評教界面、學(xué)生科研創(chuàng)新能力界面、課程綜合評價(jià)值計(jì)算界面和指標(biāo)重要度排序界面。課程綜合評價(jià)值計(jì)算界面見圖2。

4? 結(jié)語

本文主要探討了運(yùn)用層次分析法對水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的方法和利用MATLAB軟件開發(fā)水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)的方法。得到如下結(jié)論：

（1）將水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)設(shè)置為目標(biāo)層，該目標(biāo)層可以分解為學(xué)生評教、督導(dǎo)評教、用人單位要求、專業(yè)認(rèn)證要求以及學(xué)生科研和創(chuàng)新能力等5個(gè)準(zhǔn)則層，進(jìn)一步可分解為45項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，從而可以構(gòu)建水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量綜合評價(jià)體系。

（2）水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系中評價(jià)指標(biāo)的度量可以采用極差標(biāo)準(zhǔn)化處理方法，各指標(biāo)的權(quán)重可以采用兩兩比較的方法;教學(xué)質(zhì)量評價(jià)值為準(zhǔn)則層指標(biāo)評價(jià)值與對應(yīng)權(quán)重乘積的和，而準(zhǔn)則層指標(biāo)評價(jià)值為評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化評分均值與對應(yīng)權(quán)重乘積的和;根據(jù)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)值和評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)可以判斷教學(xué)質(zhì)量的等級;利用準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重與評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的乘積，可以建立評價(jià)指標(biāo)重要性度量方法。此外，利用MATLAB軟件能夠開發(fā)水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)使上述方法便于運(yùn)用。

（3）上述方法不僅適用于水利工程專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)，也適用于其他專業(yè)相關(guān)課程教學(xué)質(zhì)量的評價(jià)，只需要對相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可。

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