新工科背景下畢業設計選題質量反饋評價定量方法探索

呂建勛 郭玉柱 袁海斌 劉穎異 袁海文

摘 要 中國工程教育認證標準對于畢業設計（論文）選題提出明確要求，如何有效評價畢業設計選題質量對于新工科背景下的畢業設計教學質量提高具有重要意義。提出一種基于綜合賦權法的畢業設計題目選題質量評價方法，并在檢測系進行實踐。實踐表明，該方法可以有效提供選題質量定量評價反饋，為畢業設計教學質量提高提供服務。

關鍵詞 工程教育認證；畢業設計（論文）；選題質量評價；層次分析法；熵權法

中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）22-0060-04

Research on Teaching Quality Improvement Method Based on?Topics Quality Feedback of Graduation Thesis Under Back-ground of New Engineering//LYU Jianxun， GUO Yuzhu， YUAN Haibin， LIU Yingyi， YUAN Haiwen

Abstract Engineering education certification standards of China have?clear requirements for the selection of graduate thesis. How to effectively evaluate the quality of graduation thesis topics is of great significance to the improvement of graduation design teaching quality.?This paper proposes a method for evaluating the quality of gradua-tion thesis topics based on the comprehensive weighting method， and?puts it into practice. The results show that， this method can provide effective feedback for the evaluation of the subject quality and pro-vide reference for the improvement of teaching quality in the future.

Key words engineering education certification; graduation design （thesis）; evaluation of the topics quality; analytic hierarchy process; entropy method

0 引言

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，堅持以學生為中心和成果導向的教育理念。我國從2006年開始構建工程教育專業認證體系，于2013年加入《華盛頓協議》，成為預備成員，并于2016年正式加入《華盛頓協議》，實現了我國工程專業本科學位與該協議其他正式成員之間的互認[1-2]，極大地提高了我國工程教育的國際影響力，意味著我國向工程人才國際化邁出重要一步，也對我國工程類后備人才的培養起到重要作用。

工程教育的目的是培養學生解決復雜工程問題的能力，畢業設計（論文）是工程專業本科教學計劃中培養學生綜合運用本專業基礎理論知識、專業知識與基本技能，增強學生實踐能力、創造能力、就業能力和創業能力的極為重要的教學過程，對本科生工程意識的培養、專業素養及綜合能力的提升起到重要作用，在新工科人才培養中有著其他環節不可替代的作用。中國《工程教育認證標準》中課程體系的工程實踐和畢業設計（論文）部分明確指出：畢業設計（論文）選題要結合本專業的工程實際問題，培養學生的工程意識、協作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力[3-4]。在此背景下，對畢業設計選題質量及其相應的評價機制提出更高的要求，合理的畢業設計選題質量評價方法對于提升高校畢業設計教學質量，強化畢業生工程能力、工程素養以及工程知識至關重要。

結合北京航空航天大學檢測系近年來本科畢業設計（論文）教學質量評價方面的實際和不足，針對本科畢業設計（論文）選題質量評價這一問題，本文以工程教育專業認證標準對畢業設計環節要求為基本導向，以畢業設計對畢業要求的支撐度為基礎，提出一種層次分析法和熵權法相結合的本科畢業設計選題質量評價方法，并以2017級學生的畢業設計選題為研究對象進行實踐，從而給出畢業設計選題評分，為未來畢業設計選題的改進提供依據。

1 工程認證畢業要求通用標準及畢業設計對其支撐關系分析

在工程教育背景下，畢業設計選題質量評價的關鍵就在于其對工程認證畢業要求的支撐能力，進而可以表現為對畢業要求達成度的評價。為了更好地評價畢業設計的選題質量，首先需要分析明確畢業設計與畢業要求通用標準間的支撐關系。

工程認證畢業要求通用標準有12條，包括工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、使用現代工具等。北京航空航天大學檢測系針對這些通用要求制定了相應的畢業要求，突出航空航天特色和解決航空航天領域復雜工程問題的能力。通過對北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院課程體系對畢業要求支撐的相關資料的分析總結，梳理出目前本科生畢業設計教學環節可以支撐第1、2、3、4、6、10、12條畢業要求，因此，畢業設計選題質量評價需要從這幾個要求的達成度入手。為了更明確畢業設計選題質量評價指標，在課程體系對畢業要求支撐度分析總結的基礎上，進一步對本科畢業設計對畢業要求支撐的具體指標點進行梳理，并將梳理結果進行整理，如表1所示。研究畢業設計題目選題對于這些畢業要求指標的達成情況，也就反映了畢業設計教學環節對于新工科工程教育的支持度，可以反映出畢業設計選題質量，也為之后的反饋改進提供依據。

2 基于綜合賦權法的本科畢業設計選題質量評價方法

本科畢業設計選題質量評價是一個復雜過程，各種因素交織。本文設計一種層次分析法和熵權法相結合的綜合賦權法來完成畢業設計題目選題質量評價。根據上一節所梳理的畢業要求指標點，設計相應的表格，分別獲得專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面對于畢業設計選題對畢業要求達成度的評價數據，然后運用綜合賦權法進行畢業設計選題質量評價打分。

2.1 層次分析法

層次分析法將影響決策的各種因素劃分為有序的層次，把復雜問題條理化、層次化，是一種多目標、多準則的定性定量相結合的決策方法[5-6]。它通過將評估參數兩兩比較，形成代表分析者和專家意見的客觀判斷結果。該方法主要步驟如圖1所示。

針對畢業設計選題質量評價，將總體質量評價層次化，最終總體評價為第一層級；以專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面分別作為第二層級的一個特征類；以每類的具體特征參數，也就是表1中梳理出的七個畢業要求指標點的特征值（打分）為第三層級。

由于不同特征參數重要性不同，采用兩兩比較方法建立相應的層次分析法評價矩陣，再計算評價矩陣最大特征根λmax，并進行評價矩陣一致性校驗。如果該矩陣符合一致性指標，則評價矩陣最大特征根所對應的特征向量經歸一化后的結果，就是不同特征參數的權重分配。

2.2 熵權法

信息論中，一個指標的信息熵越大，那么能提供的有用信息量越小，相應地，在評價體系中對該指標權重分配就應該越小。這也是熵權法的基本思路，熵權法的優點在于客觀性更強[7]。熵權法確定權重的基本步驟如圖2所示，具體計算步驟可參考文獻[8]。

2.3 綜合賦權法

充分結合層次分析法和熵權法的優點，采用線性組合法，充分體現決策者對于層次分析法和熵權法的偏好。假設wj1，wj2分別是層次分析法和熵權法計算所得到的權重，利用公式（1）來計算最終的權重：

wj=αwj1+βwj2（1）

其中，α為層次分析法權重在綜合賦權法中的系數，β為熵權法權重在綜合賦權法中的系數，且α+β=1。α和β取值根據最終決策者的傾向和經驗來確定。

獲得綜合賦權法權重后，針對每個畢業設計題目進行評分計算，獲得專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面的評分，通過這些評分就可以直觀地反映不同群體對畢業設計題目的評價情況。

3 北京航空航天大學自動化學院檢測系基于畢業設計選題質量反饋的教學質量改進實踐

具體到2017級本科畢業設計質量評價，通過評審小組會議討論及學生問卷調查，獲得評審小組及學生兩方面對畢業設計達成度的評價數據。評價采用優、良、中、合格及不合格五級評分制，分別對其賦予分值：優—5分，良—4分，中—3分，合格—2分，不合格—1分。然后采用綜合賦權法對該次本科畢業設計選題質量進行評分計算。

3.1 指標體系建立

畢業設計對畢業要求指標點的支撐情況如表1所示，以這些指標點的達成情況作為特征參量，以專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面作為三個特征量。此時，X=[X1，X2，X3]，X1對應內部評審小組評分影響度，X2對應學院專家組評分影響度，X3對應學生評分影響度；對應評分影響指標記為X1={xi11，xi12，xi13，xi14，xi15，xi16，xi17}，X2={xi21，xi22，xi23，xi24，xi25，xi26，xi27}，X3={xi31，xi32，xi33，xi34，xi35，xi36，xi37}，其中i代表所評價的畢業設計題目編號。2017級本科畢業設計的畢業要求達成度評價數據分別如表2、表3、表4所示。

3.2 綜合賦權法確立權重

STEP1：層次分析法權重計算 采用層次分析法對不同特征參數的權重進行計算，按照不同特征參數的重要性不同，采用兩兩比較的方式獲得其評價矩陣如公式（2）所示：

計算得到其最大特征值為7.446 4，即λmax=7.446 4。其對應的特征向量是[0.084 7 0.058 8 0.058 8 0.065 5 0.065 5 0.620 1 0.046 6]。然后依據評判矩陣一致性校核公式，計算評判矩陣A的隨機一致性比率CR。經計算，CR=0.054 7，小于0.1，滿足一致性要求。因此，最大特征值對應的特征向量即為七個不同特征參量對應的權重系數。

STEP2：熵權法權重計算 基于所獲得的專業方向內部評審小組、學院專家組、學生的畢業設計選題評分，根據熵權法權重步驟分別計算專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面關鍵特征量的權重。計算得到，專業方向內部評審小組熵權法權重分配為[0.265 3 0.075 8 0.075 8?0.146 0 0.100 7 0.202 7 0.133 7]，學院專家組熵權法權重分配為[0.203 3 0.149 8 0.203 3 0.084 4 0.032 5 0.057 9?0.268 8]，學生評價熵權法權重分配為[0.265 3 0.075 8 0.075 8 0.146 0 0.100 7 0.202 7 0.133 7]。

STEP3：綜合賦權法權重計算 根據綜合賦權法權重計算方法，本文認為層次分析法代表的專家主觀評價更有價值，因此設定層次分析法權重占比更大，取α=0.6，β=0.4。

分別計算專業方向內部評審小組、學院專家組、學生三方面關鍵特征量綜合賦權法權重，計算結果如下：

w1=[0.141 0.290 0.175 0.137 0.053 0.116 0.088]

w2=[0.157 0.319 0.226 0.112 0.026 0.058 0.143]

w3=[0.101 0.285 0.202 0.121 0.079 0.111 0.101]

3.3 畢業設計選題質量評價及分析

利用計算得到指標權重，分別計算三方面對畢業設計題目的評價結果，如表5所示。分析發現，專業內部評審小組及學院專家組評分一致性較好，但是個別學生評分差別較大，這與三個群體的知識結構以及知識積累有關。從這方面也可以看出，畢業設計指導教師需要加強與學生的溝通，讓學生更好理解畢業設計內容及能力培養的意義。

通過與學院及相關教育專家討論，認為三個方面評分在畢業設計題目質量最終評分中權重分別為0.45，0.35，0.2。通過加權計算后可以得到這20個畢業設計題目的最終評分分別為4.5，3.74，4.92，4.33，4.42，4.83，4.39，4.65，4.49，4.2，4.78，4.9，4.46，4.23，4.68，4.36，4.23，4.94，4.86，4分。本次畢業設計題目最低評分3.74分，最高評分4.94分，平均評分4.5分，總體效果良好。

4 結論

本文提出一種針對本科畢業設計（論文）選題質量進行評價的方法，該方法通過層次分析法和熵權法的有機結合，可以將現有的主觀定性評價進行量化，并充分考慮專業方向內部評審小組、學院專家組及學生的意見，實現畢業設計題目質量的有效定量評價。通過北京航空航天大學檢測系2017級本科畢業設計教學實踐，給出該方法的具體實現步驟和實踐結果，表明該方法可以給出定量的評分結果，結果可以作為管理人員進行畢業設計教學管理的依據，同時可以反饋給畢業設計指導教師，給畢業設計選題改進提供參考。

參考文獻

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