“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果的評價模型研究

肖福坤 張曉燕 陳剛 遲學海

摘? 要：“模擬礦井”是解決采礦專業實際教學過程中一線實習機會少等問題的有效手段。為評價“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果，該文結合工程教育專業認證指標，基于結構方程模型構建學生綜合能力提升效果評價模型并確定影響因素權重比，采用模糊綜合評價方法對學生能力提升效果進行量化，明確學生綜合能力的掌握程度。研究表明，“模擬礦井”實踐教學對學生各方面能力的提升，均符合工程教育專業認證中畢業要求認證指標，其中對學生實踐能力的提升效果最為顯著。

關鍵詞：模擬礦井；教學評價；結構方程；層次分析；綜合能力

中圖分類號：G640? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）28-0047-05

Abstract： "Simulated mine" is an effective means to solve the problem of few first-line practice opportunities in the actual teaching process of mining specialty. In order to evaluate the effect of practical teaching of "simulated mine" on the improvement of students' comprehensive ability， combined with the certification index of engineering education， an evaluation model for the improvement effect of students' comprehensive ability is built based on the structural equation model and the weight ratio of the influencing factors is determined. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to quantify the improvement effect of students' ability and determine the degree of students' comprehensive ability. The research shows that the practical teaching of "simulated mine" can improve the students' abilities in all aspects， all of which are in line with the certification indicators of graduation requirements in the certification of engineering education， among which the improvement of students' practical ability is the most significant.

Keywords： simulated mine; teaching evaluation; structural equation; analytic hierarchy process; comprehensive capability

能源是國家繁榮和經濟可持續發展的基礎和支撐[1]，而煤炭占據著我國能源的主體地位，但隨著開采環境愈加復雜，煤炭生產過程中的安全問題日益突出，使得對高素質應用型采礦工程類專業人才的需求日益增高。為此學校提出在校內建設“模擬礦井”，以增加采礦工程專業學生對煤礦生產系統的認識，提高學生解決復雜工程問題的能力，進而在培養學生實踐技能和專業技能的同時，實現使學生從學校到煤礦企業無縫銜接。而在“模擬礦井”的實踐教學中，為了檢驗教學質量，要對其進行質量評估。

在教育教學評估方式上，丁艷[2]指出，高校教學質量評價對人才培養、教學質量改進和教學管理具有重要意義。涂吉蓉等[3]指出傳統的教學質量評價體系在一些方面缺少一定的“人本主義”。趙方[4]提出高校課堂教學質量評估是提升課堂教學效果的重要途徑之一。高喜才[5]闡述新時代煤炭行業人才培養現狀及存在問題。關于專業學習效果評價模型，譚偉等[6]面向開放教育的混合式教學模式研究了學習效果評估指標構成。董慶華等[7]對大學數學課程的學習效果評價體系進行實證主義的研究。

本文以黑龍江科技大學現代化教學礦井作為平臺，結合工程教育專業認證中畢業要求認證指標，針對學生學習效果的分析和評價方法進行研究，并基于結構方程模型得出影響學生各項能力的權重比，構建學生綜合能力提升效果評價模型。結合層次分析法進行計算，對學生實踐訓練效果進行量化，明確學生實踐能力的掌握程度，最終探索出一套科學、規范、實用、有效的評價方法。

一? 模擬礦井的評價模型

評價標準是評價教育結果的重要環節。評估過程應清晰、準確地反映實習的有效性，與教學目標需保持一致[8]。因此，制定評價標準時應先確定實踐教學的重要性。實踐教學是積累和深化理論知識的有效途徑、是培養具有創新意識人才的重要環節，是理論聯系實際、培養學生研發意識的重要平臺。本文提出基于結構方程模型構建“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果的評價模型。

（一）? 基于結構方程的評價模型

結構方程模型（SEM）是社會科學研究中一個好的統計方法，也是近幾十年來應用統計領域中發展最為迅速的一個分支，已被廣泛應用到教育、經濟和管理等社會科學領域。SEM是基于變量的協方差矩陣來分析變量之間關系的一種多元數據分析重要工具。結構方程模型確定“模擬礦井”實踐教學對學生能力提升效果的評價指標及其權重的步驟分為理論模型構建、模型假設、模型估計與模型檢驗、數據信度和效度檢驗，以及模型評價。

本文結合工程教育專業認證中畢業要求認證指標對學生能力要求。具有自主學習與終身學習意識，需要考慮模擬礦井學習對學生學習態度的影響效果；掌握用于解決復雜采礦工程問題的工程基礎知識與專業知識，需要考慮模擬礦井學習對學生基礎理論的影響程度；掌握環境與可持續發展所需要的相關采礦工程專業背景知識，需要考慮模擬礦井學習對礦井環境安全監測、監控系統、通風安全系統的影響程度及模擬礦井學習對應急處理能力的影響效果；能夠在設計中體現創新意識，需要考慮模擬礦井學習對創新能力的影響效果；具備復雜采礦工程問題進行實驗、數據采集和分析處理的能力，需要考慮對收集信息能力、分析能力的影響效果；能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，提出、建立并求解復雜采礦工程問題模型，需要考慮對提出問題能力、解決問題能力的影響效果；具備復雜采礦工程問題實驗方案設計的能力，需要考慮對設計方案能力的影響效果；具有團隊意識，能夠對團隊進行有效地管理、組織、協調，需要考慮對合作能力的影響效果；掌握現代化工具的工作原理以及局限性并熟練操作，需要考慮對操作能力的影響效果；能夠運用專業技術手段和方法，評估工程問題對社會各方面的影響，需要考慮對評價能力的影響效果。

運用學習效果模糊綜合評價模型對“模擬礦井”對學生綜合能力提升效果進行評價，建立評價模型并提出研究假設。并根據上述要求，將其分為5個潛變量包括學生態度、基礎理論、應急處理能力、創新能力和實踐能力，24個觀察變量。其中建立的“模擬礦井”實踐教學對學生能力綜合提升效果的評價結構模型如圖1所示。

在該假設模型中，ξ為外生潛變量向量，表示學生綜合能力，η1至η5為內生潛變量向量，分別表示學生態度、基礎知識、應急處理能力、創新能力和實踐能力5個維度。根據該模型提出以下假設。H1：學生態度是學生綜合能力的顯著因素，即學生態度越好則學生綜合能力越高。H2：基礎知識是學生綜合能力的顯著因素，即基礎知識掌握程度越好則學生綜合能力越高。H3：應急處理能力是學生綜合能力的顯著因素，即應急處理能力越高則學生綜合能力越高。H4：創新能力是學生綜合能力的顯著因素，即創新能力越高則學生綜合能力越高。H5：實踐能力是學生綜合能力的顯著因素，即實踐能力越高則學生綜合能力越高。

（二）? 結構方程有效性分析

本文通過問卷收集數據樣本獲得需要的研究資料。評價結果的科學性和可靠性受調查問卷設計影響。設計具有較高信度和效度的問卷是保證研究質量的前提。本次結合工程教育專業認證中畢業要求認證指標，經過認證分析、對比，需要對學習態度、基礎理論、應急處理能力、創新能力、實踐能力提升效果等24個變量進行隨機調查。為保證問卷可靠性，本次研究與一線教師進行訪談咨詢并對問卷進行調整、修改和完善形成最終問卷。此次調查問卷共包括學習態度、基礎理論、應急處理能力、創新能力和實踐能力5個維度，共24道題。且各維度采用李克特（Likert）量表5分制計分（1表示效果顯著， 5表示沒效果）。本次調查共計發放問卷328份，經過數據預處理，剔除無效樣本后，最終確定有效問卷322份。為了驗證數據收集有效性需要對最終確定的指標進行信度和效度檢驗。

1? 信度分析

本文運用SPSS 26.0分析軟件對樣本的信度進行檢驗，采用Cronbach's α系數對問卷整體進行內部一致性檢驗。通過國內外研究可知，克朗巴赫α信度評判標準如下：α≥0.9時，評價結果為信度好；0.8≤α<0.9時，評價結果為可以接受；0.7≤α<0.8時，評價結果為修訂量表；α<0.7時，評價結果為不能接受。通過測算結果可知，總體的Cronbach's α值為0.915 6，表明問卷的內部一致性較好，數據信度較高，標準化后的Cronbach's α系數為0.915 4，大于0.9，表明各維度指標之間具有較好的穩定性與一致性，信度較高。

2? 效度分析

效度指評價指標測量結果的有效程度。為了檢驗問卷調查是否真正反應觀測指標，檢測調查數據是否適合做因子分析，對調研數據進行效度檢驗。通常采用公因子方差因子分析檢驗指標體系的效度，本文通過Amos 24.0軟件進行驗證性因子分析來檢驗結構效度，具體測量指標為KMO檢驗和Bartlett球形檢驗。具體結果見表1。

根據計算結果可知，KMO值為0.956，大于0.9，Bartlett球形檢驗，Sig值均為0.000，小于顯著性水平0.05，表示研究變量間具有公共因子，該問卷調查結果適合做因子分析。因此，該調查問卷可靠性較高具有良好的結構效度。

（三）? 結構方程可行性分析

在信度和效度檢驗均符合要求后，運用Amos 24.0軟件對“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果的評價模型進行極大似然估計。“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果的評價模型標準化參數估計如圖2所示，圖中每條路徑所對應的數據為標準化回歸系數，表示對應變量之間關系的顯著性。

模型的質量評估主要包括絕對適配度指數、增值適配度指數和簡約適配度指數，本模型具體適配度指標見表2。

由模型適配度指標表可知，所有指標均良好，各變量均達到建議值標準，說明各變量的結構擬合效度良好。亦說明本研究建立的結構方程模型具有實際分析意義。

（四）? 結構方程權重分配

確定評價指標權重系數是“模擬礦井”實踐教學對學生綜合能力提升效果評價中的核心問題，在結構方程模型中，標準化的路徑系數可以看作對應指標的權重系數。將每項顯變量對應的路徑系數絕對值作為分子，每個潛變量對應顯變量路徑系數絕對值之和作為分母，同理對潛變量做相應處理，兩者比值相乘即為對應指標的權重系數見表3。

二? 模擬礦井實踐教學效果檢驗

學習效果的不確定性和量化是學習評價制度實施難、操作難的難點。本文采用了應用模糊綜合評價方法對結構方程所得出的權重比進行驗證，綜合評定學生學習效果，采用此方法可以科學直觀地評價學生的學習質量。

（一）? 層次分析模型建立

層次分析法構建分析結構的層次模型，根據標度理論對各層次的因素進行比較，得到相對重要性的比較標度并建立判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值及其特征向量，得到每一層的元素對上層元素的重要性排序，建立權重向量。學習效果的評價要綜合多種因素，每個因素都有不同的層次。多層次模糊綜合評價的方法可以較好地解決評價問題。其基本方法和步驟如圖3所示。

（二）? 層次分析實例驗證

根據本科生畢業要求，判斷依據分為5個一級指標和24個二級指標，根據問卷調查結果以及專家討論結果，確定各個指標的重要程度以及關聯性，建立子目標權重分配集

A=（0.198? 0.279? 0.163? 0.153? 0.207）。

根據結構方程模型所確定評價指標權重，一級指標的分數為二級指標各單項指標的得分乘以其權重。確定每位學生各單項考核結果。使用相同的方法對所有指標進行評分，將每個指標評定為優、良、及格和不及格。

如采礦專業“學習態度”的成績評定中通過統計得到該單項的模糊統計結果為

R11=（0.542? 0.385? 0.073? 0.000）。

第二層所有單項統計結果組成第一層因素的模糊綜合評價矩陣

R1=0.542? 0.385? 0.073? 0.000

0.505? 0.358? 0.128? 0.009

0.477? 0.413? 0.110? 0.000

0.523? 0.376? 0.101? 0.000

0.532? 0.385? 0.083? 0.000。

學習態度η1的4個評價因素的權重為

w1=（0.181? 0.173? 0.202? 0.234? 0.210）。

求得學習態度模糊綜合評價結果

B1=w1×R1=（0.515 9? 0.383 9? 0.098 6? 0.001 6）。

可求得其他各個影響因素模糊綜合評價結果B2…B5、B。

B2=w2×R2=（0.540 2? 0.374 5? 0.085 5? 0.001 9）。

B=0.515 9? 0.383 9? 0.098 6? 0.001 6

0.540 2? 0.374 5? 0.085 5? 0.001 9

0.545 3? 0.367 0? 0.081 7? 0.002 2

0.557 6? 0.377 0? 0.058 9? 0.003 0

0.567 6? 0.368 4? 0.059 9? 0.001 1。

第一層影響因素權重A=（0.198? 0.279? 0.163? 0.153? 0.207），于是得到該班級實習效果的整體評價效果C=A×B=（0.544 6? 0.374 3? 0.079 1? 0.001 9）。評語集V=（優秀，良好，及格，不及格），其中各等級對應分數分別為100、80、60和40。計算得D=V×C=89.226。因此，“模擬礦井”實踐教學總體效果可評定在優秀與良好之間。

三? 結束語

眾所周知，礦業學生實習難，學生實踐操作影響企業安全生產，企業不愿接待實習是企業、畢業生與學校共同面臨的難題。經過實踐檢驗可知“模擬礦井”實踐教學為解決上述問題提供了有效手段。結合工程教育專業認證中畢業要求認證指標對學生能力要求，模擬礦井對學生學習態度有所提升，對學生基礎理論、應急處理能力、創新能力的提升效果較為顯著，對學生實踐能力的提升效果最為顯著。通過構建學生綜合能力提升效果評價模型，對綜合評定學習效果，提高校內實習教學質量，促進學生實踐能力具有重要意義。該模型既能充分體現學習評價因素、評價過程的模糊性，又減少了對學習評定的主觀隨意性，以及解決難以定量考核學習的問題，為明確學生學習效果提供基本參考。

參考文獻：

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[5] 高喜才，伍永平，解盤石，等.西部采礦工程專業校企協同創新型人才培養模式的構建與實踐[J].高教學刊，2021，7（32）：159-162.

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基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“基于模擬礦井和虛擬仿真的采礦專業實踐實訓教學模式研究”（SJGY20200630）；黑龍江省虛擬仿真實驗教學項目“煤礦掘進安全虛擬仿真實驗教學項目”（無編號）；黑龍江省高等教育教學改革重點委托項目“應用型高校對接產業需求的工程人才培養體系研究與實踐”（SJGZ20200150）

第一作者簡介：肖福坤（1971-），男，漢族，遼寧西豐人，工學博士，教授，博士研究生導師。研究方向為礦業工程的教學與科研。