基于层次分析法的水利工程专业课教学质量评价方法研究

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　　摘   要：国内外都非常重视高校教学质量的研究，包括教学质量的影响因素、教学质量的评价体系与方法、教学质量的保障体系和改革提升措施等。为了提高水利工程专业课的教学质量，基于层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）对其评价体系与方法进行研究，构建了一个三层的递阶评价体系，研究水利工程专业课教学质量评价体系中评价指标的度量方法、权重计算方法、评价值的计算以及评价等级的判断方法，并建立了评价指标重要性度量方法。此外，为便于上述方法的运用，探索了利用MATLAB软件开发水利工程专业课教学质量评价系统的方法。
　　关键词：水利工程专业课  教学质量  层次分析法  MATLAB
　　中图分类号：G642                                  文献标识码：A                        文章编号：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
　　國内外都非常重视高校教学质量的研究，包括教学质量的影响因素、教学质量的评价体系与方法、教学质量的保障体系和改革提升措施等。诸如我国、美国、英国等在高校教学质量方面都做了大量研究[1-3]，此外，2018年我国教育部发布了《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》[4]。本文将重点研究水利工程专业课教学质量的评价体系与方法，形成较为有效、可行的水利工程专业课教学质量评价方法，并筛选出影响课程教学质量评价的重要指标，以便科学、合理、有效地反馈教学质量。进而能够有助于水利工程专业的教师调整教学方法，有助于水利院校改进人才培养模式，不断提升教学质量和人才培养质量。
　　水利工程专业课涉及水利工程中的规划与水工建筑物的设计、施工、管理等诸多方面问题，是学生毕业以后所从事的重要工作内容。对水利工程专业课的教学质量评价是对课程理论教学、实验教学、课程设计、现场教学、生产实习等进行科学、客观的评价，是保障教学质量的重要手段。为了对教学质量进行多方面的综合评价，本文在传统“学生评教”及“督导评教”的基础上[5]，增设用人单位要求、专业认证要求及学生科研创新能力评教，在一定程度上消除测评者的主观性，更全面地反馈出专业课程教学过程的缺陷与不足，从而为专业课程提升教学质量提供较为客观的依据。同时，当前教育强调实践创新能力，它直接关系到一个国家科学技术的进步和学术水平的发展;水利工程专业课在教学方面也应针对创新型人才的培养不断地探索、改进。
　　本文首先构建水利工程专业课教学质量的三层递阶评价体系;然后基于层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）研究教学质量的评价方法，并提出评价指标重要性度量方法;在此基础上，探索利用MATLAB软件开发教学质量评价系统的方法。 　　1  评价体系的构建
　　通过大量地搜集相关文献，结合水利工程专业课特点，以学生评教项目、督导评教项目、用人单位要求、专业认证要求以及学生科研和创新能力为一级指标，构建水利工程专业课教学质量的综合评价体系。
　　（1）学生评教项目。
　　学生对教师的评教反馈是课程进一步建设的基础，是衡量课程质量的关键性指标。本文将国内很多高校网络教学平台上的学生评教内容作为评价体系中学生评教项目的指标。
　　（2）督导评教项目。
　　督导评教是高校衡量教师教学质量的普遍方法，其工作也已经成为高校教育教学质量监控体系的一个重要部分[6]。本文将国内较多高校督导评教标准作为评价体系中督导评教项目的指标。
　　（3）用人单位要求。
　　用人单位的要求反映了在市场大环境下对于人才能力的需求，这对课程建设有明确的导向作用[7]。本文筛选出学生通过专业课程教学、实践和自我学习等过程发展、培养、在职业活动中发挥作用的基本品质等作为指标。
　　（4）专业认证要求。
　　随着我国加入《华盛顿协议》，工程教育专业认证标准EC 2000被引入高校专业建设方案[8]。为了配套专业建设，专业课程相应地培养学生综合运用知识、解决实际问题、交流沟通、团队合作知识转化、创新等综合能力与素质。故本文将此标准列入评价体系中。
　　（5）学生科研和创新能力。
　　本科生科研能力培养是培养创新型人才的重要途径，也是新时期高等教育改革与发展的迫切要求。着眼于国家经济、科技、社会发展对创新型人才的需求[9]，本文将国家发展对大学生科研及创新能力的要求也列入课程教学质量评价体系中。
　　将水利工程专业课教学质量评价目标（A）分解为5个准则层，分别是学生评教项目（B1）、督导评教项目（B2）、用人單位要求（B3）、专业认证要求（B4）以及学生科研和创新能力（B5）;各准则层内部因素形成指标层，共45项评价指标，见表1。
　　2  教学质量评价方法研究
　　综合评价方法有灰色模糊理论[10]、事故树[11]、层次分析法[12]等多种方法。层次分析法是一种应用广泛的多指标决策工具，其特点是在对复杂的决策问题本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。
　　层次分析法可以通过将所有指标进行两两比较来确定各指标之间的优劣顺序，以此来提高评价的精确性，是一种常用的评价方法，在此基于层次分析法研究水利工程专业课教学质量的评价方法。
　　2.1 评价指标的度量方法
　　根据评价对象的情况，确定评价指标。由于评价因素很多，可将各评价因素分类组合形成一种层次结构。如表1所示，建立一个多层次的递阶结构，模型从上往下依次共A、B、C三层，其中A层为目标层，B层为准则层，C层为指标层，共计45项评价指标。
　　对评价指标进行评分后，可以从下往上逐层进行评价。为消除量纲不同，使评分数据具有可比性，对评分数据进行极差标准化处理。标准化处理采用下式：
　　（1）
　　式中：为每个准则层中第i项指标的标准化评分，表示每个准则层中第i个指标的评分最小值，mzx为每个准则层中第i个指标的评分最大值，为每个准则层中第i项评价指标的评分。
　　2.2 权重的计算方法
　　（1）构造两两比较的判断矩阵。
　　在同一目标下对各个指标的重要性进行两两比较，建立判断矩阵。这里采用1～9标度法，不同等级标度含义见表2所示。
　　（2）计算单一准则下元素的相对权重。
　　通过得到的判断矩阵Aij利用和积法求解判断矩阵的最大特征向量和特征根，具体步骤如下：
　　首先，计算判断矩阵每行元素的乘积ki：
　　 （2）
　　其次，求解ki的n次方根，得到向量：
　　（3）
　　然后，对向量进行归一化处理，得到判断矩阵Aij的特征向量，li为第i项指标的权重值;
　　 （4）
　　最后，计算判断矩阵Aij的最大特征根λmax，为的第k项元素。
　　（5）
　　（3）一致性检验。
　　层次分析法要求判断矩阵要有大体的一致性，才能使计算结果在基本上一致。将判断矩阵的阶数n和最大特征值λmax进行计算得到一致性指标CI，计算式如下：
　　 （6）
　　然后计算相对一致性指标CR：
　　 （7）
　　其中RI为平均随机一致性指标，具体值见表3。认为当CR<0.1时，一致性检验通过。
　　如果CR≥0.1时，则认为判断矩阵Aij一致程度无法接受，需要对矩阵中第元素相对于第元素重要性进行适当修正，直到矩阵满足CR<0.1的标准为止。
　　根据构建的结构模型，按照上述步骤从上至下循序渐进地对各层元素分别进行计算。假设准则层B中包含m个指标，则可以计算其对应层次的权重分别为。下一层C层包含n个指标，n个指标分为m组，分别属于m个准则层指标，根据上述方法可计算C层每个指标对应的权重分别为，其中，。
　　2.3 评价值的计算和评价等级的判断方法
　　将C层评价指标层的评分标准化数据与之前计算得到的各指标对应的权重代入下式可以得到B层的评价值yp：
　　 （8）
　　式中：为第p个准则层第i项评价指标的标准化评分，为第p个准则层第i项指标的权重，yp为B层评价值，。
　　B层各指标的评价值yp和其对应权重代入下式可得到总目标A层的评价值，即：
　　（9） 　　A层的评价值Q即为课程教学质量的评价值。在此基础上，根据Q和课程评价等级的标准可以判断课程教学质量的等级。课程评价等级的标准：Q为0.9～1时，等级为优;Q为0.8～0.9时，等级为良;Q为0.7～0.8时，等级为中;Q为0.6～0.7时，等级为及格;Q小于0.6时，等级为差。
　　2.4 评价指标重要性度量方法
　　采用从评价层到准则层的权重值与准则层到指标层的权重值的乘积，来计算评价指标对教学质量评价值的影响程度，具体表达为：
　　 （10）
　　式中：为第p个准则层第i项指标的相对重要性，ωp为评价层到第p个准则层的权重为第p个准则层到其第i指标层的权重值，其余符号含义同上。
　　3  教学质量评价系统开发
　　基于层次分析法，利用MATLAB可以开发多种评价系统，例如冲压生产线评价系统和水环境评价系统等[13-14]。为便于基于层次分析法的水利工程专业课教学质量评价方法的运用，借鉴文献[13]和[14]中的方法，可以采用MATLAB软件开发教学质量评价系统。
　　（1）菜单栏及主界面制作新建的空白的GUI界面，在Tools菜单中的Menu Editor中制作软件的菜单栏。在主界面上设置背景及添加按钮，如图1所示。
　　（2）评教界面制作。
　　根据表1课程教学质量评价综合指标体系内容，制作7个界面，分别是学生评教界面、督导评教界面、用人单位评教界面、专业认证评教界面、学生科研创新能力界面、课程综合评价值计算界面和指标重要度排序界面。课程综合评价值计算界面见图2。
　　4  結语
　　本文主要探讨了运用层次分析法对水利工程专业课教学质量进行评价的方法和利用MATLAB软件开发水利工程专业课教学质量评价系统的方法。得到如下结论：
　　（1）将水利工程专业课教学质量评价设置为目标层，该目标层可以分解为学生评教、督导评教、用人单位要求、专业认证要求以及学生科研和创新能力等5个准则层，进一步可分解为45项评价指标，从而可以构建水利工程专业课教学质量综合评价体系。
　　（2）水利工程专业课教学质量评价体系中评价指标的度量可以采用极差标准化处理方法，各指标的权重可以采用两两比较的方法;教学质量评价值为准则层指标评价值与对应权重乘积的和，而准则层指标评价值为评价指标标准化评分均值与对应权重乘积的和;根据教学质量评价值和评价等级标准可以判断教学质量的等级;利用准则层指标的权重与评价指标权重的乘积，可以建立评价指标重要性度量方法。此外，利用MATLAB软件能够开发水利工程专业课教学质量评价系统使上述方法便于运用。
　　（3）上述方法不仅适用于水利工程专业课教学质量的评价，也适用于其他专业相关课程教学质量的评价，只需要对相应的评价指标进行适当调整即可。
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