軍隊(duì)初級(jí)任職教育教學(xué)質(zhì)量BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)管理評(píng)價(jià)模型

徐玉志，胡永生

(蚌埠汽車士官學(xué)校基礎(chǔ)部，安徽蚌埠233011)

教學(xué)質(zhì)量管理是軍隊(duì)院校管理的核心，院校教學(xué)管理工作的著眼點(diǎn)應(yīng)放在提高教學(xué)質(zhì)量上，有了教學(xué)和管理的高質(zhì)量，就有了人才的高質(zhì)量。在完成好當(dāng)前面臨的教學(xué)工作評(píng)價(jià)準(zhǔn)備任務(wù)中，如何使院校的教育水平走上一個(gè)新的臺(tái)階，提高教學(xué)質(zhì)量無(wú)疑是最關(guān)鍵的。由于教學(xué)過(guò)程包括教與學(xué)，評(píng)價(jià)一個(gè)教員教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣，要比評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣復(fù)雜得多，因?yàn)榻虒W(xué)質(zhì)量評(píng)估體系中往往含有非定量的因素，這給評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大的困難。從目前各教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法上看，很多測(cè)評(píng)采用了絕對(duì)評(píng)估法、相對(duì)評(píng)估法、評(píng)等法、評(píng)語(yǔ)法、寫(xiě)實(shí)法和綜合評(píng)分法等簡(jiǎn)單方法。這些方法或過(guò)于主觀，或通過(guò)簡(jiǎn)單的加減乘除數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)評(píng)價(jià)教學(xué)效果，忽視了各評(píng)價(jià)指標(biāo)和教學(xué)效果之間的非線性關(guān)系，其結(jié)果難以真實(shí)反映教學(xué)質(zhì)量狀況，也難以被人接受。尋找評(píng)價(jià)體系的輸入和輸出的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立一個(gè)合理的、科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估有著重要的意義。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又稱為“誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，為教學(xué)質(zhì)量評(píng)估提供了一種新穎的技術(shù)，可以有效克服傳統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的不足。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是美國(guó)加州大學(xué)的魯梅爾哈特和麥克萊蘭提出的一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法。從本質(zhì)上說(shuō)，這是一類由大量信息處理單元通過(guò)廣泛聯(lián)結(jié)而構(gòu)成的動(dòng)態(tài)信息處理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在處理各種含悖、模糊、隨機(jī)、量大、動(dòng)態(tài)、低精度信息方面具有獨(dú)特的功能，它具有學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、歸納、概括、抽取、容錯(cuò)以及自學(xué)自適應(yīng)能力，是一個(gè)可以處理非線性問(wèn)題的系統(tǒng)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新穎性在于它可以在不了解數(shù)據(jù)產(chǎn)生原因的前提下，對(duì)非線性過(guò)程建模，具有非線性映射、學(xué)習(xí)分類和實(shí)時(shí)優(yōu)化的特征。因此，它為模式識(shí)別、非線性分類等研究開(kāi)辟了新的途徑。根據(jù)這一特點(diǎn)，本文擬利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)模型，對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，為任職院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)估的研究提供參考。

表1 初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1 課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，首先必須確定一套科學(xué)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系一般包括辦學(xué)思想、教員隊(duì)伍、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)建設(shè)、教學(xué)管理、教學(xué)效果、特色項(xiàng)目等一級(jí)指標(biāo)，各一級(jí)指標(biāo)下設(shè)立不同的二級(jí)指標(biāo)。但事實(shí)上教學(xué)是由教員、學(xué)員、教員與學(xué)員互動(dòng)、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境等多因素組成的一個(gè)功能系統(tǒng)。教學(xué)質(zhì)量取決于教學(xué)各因素的質(zhì)量及其各因素相互作用的質(zhì)量。也就是說(shuō)，教學(xué)質(zhì)量是通過(guò)教學(xué)各因素交互作用的過(guò)程創(chuàng)造出來(lái)的。結(jié)合對(duì)軍隊(duì)初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究理論與實(shí)踐的總結(jié)，構(gòu)建涉及教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過(guò)程及教學(xué)結(jié)果等各個(gè)方面的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見(jiàn)表1)。

1.2 初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量，通常對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度、教學(xué)手段、語(yǔ)言表達(dá)、重點(diǎn)難點(diǎn)、學(xué)員互動(dòng)等內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。假設(shè)主要包含的評(píng)價(jià)指標(biāo)有 7 個(gè)，分別為 C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，將評(píng)價(jià)目標(biāo)定為教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)效果，且評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值范圍定為［0，9］，隨機(jī)選取學(xué)校課堂質(zhì)量督導(dǎo)專家對(duì)8名教員課堂授課質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)分析評(píng)價(jià)結(jié)果(見(jiàn)表2)可以看出，評(píng)價(jià)目標(biāo)即教學(xué)質(zhì)量與各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系是非線性關(guān)系。

表2 教學(xué)質(zhì)量調(diào)查表

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估模型應(yīng)用

2.1 教學(xué)質(zhì)量評(píng)估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建

采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行辯識(shí)。把7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸入，把評(píng)價(jià)目標(biāo)(即教學(xué)效果)作為系統(tǒng)的輸出。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)除輸入、輸出節(jié)點(diǎn)外，有一層或多層的隱含層節(jié)點(diǎn)，同層節(jié)點(diǎn)沒(méi)有任何的耦合。輸入信號(hào)從輸入層節(jié)點(diǎn)依次經(jīng)過(guò)各隱含層節(jié)點(diǎn)，然后傳到輸出層節(jié)點(diǎn)，每一層節(jié)點(diǎn)的輸出只影響下一層節(jié)點(diǎn)的輸出，其單元特性(傳遞函數(shù))通常采用Sigmoid型，但在輸出層，節(jié)點(diǎn)的單元特性可采用線性，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)

2.2 教學(xué)質(zhì)量評(píng)估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的算法

(1)輸入層神經(jīng)元的確定。設(shè)BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層為 X={x1，x2，…，xi}，其中 xi是教學(xué)評(píng)估體系的各個(gè)二級(jí)指標(biāo)，初級(jí)任職教育院校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系二級(jí)指標(biāo)26個(gè)，i=26。

(2)網(wǎng)絡(luò)的隱含層。neti=，oi=α(neti)，其中neti為各隱含層輸入總量，vij為權(quán)系數(shù)，α(x)為系統(tǒng)單個(gè)神經(jīng)元的輸入與輸出之間的關(guān)系函數(shù)，也稱為激活函數(shù)，通常取 Sigmoid函數(shù)，即α(x)(3)網(wǎng)絡(luò)的輸出層。，其中 y^是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸出變量，wi為權(quán)系數(shù)。因?yàn)樵u(píng)價(jià)結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)輸出，因此取輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為m=1，設(shè)準(zhǔn)則函數(shù)為

利用BP算法可使性能指標(biāo)，權(quán)值收斂到局部最小即網(wǎng)絡(luò)誤差平方和最小，為了保證系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性，把教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的實(shí)際輸出y作為反饋信號(hào)，將其與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器的輸出 y^比較，使E＜ε，其中 ε(目標(biāo)誤差)為一個(gè)很小的數(shù)，如果不滿足要求，則不斷調(diào)整權(quán)系數(shù)，以達(dá)到期望要求。根據(jù)反向傳播計(jì)算公式，可得如下權(quán)系數(shù):η［y－y^］o和 Δv=η［yiijy^］α＇(neti)wiΧ，其中 η 為學(xué)習(xí)修正率，0 ＜ η ＜1。由 α(x)，可得 α＇=α(x)－α2(x)。

2.3 仿真計(jì)算

采用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)上述的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，輸入層、隱含層和輸出層的結(jié)點(diǎn)數(shù)分別為7×26×1，激活函數(shù)采用sigmoid型，學(xué)習(xí)率η=0.9，學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法采用反向傳播(BP)算法，將表1中的數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)模型的訓(xùn)練樣本，目標(biāo)誤差為0.001，采用MATLAB軟件進(jìn)行訓(xùn)練，具體訓(xùn)練過(guò)程如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成以后，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，檢查神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的評(píng)價(jià)目標(biāo)值和實(shí)際評(píng)價(jià)目標(biāo)值之間的誤差。通過(guò)比較其結(jié)果可以看出，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的輸出值與真實(shí)值非常接近(見(jiàn)表3)。也就是說(shuō)，該模型能較為準(zhǔn)確地根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定教學(xué)效果。

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)訓(xùn)練過(guò)程流程

表3 原始數(shù)據(jù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸出值比較

3 結(jié)語(yǔ)

采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以有效克服傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的缺陷，弱化傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中指標(biāo)權(quán)重確定的人為影響因素，不僅可行，而且精度較高。經(jīng)過(guò)實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出值與真實(shí)值之間的誤差較小，性能完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和其算法確定后，數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度與輸入的訓(xùn)練樣本的數(shù)量有著密切關(guān)系。訓(xùn)練樣本越多，其輸出的教學(xué)效果評(píng)估值就越接近于真實(shí)值?？傊?，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，能為教學(xué)管理部門(mén)尋求科學(xué)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估解決方案提供有益的參考。

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