基于計(jì)算智能的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理實(shí)證研究

田景芝，荊濤，楊萬(wàn)麗，鄭永杰，王波，田志茗

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基于計(jì)算智能的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理實(shí)證研究

田景芝1，荊濤1，楊萬(wàn)麗1，鄭永杰1，王波2，田志茗1

（齊齊哈爾大學(xué) 1. 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，2. 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

提出了基于計(jì)算智能的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理模式（TMC-CI），給出了TMC-CI的三大優(yōu)化層次：（1）基于計(jì)算智能的教師實(shí)體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了教師層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化分級(jí)和任課調(diào)度優(yōu)化分級(jí)；（2）基于計(jì)算智能的學(xué)生實(shí)體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)優(yōu)化分級(jí)和認(rèn)知適應(yīng)素養(yǎng)優(yōu)化分級(jí)；（3）基于計(jì)算智能的資源實(shí)體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了教師教學(xué)資源優(yōu)化和學(xué)生學(xué)習(xí)資源優(yōu)化．通過(guò)試用課堂和對(duì)比課堂完成了對(duì)比實(shí)證研究，研究表明TMC-CI提高了課堂教學(xué)效果及教學(xué)管理過(guò)程的效率，得到教師和學(xué)生一致認(rèn)可，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值．

計(jì)算智能；化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室；教學(xué)管理；實(shí)證研究；試用課堂；對(duì)比課堂

高?；瘜W(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理，面臨教學(xué)任務(wù)重、管理模式落后和教學(xué)資源配置效率低等諸多問(wèn)題[1-2]．

高?；瘜W(xué)類實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著繁重的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程的教學(xué)任務(wù)，由于實(shí)驗(yàn)室資源要比常規(guī)課堂教學(xué)教室資源少很多，因此探索一套化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理優(yōu)化模式至關(guān)重要[3]．為了解決上述問(wèn)題，本文采用計(jì)算智能方法優(yōu)化化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理，使教學(xué)管理更加科學(xué)化、系統(tǒng)化、高效化、智能化和規(guī)范化[4]．

1基于計(jì)算智能的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理模式

計(jì)算智能是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用的組合優(yōu)化新方法，它比傳統(tǒng)方法的優(yōu)化速度和精度高，特別適合高復(fù)雜組合優(yōu)化問(wèn)題，而化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理優(yōu)化問(wèn)題正具有高復(fù)雜性．因此，本文提出了一種基于計(jì)算智能的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理模式（teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence，簡(jiǎn)稱TMC-CI）．TMC-CI的層次結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，該層次結(jié)構(gòu)涉及到教師實(shí)體、學(xué)生實(shí)體和資源實(shí)體，每個(gè)實(shí)體都需要采用計(jì)算智能進(jìn)行優(yōu)化，以此實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)管理．基于計(jì)算智能的教師實(shí)體優(yōu)化，主要是對(duì)教師層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化分級(jí)，教師的任課調(diào)度優(yōu)化分級(jí)等；基于計(jì)算智能的學(xué)生實(shí)體優(yōu)化，主要是對(duì)學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)優(yōu)化分級(jí)，學(xué)生的認(rèn)知適應(yīng)素養(yǎng)優(yōu)化分級(jí)等；基于計(jì)算智能的資源實(shí)體優(yōu)化，主要是教師教學(xué)資源優(yōu)化，學(xué)生學(xué)習(xí)資源優(yōu)化，面向人性化碎片化數(shù)字學(xué)習(xí)資源優(yōu)化等．

2 TMC-CI實(shí)證研究

2.1 研究設(shè)計(jì)

該模式已經(jīng)在齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室部分課堂試用，現(xiàn)形成了試用課堂（使用TMC-CI）和對(duì)比課堂（未使用TMC-CI），試用課堂經(jīng)過(guò)了2個(gè)周期的運(yùn)行，運(yùn)行效果良好．其中設(shè)置對(duì)比課堂的目的在于，對(duì)TMC-CI進(jìn)行實(shí)證對(duì)比研究，通過(guò)試用課堂和對(duì)比課堂的對(duì)比研究可以給出TMC-CI的積極肯定方面，也可以給出存在的一些不利因素，便于TMC-CI的修正研究，使TMC-CI逐步科學(xué)化和完整化．選擇100名學(xué)生和20名教師作為實(shí)證研究載體，將100名學(xué)生前期設(shè)置在試用課堂，后期設(shè)置在對(duì)比課堂中，而20名教師則同時(shí)承擔(dān)試用課堂課程又承擔(dān)對(duì)比課堂課程．整個(gè)實(shí)證研究教學(xué)環(huán)節(jié)全部結(jié)束后，分別對(duì)學(xué)生和教師進(jìn)行實(shí)證分析，從而得出實(shí)證研究結(jié)果．

2.2 面向?qū)W生

面向100名學(xué)生發(fā)放100份問(wèn)卷，回收100份問(wèn)卷，回收的100份問(wèn)卷均有效．問(wèn)卷由20個(gè)客觀題構(gòu)成，每個(gè)客觀題答案均設(shè)置為：A正向贊成，B中立支持，C反向抵觸，D棄權(quán)選擇．收回的100份問(wèn)卷中共有90.6%選擇A，6.4%選擇B，1.2%選擇C，1.8%選擇D，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2．由圖2可以直觀看到，絕大部分學(xué)生對(duì)TMC-CI認(rèn)可，認(rèn)為TMC-CI可以提高教學(xué)效果．

2.3 面向教師

面向20名教師發(fā)放20份問(wèn)卷，回收20份問(wèn)卷，回收的20份問(wèn)卷均有效．問(wèn)卷由40個(gè)客觀題構(gòu)成，每個(gè)客觀題答案均設(shè)置為：A正向贊成，B中立支持，C反向抵觸，D棄權(quán)選擇．收回的20份問(wèn)卷中共有91.4%選擇A，5.8%選擇B，0%選擇C，2.8%選擇D，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖3．由圖３可以直觀看到，絕大部分教師對(duì)TMC-CI認(rèn)可，都認(rèn)為TMC-CI可提高教學(xué)效果．

2.4 教學(xué)效果量化分析

對(duì)教師授課教學(xué)課堂進(jìn)行量化分析，分析步驟如下：

步驟1 提出假設(shè)

步驟2 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

2.5 學(xué)習(xí)效果量化分析

分別對(duì)試用課堂和對(duì)比課堂的學(xué)生成績(jī)進(jìn)行量化分析，分析步驟如下：

步驟1 提出假設(shè)

步驟2 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

3 結(jié)論

本文面向高校化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理提出了TMC-CI模式，TMC-CI采用計(jì)算智能方法對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的教學(xué)過(guò)程通過(guò)試用課堂和對(duì)比課堂完成了對(duì)比實(shí)證研究．研究表明，TMC-CI提高了課堂教學(xué)效果及教學(xué)管理過(guò)程的效率，得到了教師和學(xué)生的一致認(rèn)可，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值．

[1] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等．化學(xué)實(shí)驗(yàn)室資源優(yōu)化配置的探索與實(shí)踐[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（2）：238-242

[2] 荊濤，鄭永杰，田景芝，等．產(chǎn)學(xué)研視域下研究生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系研究[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31（3）：169-172

[3] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等．基于粒子群的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室無(wú)紙化資源優(yōu)化配置[J]．科技通報(bào)，2014，30（1）：134-137

[4] 王波，陶佰睿．大學(xué)基礎(chǔ)課程碎片化智能移動(dòng)學(xué)習(xí)模式研究[J]．江蘇開發(fā)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，26（4）：51-54

Empirical study on teaching management of chemistry class laboratories based on computational intelligence

TIAN Jing-zhi1，JING Tao1，YANG Wan-li1，ZHENG Yong-jie1，WANG Bo2，TIAN Zhi-ming1

（1. School of Chemistry and Chemistry Engineering，2. Center of Modern Educational Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Proposes teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence（TMC-CI）， and then provide three optimization levels of TMC-CI．The three optimization levels are（1）teacher entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of teacher's hierarchy and teaching schedule，（2）student entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of students' ability structure and cognitive adaptation literacy，（3）resource entities optimization based on computational intelligence achieves optimization of teacher's teaching resources and student's learning resources．It is finished that the comparative empirical research through the trial class and contrast class．The studys that TMC-CI improves the effect of classroom teaching，the efficiency of teaching management process．TMC-CI has been recognized by teachers and students and is worthy of popularizing widely．

computational intelligence；chemistry class laboratories；teaching management；empirical study； trial class；contrast class

TP399∶G482

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.024

2016-03-10

黑龍江省高等學(xué)校教改工程項(xiàng)目（JG2014011092）

田景芝（1964-），女，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，碩士，從事材料制備及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)化工中的應(yīng)用研究．E-mail：tian_jingzhi@126.com

1007-9831（2016）04-0089-04