朱宗元 王秋霞
摘 要:文章綜合教學(xué)管理部門(mén)、教師和學(xué)生視角,形成教學(xué)藝術(shù)、教學(xué)態(tài)度、學(xué)生反應(yīng)和教學(xué)內(nèi)容四個(gè)評(píng)價(jià)單元,構(gòu)建了高校課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。結(jié)合層次分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)評(píng)價(jià)模型。以統(tǒng)計(jì)學(xué)課程教學(xué)數(shù)據(jù)為例,開(kāi)展建模實(shí)證研究。結(jié)果表明,穩(wěn)定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可最大限度學(xué)習(xí)專(zhuān)家智慧,應(yīng)用中可脫離專(zhuān)家打分,從而規(guī)避專(zhuān)家群決策缺乏一致性和連續(xù)性的缺點(diǎn),因此在教學(xué)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域有重要價(jià)值。
關(guān)鍵詞:課堂教學(xué);綜合評(píng)價(jià);層次分析法;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
中圖分類(lèi)號(hào):G40-058.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1673-8454(2018)12-0084-04
一、問(wèn)題引入
雖然大學(xué)階段學(xué)生自主選擇性學(xué)習(xí)的比重上升,但是在本科乃至更高階段的學(xué)習(xí)層次上,課堂教學(xué)仍然構(gòu)成教育活動(dòng)的最重要單元。在現(xiàn)代高等教育領(lǐng)域,課堂教學(xué)評(píng)價(jià)是提升大學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要手段和制度化要素。課堂教學(xué)評(píng)價(jià)本身是一種兼具工具和價(jià)值理念判斷的活動(dòng),具有一定的模糊性。實(shí)踐上,課堂教學(xué)評(píng)價(jià)需要將教育理念落地,“強(qiáng)調(diào)實(shí)證性評(píng)價(jià)與人文性評(píng)價(jià)相結(jié)合”[1]。課堂教學(xué)評(píng)價(jià)逐步向評(píng)價(jià)理論科學(xué)化、評(píng)價(jià)內(nèi)容定量化、評(píng)價(jià)方法多樣化、評(píng)價(jià)程序規(guī)范化和注重師生反饋的方向發(fā)展。從評(píng)價(jià)方法論角度,系統(tǒng)論正在成為現(xiàn)代教學(xué)管理科學(xué)理論的核心。依據(jù)反饋原理,“依靠執(zhí)行系統(tǒng)回歸的信息作出分析判斷,對(duì)計(jì)劃指令的再輸出發(fā)生影響,起到控制作用,以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)”[2]。從形成性教學(xué)評(píng)價(jià)的角度,評(píng)價(jià)的目的不在于給出終結(jié)性判斷結(jié)論然后對(duì)教師進(jìn)行獎(jiǎng)懲,而應(yīng)該具有包含動(dòng)態(tài)前向、回饋和強(qiáng)化的發(fā)展性功能。只有獲得動(dòng)態(tài)、科學(xué)的反饋信息,才能準(zhǔn)確控制課堂教學(xué)進(jìn)程,從而做出正確的教學(xué)決策,實(shí)現(xiàn)潛在最優(yōu)的課堂教學(xué)目標(biāo)。國(guó)內(nèi)高?,F(xiàn)行的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)策略在實(shí)施中已經(jīng)暴露出諸多問(wèn)題,為很多研究文獻(xiàn)所剖析,包括“評(píng)價(jià)方法單一、評(píng)價(jià)主體設(shè)置不合理、評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分布不科學(xué)、評(píng)價(jià)結(jié)果反饋時(shí)滯長(zhǎng)”[3],“教師救濟(jì)程序缺失”[4],“指標(biāo)描述抽象、陳舊、可測(cè)性差”等[5]。在課堂教學(xué)大數(shù)據(jù)獲取成本日益降低的背景下,如何以動(dòng)態(tài)反饋的課堂教學(xué)理論為依據(jù),從推動(dòng)教師發(fā)展、提升學(xué)生學(xué)習(xí)的角度,發(fā)展出一套可實(shí)現(xiàn)、具有結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)能力的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)模型,在理論和現(xiàn)實(shí)方面都很重要。信息自動(dòng)化模型可降低專(zhuān)家偏好帶來(lái)群決策結(jié)果難以達(dá)成的可能性,并具有實(shí)時(shí)跟蹤反饋的優(yōu)良特征。有鑒于此,本文嘗試將專(zhuān)家打分和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合,提出自動(dòng)化打分動(dòng)態(tài)測(cè)評(píng)課堂教學(xué)質(zhì)量的思路。以收集的統(tǒng)計(jì)學(xué)課程教學(xué)數(shù)據(jù)為例,實(shí)證檢驗(yàn)?zāi)P驮u(píng)價(jià)的效果,藉此為更科學(xué)性地評(píng)估大學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量提供借鑒。
二、課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)
多維視角下系統(tǒng)測(cè)度課堂教學(xué)的效果,首先需要構(gòu)建課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,使其包含具體的、可測(cè)量的評(píng)價(jià)項(xiàng)目。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是規(guī)范有效開(kāi)展課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),對(duì)教師的課堂教學(xué)活動(dòng)具有重要的導(dǎo)向作用。開(kāi)展差異化評(píng)價(jià)區(qū)分課堂教學(xué)質(zhì)量只是手段而不是目的,課堂教學(xué)評(píng)價(jià)體系設(shè)置更應(yīng)具有促進(jìn)教師教學(xué)反饋、引導(dǎo)課堂教學(xué)質(zhì)量持續(xù)優(yōu)化的作用。科學(xué)合理的指標(biāo)體系具有區(qū)分性,能夠發(fā)現(xiàn)不同課堂教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量差別,對(duì)其分析能發(fā)現(xiàn)教學(xué)存在的問(wèn)題與改進(jìn)方向。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本方法包括頭腦風(fēng)暴法、目標(biāo)要素分解法、結(jié)構(gòu)分解法和目標(biāo)分類(lèi)法等,已經(jīng)有較豐富的理論研究成果。
FIAS與PPE理論下,課堂教學(xué)語(yǔ)言量化系統(tǒng)包括矩陣分析和動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)雙維度,進(jìn)一步可細(xì)分為課堂結(jié)構(gòu)、風(fēng)格傾向、情感氣氛、教師語(yǔ)言、學(xué)生語(yǔ)言和沉默混亂語(yǔ)言子模塊[6];邱文教等基于層次分析法(AHP),構(gòu)建教師教、學(xué)生學(xué)、督導(dǎo)評(píng)的三位一體探究式課堂教學(xué)評(píng)價(jià)體系[7];朱德全、李鵬指出課堂教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)包含矢量、定位、理念、條件、運(yùn)行和輸出子系統(tǒng)[8]。美國(guó)田納西州發(fā)展起來(lái)的最新教師評(píng)價(jià)系統(tǒng)TEAM的核心課堂教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié),包括了教學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)劃、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)過(guò)程三個(gè)一級(jí)指標(biāo),既有質(zhì)性評(píng)價(jià)單元,也包括量化評(píng)價(jià)[9][10]。哈佛大學(xué)通識(shí)課程教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控與評(píng)價(jià)體系中,包含開(kāi)課申請(qǐng)?jiān)u價(jià)、Q評(píng)價(jià)系統(tǒng)、課程教學(xué)前期反饋以及階段性評(píng)議四個(gè)流程,內(nèi)容涉及課程內(nèi)容、學(xué)生發(fā)展、師生互動(dòng)、課堂組織、教學(xué)效果、閱讀與作業(yè)等方面[11]。參考國(guó)內(nèi)外已有的研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究兼具共性和特性特征。共性是指課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的對(duì)象與內(nèi)容大致相似,即教學(xué)內(nèi)容、藝術(shù)、態(tài)度和反饋效果,特性則是指不同的課程難度與學(xué)科差異。例如哈佛大學(xué)《通識(shí)教育評(píng)議委員會(huì)臨時(shí)報(bào)告》評(píng)價(jià)結(jié)果中會(huì)考慮課程難度,但是在學(xué)生選課系統(tǒng)中則不公布難度系數(shù),避免學(xué)生為獲得高分選擇難度低的課程。
綜合以上考慮,本文在測(cè)度統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量時(shí),從教學(xué)管理部門(mén)、教師表現(xiàn)和學(xué)生反應(yīng)三種結(jié)構(gòu)要素,分解產(chǎn)生出評(píng)價(jià)單元。從教學(xué)管理部門(mén)出發(fā),主要考慮教學(xué)內(nèi)容的規(guī)范性;從授課教師的角度,評(píng)價(jià)主要涉及教學(xué)藝術(shù)和教學(xué)態(tài)度兩個(gè)單元;從學(xué)生學(xué)習(xí)者的角度,主要針對(duì)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的反應(yīng),測(cè)評(píng)其融入課堂教學(xué)的程度。根據(jù)專(zhuān)家調(diào)查法結(jié)合反饋教學(xué)理論,細(xì)化設(shè)計(jì)出多個(gè)可測(cè)度的系統(tǒng)子指標(biāo),構(gòu)建出統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)評(píng)教效果基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見(jiàn)表1)。
課堂教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)體系初步建立后,另一個(gè)重要問(wèn)題就是,如何設(shè)置課堂教學(xué)評(píng)價(jià)諸指標(biāo)的權(quán)重。本文首先根據(jù)測(cè)評(píng)專(zhuān)家的匿名打分,給出了不同的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的相對(duì)重要性,診斷是否通過(guò)一致性檢驗(yàn),通過(guò)層次分析法(AHP)測(cè)算出多個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。對(duì)評(píng)估專(zhuān)家對(duì)課堂給出的打分進(jìn)行加權(quán)平均,從而得出統(tǒng)計(jì)學(xué)教師樣本數(shù)據(jù)的最終目標(biāo)得分。具體方法原理和教學(xué)測(cè)評(píng)實(shí)踐可參閱蔡紅梅、許曉東和郭亮等的研究文獻(xiàn)[5][12]。層次分析法能夠體現(xiàn)人類(lèi)思維過(guò)程的分解、判斷、綜合分析等特征,具有較好的系統(tǒng)性、可操作性強(qiáng)、計(jì)算簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),因此可被廣泛地應(yīng)用于綜合評(píng)價(jià)和群決策領(lǐng)域中。該方法也存在一些缺點(diǎn),例如容易受到專(zhuān)家的知識(shí)結(jié)構(gòu)、經(jīng)驗(yàn)、效用偏好等主觀(guān)因素的影響,所以有一定的人為主觀(guān)傾向。不同批次專(zhuān)家在未有專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)的情形下,得到的評(píng)價(jià)權(quán)重很難具有一致性。有鑒于此,本文嘗試更新單純的AHP評(píng)價(jià)方法,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法學(xué)習(xí)專(zhuān)家評(píng)價(jià)權(quán)重結(jié)果,自動(dòng)化生成評(píng)價(jià)模型以保持評(píng)價(jià)的連續(xù)性,期望可得到更優(yōu)的教學(xué)評(píng)價(jià)效果。
三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)模擬神經(jīng)系統(tǒng)的行為反饋特征,產(chǎn)生決策結(jié)果。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)發(fā)展的深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù),在決策支持系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景,當(dāng)前以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最為普遍。該網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)由輸入層、隱藏層和輸出層組成。不同的層之間由神經(jīng)元連接,該網(wǎng)絡(luò)傳遞的模式是前向傳播信號(hào),反向傳播誤差。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是高度非線(xiàn)性的連續(xù)時(shí)間動(dòng)力系統(tǒng),具有黑箱特征。通過(guò)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的具體結(jié)構(gòu),選擇適當(dāng)?shù)妮斎牍?jié)點(diǎn)和隱藏層數(shù),反復(fù)逼近學(xué)習(xí)可以得到穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Maren A J等系統(tǒng)闡述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理和技術(shù)細(xì)節(jié)[13]。本文采用BP反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法程序,更新單純的AHP課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法,其思路是:①利用層次分析方法得到統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)效果評(píng)價(jià)的樣本數(shù)據(jù);②利用驗(yàn)證集方法將教師評(píng)價(jià)樣本分為訓(xùn)練集和測(cè)試集兩部分,輸入一組課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分,加權(quán)平均測(cè)算出教師課堂教學(xué)效果的綜合得分,將其作為訓(xùn)練目標(biāo)得分;③計(jì)算被調(diào)查教師得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試得分,并和樣本數(shù)據(jù)的目標(biāo)得分相比較,計(jì)算出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的仿真預(yù)測(cè)誤差;④反復(fù)調(diào)試模型的計(jì)算權(quán)重,直至得到穩(wěn)定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);⑤開(kāi)展統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)分析和預(yù)測(cè)。
四、統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)實(shí)測(cè)
首先,獲取調(diào)查數(shù)據(jù)并實(shí)施規(guī)范化預(yù)處理。本文以統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)為調(diào)查對(duì)象,課程主要面向經(jīng)管類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)。利用電話(huà)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查和問(wèn)卷調(diào)研的途徑,獲得了11所高校部分教師統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)的數(shù)據(jù),共計(jì)有63位教師。限于篇幅所限,此處不再展示樣本數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)涉及6所省內(nèi)高校(含高職)和5所省外普通本科高校。將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)均實(shí)施歸一化處理,利用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所有指標(biāo)的權(quán)重。計(jì)算顯示各指標(biāo)中授課內(nèi)容科學(xué)性的權(quán)重最高,其次分別為備課熟練度和課堂互動(dòng)的權(quán)重,最后加權(quán)計(jì)算得到所有統(tǒng)計(jì)學(xué)教師的課堂教學(xué)質(zhì)量得分。
然后,隨機(jī)抽取48位(約3/4)統(tǒng)計(jì)學(xué)教師的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集,將剩下15位統(tǒng)計(jì)學(xué)教師的數(shù)據(jù)作為測(cè)試集。在訓(xùn)練集中,反復(fù)試驗(yàn)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。最終確定出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),將14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為輸入層神經(jīng)元,雙隱含層分別含有7個(gè)和3個(gè)神經(jīng)元,最終輸出層包含唯一的神經(jīng)元預(yù)測(cè)得分。模型訓(xùn)練設(shè)定的誤差閾值為10-5,訓(xùn)練設(shè)置最大次數(shù)為20000次,利用梯度下降算法訓(xùn)練得到穩(wěn)定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖1)。
最后,利用訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)測(cè)試集中的15位統(tǒng)計(jì)學(xué)教師的課堂教學(xué)得分進(jìn)行預(yù)測(cè)。將已知的課堂教學(xué)得分與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比,計(jì)算相對(duì)誤差,整理得到表2結(jié)果。
從以上預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比可見(jiàn),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型運(yùn)用于統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)的測(cè)試數(shù)據(jù),得到了較好的評(píng)價(jià)效果。15位教師統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量得分的預(yù)測(cè)誤差率全部控制在2%以?xún)?nèi),其中有10位的誤差率控制在1%以?xún)?nèi),因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)評(píng)價(jià)模型可以被投入至課堂教學(xué)測(cè)評(píng)實(shí)踐之中(見(jiàn)圖2)。本文搜集到的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集樣本量較小,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型大數(shù)據(jù)分析中優(yōu)勢(shì)更明顯,因此如果能夠在更廣泛的教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)發(fā)模型,理應(yīng)可以進(jìn)一步提升評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確率,因此該技術(shù)有樂(lè)觀(guān)的應(yīng)用前景。
使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)課堂教學(xué)質(zhì)量,其最大優(yōu)點(diǎn)就是評(píng)價(jià)過(guò)程不再依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生群決策評(píng)價(jià)權(quán)重。在現(xiàn)實(shí)中,由于人事更迭、離退休等原因,專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng)發(fā)生變更后,各指標(biāo)評(píng)價(jià)的權(quán)重由于專(zhuān)家的偏好會(huì)發(fā)生改變,從而產(chǎn)生了因人而異的評(píng)價(jià)結(jié)果。如要規(guī)避以上現(xiàn)象,需要對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)人員進(jìn)行系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和評(píng)價(jià)資格認(rèn)證[14],過(guò)程反復(fù)且成本高昂。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià),一經(jīng)訓(xùn)練成功并模型投入使用后,就可以通過(guò)模型學(xué)習(xí)脫離專(zhuān)家的重復(fù)打分過(guò)程,不但可節(jié)省教學(xué)評(píng)估的人力和物力投入,而且能保證課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的科學(xué)性和穩(wěn)定性。
五、結(jié)論與啟示
本文綜合教學(xué)管理部門(mén)、教師和學(xué)生三種角度解構(gòu)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)單元。從教學(xué)藝術(shù)、教學(xué)態(tài)度、學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)反應(yīng)和教學(xué)內(nèi)容四個(gè)方面出發(fā),構(gòu)建課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系。以高校統(tǒng)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)數(shù)據(jù)為例,利用專(zhuān)家打分和層次分析法獲得了評(píng)價(jià)的初始權(quán)重,并測(cè)算出樣本數(shù)據(jù)的目標(biāo)得分。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練課堂教學(xué)樣本數(shù)據(jù)逼近專(zhuān)家打分,并投入到測(cè)試檢驗(yàn)之中,取得了很好的評(píng)價(jià)效果。
研究得到的啟示是,穩(wěn)定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以最大限度學(xué)習(xí)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)智慧,并且可在后續(xù)推廣使用中脫離專(zhuān)家打分,從而規(guī)避了專(zhuān)家傾向不同導(dǎo)致群決策缺乏一致性和連續(xù)性的缺點(diǎn)。該評(píng)價(jià)方法不僅可以在課堂教學(xué)評(píng)價(jià)中得以推廣使用,也可以推廣至數(shù)據(jù)密集型高等教育監(jiān)測(cè)評(píng)估的各個(gè)領(lǐng)域,提升教育管理的信息化程度。教師課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)是一門(mén)藝術(shù),應(yīng)具有非線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)?;贐P算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用學(xué)習(xí)能力最大限度挖掘教師教學(xué)輸入信息與質(zhì)量輸出之間的內(nèi)在聯(lián)系,從前者的可觀(guān)測(cè)教學(xué)活動(dòng)記錄中得到不可觀(guān)測(cè)的教學(xué)質(zhì)量測(cè)評(píng)值。課堂教學(xué)評(píng)價(jià)不再完全依據(jù)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和部門(mén)制定的規(guī)則,從而更容易得到令各方信服的評(píng)價(jià)結(jié)果,也容易縮短評(píng)價(jià)周期,增強(qiáng)教學(xué)反饋頻次。弱化課堂教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)程中的人為因素,增強(qiáng)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的教師發(fā)展提升功能,是現(xiàn)代高等教育教學(xué)管理科學(xué)化的重要發(fā)展方向之一。
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(編輯:魯利瑞)