基于ANP的工程教育認(rèn)證“土力學(xué)”課程達(dá)成度計(jì)算

方宏偉

2016年6月，中國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》第18個(gè)正式工程聯(lián)盟成員，標(biāo)志著我國(guó)工程教育質(zhì)量認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)了工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的工科專業(yè)開(kāi)始按照認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，并積極參與工程教育認(rèn)證［1］.

工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)過(guò)程是證明專業(yè)人才培養(yǎng)是否滿足工程教育認(rèn)證的12條通用標(biāo)準(zhǔn)要求的重要手段［2］.目前畢業(yè)達(dá)成度評(píng)價(jià)主要有兩種方法［3］：①基于校外問(wèn)卷調(diào)查的間接評(píng)價(jià)法.②基于校內(nèi)課程達(dá)成度的直接評(píng)價(jià)法.直接評(píng)價(jià)法中，畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自支撐課程的考核，因此課程達(dá)成度是評(píng)價(jià)畢業(yè)要求達(dá)成情況的基礎(chǔ)，是畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)的主要支撐［4］，即課程目標(biāo)達(dá)成情況計(jì)算結(jié)果將被用于進(jìn)行畢業(yè)要求的達(dá)成度計(jì)算.對(duì)所有支撐課程進(jìn)行有效準(zhǔn)確的達(dá)成度評(píng)價(jià)直接影響專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況，也是提升課堂教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)持續(xù)改進(jìn)的必要條件.因此，研究工程認(rèn)證中的課程達(dá)成度評(píng)價(jià)方法具有重要的實(shí)際意義.

直接評(píng)價(jià)法中，課程指標(biāo)法具有一定說(shuō)服力［5］.課程指標(biāo)法在計(jì)算達(dá)成度時(shí)需要兩方面的內(nèi)容［6］：①依據(jù)畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)和課程目標(biāo)，以及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核方式的特點(diǎn)建立一個(gè)支撐關(guān)系矩陣，要求每門課程的課程大綱設(shè)置若干個(gè)課程目標(biāo)，這些課程目標(biāo)支撐相對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求分指標(biāo)點(diǎn)，圍繞課程目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)并開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，完成后對(duì)課程目標(biāo)和課程的達(dá)成度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；②課程達(dá)成度的計(jì)算需要合理的權(quán)重分配系數(shù)，而權(quán)重的確定是一個(gè)難點(diǎn)［7］，目前計(jì)算方法主要是層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［8］，教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)不同課程目標(biāo)或者課程之間存在反饋評(píng)價(jià)關(guān)系［9］，比如，前期課程目標(biāo)的教師教學(xué)效果和學(xué)生掌握程度會(huì)直接影響后期課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)后期課程目標(biāo)的完成情況也反映了前期課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，而課程也分為基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課，三者之間存在明顯的相互依存關(guān)系.AHP不能反應(yīng)評(píng)價(jià)元素間的反饋關(guān)系，而ANP更適用于具有反饋關(guān)系的元素權(quán)重計(jì)算.

以“土力學(xué)”課程為例，在完成畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的分解、確定課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)支撐后，建立教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)，以及畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系矩陣，闡述了基于ANP和工程教育認(rèn)證理論的課程達(dá)成度計(jì)算過(guò)程.

1 ANP概述

ANP體現(xiàn)了許多復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部元素的依存關(guān)系和下層元素對(duì)上層元素的反饋影響，各元素的關(guān)系用類似網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表示，典型ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.ANP首先將系統(tǒng)元素劃分為兩大部分，第一部分稱為控制因素層，可以沒(méi)有決策準(zhǔn)則，但至少有一個(gè)目標(biāo)；第二部分為網(wǎng)絡(luò)層，由所有受控制層支配的元素組構(gòu)成，內(nèi)部是互相影響的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，判斷矩陣標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，計(jì)算過(guò)程由超級(jí)決策軟件SD（Super Decision）［10］實(shí)現(xiàn).

圖1 ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表1 判斷矩陣標(biāo)準(zhǔn)度的意義

2 基于ANP的課程達(dá)成度計(jì)算

2.1 課程評(píng)價(jià)矩陣與達(dá)成度計(jì)算公式

首先根據(jù)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)制定畢業(yè)要求，并詳細(xì)分解指標(biāo)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確立課程體系評(píng)價(jià)矩陣，見(jiàn)表2.

Ci表示評(píng)價(jià)依據(jù)Ai的 占 比；Lij表示評(píng)價(jià)依據(jù)Ai中課程目標(biāo)Bj的占比；Iij表示在評(píng)價(jià)依據(jù)Ai中學(xué)生針對(duì)課程目標(biāo)Bj的平均得分率，平均得分率=學(xué)生平均得分/目標(biāo)分值.

通過(guò)公式（1）［11］計(jì)算課程目標(biāo)達(dá)成度Mj：

式中：R表示考核依據(jù)類別集，包括考試、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等.

由ANP計(jì)算課程目標(biāo)權(quán)重Dj，通過(guò)公式（2）進(jìn)行課程達(dá)成度的評(píng)價(jià)：

式中：Dj表示目標(biāo)Bj的權(quán)重.計(jì)算的M與設(shè)置的課程達(dá)成度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如果大于該標(biāo)準(zhǔn)，則合格，如小于該標(biāo)準(zhǔn)，則不合格，需要進(jìn)行改進(jìn)，由此形成循環(huán)教學(xué)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的不斷調(diào)整，驅(qū)動(dòng)持續(xù)改進(jìn).通常來(lái)講，學(xué)生考核成績(jī)基本符合正態(tài)分布，而在平均數(shù)左右的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)函數(shù)曲線面積為0.68［1］，由于在進(jìn)行成績(jī)等級(jí)評(píng)定時(shí)數(shù)值通常取整，因此，地質(zhì)工程專業(yè)“土力學(xué)”課程設(shè)定達(dá)成度合格標(biāo)準(zhǔn)為0.70.以上計(jì)算過(guò)程采用MATLAB編程實(shí)現(xiàn).

表2 課程評(píng)價(jià)矩陣

2.2 課程達(dá)成度計(jì)算流程圖

工程認(rèn)證的三個(gè)理念［12］，即“學(xué)生為中心”“成果產(chǎn)出為導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)”，其中“以學(xué)生為中心”是指以全體學(xué)生的知識(shí)技能和能力培養(yǎng)為中心，“成果導(dǎo)向”強(qiáng)度注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，“持續(xù)改進(jìn)”要求專業(yè)定位清晰，具有明確可行的改進(jìn)機(jī)制和效果評(píng)價(jià)能力.以ANP為工具構(gòu)建了課程達(dá)成度技術(shù)流程圖，見(jiàn)圖2.

圖2 基于ANP和工程認(rèn)證三個(gè)理念的課程達(dá)成度計(jì)算流程圖

3 “土力學(xué)”課程達(dá)成度的計(jì)算

3.1 畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)與課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容相關(guān)矩陣

根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和地質(zhì)類專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合吉林建筑大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)特點(diǎn)，根據(jù)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的要求，本課程制定了5個(gè)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系，見(jiàn)表3，教學(xué)內(nèi)容支撐課程目標(biāo)及考核方式見(jiàn)表4，根據(jù)表3和表4可得“土力學(xué)”課程體系評(píng)價(jià)矩陣（表5）.

表5中C1~C3采用課程組討論人為分配權(quán)重方法，C11~C18和C21~C23采用教學(xué)內(nèi)容所占課時(shí)量比重分配權(quán)重方法，比如C11和C21對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容A11和A21課時(shí)量都為2個(gè)學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容A1和A2課時(shí)量分別為40個(gè)學(xué)時(shí)和8個(gè)學(xué)時(shí)，因此可得C11=2/40=0.05和C21=2/8=0.25，而C31和C32為平時(shí)考核類型，即讀書報(bào)告A31和作業(yè)A32在教學(xué)內(nèi)容A1中占的比例為1∶6（表4），因此C31=1/7=0.14和C32=6/7=0.86.采用公式（1）計(jì)算課程目標(biāo)達(dá)成度Mj時(shí)，評(píng)價(jià)依據(jù)占比（權(quán)重）采用一級(jí)指標(biāo)權(quán)重乘以二級(jí)指標(biāo)權(quán)重方法 得 到［13］，例如A11的 計(jì)算權(quán)重C1-11=C1×C11=0.6×0.05=0.03.根據(jù)表5數(shù)據(jù)，由公式（1）計(jì)算得 到Mj=（0.696 6，0.607 6，0.817 5，0.893 0，0.900 0）.

3.2 網(wǎng)絡(luò)分析法ANP計(jì)算課程目標(biāo)權(quán)重

課程目標(biāo)的反饋關(guān)系見(jiàn)表6，其中判斷準(zhǔn)則為要達(dá)成的課程目標(biāo)，支撐課程目標(biāo)為關(guān)聯(lián)課程目標(biāo)，如為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)B1（具備本課程堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及應(yīng)用能力），需要B2（基于數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)掌握基本理論）、B3（應(yīng)用基本理論分析工程問(wèn)題）、B4（具備研究能力）的支撐；由ANP計(jì)算相關(guān)權(quán)重，反饋網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖3，比較矩陣見(jiàn)圖4.如以課程目標(biāo)B1為判斷準(zhǔn)則的支撐目標(biāo)B2、B3、B4比較矩陣見(jiàn)圖4（a）.根據(jù)相關(guān)土力學(xué)知識(shí)點(diǎn)和表1的矩陣標(biāo)準(zhǔn)度可知，對(duì)于課程目標(biāo)B1而言，支撐課程目標(biāo)B2（基于數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)掌握基本理論）比B3（應(yīng)用基本理論分析工程問(wèn)題）稍微重要（標(biāo)準(zhǔn)度取3），課程目標(biāo)B2（基于數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)掌握基本理論）比B4（具備研究能力）明顯重要（標(biāo)準(zhǔn)度取5），根據(jù)前兩項(xiàng)的重要標(biāo)準(zhǔn)度取值可得課程目標(biāo)B3（應(yīng)用基本理論分析工程問(wèn)題）比B4（具備研究能力）的重要度在稍微和明顯之間（標(biāo)準(zhǔn)度取4）.

表3 課程目標(biāo)支撐畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)

表4 教學(xué)內(nèi)容支撐課程目標(biāo)及考核方式

圖3 課程目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分析ANP反饋圖

課程目標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5，可知Dj=［0.43，0.31，0.11，0.1，0.05］，根據(jù)公式（2）計(jì)算得到課程達(dá)成度M=0.71，課程目標(biāo)達(dá)成度見(jiàn)圖6.由圖6可知，本課程達(dá)成度M=0.71，略大于達(dá)成合格標(biāo)準(zhǔn)0.7，基本滿足要求，說(shuō)明考核方式和教學(xué)內(nèi)容的課時(shí)量與權(quán)重分配，以及課程目標(biāo)ANP權(quán)重計(jì)算結(jié)果合理.課程目標(biāo)B1達(dá)成度M1約等于0.7，課程目標(biāo)B3、B4、B5達(dá)成度M3、M4、M5都大于0.7，滿足達(dá)成 要求，然而課程目標(biāo)B2達(dá)成度M2小于0.7，不滿足達(dá)成要求，因此需要反饋評(píng)價(jià)，可以根據(jù)課程達(dá)成度流程圖2進(jìn)行改進(jìn).

表5 土力學(xué)課程體系評(píng)價(jià)矩陣

圖4 課程目標(biāo)比較矩陣

圖5 ANP計(jì)算課程目標(biāo)權(quán)重

圖6 課程達(dá)成度計(jì)算結(jié)果

3.3 反饋評(píng)價(jià)與改進(jìn)結(jié)果

首先與學(xué)生開(kāi)展交流，包括對(duì)課程目標(biāo)的授課內(nèi)容、考核方法、平時(shí)課堂教學(xué)方法等的反饋評(píng)價(jià)，然后進(jìn)行課程組內(nèi)討論，以表5數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，得出課程與目標(biāo)達(dá)成度滿足和不滿足達(dá)成度合格標(biāo)準(zhǔn)的原因及對(duì)策，反饋評(píng)價(jià)如下：

①目前大學(xué)生就業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻，因此學(xué)生們學(xué)習(xí)積極性較高，由圖6可知體現(xiàn)在課程目標(biāo)B4（理論教學(xué)并結(jié)合課內(nèi)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)研究能力）和B5（團(tuán)隊(duì)意識(shí)）的達(dá)成度M4及M5大致為0.9，遠(yuǎn)高于達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)0.7；由表5可知，課程目標(biāo)B1達(dá)成度M1偏低（約等于0.7），B2達(dá)成度M2不滿足達(dá)成要求（小于0.7）的原因是教學(xué)內(nèi)容中的土中應(yīng)力（A14）、土的壓縮性和地基沉降計(jì)算（A15）對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)B1和B2得分率I14-1=0.36和I15-1=0.5，以 及I14-2=0.35和I15-2=0.44偏低，都小于0.6（不及格）.

表6 判斷準(zhǔn)則與支撐的課程目標(biāo)

②土中應(yīng)力（A14）的計(jì)算涉及到地下水位和土層分界面情況時(shí)，計(jì)算容易出錯(cuò)，表明相關(guān)定義講解不夠深入，計(jì)算的訓(xùn)練也不足；土的壓縮性和地基沉降計(jì)算（A15）是“土力學(xué)”課程中計(jì)算內(nèi)容較為繁雜部分，包括分層總和法和規(guī)范法，相關(guān)計(jì)算概念和公式較多.針對(duì)以上不足，課程組重點(diǎn)幫助學(xué)生梳理知識(shí)脈絡(luò)，加強(qiáng)與學(xué)生課堂交流互動(dòng)，做到“教完即學(xué)會(huì)”.

③教學(xué)方式上，結(jié)合探究式、案例式教學(xué)法講授土中應(yīng)力（A14）相關(guān)定義和例題計(jì)算，采用問(wèn)題教學(xué)法講授土的壓縮性和地基沉降計(jì)算（A15），采用PPT動(dòng)畫演示相關(guān)定義，加強(qiáng)課后習(xí)題訓(xùn)練，由表5可知，與土的物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)（A21）和壓縮實(shí)驗(yàn)（A22）相關(guān)的課程目標(biāo)達(dá)成度B4、B5達(dá)成度M4、M5較高，表明學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程積極性較高，而土的物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)（A21）包含土中應(yīng)力（A14）知識(shí)點(diǎn)，壓縮實(shí)驗(yàn)（A22）包含土的壓縮性和地基沉降計(jì)算（A15）知識(shí)點(diǎn)，因此，在實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，而不只是簡(jiǎn)單地會(huì)用土力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器.

根據(jù)以上反饋改進(jìn)意見(jiàn)和措施，第二年考試得分率I14-1=0.67、I14-2=0.7、I15-1=0.67、I15-2=0.68，都大于0.6，改進(jìn)后Mj=（0.801 3，0.776 9，0.775 8，0.917 5，0.930 0），根據(jù)公式（2）計(jì)算得到課程達(dá)成度M=0.830 7，見(jiàn)圖7.

圖7 持續(xù)改進(jìn)后的課程達(dá)成度計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

基于ANP和“以學(xué)生為中心”“成果產(chǎn)出為導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)”三個(gè)工程認(rèn)證核心理念構(gòu)建了一種可持續(xù)改進(jìn)的課程達(dá)成度計(jì)算方法：首先由支撐畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)的課程目標(biāo)，以及對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成課程評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)矩陣，計(jì)算每個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度，然后由ANP計(jì)算課程目標(biāo)權(quán)重，課程目標(biāo)達(dá)成度與權(quán)重乘積之和為課程達(dá)成度評(píng)價(jià)值；以“土力學(xué)”課程為例進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明課程達(dá)成度大于設(shè)定的合格標(biāo)準(zhǔn).某些課程目標(biāo)沒(méi)有滿足標(biāo)準(zhǔn)，以課程評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)矩陣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以工程認(rèn)證三個(gè)理念為依據(jù)，針對(duì)課程目標(biāo)未達(dá)成原因進(jìn)行改進(jìn)，第二年課程達(dá)成度滿足設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn).

該文的方法完全適用于各個(gè)工科專業(yè)畢業(yè)達(dá)成度的計(jì)算，此時(shí)課程目標(biāo)變?yōu)橹蜗嚓P(guān)專業(yè)的各門課程，由ANP計(jì)算各門課程的反饋評(píng)價(jià)權(quán)重，與各門課程達(dá)成度乘積之和即為專業(yè)畢業(yè)達(dá)成度，持續(xù)改進(jìn)反饋系統(tǒng)（圖2）依然可以作為改進(jìn)評(píng)價(jià)方法，這也是后續(xù)所要進(jìn)行的工作.