应用层次分析法评价“工程热力学”课程教改效果

杨欣毅 蒋科艺 沈伟 李本威 王永华

[摘 要]对课程教学改革效果的评价需要从考试成绩、学员表现、作业及试验等各个环节进行统一的考量和评估。针对以往对教学改革效果评估方法权值难以确定、评价结果不够准确的问题，提出一种基于层次分析法的课程教改效果评价方法，以“工程热力学”课程为对象，根据其特点和教改实施情况研究三级评价指标体系，应用层次分析法得到连续三年的教改效果评价结果。研究内容为评估课程教改效果探索一种新模式，具有重要的推广应用价值。

[关键词]专业课程 教学改革 评价 层次分析法

[中图分类号] G423.07[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）12-0111-03

对课程教学改革效果的评价需要从考试成绩、学员表现、作业及试验等各个环节进行统一的考量和评估。但是传统的加权平均方法对各级指标的权值难以准确的、定量的给出，影响了教改效果评价的客观性和准确性。为了准确地评价教学改革效果，本文以“工程热力学”课程为对象，基于层次分析法进行课程教学改革效果评价方法研究，为准确合理地评价课程教学改革效果提供了一个可行的方法，具有很好的推广和应用价值。

一、层次分析法

（一）方法概述

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是被广泛应用于各种工程领域，用于大型设备等性能的定量评估分析。该方法是美国的数学家和运筹学家萨蒂教授在从事美国国防部的一项课题研究过程中所提出的一种基于层次权重的决策分析方法。这种方法的思想是利用多目标综合评价方法，将制定决策有关的各种元素分解成层次体系，在建立此层次体系的基础之上，根据定量的加权计算进行综合的评估的决策方法。

具体来说，层次分析法首先将决策问题分解为各目标、评价标准等层次结构，然后通过判断矩阵的特征向量来确定层次之间的优先权值，最后通过加权以及递进的方法得出各个可行方案对总的目标权值，选择权值最大的方案作为最终的优化结果。

（二）AHP分析步骤和计算流程

层次分析法首先需根据要解决的问题建立描述系统特征的层级结构。与传统的方法不同，该方法通过相互比较相同层级上的元素的方式来确定权重判断矩阵，从而不需要人为地为每个元素预先设定权值，避免了人为设定权值不准确对分析结果的影响。AHP建模主要包含以下步骤[2]：

图1   AHP计算流程图

1.建立AHP的递阶层次结构

层次结构最顶层的元素即要解决问题的目标，因此把最顶层称为目标层。在目标层以下的各个层次则包含要实现目标所需要的各种中间环节，统称为准则层。在层次结构的最低层则是为了达到目标所能够采取各种方法、方案或表示各准则要素变化的指标，因此可以称为指标层或措施方案层。

2.构造判断矩阵

一旦AHP的递阶层次结构建立之后，我们就可以确定不同层次元素之间的隶属关系。

在构造两两比较矩阵时，需要针对上层的某个准则，判断其下层的两个元素之间的重要程度。这种重要程度则可以利用表1中1-9的比例标度来取值。表1给出了两种元素在相互比较时的各种可能出现情况及其对应的标度。

表1   比例标度的含义

3.某准则下元素相对排序权重计算

根据下层元素u1，u2，…，un对于上层的某个准则C的判断矩阵A求出它们对于准则C的相对排序权重w1，w2，…，wn。其中相对排序权重wi可由如下公式计算：

式中的λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数。然后根据表2查找相应的平均随机一致性指标IR。

表2   样本的平均随机一致性指标IR

若RC<0.10时，我们可以认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则需要修正判断矩阵以提高其一致性水平。

5.计算各层元素对目标层的组合权重

假设第k-1层上有nk-1个元素，其相对于总目标的排序权重为：

其中，T为评价总体性能值，Si为各二级指标的计分值，Wi为各二级指标i对总目标层的组合权重值，n为所有参与评估的指标个数。本文取各二级指标计分值为5，即5分制。

二、工程热力学课程教学改革

该课程在教学内容、教材、教学方法和教学模式等方面近年来进行了大量的建设和改革，主要体现在以下方面。

（一）教学内容和教材改革

课程组近年来不断建设以课程教材、多媒体资源、网络课程平台和教学辅导资料构成的“工程热力学”立体化教材体系。同时课题组紧跟热工设备和信息化技术的发展，不断认真梳理、动态更新教学内容，优化课程体系，使教学内容融基础性、应用性和前沿性于一体，始终保持课程教材和教学内容的先进性。

（二）教学方法和教学模式改革

加强课程的实践环节改革力度，对教学的重点和难点内容如喷管流动、燃气轮机热力循环等部分与实践密切相关的内容，采用信息化技术手段进行讲授、实作，丰富和发展了课堂的教学形式。在教学方法改革上，認真创新课程的教学模式，围绕如何提高学员创新能力、实践能力和分析解决问题能力，探索适应本课程的教学方法。以“背景+理论+应用”的知识模块形式进行教学。加强实验设备的研制和开发，建设学员自主学习研究的实践平台，践行自主式、研究式教学方法，提高学员的学习主动性与自主创新能力。

三、应用AHP的课程教学改革效果评价

根据课程评价特点，结合层次分析法的计算过程进行教学改革效果评价。其中，评价过程的关键部分如下：

（一）评价指标体系设计

根据课程实施特点及建设的现状，课程组设计课程教学改革效果的评价指标体系为三级体系，各级指标如下表所示：

表3   教学改革效果评价指标体系

（二）评价过程

根据前述步骤1-6进行课程教改效果的评价，其中一级和二级指标的判断矩阵为

（三）评价结果

根据层次分析法的步骤对2012-2014年连续三年的教学改革效果进行评价。评分标准为5分制，样本为同一专业学员学习“工程热力学”的课程表现，作业等情况（笔试为同一题库抽题），其结果如表4所示，可见在连续实施教学改革之后，课程的教学效果有着稳步的提升。

表4   近三年教改效果评价结果

五、总结

本文结合“工程热力学”课程教学改革的实施情况，为准确客观地评估几年来课程教改的成效，引入层次分析法进行教学改革效果的评估。通过实践，发现层次分析方法比传统的求平均值或者加权平均方法更为准确、客观，能够反映出教学改革的实践效果，为评估课程教改效果探索出一种新模式，实用性强，具有重要的推广应用价值。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 孙玉荣，彭金波.基于AHP的课程教学效果评价指标体系研究[J].湖南工业大学学报，2010（9）：86-88.

[2] 张志强，徐斌，等.基于AHP评价方法的发动机性能评价[J].兵工学报，2008（5）：625-628.

[3] 陆海琴.高校教学效果评价方法及其应用[J].统计与决策，2008（17）：158-160.

[4] 李君丽.发展性教学评价技术研究[D].上海：华东师范大学，2006：3-55.

[责任编辑：覃侣冰]