康桂華， 陳文芳

(1.河海大學常州校區(qū) 物聯(lián)網(wǎng)工程學院，江蘇 常州 213022;2.河海大學常州校區(qū) 教務部，江蘇 常州 213022)

基于SPC的“點菜式”教學質(zhì)量管控方法研究

康桂華1， 陳文芳2

(1.河海大學常州校區(qū) 物聯(lián)網(wǎng)工程學院，江蘇 常州 213022;2.河海大學常州校區(qū) 教務部，江蘇 常州 213022)

針對目前“點菜式”教學模式缺乏有效的質(zhì)量監(jiān)控手段，提出了一種基于SPC的綜合質(zhì)量管控方法.通過在教學過程的關(guān)鍵教學環(huán)節(jié)設(shè)置多個控制節(jié)點，采集能夠充分反映教學質(zhì)量的相關(guān)信息，采用SPC技術(shù)分辯出影響該教學模式質(zhì)量的主要因素，使教學過程始終處于統(tǒng)計可控狀態(tài).將該方法應用于具體教學改革實踐，并利用SPC規(guī)范對實際應用性能進行分析和評估，結(jié)果表明所提出的教學質(zhì)量管控方法取得了預期效果.

點菜式教學；菜單式教學；教學質(zhì)量；統(tǒng)計過程控制

“點菜式”教學又稱“菜單式”教學[1]，是指以學生為中心的教學改革過程中新出現(xiàn)的一種教學組織形式[2]，目前主要在國內(nèi)一些高職院校的技能課中試行，最近在寧波大學科技學院部分公共基礎(chǔ)課中嘗試過，南京政治學院在培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才中也采用過.結(jié)果表明這種教學改革模式能極大地激發(fā)學生們的學習興趣，深受大家歡迎.但目前國內(nèi)大部分本科院校均未采用，特別是在基礎(chǔ)課和專業(yè)課的教學中.原因主要有2點，一是認為本科設(shè)置的基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課的內(nèi)容, 學生必須學，沒有“點菜”的余地；二是目前缺乏評價這種教學方式質(zhì)量的客觀標準，更沒有對其教學質(zhì)量進行有效監(jiān)控的手段.實際上，目前國內(nèi)大部分高校使用的選課方式類似于學生“點菜”，不過線條較粗.隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，大學本科院校專業(yè)課程的教學內(nèi)容在增多，而教學時數(shù)又在減少，有些專業(yè)課也適合采用“點菜式”教學方式.關(guān)鍵是要正確地引導，同時對教學質(zhì)量需要制定一套嚴格的管控方法[3].

目前統(tǒng)計過程控制(SPC)[4]主要應用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)控, 在教學改革中的應用案例還甚為鮮見[5].教學過程在某些方面類似于工業(yè)生產(chǎn)過程，不過前者要輸出合格的學生，后者要輸出合格的產(chǎn)品.兩者最大的區(qū)別在于前者需要教師和學生之間進行互動，后者則不存在生產(chǎn)者與工業(yè)產(chǎn)品之間的直接互動關(guān)系.鑒于目前“點菜式”教學模式的應用需要，提出一種利用SPC技術(shù)對該教學模式的質(zhì)量進行有效管控的方法，找出可能影響該模式教學質(zhì)量的隨機因素和異常因素.對于前者，確定教學質(zhì)量的概率分布范圍；對于后者，消除其可能對該教學模式造成的破壞作用，使教學過程始終處于統(tǒng)計可控狀態(tài).同時將傳統(tǒng)上有關(guān)教學質(zhì)量的定性描述轉(zhuǎn)化成概率統(tǒng)計意義上相對精確的定量描述，實現(xiàn)對“點菜式”教學過程的優(yōu)化監(jiān)控，確保教學質(zhì)量滿足教學大綱規(guī)定的要求，達到“教”與“學”雙贏的目的.

1 “點菜式”教學的特點及其實施方案

1.1 “點菜式”教學的特點

河海大學“點菜式”教學改革模式是指教學中學生依據(jù)教師制定的或師生聯(lián)合設(shè)計的教學“菜譜”，自主選擇學習內(nèi)容、查找相關(guān)資料，在教師的指導下提煉與課程內(nèi)容相關(guān)的系列學習專題，并設(shè)計相應PPT，通過課堂演講、討論和課后到企業(yè)實踐，從而獲得專業(yè)知識與技能的一種開放式教學方法.在教學過程中，任課教師不只是知識的傳授者，而且還是學生獲取知識的引導者和激勵者，整個教學活動中強調(diào)師生間互動和雙向交流，教師要善于為學生“鋪路搭橋”，以教學“菜單”為線索，幫助學生解決該教學模式實施過程中遇到的各種疑難問題.

1.2 “點菜式”教學的實施方案

河海大學“點菜式”教學改革模式的總體實施方案如圖1所示.具體實行時，要求教師根據(jù)教學課程大綱要求和教學進度安排，精心設(shè)計出符合學生胃口的“菜譜”.依據(jù)教學過程中采集的信息和學生對教學效果的反饋，對所設(shè)計的教學“菜譜”進行不斷改進.并結(jié)合有關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的最新發(fā)展水平，對教學“菜譜”內(nèi)容進行及時更新.為防止學生“點菜”的盲目性，錯過很多應該掌握或被忽視掉了的知識點，“菜譜”的設(shè)計采用了循環(huán)方式，使學生無論選擇哪個菜單入口，都要遍歷主要知識點.學生根據(jù)所選擇“菜單”涉及的知識點，收集相關(guān)資料，設(shè)計PPT，教師給予指導，此過程由教師和學生共同完成.專題討論形式多樣化，學生課后到企業(yè)實踐沒有固定的模式，具體實施細節(jié)可根據(jù)企業(yè)情況進行調(diào)整，該教學環(huán)節(jié)需要體現(xiàn)師生的互動關(guān)系.考慮到具體實施過程中可能發(fā)生的隨機因素和突發(fā)因素對教學質(zhì)量造成損害，在關(guān)鍵教學環(huán)節(jié)，設(shè)置了多個控制節(jié)點，采集反映教學質(zhì)量的相關(guān)信息，并對采集的信息以及平時測驗和期終考試成績進行綜合統(tǒng)計分析，依據(jù)分析結(jié)果，對教學“菜譜”和具體實施過程進行不斷改進，逐步建立一套完善的“點菜式”教學模式綜合教學質(zhì)量的有效管控體系.

2 基于SPC的綜合教學質(zhì)量管控實現(xiàn)方案

2.1 SPC技術(shù)基本原理

SPC技術(shù)[4,6]最早由美國貝爾實驗室休哈特(Shewhart)于20世紀30年代提出，它主要應用統(tǒng)計分析方法對工業(yè)生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，將生產(chǎn)過程中采集的原始數(shù)據(jù)變換成概率表示的信息，并形成多種圖表，根據(jù)對圖表的分析結(jié)果，去發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的隨機因素和異常因素，并采取相應的糾正或改進措施，維持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，以達到提高生產(chǎn)效能的目的.具體實現(xiàn)時大多是運用過程控制圖來監(jiān)測產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中各個階段的質(zhì)量特性，以確保生產(chǎn)過程始終處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量滿足預定的要求.SPC中，控制圖作為生產(chǎn)過程中反映產(chǎn)品質(zhì)量狀況的一種記錄圖形，多年來得到了不斷改進和優(yōu)化，形成了多種類型的控制圖，能夠滿足對“點菜式”教學質(zhì)量監(jiān)控的需要.

2.2 綜合教學質(zhì)量管控實現(xiàn)的框圖與步驟

根據(jù)上述SPC技術(shù)原理和“點菜式”教學改革模式的具體實施方案，提出了一種基于SPC的“點菜式”教學的綜合質(zhì)量管控方法，具體實現(xiàn)框圖如圖2所示.

該方法的主要實現(xiàn)步驟如下：

1) 制定“點菜式”教學模式的總體實施方案，如圖1所示;

2) 設(shè)計既滿足教學大綱要求又符合學生“胃口”的教學“菜譜”;

3) 在關(guān)鍵教學環(huán)節(jié)設(shè)置教學質(zhì)量信息的采樣點；

4) 對采樣點上教學信息進行收集與分析；

5) 計算基于SPC的“點菜式”教學綜合質(zhì)量管控參數(shù)；

6) 根據(jù)SPC控制圖判斷教學質(zhì)量是否處于正常范圍；

7) 如果發(fā)現(xiàn)教學質(zhì)量不正常，則區(qū)分出是隨機因素還是異常因素引起；

8) 如果是隨機因素引起，則調(diào)整教學“菜譜”；

9) 如果是異常因素造成，則修改教學“菜譜”，避免異常事件的發(fā)生；

10) 如果教學質(zhì)量處于正常范圍，可根據(jù)往屆學生對教學質(zhì)量評價的滿意度，對過程控制圖的3個參數(shù)進行適當調(diào)整，使教學質(zhì)量評價結(jié)果更趨合理.

3 綜合教學質(zhì)量評價與SPC參數(shù)的計算

3.1 綜合教學質(zhì)量評價指標

“點菜式”教學模式的綜合教學質(zhì)量評價指標由主觀和客觀2部分組成，主觀部分主要是指學生對該教學過程的各個教學環(huán)節(jié)的評價，評價結(jié)果往往用語言文字描述，如很好、好、較好等.客觀部分包括單元測驗、期終考試成績等，客觀評價結(jié)果要求直接用數(shù)量描述.為便于“點菜式”教學過程中實現(xiàn)SPC，主觀評價結(jié)果應根據(jù)SPC的要求進行量化，量化基準和區(qū)間應與客觀評價結(jié)果建立對等關(guān)系.使主、客觀評價有一個統(tǒng)一的標準，最終形成一套綜合教學質(zhì)量的量化評價體系.

3.2 主觀教學質(zhì)量信息的采集

根據(jù)“點菜式”教學模式的具體實施方案和主要實現(xiàn)步驟，有關(guān)教學質(zhì)量主觀評價信息的采集，共設(shè)置了5個采樣點，分別如圖1中上方虛線箭頭所示，它們分別是：①對所設(shè)計的教學“菜譜”的滿意度或認可度評價；②對“點菜”時可能出現(xiàn)問題的應對策略評價；③對設(shè)計專題演講PPT時所遇到問題的解決方法評價；④對課堂專題匯報、演講或討論時遇到問題的解決方法評價;⑤對課后到企業(yè)實踐時可能遇到問題的應對策略評價.主觀評價信息的采集，均采用問卷調(diào)查的形式，上述5個關(guān)鍵控制節(jié)點信息采樣的調(diào)查問卷如表1所示.

表1 各教學信息采樣點上學生的滿意度評價

3.3 客觀教學質(zhì)量信息的采集

客觀教學質(zhì)量信息主要來自于平時測驗和期終考試成績的統(tǒng)計分析結(jié)果.每個學生的單元測驗和期終考試成績屬于客觀性評價指標，一般用百分制表示.根據(jù)SPC要求，需要計算出學生成績分布的均值、方差/變異、全距、眾數(shù)、標準差等.從而得到學生平時測驗和期終考試成績的總體分布以及個體差異等信息.

3.4 基于SPC的綜合質(zhì)量管控參數(shù)的計算

SPC中，可利用控制圖對過程質(zhì)量進行測定、記錄和管理控制.控制圖包括3條直線：①控制上限(UCL)；②中心線(CL)；③控制下限(LCL).3條直線代表的數(shù)值需要根據(jù)綜合教學質(zhì)量評價的結(jié)果來確定.因此，首先需要將上述5個信息采樣點上采集的主觀信息逐一進行量化和轉(zhuǎn)換，并與單元測驗和期終考試成績進行綜合，計算出反映總體教學質(zhì)量信息數(shù)據(jù)的均值、方差/變異、全距、眾數(shù)、標準差等參數(shù)，并建立這些參數(shù)與SPC控制圖3條直線之間的對應關(guān)系，有關(guān)各參數(shù)的具體計算方法參考了文獻[7].

將表1中得到的5分制表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成百分制表示的數(shù)據(jù)，采用的公式為：

(1)

式(1)中a、b分別為轉(zhuǎn)換尺度和區(qū)間的調(diào)整系數(shù)，exp(·)為指數(shù)函數(shù)，Ds、Do分別表示轉(zhuǎn)換前、后的信息數(shù)據(jù).圖2中SPC控制圖3條直線代表的數(shù)值計算公式如下：

4 教學應用實例及其質(zhì)量管控性能分析

為了驗證本文提出的基于SPC的“點菜式”教學質(zhì)量管控方法的實用性和有效性，將其應用于河海大學移動通信課程的教學改革實踐，取得了預期效果.

4.1 “點菜式”教學綜合質(zhì)量的控制圖及其分析

依據(jù)上述基于SPC的“點菜式”教學質(zhì)量管控方法的實現(xiàn)框圖與具體步驟，分別采集能反映綜合教學質(zhì)量信息的主觀和客觀數(shù)據(jù)，并將采集的主觀數(shù)據(jù)進行變換，再與采集的客觀數(shù)據(jù)進行綜合，得到了能全面反映“點菜式”教學綜合質(zhì)量的數(shù)據(jù).運行Minitab軟件[8]，輸入得到的教學質(zhì)量數(shù)據(jù)，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，繪制出“點菜式”教學綜合質(zhì)量的X-R(均值-極差)控制圖，分別如圖3(a)和(b) 所示，其中數(shù)據(jù)總數(shù)為106，每個樣本由5個數(shù)據(jù)組成.圖3(a)中均值圖的中心線CL為77.78，控制上限UCL為93.75，控制下限LCL為61.81.圖3(b)中極差圖的中心線R為12.38，控制上限UCL為26.18，控制下限LCL為0.圖3(c)還給出了最后22個樣本的數(shù)據(jù)分布圖.

根據(jù)X-R控制圖的判異規(guī)則[9]，結(jié)合“點菜式”教學的具體要求，制訂了教學質(zhì)量處于非正常狀態(tài)的判別準則，具體條件如下：

1) 連續(xù)9點在中心線同一側(cè)；

2) 連續(xù)6點全部遞增或全部遞減；

3) 連續(xù)14點上下交錯；

4) 有1點偏離中心線超過 3個標準差；

5) 同側(cè)連續(xù) 3 點中有 2 點大于距離中心線 2 個標準差；

6) 同側(cè)連續(xù) 5 點中有 4 點大于距離中心線 1 個標準差；

7) 任一側(cè)連續(xù) 15 點全部在距離中心線 1 個標準差以內(nèi)；

8) 任一側(cè)連續(xù) 8 點全部在距離中心線 1 個標準差以外.

只要某個樣本值滿足條件1)～8)之一，則判斷教學質(zhì)量處于非正常狀態(tài).而且如果滿足條件1)～3)之一，則判斷教學質(zhì)量非正常是由隨機因素引起，如果滿足條件4)～8)之一，則判斷教學質(zhì)量非正常是由異常因素引起.

從圖3(a)、(b)中可看出沒有樣本值超出上、下控制限，也沒有樣本值滿足上述8個條件之一，說明河海大學進行的移動通信課程“點菜式”教學改革實踐的綜合教學質(zhì)量處于正常受控狀態(tài).

4.2 教學質(zhì)量管控過程能力分析

在教學過程正常受控后，需要進一步評估管控過程的控制能力.從圖3(d)所示的樣本值的能力直方圖可看出綜合教學質(zhì)量符合近似正態(tài)分布.從圖3(e)所示的樣本值的正態(tài)概率圖可看出樣本數(shù)據(jù)與正態(tài)分布吻合的程度，兩者的面積差(AD)只有0.458.圖3(d)、(f)均反應了該管控方法的控制能力.在SPC中，通常用過程能力指數(shù)Cp與Cpk來表示控制過程的樣本組內(nèi)潛在能力與實際表現(xiàn)能力，前者表示過程變異與規(guī)格界限之間的關(guān)系，后者則表示過程中心值與規(guī)格中心值偏移程度.而且還用過程指數(shù)Pp與Ppk來表示整體性能.這些性能指標的具體計算公式如下：

(3)式(3)中USL和LSL分別表示要求達到的控制上限和下限(也稱為規(guī)格上限和下限)，σ組內(nèi)為樣本值的組內(nèi)方差.

(4)式(4)中NSL為USL和LSL之一，μ為樣本中心值.同理

(5)

(6)

式中σ整體為樣本值整體的方差.

采用式(3)～(6)的計算結(jié)果分別如圖3(f)所示.圖3(f)中得到組內(nèi)方差和整體方差值分別為5.323、5.747，兩者的差別較小，說明控制過程波動較小，穩(wěn)定性較好.Cp與Cpk值分別為1.06和1.05，兩者均大于1，而小于1.33，說明過程控制精度較好，且過程控制能力較強，在過程能力的等級評定中處于2級水平[6]，仍需用控制圖對該教學過程進行監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)異常波動.此外Pp與Ppk值分別為0.99和0.97，說明從整體上看，過程控制精度和過程控制能力還存在一定的提升空間，圖3(f)中組內(nèi)PPM=1 417.83，表示每百萬個樣值中存在約 1 418 個樣值會使教學過程處于非正常狀態(tài).

5 結(jié)語

實踐結(jié)果表明,基于SPC的教學質(zhì)量管控方法不僅能使河海大學“移動通信”課程的“點菜式”教學綜合質(zhì)量得到有效管控，而且還能使該課程的教學克服傳統(tǒng)“按部就班”教學模式的弱點，充分體現(xiàn)學生的個性化學習需求，從而為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件.使所設(shè)計的教學“菜譜”既能滿足移動通信專業(yè)課的教學需要，又能極大地激發(fā)學生們的學習興趣，使某些學生變被動學習為主動學習，人人參與，避免學生“逃課”現(xiàn)象的發(fā)生.同時還能使在校學生學習的知識與當前移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展保持同步，為學生就業(yè)創(chuàng)造有利條件，也使河海大學培養(yǎng)的人才能快速適應時代發(fā)展要求.

目前“點菜式”教學模式雖然只在小范圍內(nèi)以實驗的方式展開，但已對傳統(tǒng)的教學方式產(chǎn)生了不小的沖擊，深受廣大學生們的歡迎.隨著以學生為中心的教學組織形式(如自主學習、個性化學習等)的研究與實踐不斷深化[10]，以及綜合教學質(zhì)量管控手段的有效性不斷增強，“點菜式”教學模式將朝著更實用、更完善的方向發(fā)展，未來也將會在更多高等院校教學中推廣和應用.

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(責任編輯 莊紅林)

On the SPC-based method of monitoring the quality of food-ordering-style teaching

KANG Gui-hua1,CHEN Wen-fang2

(1.College of Internet of Things Engineering,Hohai University at Changzhou,Changzhou 213022,China;2.Academic Affairs Office,Hohai University at Changzhou,Changzhou 213022,China)

For the existing problem of lacking the efficient methods for monitoring and controlling the quality of food-ordering-style teaching, this paper puts forward a SPC-based method of administering and controlling the integrated quality of teaching. Through the setting-up of multiple controlling points in the key steps of the teaching process, the collecting of the information related closely to the quality of teaching, and the discrimination of the main factors of affecting the quality of the teaching mode by the SPC technology, the teaching process is always controllable in a statistical sense. Moreover, the proposed method is applied to the teaching reform, and its application in reality is analyzed and evaluated by the SPC specification. The results show that the expected effect is achieved by the proposed method of controlling the teaching quality.

food-ordering-style teaching; menu-style teaching; teaching quality; statistical process control

2014-07-08.

河海大學2013年教育教學改革研究項目(XZX/13A001-36).

康桂華(1963-)，男，博士，副教授. 主要研究方向：通信與信息系統(tǒng).

TN710.34

A

1672-8513(2015)01-0075-05