王永雄+張孫杰

摘要：隨著機(jī)器人、人工智能等跨多學(xué)科的新工科快速發(fā)展，創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要性更加突出。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)與教學(xué)成效，為創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)提供幫助與指導(dǎo)，構(gòu)建了一套與實(shí)際緊密結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了采用模糊聚類與層次分析法相結(jié)合的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，自動(dòng)確定指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用提出的模糊層次分析方法對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，評(píng)價(jià)系統(tǒng)客觀、簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，并能夠根據(jù)評(píng)價(jià)體系得分給出相關(guān)教學(xué)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：教學(xué)評(píng)價(jià)；創(chuàng)新實(shí)踐；模糊聚類；層次分析法

DOIDOI：10.11907/rjdk.172622

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2017）012-0225-04

Abstract：With the rapid development of multi-subject majors such as robotics and artificial intelligence， it is more important for training of capacity of practice and innovation. In this paper， to accurately evaluate the cultivation of innovative practice ability and the teaching effect， and to provide the help and guidance for the innovation practice training， we present a novel method for teaching performance evaluation of practice and innovation based on the combination of fuzzy Analytic Hierarchy Process （AHP） and fuzzy clustering evaluation method. The factor and sub-factor weights are acquired by fuzzy clustering method. The evaluation system based on the combination of AHP and fuzzy clustering is objective and simply. It has very strong operability. In addition， the teaching suggestion is proposed by the system.

Key Words：teaching performance evaluation； practice and innovation； fuzzy clustering； analytic hierarchy process

0 引言

創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)是當(dāng)今大學(xué)理工科教育的重要目標(biāo)，現(xiàn)階段我國(guó)高校創(chuàng)新能力培養(yǎng)仍存在諸多問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有高校教學(xué)與培養(yǎng)模式提出了更高的要求，因此產(chǎn)生了各種各樣的教學(xué)模式，比如分組教學(xué)、分層教學(xué)，還有針對(duì)性很強(qiáng)的各種機(jī)器人比賽、創(chuàng)新大賽甚至考研和出國(guó)等各種培訓(xùn)班。另外，傳統(tǒng)教育方法很少考慮學(xué)生的個(gè)體差異，這在很大程度上限制了學(xué)生的自主思維意識(shí)和獨(dú)立創(chuàng)新精神。特別是新興工科專業(yè)急需大量人才，如人工智能、智能制造、機(jī)器人、云計(jì)算等，這些方向涉及多個(gè)專業(yè)知識(shí)，知識(shí)更新?lián)Q代快，要求學(xué)生具備較高的創(chuàng)新實(shí)踐與學(xué)習(xí)能力，這些人才的培養(yǎng)都需要新理念的指引和新培養(yǎng)模式的支撐[1，2]。

在創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)過(guò)程中，一個(gè)重要環(huán)節(jié)是準(zhǔn)確的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生知識(shí)水平評(píng)價(jià)。對(duì)教師教學(xué)素養(yǎng)與學(xué)生學(xué)習(xí)效果等因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于引導(dǎo)教學(xué)行為，提高教學(xué)質(zhì)量。然而教學(xué)評(píng)價(jià)是一個(gè)非線性過(guò)程，具有多變量多因素，傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)僅僅是根據(jù)學(xué)生考試總成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)教師的教學(xué)效果，無(wú)法獲得造成該教學(xué)狀況的原因，只是總結(jié)教學(xué)效果、教學(xué)工作狀況的最終型評(píng)價(jià)，對(duì)教學(xué)無(wú)法起到積極的引導(dǎo)和反饋?zhàn)饔谩Ｌ貏e是針對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)，很少有針對(duì)性強(qiáng)的系統(tǒng)培養(yǎng)方案和體系，因此更加難以給出及時(shí)、客觀和準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

（1）教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的依據(jù)指標(biāo)多數(shù)是學(xué)生成績(jī)、學(xué)生的反饋或者專家、課題組的主觀判斷，不同類型的評(píng)價(jià)人員對(duì)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)注點(diǎn)不同，導(dǎo)致這些評(píng)價(jià)方法往往不能全面、系統(tǒng)、科學(xué)地對(duì)教師的工作作出分析判斷。常規(guī)的評(píng)教一般在學(xué)期末進(jìn)行，學(xué)生通過(guò)登錄教務(wù)管理系統(tǒng)，針對(duì)其中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分并計(jì)算。實(shí)際中還有部分學(xué)生打分不夠理性，因此評(píng)價(jià)結(jié)果存在不及時(shí)與偏差不小等問(wèn)題，而一個(gè)良好的教學(xué)評(píng)價(jià)不僅可以幫助教師弄清當(dāng)前課程教學(xué)工作的不足之處，而且能激勵(lì)教師投入到教學(xué)中。

（2）教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重往往是由少數(shù)專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接擬定的，缺少數(shù)量分析作為依據(jù)，與實(shí)際情況可能會(huì)有較大偏差，直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果。針對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，部分專家對(duì)此也沒(méi)有充足的經(jīng)驗(yàn)。

（3）現(xiàn)有教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)所涉及內(nèi)容定性的多、定量的少，只能給出定的標(biāo)準(zhǔn)并且標(biāo)準(zhǔn)彈性較大，加之評(píng)價(jià)者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)把握存在偏差等主觀原因，無(wú)形中降低了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度和真實(shí)性。

（4）現(xiàn)有評(píng)估系統(tǒng)不考慮學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、知識(shí)結(jié)構(gòu)等個(gè)體差異，難以評(píng)價(jià)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提高水平；很少同時(shí)考慮績(jī)效目標(biāo)（通過(guò)績(jī)效評(píng)價(jià)獲得對(duì)能力的良好評(píng)價(jià)或避免對(duì)能力的不良評(píng)價(jià)）與學(xué)習(xí)目標(biāo)，因此這樣的評(píng)估結(jié)果難以應(yīng)用到相應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)中。

本文試圖采用模糊聚類方法與層次分析法相結(jié)合、多指標(biāo)權(quán)值自適應(yīng)方法解決上述問(wèn)題。基于模糊聚類對(duì)重要指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類劃分，并針對(duì)聚類內(nèi)存在的教師差距不明顯問(wèn)題，參考層次分析模型進(jìn)行定量與定性分析相結(jié)合的方法，使分類內(nèi)的各教師劃分更加合理，盡可能地去除主觀成分，合理確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。另外，將學(xué)生實(shí)踐水平指標(biāo)引入評(píng)價(jià)指標(biāo)，客觀反映創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)技能的變化水平，用于衡量教學(xué)和培養(yǎng)效果。endprint

1 基于創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

從本質(zhì)上講，創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)就是要“因材施教”，通過(guò)評(píng)估手段確定學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力大小。因此，評(píng)估實(shí)踐創(chuàng)新能力教學(xué)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力和綜合創(chuàng)新能力。本文擬制定包含創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)、能夠覆蓋學(xué)生能力評(píng)估的合理、有效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。參考相關(guān)評(píng)估方法和前人研究成果[3-5]，構(gòu)建了兩大部分的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表1）。第一部分是傳統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)（占70%），第二部分是創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中特有的指標(biāo)（占30%）。其中第一層的權(quán)值由專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)定：WTB=（0.10，0.115，0.10，0.11，0.13，0.145，0.10，0.10，0.10），第二層的權(quán)值通過(guò)模糊聚類自動(dòng)獲得。

2 改進(jìn)的模糊聚類與層次分析模型及應(yīng)用

參考模糊聚類與層次分析法等人工智能方法在教育評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用[6]，利用模糊聚類自動(dòng)獲得等級(jí)和聚類中心，計(jì)算數(shù)據(jù)到聚類中心的距離函數(shù)作為二級(jí)指標(biāo)的權(quán)值，再利用層次分析法進(jìn)行總體教學(xué)評(píng)價(jià)。

2.1 利用模糊聚類獲得二層指標(biāo)權(quán)值

模糊聚類分析一般是指根據(jù)研究對(duì)象本身的屬性構(gòu)造模糊矩陣，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)一定的隸屬度確定聚類關(guān)系。聚類就是將數(shù)據(jù)集分成多個(gè)類或簇，使得各個(gè)類之間的數(shù)據(jù)差別盡可能大，類內(nèi)之間的數(shù)據(jù)差別盡可能小，即為“最小化類間相似性，最大化類內(nèi)相似性”原則。在教學(xué)評(píng)價(jià)中，利用模糊聚類客觀地得到4個(gè)等級(jí)，替代人為劃定等級(jí)，同時(shí)獲得4個(gè)聚類中心。另外，將每個(gè)樣本到聚類中心的距離函數(shù)作為二級(jí)指標(biāo)的權(quán)值。

2.2 利用層次分析法作為教學(xué)總體指標(biāo)

層次分析法是由運(yùn)籌學(xué)家T·L·Saaty提出的一種數(shù)學(xué)分析方法，是針對(duì)多層次、多目標(biāo)規(guī)劃決策問(wèn)題的有效決策方法，能夠定性與定量相結(jié)合，具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性、簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性。

參照文獻(xiàn)[3，4，8，9]的方法，模糊層次分析法的基本步驟如下：①建立模糊判斷矩陣。若模糊矩陣不是模糊一致矩陣，則需將模糊矩陣調(diào)整為模糊一致矩陣；②從評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中，通過(guò)模糊聚類方法自動(dòng)聚類為4個(gè)等級(jí){優(yōu)，良，中，差}，同時(shí)獲得評(píng)價(jià)等級(jí)與分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)表；③根據(jù)式（4）得到類別隸屬度值，根據(jù)式（5）計(jì)算獲得權(quán)值大??；④最終利用第一層的權(quán)向量WTB=（0.10，0.115，0.10，0.11，0.13，0.145，0.10，0.10，0.10）和模糊矩陣，得到總目標(biāo)的綜合評(píng)判向量；⑤利用聚類中的評(píng)價(jià)等級(jí)與分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)表得到等級(jí)。

在數(shù)據(jù)獲取中，利用原來(lái)教學(xué)管理系統(tǒng)的學(xué)生基本情況庫(kù)、課程庫(kù)、平時(shí)測(cè)試成績(jī)、教師情況庫(kù)、教師任課信息等，增加在線調(diào)查子系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)生評(píng)教、教師互評(píng)、專家評(píng)教和有針對(duì)性的創(chuàng)新能力培養(yǎng)測(cè)試分析，并完成數(shù)據(jù)清理、轉(zhuǎn)換和歸約等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)例

針對(duì)上述設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)學(xué)生、教師和專家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并結(jié)合創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)中的測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)上海理工大學(xué)多位實(shí)踐設(shè)計(jì)類課程教師進(jìn)行9項(xiàng)B級(jí)指標(biāo)和23項(xiàng)C級(jí)指標(biāo)的測(cè)評(píng)，在進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)判時(shí)選擇百分制，其中二級(jí)指標(biāo)（C指標(biāo)）的測(cè)評(píng)是根據(jù)模糊聚類方法自動(dòng)聚類為4個(gè)等級(jí){優(yōu)90（>85），良75（75-84），中60（60-74），差50（<50）}。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)之后，采用聚類算法運(yùn)算，獲得評(píng)判矩陣，最終得到某位教師B層和C層的各指標(biāo)得分情況以及綜合評(píng)價(jià)得分。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從上面的結(jié)果可以看出，在創(chuàng)新實(shí)踐課程教師的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中，教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容難易適中等方面，得到了學(xué)生和教師的認(rèn)可，評(píng)價(jià)較好，并具有一定的普遍性。而綜合創(chuàng)新實(shí)踐、基礎(chǔ)綜合知識(shí)技能和教學(xué)方法得分較低，這部分采用了學(xué)生知識(shí)水平測(cè)試等客觀評(píng)價(jià)方法，在基礎(chǔ)知識(shí)與創(chuàng)新實(shí)踐結(jié)合方面，教學(xué)模式偏傳統(tǒng)化，多數(shù)學(xué)生知識(shí)掌握得不夠理想，評(píng)價(jià)得分相對(duì)偏低，說(shuō)明教學(xué)方法和實(shí)踐部分的內(nèi)容需要根據(jù)其特點(diǎn)作相應(yīng)改革。為了及時(shí)反饋和調(diào)整教學(xué)效果，需及時(shí)分階段分目標(biāo)對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)踐情況進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能手機(jī)的大量使用，獲取大量數(shù)據(jù)變得方便簡(jiǎn)單，教師可更方便地獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)，了解學(xué)習(xí)進(jìn)展和效果，從大量數(shù)據(jù)中快速實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)和問(wèn)題的精準(zhǔn)定位，讓教學(xué)和指導(dǎo)更簡(jiǎn)便、更精準(zhǔn)、更聚焦。例如微信訂閱號(hào)、微信小程序，都能夠?yàn)槿粘＝逃峁┮粋€(gè)便捷的學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)收集與評(píng)價(jià)平臺(tái)[10-11]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了模糊聚類和層次分析方法相結(jié)合用于創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)的評(píng)價(jià)體系，通過(guò)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)個(gè)體和總體教學(xué)問(wèn)題，為后續(xù)教學(xué)提供更精準(zhǔn)的目標(biāo)與手段，為學(xué)生提供精準(zhǔn)的指導(dǎo)與服務(wù)。有效的評(píng)價(jià)方法不僅可以及時(shí)和準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)教師授課情況，而且可以找出學(xué)生知識(shí)體系缺陷等，為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了一套有章可循、行之有效的評(píng)價(jià)模式。

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（責(zé)任編輯：何 麗）endprint