生物实验教学效果数量化评价方法

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摘要：实验教学在实验性学科教学中起着重要的作用。相应于新的专业培养模式，地方师范类院校实验教学面临改革，实验教学效果的评价为实验教学改革提供基础。本研究以地方师范类院校生物学实验教学为研究对象，通过构建一种数学模型，识别和确定实验教学效果的影响因子，以数值化方法对实验教学效果进行评价。使用该模型，以不同的实验室及不同实验课程与年度实验教学数据为输入项进行计算，表明该模型对实验教学效果评价的可用性。

关键词：实验教学效果评价；实验室使用效率评价；学生实验学习效果评价；数学模型

一、概述

相应于我国高等教育的改革与社会发展需求，高等院校面临基于自身的原有的培养目标与规格与转型期相应于社会市场化培养要求间的转变。地方师范类院校在我国属于我国高等教育发展中的特殊培养模式，在新的市场化培养需求压力下，此类院校的转型发展较其他类院校更具有挑战性[1]。在地方师范类院校中由于各不同的专业属性存在不同的特点，反映在整个院校的转型中更具有其特殊性。实验教学在以实验为主的专业培养体系中占据着重要的位置[2]，实验教学体系的构建与实验教学活动的进行是保证学生培养质量的前提。不同属性的高等院校实验教学体系与教学活动呈现出不同的特点[3]。而地方性的师范类院校有着不同于其他高等院校的特点，在以研究型为主的大学，其实验教学主要以研究为主，实验室的设置主要以教师科研使用为主，同时兼顾学生的教学实验，而对学生地培养也主要是其在未来的工作从事科研为主。其他的医学院校、农业院校及各工科专门院校基本以自我的未来专业学生在本行业内的职业为主要的训练学生的目标而设置实验室，进行目标主体较单一的实验教学[4]。对于部分已成为综合类的国家级的师范类院校，其主体的实验教学内容在科研与培养学生中接近50%[5]。对于地方性师范类院校，其实验教学从服务的目标上不同于上述各类高等院校。作为在地方师范类院校中实验教学为主体的生物类实验教学体系，明显反映出区别于其他各类院校生物学实验教学体系的特点。即在目前在未来一段时间内，地方师范类生物实验教学依然以培养合格、时代化的中学生物教师为主，兼顾教师从事科研。在传统的实验教学效果评价中，主要以定性或最终以实验报告成绩作为唯一的评价标准。此方法简单，可操作性强。然而，由于高等学校学科本身的发展，科研复杂度的提高，迫使现有的实验教学已成为一个系统性的过程[6]。对现有的实验教学效果的评价要求不仅需要从多维度、多因素进行，同时也应具有从教学活动中发现问题，并持续改进的能力[7]。由此，以数量化的方式反映实验教学的整个过程，并考虑多因素影响的数学模式评价方法成为必要[8]。本研究以国家同类地方师范类院校生物学实验教学体系为参照研究对象，以我校生物学实验教学体系为研究样本。探索以数量化的方式对生物学实验教学体系进行评价，一方面可以对现有的实验教学效果以数量化形式进行评估，另一方面可以在现有评价中识别并确定特有的实验教学影响因子，在后续的实验教学改革中通过调整影响因子参数值，使得实验教学效果不断的趋于合理化与高效化。并最终适应于未来的市场化培养需求的学生知识与技能要求实验教学体系。基于研究结果，通过重新设置新的实验教学体系，使培养学生所掌握的课堂知识服务于技能，达到二者的有机融合，并与未来就业市场化需求相匹配，最大限度地达到与就业工作实践的知识与技能的无缝对接，提高学生的在校学习知识与技能的重用性，增强学生未来就业的竞争性。

二、评价影响因子的识别与选定

数量化评价因子的识别与选定直接关系到后续数学评价的准确性与完备性。影响实验教学效果的因素诸多，从总体上可分为实验室建设的“硬件”影响因子和实验教学活动的“软件”影响因子两个部分。在“硬件”上，实验室建成后的使用与在实验教学中的运行效率一方面关系到实验室本身的使用，另一方面也间接影响对于学生在相关实验中的学习效果。因而，对于实验教学本身包括实验室运行效率与学生的使用结果。由于在实验室起始建设中的目标不同，不同类型的实验室在使用上功能存在差异。以我校生物工程与技术学院实验室建设为例，既包括原有的仅对于学生课程的教学实验的实验室，也有近十年来的，对原有的部分教学实验室进行补充与改建的专业实验室，也同时有着各种不同级别的工程中心与重点实验室。依据于我校的实验室已有的建设和未来的转型与对学生培养的动态实验教学需求，对于我院实验室的总体应用在层次与功能上的划分，将不同类别与层次的实验室进行层级划分，以利用后续在实验室教学效果评价上给予其不同的影响因子。依据于上述需求，将我院原有的，以按专业基础课而建立的实验室，以当前所开设的课程为基础，将不同的原有课程实验室进行整合，形成七个最低一级的基础实验教学实验室；将服务于生物专业课程，而基础实验教学实验室不能包括的划归为专业实验室，此为第二级实验室；而将在院内设有的不同级别的工程中心，校级研究所和重点实验实验室划分为第三级，即科研实验室。如此架构的实验室均与学生实验教学相关，然而，从学生实验训练上又具有不同的功能与阶次性。对不同类别的实验室，在进行量化评价中给予不同的权重数，其数量值不仅可反映实验室的使用效率，也反映其在学生实验教学效果中的不同作用。在此大类下，使用层次分析法（AHP，AnalyticHierar－chyProces）[9]，最终识别并确定实验室所属分类、实验室所开实验课程、实验室一个学年内所开实验课程的门数、实验室一个学年内所开课程的年人时数、实验室一个学年内实验经费的总投入值、实验室一个学年内所开放的总时数作为某一个实验室使用效率的影响因子，参与模型计算。对于实验教学活动“软件”影响实验教学效果的影响因子[10]，同样基于AHP方法，对实验教学活动影响实验教学效果的影响因子进行识别，最终确定实验课程所使用的实验教学教材、实验授课教师所设入的指导实验时长、某门实验课一个学年内学生实验报告的成绩、某门实验课内实验操作技能考试成绩和实验室内所产生的科研项目与获得奖励与学院总体科研的占比为自变量因子，参与该部分的模型计算。使用该模型进行计算时，对于模型中各权重系数的量化使用AHP方法进行，即由不同的具有代表性的人员对每项参数进行打分，以100分为满分，获得各项打分后，对所得到的分数以100分为标准进行归一化处理。而对于各项参数所代表的子项的数值则以实验室的由代表性的学年统计得到。

三、实验教学效果计算模型

实验教学效果评价模型使用指标法进行，评价模型包含两个部分，即实验教学效果评价（ETEE）由实验室使用效率评价（LUEE）与学生实验学习效果评价（SELE）两部分构成：计算公式为：ETEE=α*LUEE+β*SELE模型中α和β为各自评价的权重系数。对于实验室使用效率评价（LUEE），计算公式可以表达为下式：LUEE=ωiXi+μωi表示LUEE各影响因子理论无量纲化系数Xi表示LUEE各影响因子的实际无量纲化值μ表示LUEE中不可控的其它随机变量在本研究中，各项影响因子具体如下：X1-该实验室所属上述分类中的实验室类别权重X2-该实验室所开实验课程在总的开课程中所占比率X3-该实验室一个学年内所开课程的年人时数X4-该实验室一个学年内实验经费的总投入值学生实验学习效果评价（SELE）计算公式表达如下：SELE=δjYj+εδj表示SELE各影响因子理论无量纲化系数Yj表示SELE各影响因子实际无量纲化值ε表示SELE中不可控的其它随机变量在本研究中，各具体的影响因子为：Y1-特定实验课程所使用的实验教学教材Y2-实验授课教师所设入的指导实验时长Y3-该门实验课一个学年内学生实验报告的成绩Y4-该门实验课内实验操作技能考试成绩Y5-在该实验室内所产生的科研项目与获得奖励与学院总体科研的占比

四、实验教学效果模型计算实例

使用上述的计算模型，以我院分子生物学实验室、细胞生物学实验室、生物化学实验室、遗传学实验室、食品与药品检测分析中心、大樱桃中心和硫生物技术研究所8个分属于不同类别的实验室，并将其所对应的2016年度的所开设的一门实验课作为计算对象，对实验室的使用效率（LUEE）和学生实验学习效果评价（SELE）计算，最终得到学生实验教学效果评价（ETEE）计算结果。从计算结果得到，对所选的8个实验室进行计算，以食品与药品检测分析中心的使用效率最高，其LUEE达0.7784，而以硫生物技术研究所使用效率最低，其LUEE为0.3365，考查所有对实验实验室影响因子可以发现，对于实验室使用效率影响较大的是在该实验室中所开设的实验课程门数及学院对教学所投入的经费。而将实验室使用效率考虑在内，对所在实验室的实验教学的教学过程条件下进行ETEE的计算，对所使用的8个实验室进行整体进行计算，可以获得大樱桃中心的ETEE最高为2.488，而以分子生物学实验室为最低，仅为1.1975。其影响因子主要在于教师所使用的实验教材、指导学生时长及对实验中特殊要求为其主要的影响因素。此结果说明，实验教学的效果与实验室使用效率及实验教学环节均相关，在进行实验效果改进时，可以从此两个方面同时进行，一方面提高实验室的使用效率，同时要对实验教学活动环节进行改进，以达到能从整体提高实验教学的效果。为验证本模型的可预测性，以ETEE效果最低的分子生物学实验室为例，使用2017学年学生的分子生物学实验为研究样本，利用所建立的模型，以2017学年对该实验室的在经费投入、课程开设门数、学年开课总人时数、教材改进及教师指导时长与特定技能要求方面，以实验改进值为输入项，再次进行TETR的计算，并与未改进前的ETEE进行对比，可得到2个年度的ETEE计算结果。计算结果显示，2017学年分子生物学实验室中分子生物学实验的教学ETEE值为1.4139，较2016年的1.1975增加了18%。使用配对t检验方法，对所使用的不同年度组内离散数据进行差异性检验，2017年度与2016年度在该门课程上存着显著差异（p<0.05）。

五、结束语

综合以上结果，本研究建立了一种对实验室使用效率及总体实验教学效果评价的一种定量数值方法。从试验经果可以看到，该模型在一定的范围之内是可行的。对于实验教学效果的评价，以此模型为依据，可以对不同的实验室使用效率及某一门实验课的教学效果进行预估及评价，再通过其主要影响因子，调整其影响项，达到动态持续的教学效果提高，可用于同类院校的实验教学评估与改进，也为开发其他实验教学效果预估数学模型提供参考。

参考文献：

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[4]薛秀恒，王菊花，祁克宗，等.现代生物实验技术综合性实验教学改革探索与实践[J].安徽农学通报，2011，17（3）：174-176.

[5]周颖君，纪剑辉.高校生物实验教学改革探析[J].读与写（教育教学刊），2015，12（11）：42-43.

[6]常海飞，冯晓东.高校生物学实验教学的现状分析与改革构想[J].延安大学学报（自然科学版），2004，3：77-79.

[7]周鲜成.规范综合性、设计性实验教学的探索与研究[J].实验技术与管理，2007，24（7）：103-105.

[8]樊华.基于DEA的高校实验室效率评价[J].实验室研究与探索，2011，30（3）：154-157.

[9]史萍.五邑大学实验设备使用效率考核指标体系的优化设计[D].兰州大学，2012.

[10]阿力木江•阿布都拉，艾力•沙吾尔.浅议实验技术人员在高校生物类专业实验教学中的作用[J].教育教学论坛，2017，10：274-275.

作者：赵菲佚 焦成瑾 王廷璞 贾贞 安建平 单位：天水师范学院 生物工程与技术学院