嚴(yán)太山 王欣 劉立志 程望斌

摘? 要：針對(duì)電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系存在評(píng)價(jià)主體有所缺失、指標(biāo)權(quán)系數(shù)難以準(zhǔn)確設(shè)計(jì)、指標(biāo)內(nèi)容不盡合理等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種“四位一體”的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系。同時(shí)，為了解決實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)方法適應(yīng)性不強(qiáng)的問(wèn)題，提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)方法。該方法完全依賴于評(píng)教數(shù)據(jù)，避免了指標(biāo)權(quán)系數(shù)設(shè)置時(shí)帶入的主觀影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、公正。通過(guò)實(shí)例證明了該方法的有效性，對(duì)實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)智能化評(píng)價(jià)具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；評(píng)價(jià)體系；四位一體；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP18；G647? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）02-0174-04

Design and Application of Practice Teaching Evaluation Method for Electronic Information Specialty

YAN Taishan， WANG Xin， LIU Lizhi， CHENG Wangbin

（School of Information Science and Engineering， Hunan Institute of Science and Technology， Yueyang? 414000， China）

Abstract： In view of the problems in the practical teaching evaluation system of electronic information specialty， such as the lack of evaluation subject， the difficulty in designing the index weight coefficient accurately， and the unreasonable index content， a “four in one” practical teaching evaluation system of electronic information specialty is designed. At the same time， in order to solve the problem of weak adaptability of practical teaching evaluation methods， a practical teaching evaluation method for electronic information specialty based on neural network is proposed. This method completely depends on the teaching evaluation data， avoiding the subjective influence brought by the index weight coefficient setting， and making the evaluation results more objective and fair. The effectiveness of the method is proved by an example， which has an important reference value for the realization of intelligent evaluation of practical teaching.

Keywords： practice teaching; evaluation system; four in one; neural network

0? 引? 言

電子信息類專業(yè)是工科院校中一個(gè)極其重要的專業(yè)，各大高校通過(guò)對(duì)該專業(yè)學(xué)生的全力培養(yǎng)，源源不斷地為社會(huì)發(fā)展輸送高素質(zhì)應(yīng)用型人才。隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)家對(duì)電子信息類專業(yè)人才的需求量越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要陣地，學(xué)校需要在電子信息類專業(yè)的教學(xué)規(guī)劃中加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的占比，同時(shí)還要對(duì)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)、客觀的評(píng)價(jià)。做到以評(píng)促教，以評(píng)促改，提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。為此，實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)也成為當(dāng)今電子信息類專業(yè)和其他專業(yè)的一項(xiàng)常規(guī)性工作。

1? 實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系的現(xiàn)狀

實(shí)踐教學(xué)是當(dāng)今工科院校教育教學(xué)研究的熱點(diǎn)，廣大教學(xué)和科研工作者對(duì)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行了卓有成效的研究[1-7]。然而，在當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)工作中，仍然存在一些亟需解決的共性問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1? 評(píng)價(jià)主體不完整

實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)是需要從多方位、多角度搜集評(píng)價(jià)信息，對(duì)教師的教學(xué)做出正確評(píng)判的活動(dòng)，教學(xué)過(guò)程中的所有參與者，都應(yīng)該參與到教學(xué)評(píng)價(jià)當(dāng)中，都應(yīng)成為評(píng)價(jià)主體。一些高校在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)，完全依賴學(xué)生這一主體，也有一些高校在學(xué)生評(píng)教結(jié)果的基礎(chǔ)上，還結(jié)合了督導(dǎo)評(píng)教或同行評(píng)教結(jié)果對(duì)教師實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這些做法都是不夠合理的，因?yàn)槿鄙倭耸谡n教師本人這一重要評(píng)價(jià)主體。教師自評(píng)是不能缺失的，這是教師對(duì)自己的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行反思和總結(jié)的最好機(jī)會(huì)，也是最為有效的手段。

1.2? 評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)容不科學(xué)

在目前的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系中，一些高校的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系列舉過(guò)細(xì)，面面俱到，重點(diǎn)不突出，這樣在評(píng)價(jià)中很難得到科學(xué)的結(jié)果。另有一些高校的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系又過(guò)于草率，指標(biāo)數(shù)過(guò)少，這樣當(dāng)然也很難對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。還有一些高校的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系忽視了發(fā)展性指標(biāo)的設(shè)置，缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、思維能力等素質(zhì)的考察，沒(méi)有考慮教師教學(xué)研究能力在教學(xué)中的體現(xiàn)。

1.3? 評(píng)價(jià)指標(biāo)之間權(quán)系數(shù)設(shè)置不合理

通常，在實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)中，應(yīng)重點(diǎn)考查教學(xué)過(guò)程和教學(xué)效果，這兩項(xiàng)所占權(quán)系數(shù)應(yīng)比較大，但有些學(xué)校的做法卻沒(méi)有區(qū)分度，對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行等值賦分。不少高校對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分塊，分值按粗放型切割，在同行之間進(jìn)行教學(xué)互評(píng)時(shí)，相互之間的分值差別很小，致使最終的評(píng)教結(jié)果實(shí)際上是以學(xué)生打分為主的，從而導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)背離初衷，意義全無(wú)。

1.4? 評(píng)價(jià)方法適應(yīng)性不強(qiáng)

加權(quán)平均法、層次分析法是兩種常見的評(píng)價(jià)方法，它們要求評(píng)價(jià)指標(biāo)之間必須具有嚴(yán)格的線性關(guān)系，如果線性關(guān)系不明確或無(wú)線性關(guān)系，則會(huì)影響評(píng)價(jià)效果；模糊綜合評(píng)判法也是一種常見的評(píng)價(jià)方法，它要求事先必須建立合適的評(píng)判矩陣，這個(gè)評(píng)判矩陣顯然會(huì)由于評(píng)價(jià)主體的不同而有所差異，從而使得最終的評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)差別較大的情況。

2? 電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

2.1? 基本思想

為克服上述實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)中存在的具體問(wèn)題，我們選擇授課教師、聽課學(xué)生、學(xué)科同行和教學(xué)督導(dǎo)這四方作為評(píng)價(jià)主體，以此構(gòu)建電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)“四位一體”的評(píng)價(jià)體系，每個(gè)主體的評(píng)價(jià)工作從教學(xué)環(huán)境、教學(xué)保障、教學(xué)過(guò)程和教學(xué)效果四個(gè)方面展開，如圖1所示。相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也由教師自評(píng)、學(xué)生評(píng)教、學(xué)科同行評(píng)教和督導(dǎo)評(píng)教四個(gè)子系統(tǒng)組成。

2.2? 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系首先要符合實(shí)踐教學(xué)實(shí)際，同時(shí)要遵循教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的導(dǎo)向性原則、科學(xué)性原則、全面性原則、穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性兼顧的原則[2-7]。當(dāng)然，評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)要合適，當(dāng)然也不是越多越好，因?yàn)殡S著評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)的增加，評(píng)價(jià)過(guò)程中的計(jì)算量會(huì)呈現(xiàn)出指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)趨勢(shì)，在采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能化評(píng)價(jià)系統(tǒng)中可能會(huì)引起組合爆炸。

在對(duì)大量實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合本校電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了用于電子信息類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。我們?cè)O(shè)計(jì)的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，其中，一級(jí)指標(biāo)有4個(gè)，分別是實(shí)踐教學(xué)過(guò)程、實(shí)踐教學(xué)效果、實(shí)踐教學(xué)環(huán)境和實(shí)踐教學(xué)保障；二級(jí)指標(biāo)有20個(gè)，分別為xi（i=1，2，…，20）。四個(gè)評(píng)價(jià)主體對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)如表1所示。

2.3? 評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)的加權(quán)平均法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等評(píng)價(jià)方法存在各自的局限性，使得它們的評(píng)價(jià)結(jié)果往往不能十分令人滿意。而且這些方法不具備自適應(yīng)能力，使得其適用范圍受到很大限制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[8]是一種具有良好自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的分布式信息處理系統(tǒng)，不要求輸入、輸出之間有嚴(yán)格的線性關(guān)系，非常適用于教學(xué)評(píng)價(jià)。為此，我們引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的杰出代表——BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)智能化評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)由四大部分組成：一是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)輸入模塊，這一模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)主體的數(shù)據(jù)輸入；二是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)歸一化模塊，這一模塊用來(lái)對(duì)評(píng)價(jià)主體輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行限值處理，將數(shù)據(jù)值限制在0～1之間，這是為了防止網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)飽和情況；三是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊，這一模塊利用樣本數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練直至網(wǎng)絡(luò)收斂，完成對(duì)各類模式的記憶；四是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模塊，這一模塊利用網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想記憶功能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)的分類。

我們?cè)O(shè)計(jì)的用于電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由二級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)過(guò)程如圖2所示。系統(tǒng)工作時(shí)，第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)用于各評(píng)價(jià)主體評(píng)教，第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)將第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)結(jié)果作為輸入，對(duì)教師實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

3? 應(yīng)用實(shí)例

3.1? 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立

我們采用三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“BP網(wǎng)絡(luò)”來(lái)實(shí)現(xiàn)電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)。對(duì)第一級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，各網(wǎng)絡(luò)的輸入是對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，所以輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)均為20個(gè)；輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)是評(píng)價(jià)等級(jí)，由于各個(gè)指標(biāo)及總體評(píng)價(jià)結(jié)論的等級(jí)均有優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格5個(gè)，所以各網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)均為5個(gè)，依次對(duì)應(yīng)5個(gè)等級(jí)；隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式（1）進(jìn)行估算：

（1）

其中，nN表示隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，nI表示輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，nO表示輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，a表示5～10之間的一個(gè)常數(shù)。經(jīng)估算得到隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為13個(gè)，由此得到第一級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為20—13—5，如圖3所示。

對(duì)第二級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)的輸入是第一級(jí)各神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)結(jié)論值，所以輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)；輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)是同樣的評(píng)價(jià)等級(jí)，所以網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)也為5個(gè)，同理依次對(duì)應(yīng)5個(gè)等級(jí)；隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算為11個(gè)，由此得到第一級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為4—11—5，如圖4所示。

3.2? 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)

我們選擇本校電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等電子信息類專業(yè)的280個(gè)涵蓋各個(gè)等級(jí)的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)樣本，其中220個(gè)樣本用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，60個(gè)樣本用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)測(cè)試，測(cè)試樣本編號(hào)為T1～T60。進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)的允許均方誤差為10-4，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)3 925次訓(xùn)練之后達(dá)到收斂。學(xué)習(xí)完成之后，我們將60個(gè)測(cè)試樣本提供給網(wǎng)絡(luò)，讓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果（部分）如表2所示。

從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)之后，能夠?qū)π碌臉颖緮?shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際等級(jí)是完全吻合的，可見網(wǎng)絡(luò)已具備較好的推理能力，用于電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)是可行的。

4? 結(jié)? 論

由授課教師、聽課學(xué)生、學(xué)科同行和教學(xué)督導(dǎo)四個(gè)評(píng)價(jià)主體組成的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系，較好地解決了傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)體系中存在的評(píng)價(jià)主體不完整、評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的引入，有效克服了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)方法存在的適應(yīng)性不強(qiáng)、易受主觀因素影響等問(wèn)題，實(shí)例驗(yàn)證了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)中的可行性和有效性。實(shí)際使用中，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)越性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是評(píng)價(jià)系統(tǒng)僅依賴評(píng)教數(shù)據(jù)，整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程中無(wú)須采用評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，避免了人為設(shè)置指標(biāo)權(quán)系數(shù)而帶入的主觀性影響，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀和公正；二是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用，使得系統(tǒng)在外界條件變化的時(shí)候能夠快速適應(yīng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只需通過(guò)短暫學(xué)習(xí)就能投入評(píng)價(jià)工作，保證實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)工作的有效進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)太山（1968—），男，漢族，湖南祁東人，副教授，博士，主要研究方向：智能信息處理、配電網(wǎng)故障診斷；王欣（1998—），女，漢族，山東臨沂人，碩士研究生在讀，主要研究方向：智能信息處理；劉立志（1994—），男，漢族，湖南岳陽(yáng)人，講師，博士，主要研究方向：智能控制、智能信息處理；程望斌（1979—），男，漢族，湖北咸寧人，副教授，碩士，主要研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)。

收稿日期：2022-10-10

基金項(xiàng)目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（HNJG-2021-0778）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（202102211055）；湖南理工學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2021A26）