肖福坤 張曉燕 陳剛 遲學(xué)海

摘? 要：“模擬礦井”是解決采礦專業(yè)實際教學(xué)過程中一線實習(xí)機(jī)會少等問題的有效手段。為評價“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生綜合能力提升效果，該文結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證指標(biāo)，基于結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建學(xué)生綜合能力提升效果評價模型并確定影響因素權(quán)重比，采用模糊綜合評價方法對學(xué)生能力提升效果進(jìn)行量化，明確學(xué)生綜合能力的掌握程度。研究表明，“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生各方面能力的提升，均符合工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求認(rèn)證指標(biāo)，其中對學(xué)生實踐能力的提升效果最為顯著。

關(guān)鍵詞：模擬礦井；教學(xué)評價；結(jié)構(gòu)方程；層次分析；綜合能力

中圖分類號：G640? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）28-0047-05

Abstract： "Simulated mine" is an effective means to solve the problem of few first-line practice opportunities in the actual teaching process of mining specialty. In order to evaluate the effect of practical teaching of "simulated mine" on the improvement of students' comprehensive ability， combined with the certification index of engineering education， an evaluation model for the improvement effect of students' comprehensive ability is built based on the structural equation model and the weight ratio of the influencing factors is determined. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to quantify the improvement effect of students' ability and determine the degree of students' comprehensive ability. The research shows that the practical teaching of "simulated mine" can improve the students' abilities in all aspects， all of which are in line with the certification indicators of graduation requirements in the certification of engineering education， among which the improvement of students' practical ability is the most significant.

Keywords： simulated mine; teaching evaluation; structural equation; analytic hierarchy process; comprehensive capability

能源是國家繁榮和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和支撐[1]，而煤炭占據(jù)著我國能源的主體地位，但隨著開采環(huán)境愈加復(fù)雜，煤炭生產(chǎn)過程中的安全問題日益突出，使得對高素質(zhì)應(yīng)用型采礦工程類專業(yè)人才的需求日益增高。為此學(xué)校提出在校內(nèi)建設(shè)“模擬礦井”，以增加采礦工程專業(yè)學(xué)生對煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的認(rèn)識，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，進(jìn)而在培養(yǎng)學(xué)生實踐技能和專業(yè)技能的同時，實現(xiàn)使學(xué)生從學(xué)校到煤礦企業(yè)無縫銜接。而在“模擬礦井”的實踐教學(xué)中，為了檢驗教學(xué)質(zhì)量，要對其進(jìn)行質(zhì)量評估。

在教育教學(xué)評估方式上，丁艷[2]指出，高校教學(xué)質(zhì)量評價對人才培養(yǎng)、教學(xué)質(zhì)量改進(jìn)和教學(xué)管理具有重要意義。涂吉蓉等[3]指出傳統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量評價體系在一些方面缺少一定的“人本主義”。趙方[4]提出高校課堂教學(xué)質(zhì)量評估是提升課堂教學(xué)效果的重要途徑之一。高喜才[5]闡述新時代煤炭行業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在問題。關(guān)于專業(yè)學(xué)習(xí)效果評價模型，譚偉等[6]面向開放教育的混合式教學(xué)模式研究了學(xué)習(xí)效果評估指標(biāo)構(gòu)成。董慶華等[7]對大學(xué)數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)效果評價體系進(jìn)行實證主義的研究。

本文以黑龍江科技大學(xué)現(xiàn)代化教學(xué)礦井作為平臺，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求認(rèn)證指標(biāo)，針對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的分析和評價方法進(jìn)行研究，并基于結(jié)構(gòu)方程模型得出影響學(xué)生各項能力的權(quán)重比，構(gòu)建學(xué)生綜合能力提升效果評價模型。結(jié)合層次分析法進(jìn)行計算，對學(xué)生實踐訓(xùn)練效果進(jìn)行量化，明確學(xué)生實踐能力的掌握程度，最終探索出一套科學(xué)、規(guī)范、實用、有效的評價方法。

一? 模擬礦井的評價模型

評價標(biāo)準(zhǔn)是評價教育結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。評估過程應(yīng)清晰、準(zhǔn)確地反映實習(xí)的有效性，與教學(xué)目標(biāo)需保持一致[8]。因此，制定評價標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)先確定實踐教學(xué)的重要性。實踐教學(xué)是積累和深化理論知識的有效途徑、是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識人才的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生研發(fā)意識的重要平臺。本文提出基于結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生綜合能力提升效果的評價模型。

（一）? 基于結(jié)構(gòu)方程的評價模型

結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）是社會科學(xué)研究中一個好的統(tǒng)計方法，也是近幾十年來應(yīng)用統(tǒng)計領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的一個分支，已被廣泛應(yīng)用到教育、經(jīng)濟(jì)和管理等社會科學(xué)領(lǐng)域。SEM是基于變量的協(xié)方差矩陣來分析變量之間關(guān)系的一種多元數(shù)據(jù)分析重要工具。結(jié)構(gòu)方程模型確定“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生能力提升效果的評價指標(biāo)及其權(quán)重的步驟分為理論模型構(gòu)建、模型假設(shè)、模型估計與模型檢驗、數(shù)據(jù)信度和效度檢驗，以及模型評價。

本文結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求認(rèn)證指標(biāo)對學(xué)生能力要求。具有自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)意識，需要考慮模擬礦井學(xué)習(xí)對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的影響效果；掌握用于解決復(fù)雜采礦工程問題的工程基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識，需要考慮模擬礦井學(xué)習(xí)對學(xué)生基礎(chǔ)理論的影響程度；掌握環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展所需要的相關(guān)采礦工程專業(yè)背景知識，需要考慮模擬礦井學(xué)習(xí)對礦井環(huán)境安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)安全系統(tǒng)的影響程度及模擬礦井學(xué)習(xí)對應(yīng)急處理能力的影響效果；能夠在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，需要考慮模擬礦井學(xué)習(xí)對創(chuàng)新能力的影響效果；具備復(fù)雜采礦工程問題進(jìn)行實驗、數(shù)據(jù)采集和分析處理的能力，需要考慮對收集信息能力、分析能力的影響效果；能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，提出、建立并求解復(fù)雜采礦工程問題模型，需要考慮對提出問題能力、解決問題能力的影響效果；具備復(fù)雜采礦工程問題實驗方案設(shè)計的能力，需要考慮對設(shè)計方案能力的影響效果；具有團(tuán)隊意識，能夠?qū)F(tuán)隊進(jìn)行有效地管理、組織、協(xié)調(diào)，需要考慮對合作能力的影響效果；掌握現(xiàn)代化工具的工作原理以及局限性并熟練操作，需要考慮對操作能力的影響效果；能夠運用專業(yè)技術(shù)手段和方法，評估工程問題對社會各方面的影響，需要考慮對評價能力的影響效果。

運用學(xué)習(xí)效果模糊綜合評價模型對“模擬礦井”對學(xué)生綜合能力提升效果進(jìn)行評價，建立評價模型并提出研究假設(shè)。并根據(jù)上述要求，將其分為5個潛變量包括學(xué)生態(tài)度、基礎(chǔ)理論、應(yīng)急處理能力、創(chuàng)新能力和實踐能力，24個觀察變量。其中建立的“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生能力綜合提升效果的評價結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

在該假設(shè)模型中，ξ為外生潛變量向量，表示學(xué)生綜合能力，η1至η5為內(nèi)生潛變量向量，分別表示學(xué)生態(tài)度、基礎(chǔ)知識、應(yīng)急處理能力、創(chuàng)新能力和實踐能力5個維度。根據(jù)該模型提出以下假設(shè)。H1：學(xué)生態(tài)度是學(xué)生綜合能力的顯著因素，即學(xué)生態(tài)度越好則學(xué)生綜合能力越高。H2：基礎(chǔ)知識是學(xué)生綜合能力的顯著因素，即基礎(chǔ)知識掌握程度越好則學(xué)生綜合能力越高。H3：應(yīng)急處理能力是學(xué)生綜合能力的顯著因素，即應(yīng)急處理能力越高則學(xué)生綜合能力越高。H4：創(chuàng)新能力是學(xué)生綜合能力的顯著因素，即創(chuàng)新能力越高則學(xué)生綜合能力越高。H5：實踐能力是學(xué)生綜合能力的顯著因素，即實踐能力越高則學(xué)生綜合能力越高。

（二）? 結(jié)構(gòu)方程有效性分析

本文通過問卷收集數(shù)據(jù)樣本獲得需要的研究資料。評價結(jié)果的科學(xué)性和可靠性受調(diào)查問卷設(shè)計影響。設(shè)計具有較高信度和效度的問卷是保證研究質(zhì)量的前提。本次結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求認(rèn)證指標(biāo)，經(jīng)過認(rèn)證分析、對比，需要對學(xué)習(xí)態(tài)度、基礎(chǔ)理論、應(yīng)急處理能力、創(chuàng)新能力、實踐能力提升效果等24個變量進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查。為保證問卷可靠性，本次研究與一線教師進(jìn)行訪談咨詢并對問卷進(jìn)行調(diào)整、修改和完善形成最終問卷。此次調(diào)查問卷共包括學(xué)習(xí)態(tài)度、基礎(chǔ)理論、應(yīng)急處理能力、創(chuàng)新能力和實踐能力5個維度，共24道題。且各維度采用李克特（Likert）量表5分制計分（1表示效果顯著， 5表示沒效果）。本次調(diào)查共計發(fā)放問卷328份，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除無效樣本后，最終確定有效問卷322份。為了驗證數(shù)據(jù)收集有效性需要對最終確定的指標(biāo)進(jìn)行信度和效度檢驗。

1? 信度分析

本文運用SPSS 26.0分析軟件對樣本的信度進(jìn)行檢驗，采用Cronbach's α系數(shù)對問卷整體進(jìn)行內(nèi)部一致性檢驗。通過國內(nèi)外研究可知，克朗巴赫α信度評判標(biāo)準(zhǔn)如下：α≥0.9時，評價結(jié)果為信度好；0.8≤α<0.9時，評價結(jié)果為可以接受；0.7≤α<0.8時，評價結(jié)果為修訂量表；α<0.7時，評價結(jié)果為不能接受。通過測算結(jié)果可知，總體的Cronbach's α值為0.915 6，表明問卷的內(nèi)部一致性較好，數(shù)據(jù)信度較高，標(biāo)準(zhǔn)化后的Cronbach's α系數(shù)為0.915 4，大于0.9，表明各維度指標(biāo)之間具有較好的穩(wěn)定性與一致性，信度較高。

2? 效度分析

效度指評價指標(biāo)測量結(jié)果的有效程度。為了檢驗問卷調(diào)查是否真正反應(yīng)觀測指標(biāo)，檢測調(diào)查數(shù)據(jù)是否適合做因子分析，對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行效度檢驗。通常采用公因子方差因子分析檢驗指標(biāo)體系的效度，本文通過Amos 24.0軟件進(jìn)行驗證性因子分析來檢驗結(jié)構(gòu)效度，具體測量指標(biāo)為KMO檢驗和Bartlett球形檢驗。具體結(jié)果見表1。

根據(jù)計算結(jié)果可知，KMO值為0.956，大于0.9，Bartlett球形檢驗，Sig值均為0.000，小于顯著性水平0.05，表示研究變量間具有公共因子，該問卷調(diào)查結(jié)果適合做因子分析。因此，該調(diào)查問卷可靠性較高具有良好的結(jié)構(gòu)效度。

（三）? 結(jié)構(gòu)方程可行性分析

在信度和效度檢驗均符合要求后，運用Amos 24.0軟件對“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生綜合能力提升效果的評價模型進(jìn)行極大似然估計?！澳M礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生綜合能力提升效果的評價模型標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)估計如圖2所示，圖中每條路徑所對應(yīng)的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，表示對應(yīng)變量之間關(guān)系的顯著性。

模型的質(zhì)量評估主要包括絕對適配度指數(shù)、增值適配度指數(shù)和簡約適配度指數(shù)，本模型具體適配度指標(biāo)見表2。

由模型適配度指標(biāo)表可知，所有指標(biāo)均良好，各變量均達(dá)到建議值標(biāo)準(zhǔn)，說明各變量的結(jié)構(gòu)擬合效度良好。亦說明本研究建立的結(jié)構(gòu)方程模型具有實際分析意義。

（四）? 結(jié)構(gòu)方程權(quán)重分配

確定評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)是“模擬礦井”實踐教學(xué)對學(xué)生綜合能力提升效果評價中的核心問題，在結(jié)構(gòu)方程模型中，標(biāo)準(zhǔn)化的路徑系數(shù)可以看作對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。將每項顯變量對應(yīng)的路徑系數(shù)絕對值作為分子，每個潛變量對應(yīng)顯變量路徑系數(shù)絕對值之和作為分母，同理對潛變量做相應(yīng)處理，兩者比值相乘即為對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)見表3。

二? 模擬礦井實踐教學(xué)效果檢驗

學(xué)習(xí)效果的不確定性和量化是學(xué)習(xí)評價制度實施難、操作難的難點。本文采用了應(yīng)用模糊綜合評價方法對結(jié)構(gòu)方程所得出的權(quán)重比進(jìn)行驗證，綜合評定學(xué)生學(xué)習(xí)效果，采用此方法可以科學(xué)直觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（一）? 層次分析模型建立

層次分析法構(gòu)建分析結(jié)構(gòu)的層次模型，根據(jù)標(biāo)度理論對各層次的因素進(jìn)行比較，得到相對重要性的比較標(biāo)度并建立判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值及其特征向量，得到每一層的元素對上層元素的重要性排序，建立權(quán)重向量。學(xué)習(xí)效果的評價要綜合多種因素，每個因素都有不同的層次。多層次模糊綜合評價的方法可以較好地解決評價問題。其基本方法和步驟如圖3所示。

（二）? 層次分析實例驗證

根據(jù)本科生畢業(yè)要求，判斷依據(jù)分為5個一級指標(biāo)和24個二級指標(biāo)，根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果以及專家討論結(jié)果，確定各個指標(biāo)的重要程度以及關(guān)聯(lián)性，建立子目標(biāo)權(quán)重分配集

A=（0.198? 0.279? 0.163? 0.153? 0.207）。

根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型所確定評價指標(biāo)權(quán)重，一級指標(biāo)的分?jǐn)?shù)為二級指標(biāo)各單項指標(biāo)的得分乘以其權(quán)重。確定每位學(xué)生各單項考核結(jié)果。使用相同的方法對所有指標(biāo)進(jìn)行評分，將每個指標(biāo)評定為優(yōu)、良、及格和不及格。

如采礦專業(yè)“學(xué)習(xí)態(tài)度”的成績評定中通過統(tǒng)計得到該單項的模糊統(tǒng)計結(jié)果為

R11=（0.542? 0.385? 0.073? 0.000）。

第二層所有單項統(tǒng)計結(jié)果組成第一層因素的模糊綜合評價矩陣

R1=0.542? 0.385? 0.073? 0.000

0.505? 0.358? 0.128? 0.009

0.477? 0.413? 0.110? 0.000

0.523? 0.376? 0.101? 0.000

0.532? 0.385? 0.083? 0.000。

學(xué)習(xí)態(tài)度η1的4個評價因素的權(quán)重為

w1=（0.181? 0.173? 0.202? 0.234? 0.210）。

求得學(xué)習(xí)態(tài)度模糊綜合評價結(jié)果

B1=w1×R1=（0.515 9? 0.383 9? 0.098 6? 0.001 6）。

可求得其他各個影響因素模糊綜合評價結(jié)果B2…B5、B。

B2=w2×R2=（0.540 2? 0.374 5? 0.085 5? 0.001 9）。

B=0.515 9? 0.383 9? 0.098 6? 0.001 6

0.540 2? 0.374 5? 0.085 5? 0.001 9

0.545 3? 0.367 0? 0.081 7? 0.002 2

0.557 6? 0.377 0? 0.058 9? 0.003 0

0.567 6? 0.368 4? 0.059 9? 0.001 1。

第一層影響因素權(quán)重A=（0.198? 0.279? 0.163? 0.153? 0.207），于是得到該班級實習(xí)效果的整體評價效果C=A×B=（0.544 6? 0.374 3? 0.079 1? 0.001 9）。評語集V=（優(yōu)秀，良好，及格，不及格），其中各等級對應(yīng)分?jǐn)?shù)分別為100、80、60和40。計算得D=V×C=89.226。因此，“模擬礦井”實踐教學(xué)總體效果可評定在優(yōu)秀與良好之間。

三? 結(jié)束語

眾所周知，礦業(yè)學(xué)生實習(xí)難，學(xué)生實踐操作影響企業(yè)安全生產(chǎn)，企業(yè)不愿接待實習(xí)是企業(yè)、畢業(yè)生與學(xué)校共同面臨的難題。經(jīng)過實踐檢驗可知“模擬礦井”實踐教學(xué)為解決上述問題提供了有效手段。結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求認(rèn)證指標(biāo)對學(xué)生能力要求，模擬礦井對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度有所提升，對學(xué)生基礎(chǔ)理論、應(yīng)急處理能力、創(chuàng)新能力的提升效果較為顯著，對學(xué)生實踐能力的提升效果最為顯著。通過構(gòu)建學(xué)生綜合能力提升效果評價模型，對綜合評定學(xué)習(xí)效果，提高校內(nèi)實習(xí)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生實踐能力具有重要意義。該模型既能充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)評價因素、評價過程的模糊性，又減少了對學(xué)習(xí)評定的主觀隨意性，以及解決難以定量考核學(xué)習(xí)的問題，為明確學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供基本參考。

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基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“基于模擬礦井和虛擬仿真的采礦專業(yè)實踐實訓(xùn)教學(xué)模式研究”（SJGY20200630）；黑龍江省虛擬仿真實驗教學(xué)項目“煤礦掘進(jìn)安全虛擬仿真實驗教學(xué)項目”（無編號）；黑龍江省高等教育教學(xué)改革重點委托項目“應(yīng)用型高校對接產(chǎn)業(yè)需求的工程人才培養(yǎng)體系研究與實踐”（SJGZ20200150）

第一作者簡介：肖福坤（1971-），男，漢族，遼寧西豐人，工學(xué)博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為礦業(yè)工程的教學(xué)與科研。