工科专业教学计划结构的数量化研究

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1、工科专业教学计划结构的数量化研究 薛继良袁君毅 王沛民 本文借用多元分析方法 , 提出评价工科专业教学计划结构的综合性指标 结构指数 , 介绍该指标的建立过程 , 说明它的具体应用 , 并就教学计划 的结构分析阐述一些新的概念 。 一 、 教学计划的 结构 高等工程教育系 统中的本科专业教学计划 , 是培养高级专门人才的施工设计 。 它表述并 且指导具体的专业教学 过程 , 即为达到既定 的专业培养目标而计划 的诸教学 环节的 内容和形 式 , 及其在学制所规定 的年限内时间进程 。 除学生的始业教育 、 毕业教育 、 军事训练 、 公益 劳动 、 社会活动 、 考试和假期等环节外 , 教学计

2、划包括理论性教学和实践性教 学两大环节 。 我们这里讨论的教学计划结构 , 主要是就这两个环节而言 。 按系统方式研究结构问题 , 就是 研究结构的元素 、 性质和关系 。 教学 计划结构的元素和元素的性质不是本文讨论的目的 , 我 们着重讨论元素的关系 , 以及由这些关系所反映的结构的总体性质 。 但是 , 既然 “元 素 ”、“性 质 ” 、 “关 系 ” 是任何系统结构的三元组 l, 那就需要对教学计划结构 的元素及其性质先给出 简要的说明或规定 。 按照惯例 , 理论教学的 课程类 别分为公共课程 , 基础理论课程 , 技术基础课程和专业 课 程 。 考虑到 加强实验教学的趋势 , 上

3、述各类 课程的形式仅指课堂讲授 、 课堂讨论和习题课 , 而隶属各门课程的实验和独立设课 的实验则统一划为实验课程 。 此外尚有选修课程 , 其内容 可以分属以上各类 , 也可 以是传统 课程之外的社会科学 、 人文科学 , 以及其它综合性的 课程 。 由于实践性教学环节绝大部分占有一 定学时 , 同时需要考核和评分 , 故可将此环节命名为实 践课程 。 这样 , 我们所讨论 的教学计划 结构 , 就是这七类课程的有机构成 : ( 1 ) 公共课程 : 指政治理论 、 体育 、 外语课 。 这里的政治理论课和 体育课培养德 、 智 、 体全面发展人才 , 造就 无产阶级专门家不可缺少的环节 ,

4、 是我 国教育区别于西 方 教育的标 志 。 这类 课程形式上是普通教育中同类 课程的延续 , 内容上则应当处于更 高级的新的质量状 态 。 ( 2) 基础理论课程 : 指物理学 、 化学等基础性的自然科学和作为自然科学和社会科学两 大 门类的科学基础的数学 。 物理学 、 化学等是关于自然界基本规律的学问 。 高等工程教育中 的物理学 、 化学等 课程 , 应当借助数学工具 , 或者其它方法论工具 , 全部或大部定量地逻辑 地说明其规律 。 作为工科必修的这类课程 , 显然还应包括社会科学概论和系统科学导论 之类的课 。 ( 3) 技术基础课程 : 严格地说 , 限指基础科学以外的技术科学和

5、工程科学的课程 。 然而 薛继良浙江大学教 务处长 、 副教授 袁君毅浙江大学教育研究室主任 、 讲师 王沛民浙江大学教育研究室副主任 事实上 , 科学 、 技术和工程三者既有区别 , 又有不可分 割 的联系 , 很难在它们之间划出确定 的界限 。 又因为工程和生产实践更是彼此依赖极为密切的 “联合独立项”工21, 所以这类技 术 基础 课程 , 有时也将专业理论较强的那些专业课(专业基础)包括在 内 。 (动 专业课程 : 指那些具有明显专业特征的关于 “工 程 一 生产 ” 知识技能的课 。 由于我 们的高等工程教育在传统上是专业教育 , 因而这类 课程在整个教 学计划中 , 过去 占有相

6、当的 比重 , 现在也占有一定的份量 。 ( 5) 实验课程 : 内容已如前述 。 我 们把 它单独划为 一类 , 是因为它的任务不只限于让学 生验证和巩 固所学的知识 , 重要的还在于它是学生科学研究方法 训练的基本环节 。 ( 6 ) 实践课程 : 指各种形式的认识实习 、 教学实习 、 生产实习 , 课程设计 (课程作业) , 毕业设计等 。 与实验课程相对应 , 实践课程也是学生工程训练的基本环节 。 对于指定作毕业 论文的那 些 专业 , 我们把毕业论文项统计在实验课程内 , 以区别科研训练和工程训练 。 ( 7 ) 选修课程 : 内容亦如前述 。 我们在这里对任选和限选 (指选)

7、、 系定选修和专业选 修等类型不加区分 。 作者认为 , 选修课程的意义在目前是针对专业教育的模式而言 的 , 独设 一类有其深刻含意 , 尽管这在逻辑上多少犯了 “子 项相容 ” 的毛病 。 二 、 结构的数量分析 对教学计划 的分析研究 , 通常是先计算各类课程的学时数或学分数占总教学时数或学分 的 比例 , 再计算理论性教学和实践性教学两大环节的比例 , 最后根据教学计划制订原则 , 从 理论上剖析各类课程的相互关系及其对教学计划的贡献 , 同时结合制订教 学计划 的经验 , 就 比例是否恰当 、 计划是否完善作 出判断 。 这是一种以定性分析为 主的方法 。 这种方法有两个明显的缺陷

8、。 第一 、 由同一种教学计划 可以得出一种以上的 结论 。 第 二 、 既然公认理论教学和实践教学两个环节都是不可缺少的 , 那么在10 0%的学时 (学分)内 , 此长即彼消 , 不可能两全其美 。 尤其是在考虑计划的七项构成时情况更为复杂 任何一项 的变化都会牵动其它诸项 。 我们能够断言某项的数量增加以及必然造成的另外至少一项的数 量减少 , 一定是必要和合理的吗 ? 显然是难以 断言的 。 解决这 些矛盾的理想方法 , 是为评价 教学计划结构 给出一个统一 的标堆 , 同时为该结构 诸元素的合理配置规定一个权集合 。 而为 达此目的 , 同样应采用尽可能客观的方法 , 以减少 主观的

9、成分 。 本文提出结构因子分析方法 , 正是这样一种努力 。 设有m个工科专业教学计划X , x :, , x 。, 每个教 学计划的结构由 n 个结构元素来表 征 , 即x : = (X 。, X 。, , X砂 , i = 1,2 , , m 。 假定存在一个 数量指标 F , 该指标既能 表达结构元素的性质 , 又 能表达结构元素的关系 , 从而反映出结构的总体性质 。 当结构元素 呈现简单的线性关系时 , 指标 F 可写记为 : F= Q: X , +aZX:+ + a 。 X 。 也可以采用指数法 , 写作 F = X兮 I X冬 , Xg ” 上式两边取对数后 , 仍为线性函数 :

10、 InF =a:In X i+ a:In X :+ +a 。 Inx 。 令 F , = InF , y ;= Inx ; (i = i , 2, , n ) , 同样有 : F ,= 。iyi+ aZyZ+ + a 。 y 。 在以上诸式中 , a 是结构元素的权 , 它一方面表明各结构元素在总体结构中的地位或重要程 度 , 另方面表明结构元素之间的关系或相关程度 。这 样 , 任一给定 的教学计划x ;就有一个 确定 的F , 与 之对应 , 从而可以通过对 F的定量研究 , 替代传统的对教学计划的主要是定性的研究 。 当结构的元素数量甚多时(例如 四年 制工科教学计划内的课程有 3040

11、 门之多) , 可以 想象指标 F的复杂性 。 虽然在第一节中我们已将结构元素归并为七种 , 但似乎仍嫌过多 , 对 F 的确定无大裨益 , 也不能发现什么规律性的东西 。 多元数理统计中的 主分量分析 3, 和 聚类 分析 1 4 1 , 使我们有可能对结构元素进一步归并分类 , 从而可用少量的结构因素表征总体的结 构 。 以下仅介绍分析教学计划结构的数量化过程 , 其结果能以简单形式给出如下 : F= a, 唇 ,+ a握: 式 中 , C :和 认分别为 教学 计划结构的两类因素 , a l 和 a: 为常系数 ; F即上述的数量指标 , 我们 称之为工科专业教学计划结构指数 , 简称结

12、构指数 。 1 . 构造资料矩阵 资料矩阵X (m xn )的元素为分类课程的合计学时或学分 。 将各专业教学计划的这些 元素作为矩阵的行 , 则矩阵的 列即表示某类课程的学时或学分 。 为保证统计分析的可靠性 , 所取样本总数通常应比样本中的变元数大得多 。 在我们的向题中 , 样本总数也 (即教学计划的 种数)为 2 8 , 样本的变元数 n (即课程类别) 为 7 。 二十八个 专业的有关数据 , 均取 自浙大 八三级工科四年制 专业教学计划 , 课程的分类按第一节的说 明和规定安排处理 。 这样 , 含有 1 9 6个元素的资料矩阵X ( 28 x 7 ) , 以表 1形式给出如下 :

13、 裹 1 原始数据 (资料矩阵的元素i x户(部分) 样本编号 专 业名 称 分 类 课程学分数 基础理 论技术基础业 实 : . 0 . 0 R O口O UO 以n U U1 1 nj月 吸 门立一.上d.上 l l 二 1 1 。i ; ! t l .J, . , . . . . . . 1下 烤 一户 户 . l| . 巨 日巨 一匕 二Jn l匀 n”nU O UC . . . . O CdJ八 UQ甘 叮了 ,lJ上 只 , 口月吮IU 矛 任6舀 渡 通且月 任诬 眨口 . 八 八 O八U QU 6 nb汽D,曰,工O自勺, J 八Q自 ,0nJ口 do自 工子构械理器机体理 业

14、电 工 结 密机 子物 导 学 仪 汝汝汝 验验 实践践选修修 0 0 0 0 017 。 5 5 58 。 0 0 0 5 5 5 5 52 0 。 0 0 015 。 0 0 0 0 0 0 0 01 7 。 0 0 015 。 0 0 0 0 0 0 0 01 8 。 0 0 010 。 0 0 0 5 5 5 5 521 。 0 0 013 。0 0 0 5 5 5 5 518 。 0 0 011 。 0 0 0 0 0 0 0 019 。 0 0 0 1 0 。 0 0 0 5 5 5 5 519 。 0 0 0 6 。 0 0 0 0 0 0 0 01 8 。 0 0 010 。

15、0 0 0 电 工化水精 电 光管半 114 0刁10 勺 九 匕 n己一 料 1 111 一 ,1 ,.n乙 2 。 数据规格化 资料矩阵数据的规格化有多种目的 , 具体方法也很多 。 本文采用 下 列变换公式 , 即令 y ;i= 1一X J / Ma x(x ,), i=1 , 2 , , m (m = 28) ; j = 1 , 2 , , n (n 二 7) 式中的M a x ( x ;) ,是矩阵x 中第j列数据的极大值 。 若教学计划对课程的学分数不加限制 , 那末 每类 课程的学分 皆取极大值最为理想 , 但是这不是现实 。 因此 , 用上面的变换表达实际数据 与已知最优数据

16、的相对偏差 。 同时这也是将数据无量纲化的一种方 法 , 可以 消除原始数据在 量纲和量级上的差异 , 使数据具有可比性 。 规格化的资料矩阵 Y , 在这里仍为一个 2 8 又 7 阶 矩阵 , 元素的 值限于 。到1 (见表 2) 。 表2 、 规格化数据 (资料矩阵的元素y : ) j (部分) 样样本编号号 分类课程偏差值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值 专专专业 名称 一 基础理 论 技术基础础专业实验 实践!选修修 ! ! ! ! !公 共 基础理 论!技术基础 专业 实验实践 选修修 1 1 1 1 1 电机机 0 。 03 23 3 30 。 22 22 2 20 。 0 481 1 1 0 。 5 0 98 8 80 . 3043 3 30 。 2 0 45 5 5 10 . 46 67 7 7 4 4 4 4 4 工业 电子子 0 。 00 00 0 0