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提高课堂教学效果的故障树模拟分析
——基于学生视角

2015-02-17任永泰徐文仲

关键词:概率故障效果

成 琨,任永泰,徐文仲

(东北农业大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150030)

提高课堂教学效果的故障树模拟分析
——基于学生视角

成 琨,任永泰,徐文仲

(东北农业大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150030)

课堂教学的有效性是现代教育研究中的一个热点问题。以故障树理论为依据,从学生视角出发对影响课堂教学效果的因素进行定性剖析,并通过问卷调查的方式确定底事件的概率,进而对影响课堂教学效果的因素进行定量分析和评价。研究结果表明:现状条件下课堂教学效果失效的概率为0.226;教师在课堂教学中占有主要地位,学生次之,教学环境位于最后;在基本事件中教师的教学方法与个人魅力、学生的学习态度与学习方法、教学环境中的教学内容对提高课堂教学效果具有更重要的作用。研究结果对于指导教师有的放矢的改善课堂教学具有一定的实践意义。

课堂教学;教学效果;影响因素;故障树

DOI号:10.13320/j.cnki.jauhe.2015.0051

近年来,我国高素质的劳动者主要来源于各大高等院校的毕业生,而课堂教学依然是各大高校的主要教育模式,因此要提高劳动者的素质与能力必须深入到课堂教学的实际中,对影响课堂教学的众多因素进行分析研究,这不仅有利于教师改善课堂教学效果,更有助于我国人口素质与能力的提高。目前,已有很多教育者从培养学生学习兴趣、培养学生自主学习能力与增加多媒体教学等多方面对课堂的教学效果进行了大量的研究[1-3],并取得了显著成绩,但这些研究多数属于定性的观点论述,在定量研究方面还鲜见报道[4,5]。为此,本文结合其他教育者的相关研究成果[6],从学生角度出发选择故障树方法对影响课堂教学效果的因素进行定性筛选,并通过问卷调查的方法确定影响因素对课堂教学效果的影响程度,以高等数学为例进行实证应用研究。

一、编制课堂教学效果的故障树

故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA)又称失效树分析[6],是由美国贝尔实验室的 H. A. Watson提出的,通过逻辑符号绘制出一个逐渐展开成树状的分枝图,用来分析故障事件(又称顶上事件)发生的概率,同时也可以用来分析零件、部件或子系统故障对系统故障的影响。其优点是因果关系直观明了、思路清晰、逻辑性强,即可定性、也可以定量分析。缺点在于确定单因素发生的概率和单因素以何种方式组成总体事件难以精确度量。

(一)构建课堂教学效果的故障树

从学生视角出发,以最不希望发生的事件“课堂教学失效”作为顶上事件,以顶上事件作为出发点,对其逐层进行分析,找出影响课堂教学效果的原因,建立起课堂教学效果的故障树(图1)。首先,教师、学生和环境是课堂教学发生的组成条件[3],所以将其作为故障树的中间事件。其次,将组成条件中影响顶上事件的因素作为故障树的基本事件,主要考虑10个事件[3],分别为:教师方面的教学方法、教师魅力与授课速度3个事件[2];学生方面的学习态度、学习动机与学习方法3个事件;环境方面的开设习题课、实验课、教学内容与课堂管理4个事件。然后,为便于定量分析基本事件对顶上事件的影响,对基本事件进行一定的简化,简化为学生方便回答的问题,将这些问题作为故障树的底事件。最后,运用故障树的符号表示这些事件,并用适当的逻辑门将不同层次的事件连接成倒树形图,描述课堂教学效果各事件之间的逻辑关系。

(二)故障树方法的基本公式

在故障树中逻辑门有两种:一种是与门结构,当且仅当所有下层事件都发生时上层事件才发生;另一种是或门结构,当下层事件任意一个事件发生上层事件就发生。故障树中逻辑门的计算公式如下:

与门结构的上层事件的发生概率,表示为

(1)

或门结构的上层事件的发生概率,表示为

(2)

式中,Xi为事件变量;n为使上层事件发生的下级事件个数;P上和Pi分别为逻辑门上层事件及其下层事件发生的概率。

本文结合文献[7]和[8]对课堂教学有效性的研究结果,考虑到课堂教学由中间事件共同组成,缺少任何一方都不构成课堂教学;而且基本事件之间相辅相成共同影响中间事件的课堂学习效果,所以本文选择与门结构连接顶上事件、中间事件和基本事件,在数学表现上用“·”表示。基于本文底事件的选择是对基本事件进行了一定的简化,简化为学生方便回答的互斥问题,所以选择或门结构连接底事件,在数学表现上用“+”表示(图1)。

图1 课堂教学效果的故障树

(三)底事件概率的确定

将底事件设计为学生容易回答的调查问卷[3,4],选择数学基础相对较强的2012级工科类学生2 132人发放问卷,收回问卷1 907份,有效问卷1 648份,将收回的有效问卷利用Excel进行编码和建档,并对数据进行统计分析,得到底事件的概率[9](表1),这里假设所有底事件为独立且非互斥事件。

表1 课堂教学效果故障树底事件的概率

二、结果分析

根据课堂教学效果的故障树结构,在底事件的概率确定以后,依据公式(1)和(2)计算得到故障树中各逻辑门上层事件发生的概率,即对课堂教学有效性的影响程度,见表2。

表2 各层事件概率表

针对故障树各层事件对课堂教学效果的影响程度做如下分析:

(一)基本事件对课堂教学效果的影响

从表2可知,各基本事件对课堂教学的影响程度依次为:教学方法〉学习态度〉学习方法〉个人魅力〉教学内容〉开设习题课〉课堂管理〉授课速度〉实验课〉学习动机。由此可知,学生认为所选的基本事件对课堂教学的重要性都在70%以上,都与课堂教学效果有密切的关系。因此,教师在课堂教学中不仅仅是完成教学任务就可以,有必要将基本事件全部都照顾到来组织教学。这就要求教师必须严格要求自己,不断地增强自身的教学能力、提高自身的教学素养、增强自身的责任心,进而达到提高课堂教学效果的目的。另外,从影响程度考虑,更加明显的区别于其它基本事件的是教师的教学方法与个人魅力、学生的学习态度与学习方法、环境中的教学内容,这5种基本事件对课堂教学效果的影响更重要,其影响程度都在90%以上。因此,就高等数学这门基础课程来讲,教师在课堂教学中可以以上述5个基本事件为主,重点突出地组织课堂教学。特别地开设习题课对课堂教学效果的影响程度为89.4%,说明学生对设立习题课的呼声较高。新课程改革以来,大学教师的课堂教学以课程内容为主,讲解习题的时间较少,这与学生在中学阶段的学习模式有很大区别,使学生不适应大学的学习生活,学生对习题课的呼声充分说明这一问题。因此教师要想提高课堂教学效果应注意中学与大学在学习内容与学习方法上的衔接,让学生适应大学的学习生活。

(二)中间事件对课堂教学效果的影响

由表2可以看出,中间事件对课堂教学效果的排序为:教师>学生>环境。也就是说,学生认为在课堂教学的3个组成条件中,教师占有主要地位、学生次之、环境位于最后。学生在课堂教学效果中的排序位于教师之后,但其对课堂教学效果的影响程度与教师比较仅差0.047,这一现象表明,教师作为课堂教学的组织者与引导者是毋庸置疑,但在教学活动中必须竖立以学生为核心的教学理念。环境在课堂教学效果中的排序位于最后,并不能说课堂教学环境对教学的影响不重要,这可能存在两方面原因:一是现在高等院校的教学环境日益完善、成熟;二是接受高等教育的对象经历过严峻的高考,具有较强的适应环境的能力。针对这种情况,教师在课堂教学中如何利用好现在的教学环境,使学生从课堂教学中直接受益,掌握完整的课程知识体系的同时,适应大学的学习生活就显得更加重要了。

(三)顶上事件对课堂教学效果的影响

通过中间事件的概率可得顶上事件的概率为T=0.226,即:学生认为在现状条件下课堂教学失效的风险为22.6%。若以期末成绩中不及格学生占总学生人数的比例衡量课堂教学失效程度,那么 2012级工科类学生的不及格率为18.6%,这里学生的期末成绩由平时成绩与期末卷面成绩组成,教师为提高及格率,平时成绩一般都给的较高,所以与顶上事件的概率产生一定的误差。这一计算结果表明利用故障树方法分析课堂教学效果具有一定的合理性。

三、结论与建议

基于故障树分析方法对课堂教学有效性的研究结果可知,故障树分析方法即可以找出影响课堂教学效果的原因;又可以找到提高课堂教学效果的途径。为了更好地提高课堂教学有效性,促进学生综合素质的提高,提出如下几点建议:

1. 教师在教学中应注重教学方法与个人魅力对学生的影响。由本文分析结果可知,教师是课堂教学的主导者,且教师的教学方法与个人魅力对学生来讲影响最大。所以需要教师努力提高自身的修养,使学生“亲其师”,“信其道”;增强自身的教学能力,吸引学生的课堂注意力,构建出积极、健康、活跃的课堂气氛,让学生投入到积极主动地学习活动中去。

2. 教师在教学中应注重学生学习态度与学习方法的指导。高等数学是学生进入大学后最先接触的基础课程,在这一阶段高等院校给学生开设的课程较多,并且教学方法与中学阶段也有很大区别。此时,教师必须增强自己的责任心,督促学生及时改变中学阶段的学习方式和学习态度,完成高中生向大学生的角色转型。

3. 在教学环境方面,由于新课改实施以来,中学数学中渗透了很多高等数学的内容,因此,高校教师在教学内容方面应处理好高等数学与中学数学的衔接;在学校条件允许的情况下,可以通过开设习题课的方式帮助学生度过高中到大学的不适应期。

[ 1 ] 王军,杨剑.高职院校融入区域创新体系建设的理论探讨[J].河北农业大学学报(农林教育版),2013,15(5):9-12.

[ 2 ] 曹霞,姚利民,黄书真.论教师、学生、学校因素对高校课堂有效教学的影响[J].大学教育科学,2012, 151(1):25-31.

[ 3 ] 任永泰,汤岩,焦扬.高等农业院校提高公共数学课程课堂教学有效性方法的研究与实践[J].东北农业大学学报(社会科学版),2011, 9(2):42-46.

[ 4 ] 徐丹,任永泰,邓华玲.高等农业院校“线性代数”课堂教学效果的调查与分析[J].河北农业大学学报(农林教育版),2013,15(6):81-84.

[ 5 ] 成琨,任永泰,邓华玲,等.高校教师提高课堂教学效果的研究——基于学生成绩及评教结果[J].河北农业大学学报(农林教育版),2014,16(6):42-45.

[ 6 ] 关新,吴伟,王华东,等.基于故障树理论大小环境下高等职业教育探讨——以风能与动力工程专业为例[J].职教论坛,2013(27):17-21.

[ 7 ] 孙亚玲.课堂教学有效性标准研究[D].上海:华东师范大学,2004.

[ 8 ] 张军.课堂教学有效性的策略研究[D].苏州:苏州大学,2008.

[ 9 ] 戴天娇,陆涓.学生评教失真及矫正对策[J].河北农业大学学报(农林教育版),2014,16(3):127-130.

(编辑:杨建肖)

2014-09-29

黑龙江省高等学校教学改革工程项目:“高等院校公共数学课程课堂教学有效性标准研究”(编号:JG2013010136);黑龙江省教育科学规划青年专项课题:“高等学校数学类课程课堂提问有效性研究”(编号:GJD1214016)。

成 琨(1978-),女,内蒙古通辽人,博士研究生,主要研究方向为数学与数学教育。

任永泰(1973-),男,黑龙江安达人,教授,硕士生导师,东北农业大学理学院统计系主任,研究方向:数学与数学教育。

G642

A

1008-6927(2015)02-0070-04

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