“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果的评价模型研究

肖福坤 张晓燕 陈刚 迟学海

摘  要：“模拟矿井”是解决采矿专业实际教学过程中一线实习机会少等问题的有效手段。为评价“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果，该文结合工程教育专业认证指标，基于结构方程模型构建学生综合能力提升效果评价模型并确定影响因素权重比，采用模糊综合评价方法对学生能力提升效果进行量化，明确学生综合能力的掌握程度。研究表明，“模拟矿井”实践教学对学生各方面能力的提升，均符合工程教育专业认证中毕业要求认证指标，其中对学生实践能力的提升效果最为显著。

关键词：模拟矿井；教学评价；结构方程；层次分析；综合能力

中图分类号：G640         文献标志码：A          文章编号：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

能源是国家繁荣和经济可持续发展的基础和支撑[1]，而煤炭占据着我国能源的主体地位，但随着开采环境愈加复杂，煤炭生产过程中的安全问题日益突出，使得对高素质应用型采矿工程类专业人才的需求日益增高。为此学校提出在校内建设“模拟矿井”，以增加采矿工程专业学生对煤矿生产系统的认识，提高学生解决复杂工程问题的能力，进而在培养学生实践技能和专业技能的同时，实现使学生从学校到煤矿企业无缝衔接。而在“模拟矿井”的实践教学中，为了检验教学质量，要对其进行质量评估。

在教育教学评估方式上，丁艳[2]指出，高校教学质量评价对人才培养、教学质量改进和教学管理具有重要意义。涂吉蓉等[3]指出传统的教学质量评价体系在一些方面缺少一定的“人本主义”。赵方[4]提出高校课堂教学质量评估是提升课堂教学效果的重要途径之一。高喜才[5]阐述新时代煤炭行业人才培养现状及存在问题。关于专业学习效果评价模型，谭伟等[6]面向开放教育的混合式教学模式研究了学习效果评估指标构成。董庆华等[7]对大学数学课程的学习效果评价体系进行实证主义的研究。

本文以黑龙江科技大学现代化教学矿井作为平台，结合工程教育专业认证中毕业要求认证指标，针对学生学习效果的分析和评价方法进行研究，并基于结构方程模型得出影响学生各项能力的权重比，构建学生综合能力提升效果评价模型。结合層次分析法进行计算，对学生实践训练效果进行量化，明确学生实践能力的掌握程度，最终探索出一套科学、规范、实用、有效的评价方法。

一  模拟矿井的评价模型

评价标准是评价教育结果的重要环节。评估过程应清晰、准确地反映实习的有效性，与教学目标需保持一致[8]。因此，制定评价标准时应先确定实践教学的重要性。实践教学是积累和深化理论知识的有效途径、是培养具有创新意识人才的重要环节，是理论联系实际、培养学生研发意识的重要平台。本文提出基于结构方程模型构建“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果的评价模型。

（一）  基于结构方程的评价模型

结构方程模型（SEM）是社会科学研究中一个好的统计方法，也是近几十年来应用统计领域中发展最为迅速的一个分支，已被广泛应用到教育、经济和管理等社会科学领域。SEM是基于变量的协方差矩阵来分析变量之间关系的一种多元数据分析重要工具。结构方程模型确定“模拟矿井”实践教学对学生能力提升效果的评价指标及其权重的步骤分为理论模型构建、模型假设、模型估计与模型检验、数据信度和效度检验，以及模型评价。

本文结合工程教育专业认证中毕业要求认证指标对学生能力要求。具有自主学习与终身学习意识，需要考虑模拟矿井学习对学生学习态度的影响效果；掌握用于解决复杂采矿工程问题的工程基础知识与专业知识，需要考虑模拟矿井学习对学生基础理论的影响程度；掌握环境与可持续发展所需要的相关采矿工程专业背景知识，需要考虑模拟矿井学习对矿井环境安全监测、监控系统、通风安全系统的影响程度及模拟矿井学习对应急处理能力的影响效果；能够在设计中体现创新意识，需要考虑模拟矿井学习对创新能力的影响效果；具备复杂采矿工程问题进行实验、数据采集和分析处理的能力，需要考虑对收集信息能力、分析能力的影响效果；能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，提出、建立并求解复杂采矿工程问题模型，需要考虑对提出问题能力、解决问题能力的影响效果；具备复杂采矿工程问题实验方案设计的能力，需要考虑对设计方案能力的影响效果；具有团队意识，能够对团队进行有效地管理、组织、协调，需要考虑对合作能力的影响效果；掌握现代化工具的工作原理以及局限性并熟练操作，需要考虑对操作能力的影响效果；能够运用专业技术手段和方法，评估工程问题对社会各方面的影响，需要考虑对评价能力的影响效果。

运用学习效果模糊综合评价模型对“模拟矿井”对学生综合能力提升效果进行评价，建立评价模型并提出研究假设。并根据上述要求，将其分为5个潜变量包括学生态度、基础理论、应急处理能力、创新能力和实践能力，24个观察变量。其中建立的“模拟矿井”实践教学对学生能力综合提升效果的评价结构模型如图1所示。

在该假设模型中，ξ为外生潜变量向量，表示学生综合能力，η1至η5为内生潜变量向量，分别表示学生态度、基础知识、应急处理能力、创新能力和实践能力5个维度。根据该模型提出以下假设。H1：学生态度是学生综合能力的显著因素，即学生态度越好则学生综合能力越高。H2：基础知识是学生综合能力的显著因素，即基础知识掌握程度越好则学生综合能力越高。H3：应急处理能力是学生综合能力的显著因素，即应急处理能力越高则学生综合能力越高。H4：创新能力是学生综合能力的显著因素，即创新能力越高则学生综合能力越高。H5：实践能力是学生综合能力的显著因素，即实践能力越高则学生综合能力越高。

（二）  结构方程有效性分析

本文通过问卷收集数据样本获得需要的研究资料。评价结果的科学性和可靠性受调查问卷设计影响。设计具有较高信度和效度的问卷是保证研究质量的前提。本次结合工程教育专业认证中毕业要求认证指标，经过认证分析、对比，需要对学习态度、基础理论、应急处理能力、创新能力、实践能力提升效果等24个变量进行随机调查。为保证问卷可靠性，本次研究与一线教师进行访谈咨询并对问卷进行调整、修改和完善形成最终问卷。此次调查问卷共包括学习态度、基础理论、应急处理能力、创新能力和实践能力5个维度，共24道题。且各维度采用李克特（Likert）量表5分制计分（1表示效果显著， 5表示没效果）。本次调查共计发放问卷328份，经过数据预处理，剔除无效样本后，最终确定有效问卷322份。为了验证数据收集有效性需要对最终确定的指标进行信度和效度检验。

1  信度分析

本文运用SPSS 26.0分析软件对样本的信度进行检验，采用Cronbach's α系数对问卷整体进行内部一致性检验。通过国内外研究可知，克朗巴赫α信度评判标准如下：α≥0.9时，评价结果为信度好；0.8≤α<0.9时，评价结果为可以接受；0.7≤α<0.8时，评价结果为修订量表；α<0.7时，评价结果为不能接受。通过测算结果可知，总体的Cronbach's α值为0.915 6，表明问卷的内部一致性较好，数据信度较高，标准化后的Cronbach's α系数为0.915 4，大于0.9，表明各维度指标之间具有较好的稳定性与一致性，信度较高。

2  效度分析

效度指评价指标测量结果的有效程度。为了检验问卷调查是否真正反应观测指标，检测调查数据是否适合做因子分析，对调研数据进行效度检验。通常采用公因子方差因子分析检验指标体系的效度，本文通过Amos 24.0软件进行验证性因子分析来检验结构效度，具体测量指标为KMO检验和Bartlett球形检验。具体结果见表1。

根据计算结果可知，KMO值为0.956，大于0.9，Bartlett球形检验，Sig值均为0.000，小于显著性水平0.05，表示研究变量间具有公共因子，该问卷调查结果适合做因子分析。因此，该调查问卷可靠性较高具有良好的结构效度。

（三）  结构方程可行性分析

在信度和效度检验均符合要求后，运用Amos 24.0软件对“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果的评价模型进行极大似然估计。“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果的评价模型标准化参数估计如图2所示，圖中每条路径所对应的数据为标准化回归系数，表示对应变量之间关系的显著性。

模型的质量评估主要包括绝对适配度指数、增值适配度指数和简约适配度指数，本模型具体适配度指标见表2。

由模型适配度指标表可知，所有指标均良好，各变量均达到建议值标准，说明各变量的结构拟合效度良好。亦说明本研究建立的结构方程模型具有实际分析意义。

（四）  结构方程权重分配

确定评价指标权重系数是“模拟矿井”实践教学对学生综合能力提升效果评价中的核心问题，在结构方程模型中，标准化的路径系数可以看作对应指标的权重系数。将每项显变量对应的路径系数绝对值作为分子，每个潜变量对应显变量路径系数绝对值之和作为分母，同理对潜变量做相应处理，两者比值相乘即为对应指标的权重系数见表3。

二  模拟矿井实践教学效果检验

学习效果的不确定性和量化是学习评价制度实施难、操作难的难点。本文采用了应用模糊综合评价方法对结构方程所得出的权重比进行验证，综合评定学生学习效果，采用此方法可以科学直观地评价学生的学习质量。

（一）  层次分析模型建立

层次分析法构建分析结构的层次模型，根据标度理论对各层次的因素进行比较，得到相对重要性的比较标度并建立判断矩阵，计算判断矩阵的最大特征值及其特征向量，得到每一层的元素对上层元素的重要性排序，建立权重向量。学习效果的评价要综合多种因素，每个因素都有不同的层次。多层次模糊综合评价的方法可以较好地解决评价问题。其基本方法和步骤如图3所示。

（二）  层次分析实例验证

根据本科生毕业要求，判断依据分为5个一级指标和24个二级指标，根据问卷调查结果以及专家讨论结果，确定各个指标的重要程度以及关联性，建立子目标权重分配集

A=（0.198  0.279  0.163  0.153  0.207）。

根据结构方程模型所确定评价指标权重，一级指标的分数为二级指标各单项指标的得分乘以其权重。确定每位学生各单项考核结果。使用相同的方法对所有指标进行评分，将每个指标评定为优、良、及格和不及格。

如采矿专业“学习态度”的成绩评定中通过统计得到该单项的模糊统计结果为

R11=（0.542  0.385  0.073  0.000）。

第二层所有单项统计结果组成第一层因素的模糊综合评价矩阵

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。

学习态度η1的4个评价因素的权重为

w1=（0.181  0.173  0.202  0.234  0.210）。

求得学习态度模糊综合评价结果

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

可求得其他各個影响因素模糊综合评价结果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。

第一层影响因素权重A=（0.198  0.279  0.163  0.153  0.207），于是得到该班级实习效果的整体评价效果C=A×B=（0.544 6  0.374 3  0.079 1  0.001 9）。评语集V=（优秀，良好，及格，不及格），其中各等级对应分数分别为100、80、60和40。计算得D=V×C=89.226。因此，“模拟矿井”实践教学总体效果可评定在优秀与良好之间。

三  结束语

众所周知，矿业学生实习难，学生实践操作影响企业安全生产，企业不愿接待实习是企业、毕业生与学校共同面临的难题。经过实践检验可知“模拟矿井”实践教学为解决上述问题提供了有效手段。结合工程教育专业认证中毕业要求认证指标对学生能力要求，模拟矿井对学生学习态度有所提升，对学生基础理论、应急处理能力、创新能力的提升效果较为显著，对学生实践能力的提升效果最为显著。通过构建学生综合能力提升效果评价模型，对综合评定学习效果，提高校内实习教学质量，促进学生实践能力具有重要意义。该模型既能充分体现学习评价因素、评价过程的模糊性，又减少了对学习评定的主观随意性，以及解决难以定量考核学习的问题，为明确学生学习效果提供基本参考。

参考文献：

[1] 谢和平，吴立新，郑德志.2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J].煤炭学报，2019，44（7）：1949-1960.

[2] 丁艳，万千一.高校教学质量评价体系存在的问题研究综述[J].创新创业理论研究与实践，2021，4（8）：3-6.

[3] 涂吉蓉，王再友.高校教师教学质量评价刍议[J].黑龙江高教研究，2019（9）：36-39.

[4] 赵方.高校课堂教学质量评价过程中存在的问题和对策[J].教书育人（高教论坛），2022（2）：19-20.

[5] 高喜才，伍永平，解盘石，等.西部采矿工程专业校企协同创新型人才培养模式的构建与实践[J].高教学刊，2021，7（32）：159-162.

[6] 谭伟，顾小清.面向开放教育的混合式教学模式及效果评估指标研究[J].中国电化教育，2019（2）：126-130.

[7] 董庆华，戴桂冬.基于多层次模糊评价模型的学习效果评价体系实证研究[J].数学的实践与认识，2020，50（5）：282-291.

[8] 惠记庄，曹杰，张雷，等.专业实习综合评价模型的研究与实践[J].实验科学与技术，2010，8（6）：113-116.

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目“基于模拟矿井和虚拟仿真的采矿专业实践实训教学模式研究”（SJGY20200630）；黑龙江省虚拟仿真实验教学项目“煤矿掘进安全虚拟仿真实验教学项目”（无编号）；黑龙江省高等教育教学改革重点委托项目“应用型高校对接产业需求的工程人才培养体系研究与实践”（SJGZ20200150）

第一作者简介：肖福坤（1971-），男，汉族，辽宁西丰人，工学博士，教授，博士研究生导师。研究方向为矿业工程的教学与科研。