基于计算智能的化学类实验室教学管理实证研究

田景芝，荆涛，杨万丽，郑永杰，王波，田志茗



基于计算智能的化学类实验室教学管理实证研究

田景芝1，荆涛1，杨万丽1，郑永杰1，王波2，田志茗1

（齐齐哈尔大学 1. 化学与化学工程学院，2. 现代教育技术中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

提出了基于计算智能的化学类实验室教学管理模式（TMC-CI），给出了TMC-CI的三大优化层次：（1）基于计算智能的教师实体优化，实现了教师层次结构优化分级和任课调度优化分级；（2）基于计算智能的学生实体优化，实现了学生的能力结构优化分级和认知适应素养优化分级；（3）基于计算智能的资源实体优化，实现了教师教学资源优化和学生学习资源优化．通过试用课堂和对比课堂完成了对比实证研究，研究表明TMC-CI提高了课堂教学效果及教学管理过程的效率，得到教师和学生一致认可，具有较高的推广应用价值．

计算智能；化学类实验室；教学管理；实证研究；试用课堂；对比课堂

高校化学类实验室教学管理，面临教学任务重、管理模式落后和教学资源配置效率低等诸多问题[1-2]．

高校化学类实验室承担着繁重的实验和实践课程的教学任务，由于实验室资源要比常规课堂教学教室资源少很多，因此探索一套化学类实验室教学管理优化模式至关重要[3]．为了解决上述问题，本文采用计算智能方法优化化学类实验室教学管理，使教学管理更加科学化、系统化、高效化、智能化和规范化[4]．

1基于计算智能的化学类实验室教学管理模式

计算智能是近年来被广泛应用的组合优化新方法，它比传统方法的优化速度和精度高，特别适合高复杂组合优化问题，而化学类实验室教学管理优化问题正具有高复杂性．因此，本文提出了一种基于计算智能的化学类实验室教学管理模式（teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence，简称TMC-CI）．TMC-CI的层次结构见图1，该层次结构涉及到教师实体、学生实体和资源实体，每个实体都需要采用计算智能进行优化，以此实现高效的教学管理．基于计算智能的教师实体优化，主要是对教师层次结构优化分级，教师的任课调度优化分级等；基于计算智能的学生实体优化，主要是对学生的能力结构优化分级，学生的认知适应素养优化分级等；基于计算智能的资源实体优化，主要是教师教学资源优化，学生学习资源优化，面向人性化碎片化数字学习资源优化等．

2 TMC-CI实证研究

2.1 研究设计

该模式已经在齐齐哈尔大学化学类实验室部分课堂试用，现形成了试用课堂（使用TMC-CI）和对比课堂（未使用TMC-CI），试用课堂经过了2个周期的运行，运行效果良好．其中设置对比课堂的目的在于，对TMC-CI进行实证对比研究，通过试用课堂和对比课堂的对比研究可以给出TMC-CI的积极肯定方面，也可以给出存在的一些不利因素，便于TMC-CI的修正研究，使TMC-CI逐步科学化和完整化．选择100名学生和20名教师作为实证研究载体，将100名学生前期设置在试用课堂，后期设置在对比课堂中，而20名教师则同时承担试用课堂课程又承担对比课堂课程．整个实证研究教学环节全部结束后，分别对学生和教师进行实证分析，从而得出实证研究结果．

2.2 面向学生

面向100名学生发放100份问卷，回收100份问卷，回收的100份问卷均有效．问卷由20个客观题构成，每个客观题答案均设置为：A正向赞成，B中立支持，C反向抵触，D弃权选择．收回的100份问卷中共有90.6%选择A，6.4%选择B，1.2%选择C，1.8%选择D，统计结果见图2．由图2可以直观看到，绝大部分学生对TMC-CI认可，认为TMC-CI可以提高教学效果．

2.3 面向教师

面向20名教师发放20份问卷，回收20份问卷，回收的20份问卷均有效．问卷由40个客观题构成，每个客观题答案均设置为：A正向赞成，B中立支持，C反向抵触，D弃权选择．收回的20份问卷中共有91.4%选择A，5.8%选择B，0%选择C，2.8%选择D，统计结果见图3．由图３可以直观看到，绝大部分教师对TMC-CI认可，都认为TMC-CI可提高教学效果．

2.4 教学效果量化分析

对教师授课教学课堂进行量化分析，分析步骤如下：

步骤1 提出假设

步骤2 检验统计量

2.5 学习效果量化分析

分别对试用课堂和对比课堂的学生成绩进行量化分析，分析步骤如下：

步骤1 提出假设

步骤2 检验统计量

3 结论

本文面向高校化学类实验室教学管理提出了TMC-CI模式，TMC-CI采用计算智能方法对教学过程进行优化，经过优化的教学过程通过试用课堂和对比课堂完成了对比实证研究．研究表明，TMC-CI提高了课堂教学效果及教学管理过程的效率，得到了教师和学生的一致认可，具有较高的推广应用价值．

[1] 田景芝，荆涛，郑永杰，等．化学实验室资源优化配置的探索与实践[J]．实验室研究与探索，2014，33（2）：238-242

[2] 荆涛，郑永杰，田景芝，等．产学研视域下研究生创新实验评价体系研究[J]．实验技术与管理，2014，31（3）：169-172

[3] 田景芝，荆涛，郑永杰，等．基于粒子群的化学实验室无纸化资源优化配置[J]．科技通报，2014，30（1）：134-137

[4] 王波，陶佰睿．大学基础课程碎片化智能移动学习模式研究[J]．江苏开发大学学报，2015，26（4）：51-54

Empirical study on teaching management of chemistry class laboratories based on computational intelligence

TIAN Jing-zhi1，JING Tao1，YANG Wan-li1，ZHENG Yong-jie1，WANG Bo2，TIAN Zhi-ming1

（1. School of Chemistry and Chemistry Engineering，2. Center of Modern Educational Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Proposes teaching management mode of chemistry class laboratories based on computational intelligence（TMC-CI）， and then provide three optimization levels of TMC-CI．The three optimization levels are（1）teacher entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of teacher's hierarchy and teaching schedule，（2）student entities optimization based on computational intelligence achieves optimization classification of students' ability structure and cognitive adaptation literacy，（3）resource entities optimization based on computational intelligence achieves optimization of teacher's teaching resources and student's learning resources．It is finished that the comparative empirical research through the trial class and contrast class．The studys that TMC-CI improves the effect of classroom teaching，the efficiency of teaching management process．TMC-CI has been recognized by teachers and students and is worthy of popularizing widely．

computational intelligence；chemistry class laboratories；teaching management；empirical study； trial class；contrast class

TP399∶G482

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.024

2016-03-10

黑龙江省高等学校教改工程项目（JG2014011092）

田景芝（1964-），女，黑龙江齐齐哈尔人，副教授，硕士，从事材料制备及计算机技术在化学化工中的应用研究．E-mail：tian_jingzhi@126.com

1007-9831（2016）04-0089-04