提高課堂教學效果的故障樹模擬分析
——基于學生視角

成 琨，任永泰，徐文仲

(東北農業大學 理學院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

提高課堂教學效果的故障樹模擬分析
——基于學生視角

成 琨，任永泰，徐文仲

(東北農業大學 理學院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

課堂教學的有效性是現代教育研究中的一個熱點問題。以故障樹理論為依據，從學生視角出發對影響課堂教學效果的因素進行定性剖析，并通過問卷調查的方式確定底事件的概率，進而對影響課堂教學效果的因素進行定量分析和評價。研究結果表明：現狀條件下課堂教學效果失效的概率為0.226；教師在課堂教學中占有主要地位，學生次之，教學環境位于最后；在基本事件中教師的教學方法與個人魅力、學生的學習態度與學習方法、教學環境中的教學內容對提高課堂教學效果具有更重要的作用。研究結果對于指導教師有的放矢的改善課堂教學具有一定的實踐意義。

課堂教學；教學效果；影響因素；故障樹

DOI號：10.13320/j.cnki.jauhe.2015.0051

近年來，我國高素質的勞動者主要來源于各大高等院校的畢業生，而課堂教學依然是各大高校的主要教育模式，因此要提高勞動者的素質與能力必須深入到課堂教學的實際中，對影響課堂教學的眾多因素進行分析研究，這不僅有利于教師改善課堂教學效果，更有助于我國人口素質與能力的提高。目前，已有很多教育者從培養學生學習興趣、培養學生自主學習能力與增加多媒體教學等多方面對課堂的教學效果進行了大量的研究[1-3]，并取得了顯著成績，但這些研究多數屬于定性的觀點論述，在定量研究方面還鮮見報道[4,5]。為此，本文結合其他教育者的相關研究成果[6]，從學生角度出發選擇故障樹方法對影響課堂教學效果的因素進行定性篩選，并通過問卷調查的方法確定影響因素對課堂教學效果的影響程度，以高等數學為例進行實證應用研究。

一、編制課堂教學效果的故障樹

故障樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)又稱失效樹分析[6]，是由美國貝爾實驗室的 H. A. Watson提出的，通過邏輯符號繪制出一個逐漸展開成樹狀的分枝圖，用來分析故障事件(又稱頂上事件)發生的概率，同時也可以用來分析零件、部件或子系統故障對系統故障的影響。其優點是因果關系直觀明了、思路清晰、邏輯性強，即可定性、也可以定量分析。缺點在于確定單因素發生的概率和單因素以何種方式組成總體事件難以精確度量。

(一)構建課堂教學效果的故障樹

從學生視角出發，以最不希望發生的事件“課堂教學失效”作為頂上事件，以頂上事件作為出發點，對其逐層進行分析，找出影響課堂教學效果的原因，建立起課堂教學效果的故障樹(圖1)。首先，教師、學生和環境是課堂教學發生的組成條件[3]，所以將其作為故障樹的中間事件。其次，將組成條件中影響頂上事件的因素作為故障樹的基本事件，主要考慮10個事件[3]，分別為：教師方面的教學方法、教師魅力與授課速度3個事件[2]；學生方面的學習態度、學習動機與學習方法3個事件；環境方面的開設習題課、實驗課、教學內容與課堂管理4個事件。然后，為便于定量分析基本事件對頂上事件的影響，對基本事件進行一定的簡化，簡化為學生方便回答的問題，將這些問題作為故障樹的底事件。最后，運用故障樹的符號表示這些事件，并用適當的邏輯門將不同層次的事件連接成倒樹形圖，描述課堂教學效果各事件之間的邏輯關系。

(二)故障樹方法的基本公式

在故障樹中邏輯門有兩種：一種是與門結構，當且僅當所有下層事件都發生時上層事件才發生；另一種是或門結構，當下層事件任意一個事件發生上層事件就發生。故障樹中邏輯門的計算公式如下：

與門結構的上層事件的發生概率，表示為

(1)

或門結構的上層事件的發生概率，表示為

(2)

式中，Xi為事件變量；n為使上層事件發生的下級事件個數；P上和Pi分別為邏輯門上層事件及其下層事件發生的概率。

本文結合文獻[7]和[8]對課堂教學有效性的研究結果，考慮到課堂教學由中間事件共同組成，缺少任何一方都不構成課堂教學；而且基本事件之間相輔相成共同影響中間事件的課堂學習效果，所以本文選擇與門結構連接頂上事件、中間事件和基本事件，在數學表現上用“·”表示。基于本文底事件的選擇是對基本事件進行了一定的簡化，簡化為學生方便回答的互斥問題，所以選擇或門結構連接底事件，在數學表現上用“+”表示(圖1)。

圖1 課堂教學效果的故障樹

(三)底事件概率的確定

將底事件設計為學生容易回答的調查問卷[3,4]，選擇數學基礎相對較強的2012級工科類學生2 132人發放問卷，收回問卷1 907份，有效問卷1 648份，將收回的有效問卷利用Excel進行編碼和建檔，并對數據進行統計分析，得到底事件的概率[9](表1)，這里假設所有底事件為獨立且非互斥事件。

表1 課堂教學效果故障樹底事件的概率

二、結果分析

根據課堂教學效果的故障樹結構，在底事件的概率確定以后，依據公式(1)和(2)計算得到故障樹中各邏輯門上層事件發生的概率，即對課堂教學有效性的影響程度，見表2。

表2 各層事件概率表

針對故障樹各層事件對課堂教學效果的影響程度做如下分析：

(一)基本事件對課堂教學效果的影響

從表2可知，各基本事件對課堂教學的影響程度依次為：教學方法〉學習態度〉學習方法〉個人魅力〉教學內容〉開設習題課〉課堂管理〉授課速度〉實驗課〉學習動機。由此可知，學生認為所選的基本事件對課堂教學的重要性都在70%以上，都與課堂教學效果有密切的關系。因此，教師在課堂教學中不僅僅是完成教學任務就可以，有必要將基本事件全部都照顧到來組織教學。這就要求教師必須嚴格要求自己，不斷地增強自身的教學能力、提高自身的教學素養、增強自身的責任心，進而達到提高課堂教學效果的目的。另外，從影響程度考慮，更加明顯的區別于其它基本事件的是教師的教學方法與個人魅力、學生的學習態度與學習方法、環境中的教學內容，這5種基本事件對課堂教學效果的影響更重要，其影響程度都在90%以上。因此，就高等數學這門基礎課程來講，教師在課堂教學中可以以上述5個基本事件為主，重點突出地組織課堂教學。特別地開設習題課對課堂教學效果的影響程度為89.4%，說明學生對設立習題課的呼聲較高。新課程改革以來，大學教師的課堂教學以課程內容為主，講解習題的時間較少，這與學生在中學階段的學習模式有很大區別，使學生不適應大學的學習生活，學生對習題課的呼聲充分說明這一問題。因此教師要想提高課堂教學效果應注意中學與大學在學習內容與學習方法上的銜接，讓學生適應大學的學習生活。

(二)中間事件對課堂教學效果的影響

由表2可以看出，中間事件對課堂教學效果的排序為：教師>學生>環境。也就是說，學生認為在課堂教學的3個組成條件中，教師占有主要地位、學生次之、環境位于最后。學生在課堂教學效果中的排序位于教師之后，但其對課堂教學效果的影響程度與教師比較僅差0.047，這一現象表明，教師作為課堂教學的組織者與引導者是毋庸置疑，但在教學活動中必須豎立以學生為核心的教學理念。環境在課堂教學效果中的排序位于最后，并不能說課堂教學環境對教學的影響不重要，這可能存在兩方面原因：一是現在高等院校的教學環境日益完善、成熟；二是接受高等教育的對象經歷過嚴峻的高考，具有較強的適應環境的能力。針對這種情況，教師在課堂教學中如何利用好現在的教學環境，使學生從課堂教學中直接受益，掌握完整的課程知識體系的同時，適應大學的學習生活就顯得更加重要了。

(三)頂上事件對課堂教學效果的影響

通過中間事件的概率可得頂上事件的概率為T=0.226，即：學生認為在現狀條件下課堂教學失效的風險為22.6%。若以期末成績中不及格學生占總學生人數的比例衡量課堂教學失效程度，那么 2012級工科類學生的不及格率為18.6%，這里學生的期末成績由平時成績與期末卷面成績組成，教師為提高及格率，平時成績一般都給的較高，所以與頂上事件的概率產生一定的誤差。這一計算結果表明利用故障樹方法分析課堂教學效果具有一定的合理性。

三、結論與建議

基于故障樹分析方法對課堂教學有效性的研究結果可知，故障樹分析方法即可以找出影響課堂教學效果的原因；又可以找到提高課堂教學效果的途徑。為了更好地提高課堂教學有效性，促進學生綜合素質的提高，提出如下幾點建議：

1. 教師在教學中應注重教學方法與個人魅力對學生的影響。由本文分析結果可知，教師是課堂教學的主導者，且教師的教學方法與個人魅力對學生來講影響最大。所以需要教師努力提高自身的修養，使學生“親其師”，“信其道”；增強自身的教學能力，吸引學生的課堂注意力，構建出積極、健康、活躍的課堂氣氛，讓學生投入到積極主動地學習活動中去。

2. 教師在教學中應注重學生學習態度與學習方法的指導。高等數學是學生進入大學后最先接觸的基礎課程，在這一階段高等院校給學生開設的課程較多，并且教學方法與中學階段也有很大區別。此時，教師必須增強自己的責任心，督促學生及時改變中學階段的學習方式和學習態度，完成高中生向大學生的角色轉型。

3. 在教學環境方面，由于新課改實施以來，中學數學中滲透了很多高等數學的內容，因此，高校教師在教學內容方面應處理好高等數學與中學數學的銜接；在學校條件允許的情況下，可以通過開設習題課的方式幫助學生度過高中到大學的不適應期。

[ 1 ] 王軍，楊劍．高職院校融入區域創新體系建設的理論探討[J]．河北農業大學學報(農林教育版)，2013,15(5):9-12.

[ 2 ] 曹霞，姚利民，黃書真．論教師、學生、學校因素對高校課堂有效教學的影響[J]．大學教育科學，2012， 151(1)：25-31.

[ 3 ] 任永泰，湯巖，焦揚．高等農業院校提高公共數學課程課堂教學有效性方法的研究與實踐[J]．東北農業大學學報(社會科學版)，2011， 9(2)：42-46.

[ 4 ] 徐丹，任永泰，鄧華玲．高等農業院校“線性代數”課堂教學效果的調查與分析[J]．河北農業大學學報(農林教育版)，2013,15(6)：81-84.

[ 5 ] 成琨，任永泰，鄧華玲，等．高校教師提高課堂教學效果的研究——基于學生成績及評教結果[J]．河北農業大學學報(農林教育版)，2014,16(6):42-45.

[ 6 ] 關新，吳偉，王華東，等．基于故障樹理論大小環境下高等職業教育探討——以風能與動力工程專業為例[J]．職教論壇，2013(27)：17-21.

[ 7 ] 孫亞玲.課堂教學有效性標準研究[D]．上海：華東師范大學，2004.

[ 8 ] 張軍.課堂教學有效性的策略研究[D]．蘇州：蘇州大學，2008.

[ 9 ] 戴天嬌，陸涓．學生評教失真及矯正對策[J]．河北農業大學學報(農林教育版)，2014,16(3)：127-130.

(編輯：楊建肖)

2014-09-29

黑龍江省高等學校教學改革工程項目：“高等院校公共數學課程課堂教學有效性標準研究”(編號：JG2013010136)；黑龍江省教育科學規劃青年專項課題：“高等學校數學類課程課堂提問有效性研究”(編號：GJD1214016)。

成 琨(1978-)，女，內蒙古通遼人，博士研究生，主要研究方向為數學與數學教育。

任永泰(1973-)，男，黑龍江安達人，教授，碩士生導師，東北農業大學理學院統計系主任，研究方向：數學與數學教育。

G642

A

1008-6927(2015)02-0070-04