基于云模型的航海技术专业实验室开放评价_赵阳.pdf
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1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023实验室建设与科学管理DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 053基于云模型的航海技术专业实验室开放评价赵阳,王凤武,鲁峰(大连海事大学 航海学院,辽宁 大连 116026)摘要:为了保障专业实验室开放运行的有序性、持续改进性,进一步深化实践教学改革,有必要对专业实验室开放水平开展客观评价。现以航海技术专业实验室为例,建立专业实验室开放评价指标体系,将航海技术专业实验室开放
2、水平划分为5 个级别。引入云模型理论,实现了系统评价中定性概念与定量表示的不确定性转换,通过对指标权重和指标评价等级的云化处理,确定指标权重云和评价云,建立了能够反映专业实验室开放水平的云模型。利用该模型对航海技术专业实验室开放水平进行实例评价,结果表明,该专业实验室开放总体水平良好,在实验室开放模式方面还有较大提升空间;云模型在实验室开放评价中具有较好的可行性和适用性。关键词:云模型;实验室开放;权重云;评价云中图分类号:G 482文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0270 06Evaluation on Laboratory Opening of Navigati
3、on TechnologySpecialty Based on Cloud ModelZHAO Yang,WANG Fengwu,LU FengNavigation College,Dalian Maritime University,Dalian 116026,Liaoning,China)Abstract:In order to ensure the orderliness and continuous improvement of specialized laboratory opening,and furtherdeepen the reform of practical teachi
4、ng,it is necessary to carry out an objective evaluation on the level of specializedlaboratory opening Taking the laboratory of navigation technology specialty of authorsuniversity as an example,anevaluation index system of specialized laboratory opening is established,and the laboratory opening leve
5、l of navigationtechnology specialty is divided into five levels The cloud model theory is introduced to realize the uncertainty conversionbetween qualitative concepts and quantitative expressions in the system evaluation Through the cloud processing of indexweight and index evaluation grade,the inde
6、x weight cloud and evaluation cloud are determined,a cloud model isestablished that can reflect the level of specialized laboratory opening The model is used to evaluate the laboratoryopening of the navigation technology specialty The evaluation results show that the laboratory opening level is good
7、,andthere is still much room for improvement on laboratory opening mode The cloud model has good feasibility andapplicability on the evaluation of laboratory openingKey words:cloud model;laboratory opening;weight cloud;evaluation cloud收稿日期:2022-08-15基金项目:辽宁省自然科学基金计划项目(2022-BS-099);大连海事大学实验教学改革项目(002
8、5222201)作者简介:赵阳(1986 ),男,山东济宁人,硕士,讲师,主要研究方向为交通运输工程、高等航海教育管理等。Tel:18004089975;E-mail:zhaoyang dlmu edu cn0引言高校专业实验室是实践教学、科研创新的重要阵地,专业实验室开放对加强实验室建设、深化产教研融合及专业人才培养都有着积极的支撑作用。教育部第 1 期赵阳,等:基于云模型的航海技术专业实验室开放评价教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见(教高2007 2 号)中提出“加强教学实验室和校内实习基地的建设”的指导意见,科技部、财政部 关于加强国家重点实验室建设发展的若干意见
9、(国科发基 2018 64 号)中提出要“推动实验室仪器设备、重大科研数据等科技资源开放共享”,教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见(教高 2019 6 号)中进一步强调高校要“加大科研实践平台建设力度,推动国家级、省部级科研基地更大范围开放共享,支持学生早进课题、早进实验室、早进团队,以高水平科学研究提高学生创新和实践能力”。航海技术专业是我校“双一流”建设的重要支持专业,培养从事船舶驾驶、海事管理以及海事领域科研、教学、工程建设等工作的高级复合型人才。航海技术专业下设航海仪器、船艺等 9 个专业实验室,仪器设备约 1 000 余台套,在国内外同类型院校中处于领先水平。航
10、海技术专业操作性、实践性强,大量专业课程及相关科技创新项目的开展要依托于专业实验室,自专业实验室开放运行以来,有效发挥了专业学生的主体作用,提升了学生的学习热情和兴趣,促进了学生实践能力和创新精神的培养。为保障专业实验室开放的有序性、持续改进性,凸显专业实验室的育人功能,须建立合理有效地开放评价体系和评价方法,对专业实验室开放水平开展评价,以不断调整实验室开放措施,完善实验室开放方案,为实验室建设提供基本依据,进一步深化实践教学改革。1实验室开放评价指标体系1 1实验室开放评价指标参考相关文献1 及规范,首先初选了一些有代表性的评价指标,同时依据学校相关文件和航海技术专业特点,对专家进行访谈,
11、对初选指标进行了剔除、修改,最终确定了航海技术专业实验室开放评价指标体系。体系准则层为航海技术专业实验室开放评价,评价指标以“人”“机”“管理”“环境”为基本要素,共分为两级,一级指标包括教师队伍建设、实验资源、信息化建设、开放制度、开放模式和开放效果 6 个指标,1级指标又分为 14 个 2 级指标,指标体系如图 1 所示。教师队伍建设是实验室开放的重要保障,包括指导教师和教师培养。学生进入航海技术专业实验室进行实验,为加强约束并高效完成实验项目,学生需要指定指导教师,一般是由专业教师或实验教师担任。指导教师是指现有参与指导学生实验的专业教师或实验教师的理论和实验技术水平,以及具备教师资格和
12、高级船员适任证书的“双师”教师比例情况;教师培养是指针对实验室开放,学校、学院组织指导教师开展的专图 1航海技术专业实验室开放评价指标体系项培训、技能实践等情况。实验资源是实验室开放的基础条件,包括实验场地及仪器设备、实验室利用率、实验室开放专项资金。实验场地及仪器设备指实验场地设置、仪器设备安装及摆放是否规范有序,是否符合国际海事组织和国家海事局的标准,以及仪器设备的运行状态等;实验室利用率是指实验室开放时长占实验室使用时间的比率,以及实验室开放中仪器设备使用时间占总运行时间的比率;实验室开放专项资金是指学校、学院设立支持航海技术专业实验室开放的资金额度,以及资金的有效使用情况等。教育信息化
13、建设是顺应人工智能环境下教育发展的必然选择,应充分利用信息技术手段,不断提高实验室开放水平。实验室开放信息化建设包括智能化开放平台和网络开放资源。智能化开放平台是指依托大数据、物联网等新兴技术搭建实验室开放平台,对实验室开放实现智能化管理,并可对开放数据进行搜集、保存、统计等;网络开放资源是指利用“互联网+”概念,打造丰富的线上开放资源,结合实验室线下开放实现虚实结合开放。无规矩不成方圆。健全的开放制度保证实验室开放的有序性,主要包括开放基本管理制度、实验室安全准入制度、仪器设备及耗材管理制度等,在评价中主要考虑各类制度是否健全,以及落实情况。开放基本管理制度是指实验室开放基础制度,如开放实验
14、室的要求标准、开放实验内容和实验项目的设置、预约形式等;实验室安全准入制度是指参与实验的师生要参加实验室基本安全知识学习,并通过理论考核方可进入实验室,基本安全知识及理论考核题库要不定期进行更新;仪器设备及耗材管理制度是指实验室对仪器设备的维护、保养以及相关耗材的管理使用情况,还包括仪器设备更新计划及流程等。实验室开放模式包括开放内容和开放形式,有效地开放模式可以激发师生进入实验室的热情。实验室172第 42 卷开放内容是指航海技术专业基础实验项目以及综合性、设计性和创新性实验的设置情况,还有仪器设备硬件、软件的开放情况等;开放形式是指实验室开放的具体操作方法,开放时间和空间的要求,部分开放还
15、是综合性开放等。开放效果包括实验室开放支持下产出的教学和科创成果。教学成果是指实验室开放对学生专业成绩、航海仪器设备操作技能的提升效果,以及对专业课程建设的支持效果或获得的教学奖项情况等;科创成果是指利用实验室开放资源所产生的科技、创新成果,包括论文、发明专利、竞赛奖项等。1 2评价体系的分级标准结合教育部关于教育部重点实验室建设与运行管理办法9 和教育部重点实验室评估规则(2015年修订)10 的有关要求,并借鉴实验教学质量评价标准,将航海技术专业实验室开放水平分为 5 个等级,对应优秀、良好、一般、较差、很差的语言描述,建立评语集,明确实验室开放不同等级的特征。2云模型构建2 1云模型云模
16、型其理论基础来源于模糊数学和随机数学,该模型能够形象的刻画语言值中大量存在的随机性、模糊性以及两者之间的关联性,可实现某个定性概念与其定量表示的不确定性转换,对研究多变量的复杂系统具有良好的适用性11。实验室开放是一个多变量的复杂系统,鲜有可量化的具体信息,而多数为宏观概念性质的无形化信息,如制度、政策等,没有统一的评价标准、评价模式和评价方法,由此,将云模型运用到航海技术专业实验室开放评价中,可以更好地解决系统评价中的模糊性、随机性问题,增加评价结果的可信度、可靠度。2 2云模型的数字特征云模型一般采用数字特征来反映概念的整体特性,可表示为 C(Ex,En,He),其中 Ex表示期望,描述了
17、云滴在论域空间分布的中心值,是最能代表定性概念的量化样本点;En表示熵,描述了定性概念的离散程度,是不确定性的度量(值),熵越大,概念的模糊性和随机性就越大;He表示超熵,描述了熵的不确定性,其大小间接反映了云的厚度12。2 3正态云模型云理论的分布形态有许多,也有多维度的,本文以最为常见的服从正态分布的一维云模型进行分析研究。设 U 为定量论域,论域内定性概念为 C,若 x 满足:x N(Ex,E2n),其中 En N(En,He),并且对于 C的确定度满足:=exp(x Ex)2/(2E2n)(1)则称 x 在论域 U 上的分布为正态云。某一定性概念的正态云模型云图见图 2。图 2正态云模
18、型示意图2 4云发生器云发生器是实现定性概念和定量数据进行相互转换的算法13,主要包括正向云和逆向云发生器两大类。2 4 1正向云发生器正向云发生器是从定性到定量的映射,即由 3 个数字特征产生云滴,获取定量数据的范围和分布规律,实现定性语言描述到定量数据的转化。正向云发生器算法:以正态云模型为例,输入定性概念的数字特征 C(Ex,En,He),以及云滴生成数 m,输出 m 个云滴 xj及其确定度(xj)(j=1,2,m)。步骤如下:(1)生成正态随机数 Enj,Enj:N(En,H2e),其中为En期望,H2e为方差。(2)生成正态随机数 xj,xj:N(Ex,E2nj),其中 Ex为期望,
19、E2nj为方差。(3)计算确定度(xj)=exp(xj Ex)2/(2E2nj)(2)(4)生成数域中 m 个云滴(xj,(xj)。2 4 2逆向云发生器与正向云发生器相反,逆向云发生器是从定量到定性的映射,可以将符合某一云分布规律的一组云滴数据转化为描述云模型定性概念的 3 个数字特征,反映了云滴所构成的整体概念。逆向云发生器算法一般采用样本均值和样本方差的均值算法,当样本方差偏小时,有时会出现超熵为虚数的情况,导致计算无意义。为避免此种情况,有研究提出一种 MBCT-S 算法14-15。输入 m 个云滴样本点 xj(j=1,2,m),输出定性概念的数字特征 C(Ex,En,He)。步骤如下
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