陳宏

摘 要 實驗教學過程是培養(yǎng)和提高大學生創(chuàng)新能力的關鍵的教學環(huán)節(jié)，為了科學地分析實驗教學的質(zhì)量水平，從質(zhì)量管理的角度出發(fā)，提出把實驗教學納入質(zhì)量管理的范疇，根據(jù)多變異分析的原理，分析實驗教學過程中的變異量的質(zhì)量特征水平。高校實驗教學應用證明，多變異分析是一種實驗教學過程質(zhì)量分析的有實用價值的方法。

關鍵詞 多變量分析 工序管理 方差估計 教學質(zhì)量 控制圖

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

在現(xiàn)代高等學校教學中，愈來愈重視直接經(jīng)驗的學習，即動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此實驗教學的地位和作用越來越得到人們的認同，①實驗教學過程也成為培養(yǎng)和提高大學生創(chuàng)新能力的最重要、最關鍵的教學環(huán)節(jié)。②實驗環(huán)節(jié)在大學生專業(yè)學習與創(chuàng)新能力培養(yǎng)中具有理論教學無可替代的重要作用。③要通過實驗教學有效地達到對學生的科學思維、嚴謹態(tài)度、動手和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還需要建立完善、科學、公正、合理的實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系來完成。④但是目前對教學質(zhì)量監(jiān)控的不全面、不客觀，⑤缺乏管理和質(zhì)量意識，把實踐教學質(zhì)量監(jiān)控附屬于傳統(tǒng)理論教學質(zhì)量監(jiān)控管理的一部分，⑥⑦從實際效果來看，還存在著一些缺點。⑧如何科學地管理實驗教學過程，分析實驗教學質(zhì)量水平，已經(jīng)成為提高和改進實驗教學工作的重要內(nèi)容。

所謂“質(zhì)量”，就是事物的質(zhì)的規(guī)定性的量度。⑨實驗教學質(zhì)量指達到實驗教學目的、完成實驗教學任務的程度。工業(yè)管理中應用多變異量分析（multi-vari analysis，MVA）為工序管理指明方向，在分析MVA和實驗教學質(zhì)量后，發(fā)現(xiàn)它們之間存在實際運用的可操作性。本文闡述應用MVA對實驗教學過程進行質(zhì)量分析。

1 MVA

1.1 原理

MVA是用來分析工序過程質(zhì)量特征值變異規(guī)律的一種重要方法，從統(tǒng)計質(zhì)量管理的角度來看，工序質(zhì)量的連續(xù)改進過程就是不斷地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工序質(zhì)量變異并逐步減少變異量的過程。⑩對過程進行過程能力分析時，應首先對生產(chǎn)過程進行多變異量分析，確定各種變異的來源， 從而為工序控制指明了方向。在實驗教學過程中，實驗項目之間存在難度變異，學生個體之間的變異及每個學生對不同實驗接受程度的變異，通過MVA分析找出產(chǎn)生變異的原因，提出相應改進措施，可以達到提高教學質(zhì)量的目的。

MVA將工序質(zhì)量特征值的變異分為位置變異，產(chǎn)品間的變異和時間變異。通過對三種變異的分析，可以發(fā)現(xiàn)哪種變異是顯著的變異，從而為分析和控制變異指明了方向。為此設計如下層次狀的試驗，取個時間點，在每個時間點上連續(xù)抽取個產(chǎn)品，設每個產(chǎn)品有個不同的測量點，則這一抽樣方案可以用圖1表示。

上式中第一項表示不同時間上的離差平方和，第二項表示產(chǎn)品之間的離差平方和，第三項表示不同測量點的離差平方和。這種統(tǒng)計問題可以寫成表1所示。

1.2 MVA的檢驗標準

通常使用假設檢驗推斷樣本與樣本、樣本與總體的差異是由抽樣誤差引起還是本質(zhì)差別造成的，以較小的風險來判斷估計數(shù)值與總體數(shù)值是否存在顯著差異，是否應當接受原假設選擇的一種檢驗方法。設定顯著檢驗水平 = 0.05，假設檢驗的條件如式2所示，其中是原假設，是備擇假設，是隨機分布函數(shù)的均值：

： = 目標值

： >目標值 （2）

若實驗結果的偏差分析顯著性水平的可能性>，表明所有的均值都顯著等于目標值，不拒絕原假設，即接受原假設，認為均值小于等于目標值；同理若實驗結果的偏差分析顯著性水平的可能性<，表明至少有一個均值顯著大于目標值，拒絕原假設，即接受備擇假設，不認為均值等于目標值。當實驗結果的偏差分析顯著性水平的可能性大于，則原假設是正確的而被拒絕，會發(fā)生第一類假設檢驗錯誤；當實驗結果的顯著性水平的可能性小于，則原假設是錯誤的而沒有被拒絕，會發(fā)生第二類假設檢驗錯誤。兩種情況的概率如3所示：

= {第Ⅰ類假設檢驗錯誤} = {當為真時，拒絕}

= {第Ⅱ類假設檢驗錯誤} = {當為假時，不拒絕}

（3）

在質(zhì)量控制過程中，第一類假設檢驗錯誤發(fā)生時導致可接受的產(chǎn)品被拒絕，即可用的產(chǎn)品被判定“不合格”；第二類假設檢驗錯誤發(fā)生時導致因接受了不可用的產(chǎn)品，使客戶承擔風險。在MVA分析中應用第一類假設檢驗。

2 實驗教學過程的MVA分析

2.1 MVA數(shù)據(jù)模型

MVA對于存在多變異來源的問題，在建立控制圖前首先應分析主要變異來源 。在實驗教學中的教學質(zhì)量可以從每次實驗成績得到評價，以同一實驗教師對學生的實驗完成情況來打分，如果不同學生在不同學期的特定實驗項目的成績具有一致性，變異量在可接受范圍內(nèi)，那么這個實驗項目的整體教學質(zhì)量水平是穩(wěn)定的。反之，則質(zhì)量水平不穩(wěn)定。取《模擬信號系統(tǒng)設計》實驗課的3個不同的實驗項目A、B、C，在每個實驗項目上有2012年、2013年、2014年各5位學生的實驗成績記錄，每個學生在3次不同實驗項目中得到自己3次不同的實驗成績。數(shù)據(jù)采集有45個數(shù)據(jù)，如表2所示，其中每個實驗項目的實驗成績以10分為滿分。

2.2 數(shù)據(jù)的質(zhì)量特征

檢驗數(shù)據(jù)是否是正態(tài)分布如圖2所示。設定原假設：實驗成績是正態(tài)分布，設定備擇假設：實驗成績不是正態(tài)分布，用假設檢驗理論分析數(shù)據(jù)。

圖2 實驗成績的分布圖

從圖2可以得到樣本的檢驗水平可能性P-Value為0.073，大于0.05，接受原假設，說明實驗成績是正態(tài)分布。MVA分析得到表3。

表3 MVA方差分析表

檢驗實驗時間因子，設定原假設：每個年級的學生學習程度相同，時間因子不是顯著影響因素，設定備擇假設：每個年級的學生學習程度不相同，時間因子是顯著影響因素，從表3得到樣本的檢驗水平可能性P-Value大于0.05，接受原假設，說明時間因子不是顯著影響因素。同理檢驗實驗項目因子，P-Value小于0.05，A，B，C三個實驗項目的難度不同，是顯著影響因素。在實驗教學中的實驗成績與實驗項目本身的難度有關，考察學生成績的控制圖如圖3所示。endprint

圖3說明采集的45個數(shù)據(jù)代表的實驗成績在5到10之間，實驗項目的難易程度對實驗成績有影響，實驗項目A的實驗成績比較低，實驗項目C的實驗成績比較高，都在可以接受的范圍內(nèi)波動。這說明實驗項目的難易程度不需要改進。

圖3 實驗成績的顯著差異檢驗

2.3 質(zhì)量評價

通過MVA分析得知，對于3個選定的實驗項目，用2012年的5位學生、2013年的5位學生和2014年的5位學生的成績檢驗實驗教學過程的質(zhì)量水平，雖然實驗項目的難易差別是實驗教學過程的主要變異來源影響了實驗成績，但是不同年份的實驗成績在控制圖的分布是統(tǒng)計穩(wěn)定的，說明這門課的實驗教學過程的質(zhì)量水平穩(wěn)定。

3 結論

實驗教學的質(zhì)量水平取決于實驗教學過程的運作情況，受到實驗教學過程中實驗項目、不同學生、不同學年等各因素的影響。通過MVA的工序控制方法由于對質(zhì)量特征值的變異來源進行了分析和估計，從而使得質(zhì)量特征值的控制更具目的性， 得到關于教學過程質(zhì)量水平的科學依據(jù)，針對實驗教學過程中的變異量進行控制，實現(xiàn)對實驗教學質(zhì)量水平的有效管理。

注釋

① 顧建民.高等教育學[M].浙江：浙江大學出版社，2008.

② 馬曉春.通識教育理念融入實驗教學改革的模式[J].實驗室研究與探索，2009.28（12）：119-121.

③ 柯文德，彭志平，陳珂，李家蘭.實驗教學質(zhì)量監(jiān)控在創(chuàng)新科技競賽中的應用[J].實驗室研究與探索，2013.32（11）：160-163.

④ 張莉娜，程立生，杜麗，等.6質(zhì)量管理在實驗教學質(zhì)量監(jiān)控中的應用初探[J].實驗室技術與管理，2009.26（2）：128-132.

⑤ 劉元林，張增鳳，孟慶強.實踐類課程教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2009.28（8）：126-128，184.

⑥ 文星躍，董廷旭，張萍.試論實踐教學質(zhì)量監(jiān)控的主要途徑[J].實驗科學與技術，2006.4：62-652012，29 （9）：123-125.

⑦ 徐祥征.關于加強我校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的探討[J].電氣電子教學學報，2001.23（4）：81-82，105.

⑧ 彭志平，李紹平，柯文德.高校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室技術與管理，2012.29 （9）：123-125.

⑨ 王義道.對當前高等學校本科教學質(zhì)量的一些看法[J].中國大學教學，2008.3：4-14.

⑩ 何楨，李國春，石金橋.工序質(zhì)量分析與控制中的多變異分析方法[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2000.5：42-45.

史金飛，戴敏.基于MVA 的半導體生產(chǎn)過程質(zhì)量分析方法[J].東南大學學報（自然科學版），2006.36（3）：351-355.

Robert V.Hogg，Elliot A. Tanis，Probability and Statistical Inference，6th ed[M].Upper Saddle River NJ07458： Prentice Hall，2001.

何楨，劉豹，齊二石.基于多變異分析的工序控制方法研究[J].管理工程學報，2002.2：1-4.endprint

圖3說明采集的45個數(shù)據(jù)代表的實驗成績在5到10之間，實驗項目的難易程度對實驗成績有影響，實驗項目A的實驗成績比較低，實驗項目C的實驗成績比較高，都在可以接受的范圍內(nèi)波動。這說明實驗項目的難易程度不需要改進。

圖3 實驗成績的顯著差異檢驗

2.3 質(zhì)量評價

通過MVA分析得知，對于3個選定的實驗項目，用2012年的5位學生、2013年的5位學生和2014年的5位學生的成績檢驗實驗教學過程的質(zhì)量水平，雖然實驗項目的難易差別是實驗教學過程的主要變異來源影響了實驗成績，但是不同年份的實驗成績在控制圖的分布是統(tǒng)計穩(wěn)定的，說明這門課的實驗教學過程的質(zhì)量水平穩(wěn)定。

3 結論

實驗教學的質(zhì)量水平取決于實驗教學過程的運作情況，受到實驗教學過程中實驗項目、不同學生、不同學年等各因素的影響。通過MVA的工序控制方法由于對質(zhì)量特征值的變異來源進行了分析和估計，從而使得質(zhì)量特征值的控制更具目的性， 得到關于教學過程質(zhì)量水平的科學依據(jù)，針對實驗教學過程中的變異量進行控制，實現(xiàn)對實驗教學質(zhì)量水平的有效管理。

注釋

① 顧建民.高等教育學[M].浙江：浙江大學出版社，2008.

② 馬曉春.通識教育理念融入實驗教學改革的模式[J].實驗室研究與探索，2009.28（12）：119-121.

③ 柯文德，彭志平，陳珂，李家蘭.實驗教學質(zhì)量監(jiān)控在創(chuàng)新科技競賽中的應用[J].實驗室研究與探索，2013.32（11）：160-163.

④ 張莉娜，程立生，杜麗，等.6質(zhì)量管理在實驗教學質(zhì)量監(jiān)控中的應用初探[J].實驗室技術與管理，2009.26（2）：128-132.

⑤ 劉元林，張增鳳，孟慶強.實踐類課程教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2009.28（8）：126-128，184.

⑥ 文星躍，董廷旭，張萍.試論實踐教學質(zhì)量監(jiān)控的主要途徑[J].實驗科學與技術，2006.4：62-652012，29 （9）：123-125.

⑦ 徐祥征.關于加強我校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的探討[J].電氣電子教學學報，2001.23（4）：81-82，105.

⑧ 彭志平，李紹平，柯文德.高校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室技術與管理，2012.29 （9）：123-125.

⑨ 王義道.對當前高等學校本科教學質(zhì)量的一些看法[J].中國大學教學，2008.3：4-14.

⑩ 何楨，李國春，石金橋.工序質(zhì)量分析與控制中的多變異分析方法[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2000.5：42-45.

史金飛，戴敏.基于MVA 的半導體生產(chǎn)過程質(zhì)量分析方法[J].東南大學學報（自然科學版），2006.36（3）：351-355.

Robert V.Hogg，Elliot A. Tanis，Probability and Statistical Inference，6th ed[M].Upper Saddle River NJ07458： Prentice Hall，2001.

何楨，劉豹，齊二石.基于多變異分析的工序控制方法研究[J].管理工程學報，2002.2：1-4.endprint

圖3說明采集的45個數(shù)據(jù)代表的實驗成績在5到10之間，實驗項目的難易程度對實驗成績有影響，實驗項目A的實驗成績比較低，實驗項目C的實驗成績比較高，都在可以接受的范圍內(nèi)波動。這說明實驗項目的難易程度不需要改進。

圖3 實驗成績的顯著差異檢驗

2.3 質(zhì)量評價

通過MVA分析得知，對于3個選定的實驗項目，用2012年的5位學生、2013年的5位學生和2014年的5位學生的成績檢驗實驗教學過程的質(zhì)量水平，雖然實驗項目的難易差別是實驗教學過程的主要變異來源影響了實驗成績，但是不同年份的實驗成績在控制圖的分布是統(tǒng)計穩(wěn)定的，說明這門課的實驗教學過程的質(zhì)量水平穩(wěn)定。

3 結論

實驗教學的質(zhì)量水平取決于實驗教學過程的運作情況，受到實驗教學過程中實驗項目、不同學生、不同學年等各因素的影響。通過MVA的工序控制方法由于對質(zhì)量特征值的變異來源進行了分析和估計，從而使得質(zhì)量特征值的控制更具目的性， 得到關于教學過程質(zhì)量水平的科學依據(jù)，針對實驗教學過程中的變異量進行控制，實現(xiàn)對實驗教學質(zhì)量水平的有效管理。

注釋

① 顧建民.高等教育學[M].浙江：浙江大學出版社，2008.

② 馬曉春.通識教育理念融入實驗教學改革的模式[J].實驗室研究與探索，2009.28（12）：119-121.

③ 柯文德，彭志平，陳珂，李家蘭.實驗教學質(zhì)量監(jiān)控在創(chuàng)新科技競賽中的應用[J].實驗室研究與探索，2013.32（11）：160-163.

④ 張莉娜，程立生，杜麗，等.6質(zhì)量管理在實驗教學質(zhì)量監(jiān)控中的應用初探[J].實驗室技術與管理，2009.26（2）：128-132.

⑤ 劉元林，張增鳳，孟慶強.實踐類課程教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2009.28（8）：126-128，184.

⑥ 文星躍，董廷旭，張萍.試論實踐教學質(zhì)量監(jiān)控的主要途徑[J].實驗科學與技術，2006.4：62-652012，29 （9）：123-125.

⑦ 徐祥征.關于加強我校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的探討[J].電氣電子教學學報，2001.23（4）：81-82，105.

⑧ 彭志平，李紹平，柯文德.高校實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系的研究與實踐[J].實驗室技術與管理，2012.29 （9）：123-125.

⑨ 王義道.對當前高等學校本科教學質(zhì)量的一些看法[J].中國大學教學，2008.3：4-14.

⑩ 何楨，李國春，石金橋.工序質(zhì)量分析與控制中的多變異分析方法[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2000.5：42-45.

史金飛，戴敏.基于MVA 的半導體生產(chǎn)過程質(zhì)量分析方法[J].東南大學學報（自然科學版），2006.36（3）：351-355.

Robert V.Hogg，Elliot A. Tanis，Probability and Statistical Inference，6th ed[M].Upper Saddle River NJ07458： Prentice Hall，2001.

何楨，劉豹，齊二石.基于多變異分析的工序控制方法研究[J].管理工程學報，2002.2：1-4.endprint