基于AHP法的大學“地球化學”課程內容體系定量化優選探析

陳 橋，宋召軍

1.山東省沉積成礦作用與沉積礦產重點實驗室，山東 青島 266590；2.山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 266590

基于AHP法的大學“地球化學”課程內容體系定量化優選探析

陳 橋1，2，宋召軍1，2

1.山東省沉積成礦作用與沉積礦產重點實驗室，山東 青島 266590；2.山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 266590

“地球化學”已成為地學及相關院校中廣泛開展的一門重要基礎性必修課，但其囊括的內容多，各高校各專業的要求及學時等存在巨大差異，因此，“地球化學”課程體系也千差萬別。本文提出運用層次分析法對各章節及各章節知識要點相對重要性進行定量化評判，根據自身需求，合理分配各章節及各章節知識要點學時及資源，基于AHP法構建合理的大學地球化學課程體系。所構建的課程體系既有利于學生整體把握地球化學學科脈絡，又重點突出，能滿足專業要求。

地球化學；課程體系；AHP法；定量分析

“地球化學”是20世紀50年代發展起來的一門新興交叉學科，鑒于該學科能定量地反映地質過程，豐富的反演地質信息，有效地詮釋微觀過程等。近年來，特別是近20年來相關理論、方法和手段迅速發展[1]。目前，已作為地質專業與地球化學專業的一門專業基礎課程，在地學及相關院校中廣泛開展教學，已成為眾多大學本科、碩士教育環節中重要的一門基礎性必修課。

“地球化學”是一門既有深刻內涵又有廣闊外延的學科，其課程講授對象從隕石、彗星、行星，到地幔、地核和地殼地球化學，從大氣圈地球化學到淡水、海洋地球化學，涉及到地球各個層圈和方方面面[2]。同時，盡管“地球化學”創建較晚，但其發育于地球科學和化學深厚的科學沃土，吸納基礎學科的營養，發展勢頭強勁，已經滲透進入地球科學所有領域[1]，形成眾多分支，如礦床地球化學、勘查地球化學、環境生物地球化學、有機地球化學、農業地球化學、地震地球化學、水文地球化學等[3]。因此，地球化學所囊括的內容十分繁雜。

“地球化學”課程的教學內容通常包括太陽系、地球及地殼的化學元素豐度、元素的賦存形式及結合規律、元素的地球化學遷移、同位素地球化學（包括放射性同位素定年和穩定同位素地球化學）和微量元素等。有的高校在此基礎上進一步講授地球各圈層的地球化學和各種地質作用的地球化學等內容[4]。

面對如此琳瑯滿目的教學內容，縱觀各高?！暗厍蚧瘜W”教學大綱，教學內容千差萬別，各知識要點講解的重點及難易程度也存在巨大差異，使學生較難統籌理解地球化學基本理論和科學思維，究其原因，主要是地球化學課程體系尚無統一的標準。另一方面，不同高校不同專業“地球化學”教學課時也不盡相同，從18學時到60多學時不等。如何結合自身課時設立完整的課程體系，合理分配課時，設計教學環節是統籌“地球化學”這門課程首要關鍵問題。而事實上，大學“地球化學”課程體系、教學內容和課時的安排大多是根據教師主觀意愿設定的，缺乏科學性。因此，評估“地球化學”教學內容的重要性，科學構建課程體系對統籌地球化學整體思維，培養學生建立統一的地球科學觀至為重要，也是教學環節的首要關注的問題。

層次分析法（AHP法）是20世紀70年代由美國運籌學家TL Saaty提出的一種評估方法，是一種將半定性、半定量的問題轉化為定量計算的行之有效的方法，是相對較完善較成熟的定量評價方法。筆者在大學“地球化學”課程體系設計中，首次嘗試性地運用此法對大學“地球化學”教學內容相對重要性進行評估，并基于此設立符合自身需求的教學體系。既在有限的教學時間內形成了完整的教學體系，又科學地評估教學內容相對的重要性，合理地分配教學課時，有利于學生統籌地球化學整體思維。本文將對這一教學方法進行初步的探索并提出一些思考。

一、AHP法課程體系構建模式及過程

1.課程體系構建模式

基于AHP法的大學“地球化學”課程體系構建包括課程章節構建和各章節知識要點構建兩部分（圖1）。章節的構建即首先搜集大學“地球化學”課程所囊括的所有內容，根據內容設立一系列課程章節，然后運用層次分析法分析各章節相對重要性，最后結合自身教學大綱和要求，合理分配各章節課時和資源，構建起章節框架。章節知識要點的構建即是在章節構建基礎之上，搜集各章節知識要點并運用層次分析法分析各要點的重要性，根據分析結果合理進行知識要點的取舍，合理分配各要點課時和資源。很顯然，課程章節構建和各章節知識要點構建兩者具有繼承性，各知識要點的構建受到章節構建的結果制約。

不難看出，基于AHP法構建的大學地球化學課程體系就是運用AHP法對各章節及章節知識要點的重要性進行定量的評判，為合理設計教學環節提供理論依據，其具有如下特點：（1）重點突出，有利于學生重點理解地球化學基本理論，有助于建立統一的地球化學思維。通過AHP法對重點章節和各章節重點知識要點分配更多的教學課時和資源，使重點內容得到詳細的講解。（2）主線明確，內容完整，有利于學生整體統籌基本理論，把握地球化學課程脈絡，AHP法對各章節及其知識要點重要性進行評判，但又囊括了地球化學脈絡，使得教學內容完整。（3）AHP法對各章節及知識要點相對重要性進行評判，各高校以此為基礎，可以結合自身需求，靈活機動安排教學環節。

圖1 AHP法大學地球化學課程體系構建模式

2.基于AHP法各章節及知識要點重要性評判

（1）建立課程章節及知識點結構。

首先，教師要充分了解地球化學學科特點、現狀及未來趨勢，把握地球化學整體內容和思維，搜集適合本專業所需要的地球化學相關的知識內容，所搜集的資料要求完整性、系統性，所搜集的資料即包含傳統的基本理論，又要關注地球化學最近動向。然后建立章節和章節的知識點兩層模型結構構成的評價目標集，將這些內容歸入具有n個因素組成的地球化學內容體系，即將內容分為n個章節，構建課程章節結構。最后構建各章節知識點結構，形成每一章節包含m個因素。也就是將地球化學體系內容分成n個章節，而每個章節又包括m個內容。

（2）選擇調查專家。

利用AHP計算各章節及各內容重要性權重時，需要選擇專家對任意兩知識點重要性進行判斷賦值，因此，需要選定一定的專家進行問卷調查。專家選擇遵循的主要原則為：（1）專業性，即選定的專家應是從事地球化學及相關專業；（2）代表性，所選專家應是來自不同單位，不能學術背景；（3）廣泛性，所選專家從事領域應包括各個相關地球化學分支；（4）層次性，所選專家中教授、副教授、講師、助教等具有一定比例，具有一定的層次。

（3）基于AHP構建判斷矩陣。

以地球化學內容體系n個章節或各章節m個知識要點為因子，由專家進行任意兩因子重要性判斷賦值，是根據T L Saaty提出的1～9比較標度法標定，建立多個n×n和m×m階判斷矩陣，其中判斷矩陣中aij代表i因子相對j因子重要性，aij=1/aji(i≠j)，aij=1(i=j)。

（4）重要性權重計算。

（5）判斷矩陣的一致性檢驗。

3.課程體系構建

“地球化學”課程體系構建包括各章節構建和各章節知識點構建。

各章節的構建即是在廣泛搜集地球化學學科內容基礎之上，將各分散內容集成多個章節，根據AHP法對各章節之間的重要性評判結果，依據其相對重要性，結合本專業的教學課時，合理地對章節內容進行取舍及合理分配教學課時和教學資源。例如，運用層次分析法分析結果表明某一章節重要性權重為0.25，基于此，可考慮該章節分配學時為總學時的1/5～1/4，如某章節重要性權重為0.01左右，可考慮將該章內容舍棄。

各章節知識點體系構建是在各章節構建基礎之上，再次運用AHP法對該章節多個知識點之間的重要性做出評判，依據其相對重要性，結合前述章節構建所確定的該章節所分配學時及資源，再對該章節的知識點進行整合取舍，合理分配各知識點講授所需課時及教學資源。很顯然，章節中知識點體系的構建決定了知識點體系的構建，各知識點學時及資源分配的分配受限于該章節總的分配。

二、應用案例

筆者在進行大學“地球化學”教授時，由于所授課班級和專業較多，各專業學時及要求存在巨大差異，如何因地制宜地構建起適合該專業的地球化學課程體系是首要考慮的問題。筆者嘗試運用此法合理設置課程體系，取得了良好的效果?，F以勘查技術與工程專業為例，簡要說明適合該專業的各章節知識點體系構建過程。

根據該專業培養計劃和方案，“地球化學”課程分配的總學時為40學時。首先，在廣泛收集與專業相關的地球化學理論和體系，將地球化學內容體系歸納為9個章節，建立每個章節主要知識要點內容體系（表1）。然后，向從事地質學、地理學、環境學等各領域專家發出72份調查問卷（回收了62份）。由專家根據T L Saaty提出的1～9比較標度法標定，然后綜合專家的意見，標定aij值。再依前述方法，建立章節及各章節主要知識要點體系的判斷矩陣，計算出各章節及各章主要知識要點內容體系的權重，計算結果如表1。

最后，根據各章節及各章節主要知識要點內容體系的權重合理分配教學資源和課時?，F以太陽系元素地球化學為例簡要說明其構建過程。根據各章節計算的權重值，該章權重值為0.1062，基于該專業總學時為40學時，該章節分配4學時。通過計算，太陽系組成研究方法及特征、元素起源、月球地球化學、行星地球化學、隕石地球化學、彗星地球化學6個知識要點權重分別為0.2524, 0.2326,0.1641,0.0231,0.3145,0.0133，反映了其相對重要性。又由于該章節總為4學時，基于此，此專業學生不講授行星地球化學和彗星地球化學，太陽系組成研究方法及特征、元素起源、月球地球化學、隕石地球化學分別分配1學時，1學時，0.5學時和1.5學時。同理，再構建其他章節及各章節知識要點體系課時分配，從而建立起適合該專業的地球化學內容體系，其結果如表1。

表1 基于AHP法的某專業課程知識要點重要性評判及課時分配應用過程

續表1

三、結論

“地球化學”已成為眾多大學本科教育環節中重要的一門基礎性必修課。但由于教學內容較多，各專業要求及大綱學時安排存在巨大差異，使得地球化學課程體系千差萬別。如何結合自身需求構建適宜于專業需求的大學地球化學體系是設計教學環節至關重要的問題。筆者在“地球化學”教學過程中，嘗試性地利用AHP法對大學地球化學章節及各章節知識要點重要性進行定量地評判，基于此，合理構建地球化學課程體系。其結果即能把握住地球化學學科整體脈絡，又重點突出，有利于學生統籌地球化學思維，效果良好，是一種值得推廣、研究和探索的方法。

[1] 張德會，葉榮，龔慶杰.“地球化學”課程教學改革的實踐[J].中國地質教育， 2005， (3)： 60-62.

[2] 陳道公，支霞臣，楊海濤.地球化學[M].安徽：中國科學技術大學出版社， 2009： 1-13.

[3] 鄭海飛，郝瑞霞.普通地球化學[M].北京：北京大學出版社， 2007： 221-235.

[4] 侯廣順，李英杰.地球化學課程教學中的主量元素問題[J].科技文匯， 2010， (7)： 98-99.

[5] 陳橋，胡克，雒昆利，等.基于AHP法的礦山生態環境綜合評價模式研究[J].中國礦業大學學報， 2006， 35(3)： 377-383.

Title:Quantificationally Optimal Design of Geochemistry Course System Based on AHP

Author(s):CHEN Qiao, SONG Zhao-jun

geochemistry;course system;AHP;quantificationally analyze

G642

A

1006-9372（2014）03-0032-04

2014-03-11；

2014-06-14。

國家自然科學基金（40901027）。

陳 橋，男，講師，主要從事地球化學相關教學和科研工作。