基于AHP法的大学“地球化学”课程内容体系定量化优选探析

陈 桥，宋召军

1.山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266590；2.山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590

基于AHP法的大学“地球化学”课程内容体系定量化优选探析

陈 桥1，2，宋召军1，2

1.山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266590；2.山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590

“地球化学”已成为地学及相关院校中广泛开展的一门重要基础性必修课，但其囊括的内容多，各高校各专业的要求及学时等存在巨大差异，因此，“地球化学”课程体系也千差万别。本文提出运用层次分析法对各章节及各章节知识要点相对重要性进行定量化评判，根据自身需求，合理分配各章节及各章节知识要点学时及资源，基于AHP法构建合理的大学地球化学课程体系。所构建的课程体系既有利于学生整体把握地球化学学科脉络，又重点突出，能满足专业要求。

地球化学；课程体系；AHP法；定量分析

“地球化学”是20世纪50年代发展起来的一门新兴交叉学科，鉴于该学科能定量地反映地质过程，丰富的反演地质信息，有效地诠释微观过程等。近年来，特别是近20年来相关理论、方法和手段迅速发展[1]。目前，已作为地质专业与地球化学专业的一门专业基础课程，在地学及相关院校中广泛开展教学，已成为众多大学本科、硕士教育环节中重要的一门基础性必修课。

“地球化学”是一门既有深刻内涵又有广阔外延的学科，其课程讲授对象从陨石、彗星、行星，到地幔、地核和地壳地球化学，从大气圈地球化学到淡水、海洋地球化学，涉及到地球各个层圈和方方面面[2]。同时，尽管“地球化学”创建较晚，但其发育于地球科学和化学深厚的科学沃土，吸纳基础学科的营养，发展势头强劲，已经渗透进入地球科学所有领域[1]，形成众多分支，如矿床地球化学、勘查地球化学、环境生物地球化学、有机地球化学、农业地球化学、地震地球化学、水文地球化学等[3]。因此，地球化学所囊括的内容十分繁杂。

“地球化学”课程的教学内容通常包括太阳系、地球及地壳的化学元素丰度、元素的赋存形式及结合规律、元素的地球化学迁移、同位素地球化学（包括放射性同位素定年和稳定同位素地球化学）和微量元素等。有的高校在此基础上进一步讲授地球各圈层的地球化学和各种地质作用的地球化学等内容[4]。

面对如此琳琅满目的教学内容，纵观各高校“地球化学”教学大纲，教学内容千差万别，各知识要点讲解的重点及难易程度也存在巨大差异，使学生较难统筹理解地球化学基本理论和科学思维，究其原因，主要是地球化学课程体系尚无统一的标准。另一方面，不同高校不同专业“地球化学”教学课时也不尽相同，从18学时到60多学时不等。如何结合自身课时设立完整的课程体系，合理分配课时，设计教学环节是统筹“地球化学”这门课程首要关键问题。而事实上，大学“地球化学”课程体系、教学内容和课时的安排大多是根据教师主观意愿设定的，缺乏科学性。因此，评估“地球化学”教学内容的重要性，科学构建课程体系对统筹地球化学整体思维，培养学生建立统一的地球科学观至为重要，也是教学环节的首要关注的问题。

层次分析法（AHP法）是20世纪70年代由美国运筹学家TL Saaty提出的一种评估方法，是一种将半定性、半定量的问题转化为定量计算的行之有效的方法，是相对较完善较成熟的定量评价方法。笔者在大学“地球化学”课程体系设计中，首次尝试性地运用此法对大学“地球化学”教学内容相对重要性进行评估，并基于此设立符合自身需求的教学体系。既在有限的教学时间内形成了完整的教学体系，又科学地评估教学内容相对的重要性，合理地分配教学课时，有利于学生统筹地球化学整体思维。本文将对这一教学方法进行初步的探索并提出一些思考。

一、AHP法课程体系构建模式及过程

1.课程体系构建模式

基于AHP法的大学“地球化学”课程体系构建包括课程章节构建和各章节知识要点构建两部分（图1）。章节的构建即首先搜集大学“地球化学”课程所囊括的所有内容，根据内容设立一系列课程章节，然后运用层次分析法分析各章节相对重要性，最后结合自身教学大纲和要求，合理分配各章节课时和资源，构建起章节框架。章节知识要点的构建即是在章节构建基础之上，搜集各章节知识要点并运用层次分析法分析各要点的重要性，根据分析结果合理进行知识要点的取舍，合理分配各要点课时和资源。很显然，课程章节构建和各章节知识要点构建两者具有继承性，各知识要点的构建受到章节构建的结果制约。

不难看出，基于AHP法构建的大学地球化学课程体系就是运用AHP法对各章节及章节知识要点的重要性进行定量的评判，为合理设计教学环节提供理论依据，其具有如下特点：（1）重点突出，有利于学生重点理解地球化学基本理论，有助于建立统一的地球化学思维。通过AHP法对重点章节和各章节重点知识要点分配更多的教学课时和资源，使重点内容得到详细的讲解。（2）主线明确，内容完整，有利于学生整体统筹基本理论，把握地球化学课程脉络，AHP法对各章节及其知识要点重要性进行评判，但又囊括了地球化学脉络，使得教学内容完整。（3）AHP法对各章节及知识要点相对重要性进行评判，各高校以此为基础，可以结合自身需求，灵活机动安排教学环节。

图1 AHP法大学地球化学课程体系构建模式

2.基于AHP法各章节及知识要点重要性评判

（1）建立课程章节及知识点结构。

首先，教师要充分了解地球化学学科特点、现状及未来趋势，把握地球化学整体内容和思维，搜集适合本专业所需要的地球化学相关的知识内容，所搜集的资料要求完整性、系统性，所搜集的资料即包含传统的基本理论，又要关注地球化学最近动向。然后建立章节和章节的知识点两层模型结构构成的评价目标集，将这些内容归入具有n个因素组成的地球化学内容体系，即将内容分为n个章节，构建课程章节结构。最后构建各章节知识点结构，形成每一章节包含m个因素。也就是将地球化学体系内容分成n个章节，而每个章节又包括m个内容。

（2）选择调查专家。

利用AHP计算各章节及各内容重要性权重时，需要选择专家对任意两知识点重要性进行判断赋值，因此，需要选定一定的专家进行问卷调查。专家选择遵循的主要原则为：（1）专业性，即选定的专家应是从事地球化学及相关专业；（2）代表性，所选专家应是来自不同单位，不能学术背景；（3）广泛性，所选专家从事领域应包括各个相关地球化学分支；（4）层次性，所选专家中教授、副教授、讲师、助教等具有一定比例，具有一定的层次。

（3）基于AHP构建判断矩阵。

以地球化学内容体系n个章节或各章节m个知识要点为因子，由专家进行任意两因子重要性判断赋值，是根据T L Saaty提出的1～9比较标度法标定，建立多个n×n和m×m阶判断矩阵，其中判断矩阵中aij代表i因子相对j因子重要性，aij=1/aji(i≠j)，aij=1(i=j)。

（4）重要性权重计算。

（5）判断矩阵的一致性检验。

3.课程体系构建

“地球化学”课程体系构建包括各章节构建和各章节知识点构建。

各章节的构建即是在广泛搜集地球化学学科内容基础之上，将各分散内容集成多个章节，根据AHP法对各章节之间的重要性评判结果，依据其相对重要性，结合本专业的教学课时，合理地对章节内容进行取舍及合理分配教学课时和教学资源。例如，运用层次分析法分析结果表明某一章节重要性权重为0.25，基于此，可考虑该章节分配学时为总学时的1/5～1/4，如某章节重要性权重为0.01左右，可考虑将该章内容舍弃。

各章节知识点体系构建是在各章节构建基础之上，再次运用AHP法对该章节多个知识点之间的重要性做出评判，依据其相对重要性，结合前述章节构建所确定的该章节所分配学时及资源，再对该章节的知识点进行整合取舍，合理分配各知识点讲授所需课时及教学资源。很显然，章节中知识点体系的构建决定了知识点体系的构建，各知识点学时及资源分配的分配受限于该章节总的分配。

二、应用案例

笔者在进行大学“地球化学”教授时，由于所授课班级和专业较多，各专业学时及要求存在巨大差异，如何因地制宜地构建起适合该专业的地球化学课程体系是首要考虑的问题。笔者尝试运用此法合理设置课程体系，取得了良好的效果。现以勘查技术与工程专业为例，简要说明适合该专业的各章节知识点体系构建过程。

根据该专业培养计划和方案，“地球化学”课程分配的总学时为40学时。首先，在广泛收集与专业相关的地球化学理论和体系，将地球化学内容体系归纳为9个章节，建立每个章节主要知识要点内容体系（表1）。然后，向从事地质学、地理学、环境学等各领域专家发出72份调查问卷（回收了62份）。由专家根据T L Saaty提出的1～9比较标度法标定，然后综合专家的意见，标定aij值。再依前述方法，建立章节及各章节主要知识要点体系的判断矩阵，计算出各章节及各章主要知识要点内容体系的权重，计算结果如表1。

最后，根据各章节及各章节主要知识要点内容体系的权重合理分配教学资源和课时。现以太阳系元素地球化学为例简要说明其构建过程。根据各章节计算的权重值，该章权重值为0.1062，基于该专业总学时为40学时，该章节分配4学时。通过计算，太阳系组成研究方法及特征、元素起源、月球地球化学、行星地球化学、陨石地球化学、彗星地球化学6个知识要点权重分别为0.2524, 0.2326,0.1641,0.0231,0.3145,0.0133，反映了其相对重要性。又由于该章节总为4学时，基于此，此专业学生不讲授行星地球化学和彗星地球化学，太阳系组成研究方法及特征、元素起源、月球地球化学、陨石地球化学分别分配1学时，1学时，0.5学时和1.5学时。同理，再构建其他章节及各章节知识要点体系课时分配，从而建立起适合该专业的地球化学内容体系，其结果如表1。

表1 基于AHP法的某专业课程知识要点重要性评判及课时分配应用过程

续表1

三、结论

“地球化学”已成为众多大学本科教育环节中重要的一门基础性必修课。但由于教学内容较多，各专业要求及大纲学时安排存在巨大差异，使得地球化学课程体系千差万别。如何结合自身需求构建适宜于专业需求的大学地球化学体系是设计教学环节至关重要的问题。笔者在“地球化学”教学过程中，尝试性地利用AHP法对大学地球化学章节及各章节知识要点重要性进行定量地评判，基于此，合理构建地球化学课程体系。其结果即能把握住地球化学学科整体脉络，又重点突出，有利于学生统筹地球化学思维，效果良好，是一种值得推广、研究和探索的方法。

[1] 张德会，叶荣，龚庆杰.“地球化学”课程教学改革的实践[J].中国地质教育， 2005， (3)： 60-62.

[2] 陈道公，支霞臣，杨海涛.地球化学[M].安徽：中国科学技术大学出版社， 2009： 1-13.

[3] 郑海飞，郝瑞霞.普通地球化学[M].北京：北京大学出版社， 2007： 221-235.

[4] 侯广顺，李英杰.地球化学课程教学中的主量元素问题[J].科技文汇， 2010， (7)： 98-99.

[5] 陈桥，胡克，雒昆利，等.基于AHP法的矿山生态环境综合评价模式研究[J].中国矿业大学学报， 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。

国家自然科学基金（40901027）。

陈 桥，男，讲师，主要从事地球化学相关教学和科研工作。