Origin軟件在考試數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

吳先球 高遠(yuǎn)靜 盧煒杰

新型的教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)該突出全面性、多元性、過程性和發(fā)展性的特點(diǎn)。[1]考試作為教學(xué)評(píng)價(jià)的重要方式，應(yīng)該著重發(fā)揮教與學(xué)的建構(gòu)性評(píng)價(jià)功能，教育管理者和一線教師應(yīng)該從考試結(jié)果中充分挖掘信息，形成有效的教學(xué)反饋。但是，目前我國大部分地區(qū)和學(xué)校仍然簡單地把考試評(píng)價(jià)視為終結(jié)性評(píng)價(jià)，且評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性不足。一方面，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘不夠深入，評(píng)價(jià)指標(biāo)單一；另一方面，對(duì)不同量化指標(biāo)的反饋含義和評(píng)價(jià)意義認(rèn)識(shí)不足，也缺乏一定的技術(shù)支持。要實(shí)現(xiàn)“從考試到評(píng)價(jià)”[2]的轉(zhuǎn)變，科學(xué)的考試評(píng)價(jià)體系應(yīng)該從理念、方法和技術(shù)三個(gè)維度構(gòu)建，而通俗易懂、操作便利、分析功能強(qiáng)大的數(shù)字化統(tǒng)計(jì)軟件無疑是迫切的現(xiàn)實(shí)需求之一。Origin軟件較好地滿足這些方面的實(shí)際需求，具有較大的應(yīng)用價(jià)值和推廣潛力。本文主要介紹Origin軟件的教育測評(píng)功能，并以幾個(gè)簡便實(shí)用的案例，示范應(yīng)用Origin軟件解決考試數(shù)據(jù)分析中常見的橫向?qū)Ρ群投嗑S度分析等問題，提供可視化的圖形表征，以獲取豐富的反饋信息，促進(jìn)形成性評(píng)價(jià)的開展。

一、Origin軟件簡介

Origin是一款專業(yè)的數(shù)據(jù)分析、科技繪圖軟件。它采用面向?qū)ο蟮拇翱诓藛魏凸ぞ邫诓僮?，簡單易學(xué)；用計(jì)劃管理器管理項(xiàng)目，各子窗口可以單獨(dú)保存，批量處理和調(diào)用便利。因此，Origin尤其適用于大量數(shù)據(jù)的快速處理和繪圖。

Origin的工作表和繪圖窗口分別提供了不同的數(shù)據(jù)分析功能。工作表窗口提供了數(shù)據(jù)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、相關(guān)等功能，還可用內(nèi)置的LabTalk語言編程對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作；繪圖窗口提供了數(shù)學(xué)運(yùn)算、圖形變換、傅立葉變換、各類曲線擬合等功能。而且，Origin的繪圖是基于模板的，本身提供了60余種二維和三維繪圖模板。為滿足用戶擴(kuò)展功能和二次開發(fā)的需要，Origin提供了廣泛的定制功能，用戶可自定義數(shù)學(xué)函數(shù)、圖形樣式和繪圖模板，還可以和各種數(shù)據(jù)庫、圖像處理軟件以及辦公軟件連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。[3]

表1 Origin的教育測量與統(tǒng)計(jì)功能[4]

圖1 累積百分比曲線和直方統(tǒng)計(jì)圖組

由表1可知，在教育測量與統(tǒng)計(jì)功能上，Origin側(cè)重于數(shù)據(jù)的深入分析和處理，同時(shí)也兼?zhèn)湄S富的圖形表征功能。其中，假設(shè)檢驗(yàn)和方差分析是數(shù)據(jù)分析當(dāng)中用于比較樣本差異性和尋找事物影響因素的重要統(tǒng)計(jì)方法，[5]在圖形繪制上，Origin不僅可以繪制60余種基于模板的數(shù)據(jù)圖形，還可以自定義組合圖形進(jìn)行對(duì)比研究（如圖 1）。此外，利用附帶的“Tools工具欄”，Origin能夠?qū)D形進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)讀取。

二、Origin在考試數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用實(shí)例分析

下面選取兩個(gè)實(shí)例來說明如何把Origin用于考試數(shù)據(jù)的分析與評(píng)價(jià)，原始數(shù)據(jù)為廣州市某中學(xué)高一年級(jí)的期中考試原始分。

（一）利用方框統(tǒng)計(jì)圖進(jìn)行班際學(xué)業(yè)水平對(duì)比

通常，教育管理者、學(xué)校和一線教師在獲得某一教學(xué)單位的總體學(xué)業(yè)水平結(jié)果之后，還需要進(jìn)行各教學(xué)組織單元間的橫向?qū)Ρ确治觥Ｏ鄬?duì)年級(jí)而言，各個(gè)班級(jí)就是對(duì)應(yīng)的教學(xué)組織單元。以前，我們一般依靠簡單的定量指標(biāo)——平均分，來甄別各班的學(xué)業(yè)水平甚至進(jìn)行排名，但這種評(píng)價(jià)方式往往比較片面。為了既能還原各班學(xué)業(yè)水平，又能實(shí)現(xiàn)橫向?qū)Ρ龋覀兛梢赃x用Origin的方框統(tǒng)計(jì)圖處理成績數(shù)據(jù)，方框統(tǒng)計(jì)圖用于描繪數(shù)據(jù)分布的百分位數(shù)[6]。

操作1：導(dǎo)入Excel數(shù)據(jù)

打開 Origin，用選擇菜單命令【File】→【Open Excel】或單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄的按鈕，導(dǎo)入Excel文件，選擇“Open as Origin Worksheet”，重命名列名稱，得到Origin工作表。

操作2：創(chuàng)建和定制圖形

選中所有列數(shù)據(jù)之后，選擇菜單命令【Plot】→【Statistical Graphs】→【BoxChart】，系統(tǒng)將自動(dòng)生成圖形和創(chuàng)建“Bins”工作表保存統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如圖2）。圖3為四個(gè)班的方框統(tǒng)計(jì)圖，可以右擊圖形打開【PlotDetails】自定義圖形屬性。為了查看各班成績的具體分布情況，我們?cè)诿總€(gè)方框旁定制了數(shù)據(jù)點(diǎn)分布和正態(tài)分布擬合曲線。

圖3 班際對(duì)比方框圖

圖2“Bins”統(tǒng)計(jì)工作表

如圖3所示，以Class1的方框圖為例：最低分和最高分的數(shù)據(jù)用“×”標(biāo)示；排名在第5%和第95%兩端分界線用“－”標(biāo)示；四分位數(shù)[7]（即第25%、第50%和第75%的界限）用長橫線標(biāo)示，并且組成一個(gè)方框；平均分的界線用“□”標(biāo)示。圖形的標(biāo)示方法用戶可以自定義。此處數(shù)據(jù)自下而上分別標(biāo)示了最低分、5%、25%、50%、75%、95%、最高分和平均分的所在位置。

操作3：數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

通過對(duì)比各班的分界線高低以及疏密程度，我們可以較全面地掌握各班的成績分布概貌。橫向?qū)Ρ人膫€(gè)方框圖的位置和形狀，我們發(fā)現(xiàn)Class4的整體成績集中在90分附近，明顯優(yōu)于其他三個(gè)班。而剩余三個(gè)班當(dāng)中，Class3的整體成績略優(yōu)。接下來我們主要對(duì)比Class1和Class2，雖然兩個(gè)班的平均分很接近，但是成績分布情況差異較大。無論是最高分還是50%～75%區(qū)間的中上分?jǐn)?shù)段，Class1比Class2的成績都要高而集中，但是Class1有一個(gè)40+的最低分把平均分拉低了。由此可見，平均分近乎相等的兩個(gè)班，Class1兩極分化比較大，Class2的成績分布相對(duì)均衡。兩者的學(xué)業(yè)情況是如此不同，可見單純依靠平均分指標(biāo)會(huì)誤導(dǎo)我們認(rèn)為兩個(gè)班的學(xué)業(yè)水平是差不多的。借助Origin方框圖，我們得以更深入地了解實(shí)際情況，促進(jìn)反思：為什么會(huì)出現(xiàn)這種教學(xué)現(xiàn)象？這是否是我們期望看到的？我們應(yīng)分別采取什么措施？

方框統(tǒng)計(jì)圖簡潔形象地描繪了數(shù)據(jù)組的分布情況，除了用于以班級(jí)為教學(xué)組織單元進(jìn)行橫向?qū)Ρ戎?，也可以進(jìn)行學(xué)科間的對(duì)比，估計(jì)會(huì)得到比較有意思的結(jié)果。借助Origin，我們也可以構(gòu)建單一的方框統(tǒng)計(jì)圖進(jìn)行全年級(jí)成績分布縱向分析，從而便于教育管理者掌握學(xué)生分層情況，考慮實(shí)施分層教學(xué)。

（二）利用彩色氣泡圖進(jìn)行多維度考查對(duì)比

許多學(xué)校的考試質(zhì)量分析除了分析平均分、排名之外，還常以優(yōu)秀率、及格率和區(qū)分度指標(biāo)來評(píng)價(jià)任課教師的教學(xué)業(yè)績。如何整合多個(gè)維度的指標(biāo)進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)卻是個(gè)問題。創(chuàng)建公式進(jìn)行加權(quán)計(jì)算未免繁瑣，并且這種過分量化的方法不見得能夠科學(xué)地反映真實(shí)情況。Origin的彩色氣泡圖就能很好地解決這個(gè)問題，它可以把四個(gè)維度的數(shù)據(jù)整合到二維圖中進(jìn)行觀察。

操作1：導(dǎo)入Excel數(shù)據(jù)

打開Origin，用選擇菜單命令【File】→【Open Excel】或單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄的按鈕，導(dǎo)入Excel文件，選擇“Open as Origin Worksheet”，重命名列名稱，得到Origin工作表。

操作2：定制和生成圖形

選 擇 菜 單 命 令 【Plot】→【Bubble/Color Mapped】→【Bubble】生成圖形。在【PlotDetail】中設(shè)置【Symbol】選項(xiàng)卡內(nèi)的“Symbol”選擇“Increment”，選擇起始顏色，軟件會(huì)按自帶的色階順序給18個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)附上18種顏色。如圖4所示，橫坐標(biāo)為及格率，縱坐標(biāo)為優(yōu)秀率，氣泡的大小表示區(qū)分度，氣泡顏色代表各班級(jí)。

圖4 及格率-優(yōu)秀率-區(qū)分度彩色氣泡圖

操作3：數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

對(duì)于氣泡圖，我們可以從“面”“區(qū)”“點(diǎn)”三方面進(jìn)行分析。

（1）“面”分析：整體來看，氣泡集中分布在及格率0.85以上、優(yōu)秀率0.50以上的區(qū)域，整體水平較高。氣泡大小不均，班際區(qū)分度存在較大差異。

（2）“區(qū)”分析：我們可以采取劃分區(qū)域的方法對(duì)氣泡的集中度進(jìn)行分析。劃分界限的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用者的需要而制定，如圖5所示，劃分四大區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)分別包含大、小兩個(gè)氣泡。每個(gè)字符串中首字母表示橫坐標(biāo)數(shù)值的高低，中間字母表示縱坐標(biāo)數(shù)值的高低，尾字母表示氣泡的大小。在“及格率-優(yōu)秀率-區(qū)分度彩色氣泡圖”中，我們進(jìn)行如下區(qū)域劃分：

圖5 四分區(qū)域集中度分析圖

①區(qū)LHB：及格率低，優(yōu)秀率高，區(qū)分度大，兩極分化現(xiàn)象很嚴(yán)重。

①區(qū)LHS：及格率低，優(yōu)秀率高，區(qū)分度小，反?，F(xiàn)象，不可能出現(xiàn)。

②區(qū)HHB：及格率高，優(yōu)秀率高，區(qū)分度大，高分段內(nèi)部分化較明顯。

②區(qū)HHS：及格率高，優(yōu)秀率高，區(qū)分度小，整體水平高，理想狀態(tài)。

③區(qū)HLB：及格率高，優(yōu)秀率低，區(qū)分度大，中等層次水平內(nèi)部分化較明顯。

③區(qū)HLS：及格率高，優(yōu)秀率低，區(qū)分度小，大部分達(dá)標(biāo)，但缺乏優(yōu)生。

④區(qū)LLB：及格率低，優(yōu)秀率低，區(qū)分度大，大部分不達(dá)標(biāo)，且內(nèi)部分化明顯。

④區(qū)LLS：及格率低，優(yōu)秀率低，區(qū)分度小，整體不達(dá)標(biāo)，非理想狀態(tài)，試題不合適。

圖4中，各班的及格率和優(yōu)秀率都偏高，在此基礎(chǔ)上，我們?cè)僖约案衤?.95和優(yōu)秀率0.80為分界線進(jìn)行劃分，就可得到新四區(qū)進(jìn)行定性與半定量的分析。圖4中，高一2、5、6和18班遙遙領(lǐng)先位于②區(qū)HHS，達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)。沒有班級(jí)位于①區(qū)，說明沒有異常情況出現(xiàn)。

（3）“點(diǎn)”分析：若要得到個(gè)別班級(jí)的具體情況，我們可以從圖形數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)中讀取信息。下面結(jié)合圖4分析某任課教師的教學(xué)效果。A教師教授高一1班、13班和16班的物理。三個(gè)班的優(yōu)秀率在全年級(jí)中偏低，反映出該教師可能沒有充分地激發(fā)優(yōu)生的潛力。而三個(gè)班的及格率和區(qū)分度有較大差異：13班及格率全年級(jí)最低，區(qū)分度最大；16班及格率100%，區(qū)分度小。導(dǎo)致這種矛盾現(xiàn)象的具體原因則需要深入了解：到底是教師原因，還是學(xué)生自身水平差異的原因，抑或是不同班級(jí)教與學(xué)的匹配不一致的原因？在沒有調(diào)查清楚實(shí)際情況之前，我們不能夠武斷地單憑定量指標(biāo)對(duì)教師教學(xué)效果進(jìn)行價(jià)值判斷。

由此可見，Origin的氣泡圖尤其適用于三維或四維的數(shù)據(jù)整合，從而彌補(bǔ)二維圖的缺陷，結(jié)合集中度分析法更有利于迅速把握整體情況和挑出個(gè)別特例，從而有針對(duì)性地進(jìn)行下一步分析與評(píng)價(jià)。

三、結(jié)語

Origin作為一款專業(yè)的數(shù)據(jù)分析與科技繪圖軟件，應(yīng)用于考試數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)的優(yōu)勢體現(xiàn)在：一、可以內(nèi)嵌Excel工作簿，基于模板操作，容易上手；二、教育測量與統(tǒng)計(jì)功能專業(yè)、完善；三、可視化圖形表征豐富，能夠解決橫向?qū)Ρ?、多維度整合分析等評(píng)價(jià)問題?？偟膩碚f，把Origin引進(jìn)一線教學(xué)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，既有利于拓寬教師應(yīng)用數(shù)字化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析的技術(shù)途徑，獲得充分的評(píng)價(jià)信息，也有利于促進(jìn)其教學(xué)評(píng)價(jià)觀念的更新，促進(jìn)“從考試到評(píng)價(jià)”的轉(zhuǎn)變。

［1］鄒敏，譚頂良.數(shù)學(xué)模型在新課改背景下學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.教育測量與評(píng)價(jià)（理論版），2011（1）：9～13.

［2］張警鵬，鄭啟躍.“從考試到評(píng)價(jià)”的實(shí)例分析［J］.教育測量與評(píng)價(jià)（理論版），2008（1）:39～42.

［3］王鑫，吳先球，蔣珍美等.用Origin剔除線性擬合中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常值［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（1）：45～49.

［4］方安平，葉衛(wèi)平.Origin8.0實(shí)用指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［5］李文玲，張厚粲，舒華.教育與心理定量研究方法與統(tǒng)計(jì)分析［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.

［6］［7］劉新平，劉存?zhèn)b.教育統(tǒng)計(jì)與測評(píng)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.