基于正交試驗(yàn)方法的教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)優(yōu)化方法

【摘要】本文采集多門課程的實(shí)際教學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)于其教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)進(jìn)行了多因素水平、并具有交互性的正交試驗(yàn)。研究分析了不同因素水平的選擇對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。首先采用多因素的正交試驗(yàn)分析了各因素對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響；然后利用極差分析方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出各個(gè)因素對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)影響的主次順序，并確定了最優(yōu)的因素水平組合，對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)提出了科學(xué)評(píng)價(jià)方法，具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)；正交試驗(yàn)

一、引言

加涅曾在（教學(xué)設(shè)計(jì)原理）(1988年）中界定：“教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)化規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)的過程。教學(xué)系統(tǒng)本身是對(duì)資源和程序做出有利于學(xué)習(xí)的安排。任何組織機(jī)構(gòu)，如果其目的旨在開發(fā)人的才能均可以被包括在教學(xué)系統(tǒng)中?！毙畔⒒虒W(xué)設(shè)計(jì)首先符合這一定義，同時(shí)還應(yīng)具有在課堂上架設(shè)師生互動(dòng)橋梁的特質(zhì)。

信息化教學(xué)設(shè)計(jì)作為一種新的教學(xué)手段被廣泛引入課堂，使得傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)模式顯得力不從心。我們嘗試采用試驗(yàn)評(píng)價(jià)法中的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，可以從多角度觀察被評(píng)價(jià)對(duì)象在課堂實(shí)際教學(xué)中的表現(xiàn)。多因素正交試驗(yàn)是探索信息化教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)各個(gè)因素間關(guān)系的有效途徑，也是試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方法。利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，然后通過 繪制試驗(yàn)指標(biāo)平均值對(duì)因素水平的關(guān)系圖，最后找到最優(yōu)的試驗(yàn)方案。

二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

（一）試驗(yàn)條件

為了避免試驗(yàn)結(jié)論的偏向性，我們選擇了“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”、“數(shù)控編程基礎(chǔ)課程”、“Delphi程序設(shè)計(jì)“三門課程的6個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)班來進(jìn)行試驗(yàn)。參與每門課程教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量分析的學(xué)生人數(shù)不少于80人，分為10人/組，取他們的平均成績(jī)來進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)中的極差分析。

這里我們主要以現(xiàn)代課程的基本構(gòu)成要素（信息化元素、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)模式）加以討論，同時(shí)為了適用于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，又不失評(píng)價(jià)的一般性，提出6因素2水平，并具有交互作用（假定各因素的組合同時(shí)影響試驗(yàn)結(jié)果）的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

（二）試驗(yàn)方法

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)構(gòu)造的若干相應(yīng)的正交表，選擇正交表時(shí)，首先要求正交表中水平數(shù)s與每個(gè)因子水平數(shù)一致，其次要求正交表中因子數(shù)r大于或等于實(shí)際因子數(shù)，然后適當(dāng)選用試驗(yàn)次數(shù)n較小的正交表。

在本例中，我們將進(jìn)行6因素、2水平的具有交互作用的試驗(yàn)，所以選擇的正交表類型是L8(27)，其中字母L表示正交表；括號(hào)中的指數(shù)7表示試驗(yàn)中至多考慮7種因素，而我們的試驗(yàn)考慮了6種因素；括號(hào)中的底數(shù)2表示每個(gè)因素有2種水平；字母L的下標(biāo)數(shù)字8表示該表有8行，對(duì)應(yīng)于8個(gè)試驗(yàn)方案，每個(gè)試驗(yàn)方案的效果用試驗(yàn)效果值來表征，這里的試驗(yàn)效果值就是每組學(xué)習(xí)者在相關(guān)課程測(cè)試中得到的平均成績(jī)。

6種因素及其水平分別是：A信息化因素（使用信息化積件；未使用信息化積件）、B學(xué)習(xí)者因素（主動(dòng)性好；主動(dòng)性差）、AXB信息化因素與學(xué)習(xí)者因素的交互作用（A對(duì)B沒有影響；A對(duì)B有影響）、C學(xué)習(xí)模式因素（行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)；教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)）、AXC信息化因素與學(xué)習(xí)模式因素的交互作用（A對(duì)C沒影響；A對(duì)C有影響）、BXC學(xué)習(xí)者因素與學(xué)習(xí)模式因素的交互作用（B對(duì)C沒影響；B對(duì)C有影響）。

三、正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用正交表來安排試驗(yàn)是有代表性的，能夠比較全面地反映各因素、各水平對(duì)指標(biāo)的影響，因此，用正交表安排試驗(yàn)?zāi)軌驕p少試驗(yàn)次數(shù)。再根據(jù)效應(yīng)曲線圖（指標(biāo)平均值對(duì)因素水平的關(guān)系圖）的走勢(shì)，通過對(duì)各種試驗(yàn)方案的統(tǒng)計(jì)分析，找出能穩(wěn)定地反映教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量的最佳因素水平組合。

（一）數(shù)據(jù)計(jì)算

極差分析法又稱為直觀分析法，極差指各因素試驗(yàn)值在計(jì)算各水平上的試驗(yàn)值的平均數(shù)間的最大差值。一般地說，正交試驗(yàn)中直觀分析表的各列的極差是不同的，這說明各因素的水平改變時(shí)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響是不同的。極差的大小反映了各因素影響的大小，極差大表明該因素的影響大，是主要原因；極差小表明該因素的影響小，為次要因素或不重要因素。

1、計(jì)算總平均數(shù)，p=(Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8)/8

2、計(jì)算各因素在各水平上的試驗(yàn)值的平均數(shù)

k1A=(Y1+Y2+Y3+Y4)/4 k2A=(Y5+Y6+Y7+Y8)/4

k1B=(Y1+Y2+Y5+Y6)/4 k2B=(Y3+Y4+Y7+Y8)/4

k1AXB=(Y1+Y2+Y7+Y8)/4 k2AXB=(Y3+Y4+Y5+Y6)/4

k1C=(Y1+Y3+Y5+Y7)/4 k2C=(Y2+Y4+Y6+Y8)/4

k1AXC=(Y1+Y3+Y6+Y8)/4 k2AXC=(Y2+Y4+Y5+Y7)/4

k1BXC=(Y1+Y4+Y5+Y8)/4 k2BXC=(Y2+Y3+Y6+Y7)/4

根據(jù)計(jì)算的總平均數(shù)和各因素在各水平上的試驗(yàn)值平均數(shù)，可以得到每門課程各個(gè)因素的極差值，組成“成績(jī)直觀分析表”。如圖1所示，為“傳感器課程”成績(jī)直觀分析圖。

圖1“傳感器課程”成績(jī)直觀分析圖

（二）極差分析

通過以上公式的計(jì)算，我們可以得到傳感器、數(shù)控編程基礎(chǔ)和Delphi三門課程中信息化因素的極差值RA分別為28.75、21和27.5，均為各組極差的最大值。說明在教學(xué)設(shè)計(jì)中，是否使用信息化積件，對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)效果的影響是最大的。另外三門課程中極差值較大的因素是RB和RC，說明學(xué)習(xí)者因素和學(xué)習(xí)模式因素也對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)效果有一定影響。

同時(shí)，在“傳感器”和“Delphi”課程中，信息化因素與學(xué)習(xí)模式因素的交互作用分析得到的極差RAXC是最小的，分別為5.75和4。而“數(shù)控編程基礎(chǔ)”課程中，信息化因素與學(xué)習(xí)者因素的交互作用分析得到的極差RAXB=1，是最小的。這說明在教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以廣泛地應(yīng)用信息化積件，這不僅適用于“以教師為中心”的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式，也適用于“行動(dòng)導(dǎo)向”學(xué)習(xí)模式；同時(shí)無論學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性好，還是主動(dòng)性差，都可以在教學(xué)設(shè)計(jì)中使用教師自己開發(fā)的信息化積件來達(dá)到輔助教學(xué)的目的。

（三）畫效應(yīng)曲線圖

圖2“傳感器課程”效應(yīng)曲線圖

根據(jù)計(jì)算得到的每一水平下試驗(yàn)指標(biāo)值的總和與平均值，繪制試驗(yàn)指標(biāo)平均值對(duì)因素水平的關(guān)系圖，由圖中的關(guān)系曲線即可分析試驗(yàn)指標(biāo)值隨因素水平變化而變化的趨勢(shì)。當(dāng)因素水平數(shù)相同時(shí)，因素效應(yīng)的大小完全由極差R決定，可直接由極差的大小來判斷各因素效應(yīng)的大小。對(duì)每個(gè)因素，以其指標(biāo)值（用每組學(xué)習(xí)者在相關(guān)課程測(cè)試中得到的平均成績(jī)表示）為縱坐標(biāo)，各因素水平為橫坐標(biāo)，做出效應(yīng)曲線圖。圖2是“傳感器”課程的效應(yīng)曲線圖，從圖中可以看出，“傳感器”課程和“Delphi”課程取得最高指標(biāo)值的教學(xué)設(shè)計(jì)的最優(yōu)因素組合是——A1、B1、C1、AXB2、AXC2、BXC2；同理，“數(shù)控編程基礎(chǔ)”課程取得最高指標(biāo)值的教學(xué)設(shè)計(jì)的最優(yōu)因素組合是——A1、B1、C1、AXB1、AXC2、BXC2；“Delphi”課程取得最高指標(biāo)值的教學(xué)設(shè)計(jì)的最優(yōu)因素組合是——A1、B1、C1、AXB2、AXC2、BXC2。這一結(jié)論說明：

1、各因素對(duì)指標(biāo)值（每組學(xué)習(xí)者的平均成績(jī)）的影響，按照由主到次的順序?yàn)椋盒畔⒒e件、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)模式。

2、三門課程之所以出現(xiàn)了不同的教學(xué)設(shè)計(jì)的最優(yōu)因素組合，是因?yàn)槿T課程雖然都是“理論實(shí)踐一體化”課程，但是設(shè)置的教學(xué)目標(biāo)略有區(qū)別。例如，數(shù)控編程基礎(chǔ)課程是三門課程中理論講解最少，而要求學(xué)生在數(shù)控機(jī)床上實(shí)際操作最多的課程。這就導(dǎo)致正交試驗(yàn)中，不同因素產(chǎn)生的交互作用對(duì)于指標(biāo)值的影響不同。

四、試驗(yàn)結(jié)論

為了深入研究教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的科學(xué)模式，設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)方案，通過極差分析和各因素的效應(yīng)曲線圖，詳細(xì)的分析了試驗(yàn)結(jié)果，并得出以下結(jié)論：信息化積件、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)模式三個(gè)因素對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的效果都有較大的影響。對(duì)于不同的學(xué)習(xí)者，教學(xué)設(shè)計(jì)中采用信息化積件，并采用“行動(dòng)導(dǎo)向”學(xué)習(xí)模式，教學(xué)效果是最好的。但是，實(shí)際選取時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)具體課程的教學(xué)目標(biāo)區(qū)分各因素的主次，對(duì)于主要因素，一定要按有利于指標(biāo)值的要求選取最好的水平，而對(duì)于不甚重要的因素，則可以教學(xué)需求多方面考慮任取一個(gè)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱立明， 邢新華.加涅理論對(duì)教育技術(shù)學(xué)發(fā)展的影響[J].開放教育研究， 2004年06期.

[2]郝拉娣， 于化龍. 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表的使用分析.[J].編輯學(xué)報(bào)， Vol. 17， No. 5， 2008: 334-335.

[3]張鵬. 基于正交試驗(yàn)方法的渦流管優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].制冷技術(shù)， Vol. 35， No.5， 2007: 424-427.

基金來源：第七期無錫市教師教研專項(xiàng)課題——正交試驗(yàn)在信息化教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介:

郭昕，女，（1983年-），無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，講師，主要研究領(lǐng)域包括信息技術(shù)、語音信號(hào)處理等。