基于系統(tǒng)聚類分析的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)效果分析與評(píng)價(jià)

李富英 熊衛(wèi)衛(wèi)

摘要：本文利用SPSS軟件根據(jù)聚類分析理論，對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)的《計(jì)算機(jī)教育》課程教學(xué)效果進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。聚類分析結(jié)果明確有效地表明了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)能夠提升教學(xué)效果。

Abstract： This paper evaluated College Information Technology's teaching and learning effect based on network instruction platforms by using the software SPSS， which accorded to the theory of Hierarchical Cluster Analysis module. Cluster Analysis' data analysis result clearly demonstrated that Network Instruction Platform could greatly accelerate the College Information Technology's teaching effect.

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)聚類法；社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)；大學(xué)計(jì)算機(jī)教育

Key words： Hierarchical Cluster Analysis；SPSS；Network Instruction Platform；College Information Technology Education

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）03-0167-03

1 研究背景

隨著信息化社會(huì)的到來(lái)，高等教育自身圍繞教育教學(xué)活動(dòng)的探索也逐漸數(shù)字化、信息化，出現(xiàn)了大量基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電化教育手段的教育教學(xué)改革實(shí)踐與探索的熱潮。高校不僅加大了對(duì)于新時(shí)代背景下的教育教學(xué)方法的探索與實(shí)踐，而且引入了大量的數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，以期促進(jìn)高等教育教學(xué)活動(dòng)，為自1997年以來(lái)的高等教育大眾化提供優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源。目前高校不再局限于為學(xué)生提供廣播電視遠(yuǎn)程教學(xué)資源，而且通過(guò)自身建設(shè)或外購(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供大量的數(shù)字虛擬教育教學(xué)生態(tài)環(huán)境。這些數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為高等教育教學(xué)提供了跨越時(shí)空的虛擬教育教學(xué)環(huán)境，極大地促進(jìn)了高等教育教學(xué)的演化與發(fā)展。目前，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)績(jī)效評(píng)價(jià)的方法、技術(shù)、視角多樣。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教育教學(xué)效果的評(píng)價(jià)、對(duì)于高校所投入的大量的軟件及硬件教育教學(xué)資源的投入產(chǎn)出衡量，尚缺乏權(quán)威性的評(píng)價(jià)體系。部分院校制定了自己的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)及實(shí)施方法[1]，部分學(xué)者結(jié)合國(guó)際國(guó)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)行情況提出了獨(dú)具特色的評(píng)價(jià)體系[2]。目前有部分文獻(xiàn)以四點(diǎn)量表的形式考察了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果的不同的維度[3]。有學(xué)者以實(shí)證分析的角度，利用績(jī)效技術(shù)理論與方法角度來(lái)確定影響網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)效能發(fā)揮的阻礙因素[4][5]。而為了解與掌握網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)效果，基于系統(tǒng)聚類模型分析評(píng)價(jià)高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)績(jī)效尚不多見。

本文所涉及的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)專指吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院為提升計(jì)算機(jī)公共教學(xué)而外購(gòu)或自建的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)）。這些平臺(tái)包含有各類在線考試（模擬練習(xí)）系統(tǒng)、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)/精品課網(wǎng)站、高級(jí)程序設(shè)計(jì)優(yōu)秀課/精品課網(wǎng)站、泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、圖書館各類電子書籍與文獻(xiàn)系統(tǒng)、教師圍繞大學(xué)計(jì)算機(jī)教育類課程所開發(fā)的視頻課資源等。隨著持續(xù)性的建設(shè)與投資，學(xué)校迫切需要了解網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)績(jī)效。本文選擇了學(xué)校計(jì)算機(jī)公共教學(xué)課程《大學(xué)計(jì)算機(jī)教育》（College Information Technology Education，以下簡(jiǎn)稱CITE）相關(guān)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)為評(píng)價(jià)對(duì)象。

2 研究方法

2.1 對(duì)象

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院2015-2016學(xué)年第一學(xué)期全校本科新生開設(shè)CITE課程。該課程包含三個(gè)獨(dú)立的模塊，即計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用模塊（以下簡(jiǎn)稱基礎(chǔ)模塊）、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言模塊（以下簡(jiǎn)稱語(yǔ)言模塊）、吉林省普通高校計(jì)算機(jī)共同課教學(xué)專業(yè)委員會(huì)組織的吉林省計(jì)算機(jī)二級(jí)（以下簡(jiǎn)稱省二模塊）考試模塊（以處簡(jiǎn)稱省二模塊）。按照權(quán)重0.4，0.3，0.3對(duì)基礎(chǔ)模塊、語(yǔ)言模塊、省二模塊進(jìn)行加和，求得學(xué)生總評(píng)成績(jī)。CITE課程學(xué)習(xí)需要學(xué)生完成前兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)上，參加省二級(jí)考試。這三個(gè)模塊分別考察了學(xué)生計(jì)算機(jī)基本知識(shí)、計(jì)算機(jī)編程能力、標(biāo)準(zhǔn)考試環(huán)境下的綜合應(yīng)用能力的，能夠全面反映學(xué)生的記憶、認(rèn)知、應(yīng)變能力。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)組及控制組設(shè)計(jì)的需要對(duì)相應(yīng)的教學(xué)分組分別依三個(gè)模塊采集了相應(yīng)的學(xué)生成績(jī)。

通過(guò)考試系統(tǒng)數(shù)據(jù)的調(diào)取，獲取了每個(gè)實(shí)驗(yàn)組（本文以授課班級(jí)為實(shí)驗(yàn)組）學(xué)生各模塊的成績(jī)。隨后在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)組授課教師依學(xué)生成績(jī)進(jìn)行分類匯總，求得每組任課教師所帶學(xué)生成績(jī)的各個(gè)模塊平均值，如表1所示。

通過(guò)對(duì)表1中數(shù)據(jù)分析，Group1組學(xué)生成績(jī)中基礎(chǔ)模塊、語(yǔ)言模塊、省二模塊及總評(píng)成績(jī)（72.79，75.00 ，59.57，69.49）明顯低于相應(yīng)實(shí)驗(yàn)組Group2的成績(jī)（88.71，91.54，71.83，84.50）。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院2015-2016學(xué)年度第一學(xué)期本科新生最終在計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)中注冊(cè)選修CITE課程的人數(shù)共計(jì)2012人。本文研究從中選擇了15組教學(xué)任務(wù)。為了掌握網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)對(duì)于CITE教學(xué)質(zhì)量的影響，對(duì)承擔(dān)CITE教學(xué)任務(wù)分組的教師提出了教學(xué)方法、手段方面的不同要求。第一組作為控制組（Group1）；本組采用傳統(tǒng)教育教學(xué)方法，以理論教學(xué)為主，重在教師對(duì)課堂的控制及信息的傳輸與表達(dá)；第二組作為實(shí)驗(yàn)組（Group2）；本組要求教師依托于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展教育教學(xué)活動(dòng)，將多種基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。并引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)組的教師采用了翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)方法來(lái)完成相應(yīng)教學(xué)任務(wù)，以強(qiáng)化學(xué)生在課外自主學(xué)習(xí)的時(shí)間比重，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)獲取教學(xué)內(nèi)容的理論知識(shí)與技能；并引導(dǎo)教師在課堂上通過(guò)學(xué)生上講臺(tái)演示、群組討論的方式完成課程教授。通過(guò)實(shí)驗(yàn)組教學(xué)方法與手段的變化，以強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用深度，從而為利用實(shí)驗(yàn)組學(xué)生不同模塊成績(jī)來(lái)分析評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在教學(xué)中的績(jī)效。CITE教學(xué)分組授課教師情況見表1。

2.3 研究過(guò)程

對(duì)于選修CITE課程的學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。其中學(xué)生成績(jī)?nèi)我荒K因違紀(jì)、曠考、缺考而沒有成績(jī)的記錄共計(jì)32個(gè)。由于這些異常情況隨機(jī)出現(xiàn)在不同的班級(jí)，因此采取了刪除的處理。最后獲得有效學(xué)生CITE成績(jī)數(shù)據(jù)1980項(xiàng)記錄。

通過(guò)Microsoft EXCEL對(duì)有效學(xué)生成績(jī)按照實(shí)驗(yàn)分組任課教師排序（以姓氏筆劃為序），隨后對(duì)三個(gè)模塊成績(jī)進(jìn)行分類匯總以計(jì)算各模塊平均分，獲得每個(gè)實(shí)驗(yàn)分組學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)模塊平均成績(jī)、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言平均成績(jī)、省二計(jì)算機(jī)平均成績(jī)。

利用SPSS對(duì)15組學(xué)生三個(gè)模塊成績(jī)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析方法，以獲取聚類信息。

3 結(jié)果與分析

3.1 系統(tǒng)聚類分析選項(xiàng)設(shè)定

采用系統(tǒng)聚類分析對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以定量的方式來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)相對(duì)于傳統(tǒng)教育教學(xué)的差異。本文系統(tǒng)聚類分析中聚類方法采用的距離度量是系統(tǒng)默認(rèn)的Between-group Linkage（即組間平均距離法）；而其中Measure（即度量距離標(biāo)準(zhǔn)）采用了Euclidean Distance（即歐氏距離）；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采用的是Z Scores（即Z得分），從而保證數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1。隨后將聚類數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分類數(shù)目初步確定為2個(gè)。

3.2 系統(tǒng)聚類分析過(guò)程表的分析與評(píng)價(jià)

SPSS所給出的系統(tǒng)聚類分析過(guò)程表如表2所示。從表中第四列聚類系數(shù)（Coefficients）可以看出每次被合并的兩個(gè)類之間的距離大小。在系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的聚類分析過(guò)程中，可以根據(jù)這一系數(shù)的變化來(lái)分析15個(gè)實(shí)驗(yàn)分組經(jīng)過(guò)系統(tǒng)聚類分析后最佳的分類數(shù)目。

如表2所示，第13階的聚類系數(shù)是3.339，這一數(shù)字僅比第13階的聚類系數(shù)2.93大0.409個(gè)單位；而第14階的聚類系數(shù)比第13階的聚類系數(shù)大6.995個(gè)單位。由此，我們可以認(rèn)為系統(tǒng)聚類分析過(guò)程結(jié)束于第13階是合理的，此時(shí)所有的數(shù)據(jù)被分成兩類。而這正好與我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想一致，即反映了實(shí)驗(yàn)組與控制組的學(xué)生成績(jī)的差異。

3.3 聚類分析結(jié)果表與聚類樹的分析與評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)聚類分析后的聚類結(jié)果如表3所示，可以清楚地看到Group1的6名教師所教授實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生成績(jī)?yōu)榈?類；而Group2組的9名教師所教授實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生成績(jī)?yōu)榈?類。這一結(jié)果可以清晰地通過(guò)相應(yīng)的聚類樹形圖表示出來(lái)，如圖1所示。其中第2類成績(jī)反映了教師教學(xué)過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)對(duì)教學(xué)效果的影響。這說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的引入對(duì)于教育教學(xué)有著很大的影響。

根據(jù)圖1進(jìn)一步分析可以看出，最終聚類后所生成的第1類中Teacher_01所教授的實(shí)驗(yàn)分組成績(jī)與Group1其余組的成績(jī)有著明顯的差異。第2類中的Teacher_15所教授的實(shí)驗(yàn)組分組成績(jī)與Group2其余組的成績(jī)也有著明顯的差異。

經(jīng)過(guò)分析，前者是由于承擔(dān)相應(yīng)教學(xué)任務(wù)的教師是一位新任教師，教學(xué)管理能力、學(xué)科專業(yè)知識(shí)把握能力弱于其他教師而導(dǎo)致相應(yīng)教學(xué)任務(wù)組學(xué)生的成績(jī)明顯低于Group1的平均成績(jī)。后者是一名教學(xué)骨干教師，該教師教學(xué)能力很強(qiáng)，能夠有意識(shí)地將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)與傳統(tǒng)教育教學(xué)過(guò)程無(wú)疑銜接，并能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的組織管理功能強(qiáng)化對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的控制與管理，因此其所教授實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生的成績(jī)明顯優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)分組的成績(jī)。

4 結(jié)論與思考

實(shí)驗(yàn)所測(cè)試的課程由理論性強(qiáng)的模塊、操作性強(qiáng)的模塊、綜合考核模塊組成，能夠體現(xiàn)出多種不同的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的效果。本研究差異性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組教學(xué)手段與教學(xué)方法，使得實(shí)驗(yàn)分組中實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)過(guò)程能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)來(lái)完成教學(xué)過(guò)程、教學(xué)管理控制、數(shù)字化教學(xué)資源，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組與控制組學(xué)生成績(jī)的差異化。理論性教學(xué)模塊一般由優(yōu)秀課網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)支撐；高級(jí)程序設(shè)計(jì)類技能性教學(xué)由交互性在線數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)支撐；而省二這樣綜合性的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)由數(shù)字化考試平臺(tái)為學(xué)生提供了平時(shí)的練習(xí)與正式的考核支持，學(xué)生通過(guò)大量的、多次的模擬考試來(lái)完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)的學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，本研究基于系統(tǒng)聚類對(duì)于實(shí)驗(yàn)組及控制組學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行了聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果提出了一種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)績(jī)效的評(píng)價(jià)新方法。這種基于《大學(xué)計(jì)算機(jī)教育》并以系統(tǒng)聚類分析為手段對(duì)于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)績(jī)效的評(píng)價(jià)有著獨(dú)特的視角。

在影響教師在教學(xué)中采納教育信息技術(shù)的諸多因素中，教師的個(gè)人特質(zhì)占有重要位置，這些特質(zhì)包括與技術(shù)采納有關(guān)的人口學(xué)特征、技術(shù)使用經(jīng)驗(yàn)、自我效能、個(gè)人創(chuàng)新性等由于承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的教師個(gè)人技術(shù)使用經(jīng)驗(yàn)、自我效能、個(gè)人創(chuàng)新性等特質(zhì)不同，其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源及平臺(tái)的使用能力有著一定的差異[6]。有的教師在教學(xué)過(guò)程中能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，有的教師只能簡(jiǎn)單地將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)與現(xiàn)有教學(xué)相整合，部分教師教學(xué)智慧不足難以將教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程。因此，利用系統(tǒng)聚類分析法來(lái)聚類不同教學(xué)組成績(jī)，可能存在著一定的影響因子，會(huì)影響到教學(xué)實(shí)驗(yàn)組的分組的準(zhǔn)確性。因此，控制影響因子，保證系統(tǒng)聚類法的應(yīng)用準(zhǔn)確性還需要進(jìn)一步思考。

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