基于正交試驗法的學(xué)生課程成績評價方法探究

摘 ? ?要：課程教學(xué)成績評價是高校教學(xué)質(zhì)量評估和國家工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)，亦是評估學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的集中體現(xiàn)。目前，部分高校學(xué)生課程成績評定方法單一，課程考試試卷結(jié)構(gòu)組成、難易程度無法與不同專業(yè)課程培養(yǎng)目標(biāo)相匹配，很難對機械類專業(yè)學(xué)生課程成績給予科學(xué)合理的評價。針對上述不足，確定出影響課程成績和及格率的4個關(guān)鍵因素，運用正交試驗法優(yōu)化各關(guān)鍵因素的占比，在安徽理工大學(xué)的機械類專業(yè)課程開展測試，得到了機械類專業(yè)課程成績評價體系中各因素最優(yōu)組合：試卷難度等級為6#，非標(biāo)準(zhǔn)答案占比為15%，課堂考勤和專業(yè)實踐各占成績的5%。

關(guān)鍵詞：成績評價方法;正交實驗法;非標(biāo)準(zhǔn)答案;成績評定;課程成績

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）08-0073-03

一、引言

國家“十四五”規(guī)劃中重點指出，提升發(fā)展，強化“質(zhì)量強國、科技強國、教育強國、人才強國”等內(nèi)容[1]。堅持以教育強國和人才強國為戰(zhàn)略主題是未來重要的發(fā)展方向。我國大力推進(jìn)新工科建設(shè)，建立科學(xué)的學(xué)科專業(yè)評價系統(tǒng)，實施國家工程教育專業(yè)認(rèn)證、學(xué)科評估、課程改革等一系列措施，旨在培養(yǎng)新時代需要的各類高素質(zhì)、高理論水平和高技術(shù)的科學(xué)技術(shù)人才。課程考試是實施國家工程教育課程最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，課程教學(xué)成績評價體系是高校教學(xué)質(zhì)量評估和國家工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)，亦是評估學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的集中體現(xiàn)。課程考試是體現(xiàn)評估學(xué)生過程培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑之一，它具有非選拔性、檢驗性、過關(guān)性、正態(tài)分布性和相對性等特性。學(xué)生通過理解、分析、領(lǐng)悟課程知識，將各門課程整理、轉(zhuǎn)換成自己的知識體系，形成自我觀念，從而構(gòu)建出自己的知識體系。課程考試作為學(xué)生成績評定的核心評價依據(jù)，它不僅能衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還是對課程知識內(nèi)容掌握程度的體現(xiàn)。有關(guān)學(xué)者側(cè)重于研究科學(xué)的課程考試成績評價體系，普遍采用的評價方法包括灰色聚類法、主成分分析法、模糊評價法和層次分析法等[2-6]。課程教學(xué)成績評價體系中評價因子之間并非是定量關(guān)系，且這些評價因子與課程教學(xué)成績結(jié)果之間并非簡單的函數(shù)關(guān)系。建立客觀、規(guī)范、科學(xué)和可操作的課程教學(xué)成績評價體系，并對收集的結(jié)果作出客觀、公正、科學(xué)的分析和評價對提高課程考試質(zhì)量、加強學(xué)生對知識的掌握程度、提升學(xué)科學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量、強化高校教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督有著重要的作用[7]。

目前，部分高等院校運用的學(xué)生成績評定方法比較單一，多以平時成績和考試成績作為學(xué)生最終課程成績評定依據(jù)[8]。課程考試成績作為學(xué)生成績評定的核心內(nèi)容，要反映出學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程知識和綜合運用課程知識能力全過程，應(yīng)該避免部分學(xué)生臨時抱佛腳，促使每個學(xué)生在課程教學(xué)的整個過程都認(rèn)真參與和思考，及時查漏補缺，增強學(xué)生對課程知識內(nèi)容的掌握程度，強化學(xué)生的綜合思維能力，提高學(xué)生的靈活應(yīng)用能力。高等院校常規(guī)的課程考試主要以閉卷考試為主，試卷內(nèi)容多以標(biāo)準(zhǔn)答案試題為主，對于與實踐結(jié)合度比較緊密的專業(yè)，如車輛工程、儀器儀表工程和機器人等，采用傳統(tǒng)考核方式難以科學(xué)合理地反映出學(xué)生對課程知識內(nèi)容中實踐部分的掌握程度。因此，單一的考核方式很難對學(xué)生課程成績作出準(zhǔn)確的評價[9-10]。

針對實踐性強的機械類專業(yè)課程，改善傳統(tǒng)考試方式，減少標(biāo)準(zhǔn)答案試題在課程考試中的占比，切實加大實踐類或非標(biāo)準(zhǔn)答案試題比例，增強學(xué)生創(chuàng)新能力的應(yīng)用。本文分析總結(jié)部分院校學(xué)生課程成績評定方法中存在的不足之處，運用定性分析與定量分析相結(jié)合的方法，根據(jù)安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院開設(shè)“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程，以該課程專業(yè)的學(xué)生成績?yōu)閰⒖迹\用正交實驗方法對影響學(xué)生及格率的因素進(jìn)行優(yōu)化，得到其最優(yōu)參數(shù)占比，來探討更合理、科學(xué)和公正的實驗教學(xué)質(zhì)量評價方法，為建立科學(xué)合理的機械類專業(yè)學(xué)生課程成績評價體系提供參考。

二、正交試驗法

在以歐洲為中心的西方發(fā)達(dá)國家檢驗認(rèn)證和推廣下，正交試驗法被廣泛應(yīng)用，特別是對以實驗類為基礎(chǔ)的自然學(xué)科發(fā)展起到重要作用[11]。在我國，正交試驗法的理論研究工作已經(jīng)獲得一定成就，正交試驗法不僅在自然學(xué)科中普遍使用，還在人文社會學(xué)科中被廣泛推廣。

研究多因素、多水平的實驗設(shè)計方法有很多種，正交試驗法是眾多實現(xiàn)高效、快速和經(jīng)濟(jì)效果的實驗設(shè)計方法之一，類似的實驗方法還有聚類分析方法和因子方法等。依據(jù)Galois理論，正交試驗法中正交試驗設(shè)計部分是分式析因設(shè)計的主要方法。根據(jù)正交試驗設(shè)計的正交性，從全面試驗得出的大量實驗數(shù)據(jù)中挑選出適量的、具有“均勻分散，齊整可比”特征的點進(jìn)行試驗，從而科學(xué)合理地安排實驗。

三、正交試驗法評價模型的建立

課程考試評價體系往往涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、計算機學(xué)和管理學(xué)等多個領(lǐng)域，它由多種復(fù)雜因素構(gòu)成，但又缺少定量數(shù)據(jù)的體系系統(tǒng)，這給教研人員研究課程考試評價體系帶來一系列困難。因此，選擇科學(xué)合理的評價方法非常重要。教研人員須在評價方法上作深入研究，而正交試驗法在解決由眾多復(fù)雜因素組成卻又缺少定量數(shù)據(jù)支撐的課程考試成績評價體系系統(tǒng)問題時具有顯著優(yōu)勢。

（一）課程成績評定的組成

對于實踐性很強的專業(yè)，單獨以平時成績和考試成績評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是片面的，尤其是專業(yè)實踐占很大比重的機械專業(yè)，平時成績和考試成績難以客觀地反映出學(xué)生對課程知識內(nèi)容的掌握程度[12]。因此，適當(dāng)選取非標(biāo)準(zhǔn)答案試題，并增加非標(biāo)準(zhǔn)答案試題在課程考試中占據(jù)的比重[13]，對培養(yǎng)學(xué)生獨立運用課程知識的能力，發(fā)揮學(xué)生在課程考試中的主體中心作用將起到關(guān)鍵作用。以安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院為例，目前本科課程考試考卷有A卷、B卷和C卷三種類型，其中C卷主要針對補考或者緩考的學(xué)生，因此，C卷難度相比A卷和B卷難度系數(shù)低一些。A卷和B卷難度系數(shù)相似，這樣難度系數(shù)的考卷更易于考察相同專業(yè)學(xué)生對課程知識掌握程度。對不同專業(yè)學(xué)生而言，相同課程章節(jié)知識內(nèi)容掌握程度要求是存在差異的，采用難度系數(shù)相似的考卷來考核不同專業(yè)的學(xué)生，限制了不同專業(yè)學(xué)生對相同課程知識內(nèi)容的要求掌握的深度，因此，選用不同難度系數(shù)的課程試卷考核不同專業(yè)學(xué)生對同一課程知識內(nèi)容不同掌握深度更加合理科學(xué)。

以安徽理工大學(xué)為例，在傳統(tǒng)課程考核基礎(chǔ)之上，改變學(xué)生成績評價體系中各因素的占比，例如課程考試占70%、專業(yè)實踐占10%、課堂考勤和作業(yè)占20%，但仍無法合理科學(xué)地反映出學(xué)生對課程知識內(nèi)容的掌握程度，因此，有必要改善傳統(tǒng)課程考核學(xué)生成績評價體系中結(jié)構(gòu)組成及占比。機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個關(guān)鍵因素對學(xué)生課程知識內(nèi)容掌握程度影響較大，需要進(jìn)一步探究這四個關(guān)鍵因素對學(xué)生課程知識內(nèi)容掌握程度影響的最優(yōu)組合。

（二）成績評定因素優(yōu)化

在多因素影響下，正交試驗法是尋找最優(yōu)水平組合的十分有效的試驗設(shè)計方法[7]。根據(jù)以往課程成績評價體系組成，將影響機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級A、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比B、課堂考勤C和專業(yè)實踐D四個因素作為關(guān)鍵自變量，假定四個關(guān)鍵因素之間沒有任何交互作用，選用3因素4水平的正交表L9（34），如表1所示。在機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程和機器人等專業(yè)開展課程教學(xué)和課程考試測試，根據(jù)課程考試結(jié)果，分別對學(xué)生最終評價成績的及格率進(jìn)行分析，得到正交試驗結(jié)果，如表2所示。

機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個因素對學(xué)生課程知識內(nèi)容掌握程度影響最優(yōu)方案是指在所做的試驗范圍內(nèi)，各因素較優(yōu)的水平組合。依據(jù)正交試驗結(jié)果，對正交實驗結(jié)果綜合分析，將因素水平作為橫坐標(biāo)，以學(xué)生最終核算成績的及格率的平均值ki為縱坐標(biāo)，得到各因素與學(xué)生課程成績及格率之間的影響規(guī)律圖[14]，如圖1所示。

圖1給出了各因素水平與學(xué)生課程成績及格率影響之間的關(guān)系。

A因素列：k2>k3>k1

B因素列：k3>k2>k1

C因素列：k1>k2>k3

D因素列：k1>k2>k3

通過分析可知機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個因素對學(xué)生課程知識內(nèi)容掌握程度影響的優(yōu)選方案為A2B3C1D1，即試卷難度等級為6#，非標(biāo)準(zhǔn)答案占比為15%，課堂考勤和專業(yè)實踐各占成績的5%。

四、成績評定體系的實踐

在相同學(xué)習(xí)條件下，通過適當(dāng)調(diào)整機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個因素與課程總分?jǐn)?shù)的占比，既能增加機械專業(yè)學(xué)生對專業(yè)實踐的重視程度，提高專業(yè)實踐綜合運用能力，還能提高學(xué)生自主運用課程教學(xué)知識內(nèi)容的能力，真正地讓學(xué)生將課本理論知識靈活運用于實踐中。

機械類課程考試成績評定體系是學(xué)生參與到教學(xué)、實驗和實踐等全過程的一種接觸手段，是高等教育改革的探索，其為進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)。根據(jù)筆者運用正交試驗法在機械類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行實踐，得到機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個因素在課程考試學(xué)生成績評價體系中最優(yōu)方案：試卷難度等級為6#，非標(biāo)準(zhǔn)答案占比為15%，課堂考勤和專業(yè)實踐各占成績的5%。筆者將最優(yōu)方案的機械類專業(yè)課程成績評價體系運用于2017級機械電子工程、車輛工程、機械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè)中，得到了不錯的效果。

五、結(jié)語

機械類課程考試成績評定體系也適用于工科類相關(guān)專業(yè)。采用正交試驗法對工科相關(guān)專業(yè)學(xué)生課程成績進(jìn)行系統(tǒng)性的評價，結(jié)合卓越工程教育認(rèn)證的要求，尤其是實踐要求強的工科專業(yè)，系統(tǒng)客觀地確定出機械類專業(yè)課程成績評價體系中各關(guān)鍵因素，通過正交試驗法確定各關(guān)鍵因素之間的最優(yōu)組合，將定性問題轉(zhuǎn)化為定性與定量相結(jié)合的問題，得出機械類專業(yè)課程成績評價體系中難度等級、非標(biāo)準(zhǔn)答案占比、課堂考勤和專業(yè)實踐四個因素在課程考試學(xué)生成績評價體系中最優(yōu)方案。經(jīng)試驗后，學(xué)生成績與學(xué)生掌握課程知識內(nèi)容匹配度較高，學(xué)生成績及格率上升，整體效果不錯。機械類課程考試成績評定體系間接地反映了學(xué)生成績評定與學(xué)生對課程知識內(nèi)容的匹配度，提高了學(xué)生成績評價效率，為學(xué)生綜合掌握課程知識內(nèi)容程度評價提供了方法，為在同類工科專業(yè)學(xué)生課程成績評估推廣提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國瑞.基于五大發(fā)展理念的高等教育強國建設(shè)研究[J].現(xiàn)? ? 代教育管理，2018（7）.

[2]黃銀娟，宣士斌.基于AHP-FUZZY綜合評價法的實驗? ? 教學(xué)質(zhì)量評價體系[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），? ? 2013（2）.

[3]史國慶，高曉光，吳夢舒.基于灰色聚類法的慣導(dǎo)仿真系統(tǒng)? ? 可信度評估[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011（6）.

[4]趙京，李立明，尚紅，等.基于主成分分析法的機械臂運動靈? ? 活性性能綜合評價[J].機械工程學(xué)報，2014（3）.

[5]丁忠軍，高翔，王成勝，等.基于層次分析法的載人深潛器潛? ? 航員職業(yè)特征研究[J].海洋工程，2014（6）.

[6]尚淑麗，顧正華，趙世凱，等.基于模糊邏輯的水電工程生態(tài)? ? 效應(yīng)綜合評價[J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）， 2014（9）.

[7]謝淮北.基于模糊AHP的機械專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量評價體? ? 系研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2018（6）.

[8]蔚曉慶，司懿敏，劉金福.人才培養(yǎng)質(zhì)量視角下高等農(nóng)業(yè)院? ? 校課程考試模式改革研究——以天津農(nóng)學(xué)院為例[J].教? ? 育教學(xué)論壇，2016（24）.

[9]鄧義桂.當(dāng)前高?？荚嚨膯栴}與對策研究[J].教師教育學(xué)? ? 報，2008（1）.

[10]王志躍，楊海明.高校專業(yè)課程考試改革探析[J].揚州大? ? ? 學(xué)學(xué)報（高教研究版），2008（6）.

[11]張晶.生物淋濾去除電鍍污泥中重金屬的研究[D].太原? ? ? 理工大學(xué)，2014.

[12]羅忠，劉士卿，王菲，等.大學(xué)課程平時成績的評定方法探? ? ? 索與實踐[J].教學(xué)研究，2011（5）.

[13]朱云國，劉增良，宋洪儒，等.電路課程的非標(biāo)準(zhǔn)答案考試? ? ? 初探[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（9）.

[14]邱軼兵.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大? ? ? 學(xué)出版社，2008：77-166.