廣西科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 黃鎮(zhèn)謹(jǐn) 陽樹洪

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基于層次分析法的學(xué)生實(shí)踐能力評估模型

廣西科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 黃鎮(zhèn)謹(jǐn) 陽樹洪

軟件工程專業(yè)具有工程性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，因此實(shí)踐課程是軟件類專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)，其教學(xué)效果直接影響學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量與競爭力。筆者考慮實(shí)踐類課程的內(nèi)在聯(lián)系和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異，提出基于層次分析法的學(xué)生開發(fā)能力評價(jià)方法，針對不同的能力層次，確定不同的實(shí)踐內(nèi)容，進(jìn)行分層次的教學(xué)，達(dá)到因人施教的目的。

層次分析法 實(shí)踐能力 評估模型

軟件工程專業(yè)主要培養(yǎng)具有一定軟件應(yīng)用開發(fā)能力的應(yīng)用型人才，該專業(yè)的相關(guān)課程具有工程性和實(shí)踐性特點(diǎn)。傳統(tǒng)的以知識驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對理論知識的理解。這種模式下，教學(xué)實(shí)例是孤立的，學(xué)生難以把握一個(gè)項(xiàng)目的整體分析與設(shè)計(jì)過程，缺少實(shí)際動(dòng)手和解決實(shí)際問題的能力。因此，以任務(wù)為導(dǎo)向的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手開發(fā)能力。然而，由于學(xué)生自身因素，不同的學(xué)生在接受能力、應(yīng)變能力、自主學(xué)習(xí)能力等方面不盡相同。因此，教學(xué)實(shí)踐過程中，教師還應(yīng)考慮個(gè)體差異性，構(gòu)建分層分類的教學(xué)模式。本文提出基于層次法的學(xué)生實(shí)踐能力評估模型，利用該模型可以有針對性地對學(xué)生因人施教，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手開發(fā)能力和整體教學(xué)質(zhì)量。

一、當(dāng)前教學(xué)方法的缺陷

軟件專業(yè)實(shí)踐類教學(xué)包括實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)課主要針對理論課程不同章節(jié)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，要求學(xué)生在給定的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目。課程設(shè)計(jì)是教師綜合本門課程的內(nèi)容，要求學(xué)生完成一項(xiàng)涉及本課程主要內(nèi)容的綜合性、應(yīng)用型的開發(fā)題目。實(shí)訓(xùn)是教師根據(jù)某一課題、方向，綜合本專業(yè)的相關(guān)知識，訓(xùn)練學(xué)生掌握開發(fā)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目的能力。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)置課程有助于提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。然而實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中往往存在一些問題。首先，每門課程由不同的教師教授，教師只有在教學(xué)末期才對學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)能力有大概了解。隨著課程的結(jié)束，教師與該授課班級脫鉤。其次，由于教師對學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力并沒有全面的了解，往往采用統(tǒng)一的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，能力強(qiáng)的學(xué)生很快完成，而能力差的學(xué)生無法按時(shí)完成。隨著課程的結(jié)束，新課程的開始，同樣的情況再次發(fā)生。因此，教師測量和評估學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐能力和狀況，并在授課時(shí)按照不同層次的學(xué)生分別制定不同的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，有助于提高實(shí)踐課程教學(xué)效果。

二、評估模型與方法

軟件專業(yè)課程具有一定的相關(guān)性，尤其是軟件專業(yè)的語言類課程。學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也具有連貫性。以本校軟件工程專業(yè)與語言相關(guān)課程為例，學(xué)生需要修讀的實(shí)踐類課程依次包括C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C++和Java的實(shí)驗(yàn)課。這些課程結(jié)束后還有課程設(shè)計(jì)，學(xué)生大三最后一個(gè)學(xué)期由企業(yè)主導(dǎo)綜合實(shí)訓(xùn)。這些課程中的實(shí)驗(yàn)課分塊分時(shí)進(jìn)行，涉及課程的基礎(chǔ)知識，而課程設(shè)計(jì)及實(shí)訓(xùn)則是集中進(jìn)行，是綜合知識及訓(xùn)練的過程。這些課程與學(xué)生的編程能力相關(guān)。學(xué)生在這些課程中的表現(xiàn)狀況可以反映學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。教師要考慮近段時(shí)間以來的幾個(gè)實(shí)踐課程，采用層次分析法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，評判學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)能力。下面給出評估的方法和模型。

學(xué)生的學(xué)習(xí)能力分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級，評定學(xué)生學(xué)習(xí)能力的因素包括：完成時(shí)間、完成質(zhì)量、回答問題情況、主動(dòng)提問次數(shù)及難度。每個(gè)因素按照百分制打分?？紤]到時(shí)效性，教師選取最近的五次實(shí)踐課作為評判標(biāo)準(zhǔn)。其基本框架如下：

教師可以構(gòu)造判斷矩陣，用以表示本層所有因素針對上一層某個(gè)因素相對重要性的比較。判斷矩陣的元素根據(jù)Stanty的標(biāo)度法給出。從實(shí)踐課的實(shí)際情況來看，教師對B層的判斷矩陣，可以根據(jù)每個(gè)實(shí)踐課的重要程度給出。對實(shí)驗(yàn)課來說，其重要程度根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容而定。如果該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是本門課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，則其越重要。課程設(shè)計(jì)比實(shí)驗(yàn)課重要，課程設(shè)計(jì)之間的重要程度根據(jù)課程在本專業(yè)的重要程度而定，實(shí)訓(xùn)的重要度最大。該判斷矩陣與最近的五次實(shí)踐課程相關(guān)，因此其值具有一定的時(shí)效性，能反映學(xué)生近段時(shí)間的學(xué)習(xí)狀況。下表為標(biāo)度的值及其含義。

Stanty 標(biāo)度法

根據(jù)表1和每個(gè)實(shí)踐課的重要度，建立本層的判斷矩陣：

對于C層，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力主要體現(xiàn)在是否能按時(shí)按質(zhì)完成規(guī)定的實(shí)踐內(nèi)容?？紤]到實(shí)踐課程的開放性，即學(xué)生之間可以自由的交流，教師有必要增加回答問題的部分，用以輔助教師判斷學(xué)生對課程內(nèi)容是否完全掌握，提問的次數(shù)與難度用來判斷學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和對課程深度的理解。四個(gè)因素的重要度依次為：完成質(zhì)量、回答問題、完成時(shí)間、提問次數(shù)及難度。其判斷矩陣如下：

該判斷矩陣與選取的實(shí)踐課程無關(guān)，因此不具有時(shí)效性。

為避免出現(xiàn)判斷矛盾的情形，確定通過判斷矩陣求出的特征向量（權(quán)值）是否合理，教師需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)公式為： CR=CI/RI。其中CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，CI為判斷矩陣一致性指標(biāo)，它由下式計(jì)算：

λmax為最大特征根；n為判斷矩陣階數(shù)；RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。由于判斷矩陣A與實(shí)際選取的實(shí)踐課程相關(guān)，這里僅對矩陣B進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。當(dāng)A確定后，其檢驗(yàn)過程與B類似。由矩陣B可知λmax=4.144，歸一后的權(quán)向量（特征向量）WB=（0.1057，0.5038，0.3356，0.0549），于是CI=（4.144-4）/（4-1）=0.048，查表RI=0.9，所以CR=0.048/0.9=0.053，通過一致性檢驗(yàn)。

獲得B層和C層的權(quán)向量WA、 WB后，設(shè)教師對學(xué)生實(shí)踐課中每一個(gè)因素的評價(jià)為矩陣：

其中pij是教師對某個(gè)學(xué)生第i個(gè)實(shí)踐課第j個(gè)因素的評價(jià)分?jǐn)?shù)。則學(xué)生最終的評價(jià)分值為：S=WA*（P*WB '） （1）

教師根據(jù)分值可以確定學(xué)生的能力等級，進(jìn)而了解班級的整體學(xué)習(xí)情況，為制定新的實(shí)踐內(nèi)容和指導(dǎo)方法提供依據(jù)。

三、實(shí)例

下面以C++課程為例，計(jì)算某學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)能力。設(shè)B層的實(shí)踐課分別為類與對象、繼承及多態(tài)、模板、異常、課程設(shè)計(jì)。根據(jù)各實(shí)踐課的重要程度，判斷矩陣：

算得λmax=5.135，歸一后的權(quán)向量（特征向量）WA=（0.233，0.2051，0.0501，0.0501，0.4619），于是CI=（5.135-5）（5-1）=0.034，查表RI=1.12 ，所以CR=0.034/1.12=0.03，通過一致性檢驗(yàn)。

下面假設(shè)教師對學(xué)生實(shí)踐課中每一個(gè)因素的評價(jià)矩陣為：

根據(jù)公式（1），學(xué)生的最終評分值 S=WA*（P*WB '）=75.0887。因此，該學(xué)生的最近學(xué)習(xí)能力為中等水平。

四、結(jié)論

軟件專業(yè)的教學(xué)中，實(shí)踐課是重要環(huán)節(jié)。由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的個(gè)體差異性，教師在教學(xué)中采用分類分層次的教學(xué)法將會取得比較好的效果。分類之前，教師需要評估學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。本文采用層次分析法，根據(jù)課程內(nèi)容的重要程度、學(xué)生的表現(xiàn)情況，評估學(xué)生的實(shí)踐水平，以此作為依據(jù)，有針對性地制定實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。從近兩年的實(shí)施效果來看，基于層次分析的評估方法能比較準(zhǔn)確地反映學(xué)生的實(shí)際情況，以此為依據(jù)的分類教學(xué)取得了良好的教學(xué)成果，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

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（本文系基金項(xiàng)目：廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2015JGA264）

ISSN2095-6711/Z01-2016-09-0103

黃鎮(zhèn)謹(jǐn)（1975—），男，壯族，廣西武鳴人，副教授，碩士 ，研究方向：計(jì)算機(jī)教育