摘要：針對中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0難以完成教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析的問題，構(gòu)建基于層次分析法的教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析指標(biāo)體系模型，運用GIS技術(shù)設(shè)計開發(fā)教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析系統(tǒng)，對實時監(jiān)測采集的教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)做評價分析，能夠?qū)崟r監(jiān)測并采集教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)，并對其進行評價分析。通過這一系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)問題并及時預(yù)警，為能力提升工程2.0的全面監(jiān)測管理提供決策分析支持。

關(guān)鍵詞：GIS；層次分析法；教師培訓(xùn)質(zhì)量

中圖分類號：TP311.52；G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）07-0041-05

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

教師培訓(xùn)質(zhì)量的評價與分析是教師培訓(xùn)管理中重要的一環(huán)，起到教學(xué)督導(dǎo)、教育反思的作用。對于中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0這樣的大規(guī)模、長周期、學(xué)用考相結(jié)合的教師培訓(xùn)而言，教師培訓(xùn)質(zhì)量的評價與分析能夠幫助省級教育行政部門了解各地市、各縣區(qū)的教師培訓(xùn)進度及成效，督促進度低、成效差的地區(qū)及時調(diào)整培訓(xùn)策略。

層次分析法（AHP） 是一種定性結(jié)合定量、分層計算權(quán)值的決策方法，體現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)、相互制約的各因素對問題的重要程度[1]。盡管層次分析法的評價結(jié)果帶有一定的主觀色彩，但它仍是目前教育信息化教學(xué)評價體系研究中較為常用的方法之一[2]。

為此，采用層次分析法對實時監(jiān)測采集的教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)進行評價計算，利用GIS技術(shù)的空間可視化和空間分析能力，引入預(yù)警機制，設(shè)計開發(fā)教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析系統(tǒng)，實現(xiàn)教師培訓(xùn)質(zhì)量的評價與分析。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概述

教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析系統(tǒng)作為教師培訓(xùn)監(jiān)測管理平臺的子系統(tǒng)[3]，依靠網(wǎng)絡(luò)與教師培訓(xùn)監(jiān)測管理平臺的服務(wù)器通信，以API接口或用戶導(dǎo)入方式獲取教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)，按縣區(qū)或地市分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用層次分析法計算評價區(qū)域中每個評價單元的評價指數(shù)，生成質(zhì)量預(yù)警圖。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。系統(tǒng)的底層為數(shù)據(jù)層，通過API接口或Excel組件獲取教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)，分類統(tǒng)計后，生成評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)。除此之外，數(shù)據(jù)層還負(fù)責(zé)層次分析法參數(shù)數(shù)據(jù)和評價結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲。中間層為業(yè)務(wù)邏輯層，它是系統(tǒng)所有功能邏輯的體現(xiàn)，主要包括三個方面。一方面是設(shè)置層次分析法評價指標(biāo)；另一方面是在設(shè)置評價類型和查詢評價單元后，訪問評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)和層次分析法參數(shù)數(shù)據(jù)，計算生成評價結(jié)果數(shù)據(jù)；再一方面是可視化評價結(jié)果數(shù)據(jù)，生成質(zhì)量預(yù)警圖。頂層為表示層，通過窗體、對話框、Windows Form控件、MapGIS控件實現(xiàn)人機交互與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)有4類數(shù)據(jù)，分別是教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)、層次分析法參數(shù)數(shù)據(jù)、評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)和評價結(jié)果數(shù)據(jù)。

1） 教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)。教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)是教師培訓(xùn)監(jiān)測管理平臺的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，包含教師姓名、學(xué)校、地市、縣區(qū)、課程學(xué)習(xí)時長、研修活動完成數(shù)、分析同伴課堂實錄數(shù)量、能力點考核情況等教師個人培訓(xùn)統(tǒng)計信息。

2） 層次分析法參數(shù)數(shù)據(jù)。層次分析法參數(shù)數(shù)據(jù)是XML文檔數(shù)據(jù)，涵蓋標(biāo)準(zhǔn)評價因子表、選擇評價因子表、評價因子分級表、重要性矩陣表4個數(shù)據(jù)表。標(biāo)準(zhǔn)評價因子表和選擇評價因子表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同，前者記錄評價指標(biāo)體系模型信息，后者記錄用戶從評價指標(biāo)體系模型中選擇的評價因子信息。評價因子分級表記錄用戶選擇的每個評價因子的級別信息，包含分級情況、關(guān)系、閾值和得分等內(nèi)容，同時記錄評價因子與評價格網(wǎng)關(guān)聯(lián)的屬性字段。重要性矩陣表記錄因子組層、因子層的重要性矩陣和層次權(quán)重數(shù)據(jù)。

3） 評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)。評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)是MapGIS區(qū)要素類數(shù)據(jù)，是要素圖元的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的集合。一個要素圖元表示一個評價單元。根據(jù)縣區(qū)和地市的行政劃分，評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)分為縣區(qū)評價格網(wǎng)和地市評價格網(wǎng)2個區(qū)要素類，二者屬性結(jié)構(gòu)相同，如表1所示。

4） 評價結(jié)果數(shù)據(jù)。評價結(jié)果數(shù)據(jù)是MapGIS6X區(qū)文件數(shù)據(jù)，在評價單元要素圖元的基礎(chǔ)上，根據(jù)評價指數(shù)對應(yīng)的預(yù)警等級顯示預(yù)警顏色。屬性結(jié)構(gòu)有評價指數(shù)和預(yù)警等級2個屬性字段。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和模塊化設(shè)計思想，系統(tǒng)劃分3個功能模塊，分別是評價指標(biāo)設(shè)置、評價區(qū)域選擇和評價結(jié)果顯示，每個功能模塊包含若干個功能，如圖2所示。

2.1 評價指標(biāo)設(shè)置

評價指標(biāo)設(shè)置模塊分步設(shè)置層次分析法的計算參數(shù)，包括評價因子、重要性矩陣和評價因子分級得分3個方面。

1） 評價因子設(shè)定。結(jié)合教師培訓(xùn)考核的維度、評測指標(biāo)、評測點等內(nèi)容，建立目標(biāo)層、因子組層、因子層的層次化評價指標(biāo)體系模型，如圖3所示。

為實現(xiàn)從評價指標(biāo)體系模型中選擇評價因子做評價計算的功能，系統(tǒng)讀取標(biāo)準(zhǔn)評價因子表和選擇評價因子表的數(shù)據(jù)信息，以樹形結(jié)構(gòu)的形式，分別顯示在表示“評價指標(biāo)體系模型”和“用戶選擇”的兩個TreeView控件中，如圖4所示。在“評價因子設(shè)定”對話框中，用戶可以選擇評價因子自定義評價指標(biāo)體系，也可刪除或清空已選擇的評價因子。

點擊“保存”按鈕，系統(tǒng)將用戶選擇的評價因子數(shù)據(jù)信息寫入選擇評價因子表中。

2） 重要性矩陣設(shè)置。系統(tǒng)讀取選擇評價因子表的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)自定義評價指標(biāo)體系的因子組層和因子層，在DataGridView控件中以列表的形式顯示需要設(shè)置的重要性矩陣和設(shè)置按鈕，并提示重要性矩陣是否通過一致性驗證，如圖5所示。

點擊列表的“...”按鈕，在彈出的對話框中輸入或修改矩陣元素值。在此，采用T.L.Saaty教授提出的1-9標(biāo)度法構(gòu)建重要性矩陣。通過重要性矩陣反映因子與因子間、因子組與因子組間的相對重要性。設(shè)矩陣A為n個因子組或因子組下n個評價因子的重要性矩陣，矩陣元素值aij表示第i個元素與第j個元素的重要性比值[4]，取值及含義如表2所示。

輸入結(jié)束后，計算重要性矩陣內(nèi)n個元素的相對權(quán)重，即層次權(quán)重，用向量W表示。向量W中的元素wi定義如下：

[wi=wii=1nwi（i=1，2，...，n）]

[wi=j=1naiji=1naij]

隨后，檢驗重要性矩陣的一致性，防止出現(xiàn)元素b比元素c重要，元素c比元素d重要，但元素d比元素b重要的情況。用一致性指標(biāo)CI和平均隨機一致性指標(biāo)RI的比值CR表示重要性矩陣是否滿足一致性[5]。當(dāng)CR＜0.1時，表明重要性矩陣滿足一致性。其中，CI定義如下：

[CI=λmax-nn-1]

[λmax=1ni=1n（A·W）iwi]

根據(jù)T.L.Saaty教授提供的1階～9階RI值表，當(dāng)重要性矩陣為2階矩陣時，RI取值為0，因0不能做除數(shù)，使用接近于0的0.000 001計算。當(dāng)重要性矩陣為3階矩陣時，RI取值為0.52。

最后，點擊“重要性矩陣設(shè)置”對話框的“保存”按鈕，將所有通過一致性檢驗的重要性矩陣及層次權(quán)重寫入重要性矩陣表中。

3） 評價因子分級。系統(tǒng)加載選擇評價因子表的評價因子到ComboBox控件，通過選擇下拉菜單的評價因子，在DataGridView控件顯示評價因子的級別信息。同時，系統(tǒng)加載縣區(qū)/地市評價格網(wǎng)的屬性字段名稱到另一個ComboBox控件，用于選擇評價因子關(guān)聯(lián)的屬性字段，如圖6所示。

評價因子的每一級別包含分級情況、關(guān)系、閾值和得分4項數(shù)據(jù)。其中，分級情況是指評價因子的級別描述，關(guān)系是指評價因子級別與評價格網(wǎng)屬性值之間的關(guān)系，閾值是指關(guān)系中數(shù)值的限定，得分是指為級別賦分的分值。

點擊“保存”按鈕，系統(tǒng)將集合了所有評價因子分級信息的數(shù)據(jù)集寫入評價因子分級表中。

2.2 評價區(qū)域選擇

在評價指標(biāo)設(shè)置完成的基礎(chǔ)上，評價區(qū)域選擇模塊實現(xiàn)評價區(qū)域內(nèi)層次分析法評價計算的功能，包含評價類型設(shè)置、更新格網(wǎng)數(shù)據(jù)、評價單元查詢、層次分析法計算4個步驟。

1） 評價類型設(shè)置。評價類型有按縣區(qū)評價和按地市評價2種評價類型。默認(rèn)的評價類型為按縣區(qū)評價。不同的評價類型使用的評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)不同。當(dāng)選擇按縣區(qū)評價時，系統(tǒng)使用縣區(qū)評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)做評價計算，反之，使用地市評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)做評價計算。

2） 更新格網(wǎng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)獲取教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)，根據(jù)縣區(qū)/地市評價格網(wǎng)屬性字段的數(shù)據(jù)要求說明（見表1） ，計算評價格網(wǎng)中每個要素圖元的屬性值。

3） 評價單元查詢。在主窗體地圖顯示區(qū)域的AxMapXView控件上顯示縣區(qū)或地市的行政區(qū)域地圖，利用控件的鼠標(biāo)響應(yīng)事件繪制矩形。當(dāng)按下鼠標(biāo)左鍵時，記錄當(dāng)前鼠標(biāo)坐標(biāo)為矩形左上角坐標(biāo)。當(dāng)鼠標(biāo)移動時，記錄當(dāng)前鼠標(biāo)坐標(biāo)為矩形右下角坐標(biāo)?；谧笊辖亲鴺?biāo)和右下角坐標(biāo)繪制矩形，同時擦除鼠標(biāo)上一次移動時繪制的矩形。當(dāng)抬起鼠標(biāo)左鍵時，結(jié)束繪制并擦除繪制的矩形。根據(jù)矩形坐標(biāo)構(gòu)建查詢矩形，與縣區(qū)/地市評價格網(wǎng)做空間運算，找出在查詢矩形內(nèi)部的所有要素圖元。這些要素圖元就是評價單元。

4） 層次分析法計算。為計算評價單元的評價指數(shù)，需要3類數(shù)據(jù)。一是評價單元的屬性數(shù)據(jù)，二是因子組層和因子層的層次權(quán)重數(shù)據(jù)，三是評價因子的級別信息。

首先，系統(tǒng)讀取重要性矩陣表的層次權(quán)重數(shù)據(jù)，計算每個評價因子的權(quán)重。設(shè)因子組層的層次權(quán)重向量為WB，第k個因子組下的n個評價因子間的層次權(quán)重向量為WC，則該因子組下第i個評價因子的權(quán)重wfi定義如下：

[wfi=wbkwci（i=1，2，...，n）]

隨后，系統(tǒng)讀取評價因子分級表的因子級別信息，根據(jù)評價單元的屬性值，確定評價因子的級別及得分。

最后，根據(jù)評價因子權(quán)重及評價單元的評價因子得分，計算每個評價單元的評價指數(shù)。設(shè)所有評價因子的權(quán)重向量為WF，第i個評價因子的權(quán)重為wfi，某評價單元中，第i個評價因子得分為si，則該評價單元的評價指數(shù)r定義如下：

[r=i=1nwfisi]

2.3 評價結(jié)果顯示

評價結(jié)果顯示模塊可視化顯示評價結(jié)果和系統(tǒng)底圖，包括評價結(jié)果成圖、顯示和復(fù)原顯示底圖三個方面。

1） 評價結(jié)果成圖。根據(jù)評價單元的評價指數(shù)范圍，以相對對比評價為評價思想，系統(tǒng)將評價指數(shù)的數(shù)值范圍平均劃分成四個區(qū)間段，低數(shù)值區(qū)間到高數(shù)值區(qū)間依次對應(yīng)H（高）、HL（較高）、LR（較低）、L（低）四個預(yù)警等級，如圖7所示。用戶也可按照絕對對比評價的思想，調(diào)整區(qū)間數(shù)值。

系統(tǒng)按照評價指數(shù)所在的數(shù)值區(qū)間為每個評價單元確定預(yù)警等級。隨后，系統(tǒng)復(fù)制評價單元的要素圖元至評價結(jié)果的區(qū)要素類中，設(shè)置要素圖元顏色為預(yù)警等級顏色。最后，系統(tǒng)將評價結(jié)果的區(qū)要素類寫入MapGIS6X區(qū)文件。

2） 添加結(jié)果圖層。評價結(jié)果成圖后，主窗體的地圖顯示區(qū)域顯示評價結(jié)果的預(yù)警圖。為瀏覽其他已生成的評價結(jié)果，選擇文件路徑后，系統(tǒng)顯示文件中的區(qū)要素類到地圖顯示區(qū)域。

3） 復(fù)原底圖。底圖是縣區(qū)或地市的行政區(qū)域地圖，由表示行政區(qū)域的區(qū)要素類、表示邊界的線要素類、表示點標(biāo)記的點要素類和表示名稱的注記等組成。為復(fù)原系統(tǒng)地圖顯示區(qū)域的內(nèi)容，系統(tǒng)在主窗體的地圖顯示區(qū)域中重新加載、顯示底圖的所有要素類。

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試過程

選擇按縣區(qū)評價類型進行測試，導(dǎo)入部分教師的培訓(xùn)數(shù)據(jù)用以更新縣區(qū)評價格網(wǎng)數(shù)據(jù)，測試系統(tǒng)的層次分析法評價計算功能。

1） 評價因子設(shè)定。在“評價因子設(shè)定”對話框中選擇所有評價因子，即選擇學(xué)習(xí)過程（C1） 、培訓(xùn)學(xué)習(xí)評分（C2） 、研討活動（C3） 、課堂實踐（C4） 和校本應(yīng)用（C5） 5個評價因子。

2） 重要性矩陣設(shè)置?！爸匾跃仃囋O(shè)置”對話框顯示要設(shè)置的重要性矩陣，有重要性矩陣_因子組層、重要性矩陣_課程學(xué)習(xí)（B1） 和重要性矩陣_校本實踐（B2） 。

重要性矩陣_因子組層是因子組層的重要性矩陣。由于課程學(xué)習(xí)（B1） 和校本實踐（B2） 同等重要，應(yīng)用考核（B3） 比另外兩者明顯重要，按照課程學(xué)習(xí)（B1） 、校本實踐矩陣（B2） 、應(yīng)用考核（B3） 的排列順序，重要性矩陣A定義如下：

[A=110.2110.2551]

重要性矩陣_課程學(xué)習(xí)（B1） 和重要性矩陣_校本實踐（B2） 是因子層的重要性矩陣，由于每個評價因子都同等重要，因此矩陣數(shù)值均設(shè)為1。

應(yīng)用考核（B3） 只有1個評價因子，不用設(shè)置重要性矩陣。

3） 評價因子分級。在“評價因子分級”對話框中，為每個評價因子選擇關(guān)聯(lián)的評價格網(wǎng)屬性字段，添加級別信息。在測試階段，所有評價因子均設(shè)置4個級別，如表3所示。

4） 評價計算。在主窗體的地圖顯示區(qū)域拉框選擇所有縣區(qū)，設(shè)置評價結(jié)果文件的保存路徑，在“預(yù)警區(qū)間設(shè)置”對話框中修改預(yù)警等級區(qū)間值，點擊“確定”按鈕，生成并顯示評價結(jié)果的預(yù)警圖，如圖8所示。

3.2 測試結(jié)論

本次測試選取部分教師的培訓(xùn)數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)測試的真實性，避免了無意義數(shù)據(jù)的輸入，提高數(shù)據(jù)測試的精準(zhǔn)度。經(jīng)過黑盒測試，系統(tǒng)能準(zhǔn)確接收用戶輸入的數(shù)據(jù)信息，能準(zhǔn)確接收監(jiān)測管理平臺的教師培訓(xùn)數(shù)據(jù)，能按預(yù)期生成、顯示評價結(jié)果預(yù)警圖，達(dá)到系統(tǒng)的需求目標(biāo)。

4 結(jié)論

基于Windows Form和MapGIS二次開發(fā)的教師培訓(xùn)質(zhì)量評價分析系統(tǒng)采用層次分析法對教師培訓(xùn)質(zhì)量進行評價分析，其生成的評價結(jié)果預(yù)警圖表征了教師培訓(xùn)質(zhì)量的優(yōu)良差程度。目前，系統(tǒng)已正式運行使用，為省級教育行政部門的監(jiān)督管理提供直觀的數(shù)據(jù)決策支持，也為新周期中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程提供政策制定參考。

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