基于層次分析法的學生實踐能力評估模型

廣西科技大學計算機與通信工程學院 黃鎮謹 陽樹洪

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基于層次分析法的學生實踐能力評估模型

廣西科技大學計算機與通信工程學院 黃鎮謹 陽樹洪

軟件工程專業具有工程性和實踐性的特點，因此實踐課程是軟件類專業教學的重點，其教學效果直接影響學生的培養質量與競爭力。筆者考慮實踐類課程的內在聯系和學生學習能力的差異，提出基于層次分析法的學生開發能力評價方法，針對不同的能力層次，確定不同的實踐內容，進行分層次的教學，達到因人施教的目的。

層次分析法 實踐能力 評估模型

軟件工程專業主要培養具有一定軟件應用開發能力的應用型人才，該專業的相關課程具有工程性和實踐性特點。傳統的以知識驅動的教學模式重點強調學生對理論知識的理解。這種模式下，教學實例是孤立的，學生難以把握一個項目的整體分析與設計過程，缺少實際動手和解決實際問題的能力。因此，以任務為導向的項目驅動模式有利于調動學生參與學習的積極性，提高學生的實際動手開發能力。然而，由于學生自身因素，不同的學生在接受能力、應變能力、自主學習能力等方面不盡相同。因此，教學實踐過程中，教師還應考慮個體差異性，構建分層分類的教學模式。本文提出基于層次法的學生實踐能力評估模型，利用該模型可以有針對性地對學生因人施教，提高學生實際動手開發能力和整體教學質量。

一、當前教學方法的缺陷

軟件專業實踐類教學包括實驗課、課程設計、實訓、畢業設計。實驗課主要針對理論課程不同章節的內容，設計不同的實驗模塊，要求學生在給定的實驗課時內完成相應的實驗題目。課程設計是教師綜合本門課程的內容，要求學生完成一項涉及本課程主要內容的綜合性、應用型的開發題目。實訓是教師根據某一課題、方向，綜合本專業的相關知識，訓練學生掌握開發實際應用項目的能力。

教學內容設置課程有助于提高學生的實際動手能力。然而實際教學實踐中往往存在一些問題。首先，每門課程由不同的教師教授，教師只有在教學末期才對學生的實際學習能力有大概了解。隨著課程的結束，教師與該授課班級脫鉤。其次，由于教師對學生實際動手能力并沒有全面的了解，往往采用統一的教學實踐內容，能力強的學生很快完成，而能力差的學生無法按時完成。隨著課程的結束，新課程的開始，同樣的情況再次發生。因此，教師測量和評估學生學習實踐能力和狀況，并在授課時按照不同層次的學生分別制定不同的教學實踐內容，有助于提高實踐課程教學效果。

二、評估模型與方法

軟件專業課程具有一定的相關性，尤其是軟件專業的語言類課程。學生的學習能力也具有連貫性。以本校軟件工程專業與語言相關課程為例，學生需要修讀的實踐類課程依次包括C語言、數據結構、C++和Java的實驗課。這些課程結束后還有課程設計，學生大三最后一個學期由企業主導綜合實訓。這些課程中的實驗課分塊分時進行，涉及課程的基礎知識，而課程設計及實訓則是集中進行，是綜合知識及訓練的過程。這些課程與學生的編程能力相關。學生在這些課程中的表現狀況可以反映學生的實際動手能力。教師要考慮近段時間以來的幾個實踐課程，采用層次分析法構建數學模型，評判學生當前的學習能力。下面給出評估的方法和模型。

學生的學習能力分為優、良、中、差四個等級，評定學生學習能力的因素包括：完成時間、完成質量、回答問題情況、主動提問次數及難度。每個因素按照百分制打分。考慮到時效性，教師選取最近的五次實踐課作為評判標準。其基本框架如下：

教師可以構造判斷矩陣，用以表示本層所有因素針對上一層某個因素相對重要性的比較。判斷矩陣的元素根據Stanty的標度法給出。從實踐課的實際情況來看，教師對B層的判斷矩陣，可以根據每個實踐課的重要程度給出。對實驗課來說，其重要程度根據本次實驗課的內容而定。如果該實驗內容是本門課程的重點和難點，則其越重要。課程設計比實驗課重要，課程設計之間的重要程度根據課程在本專業的重要程度而定，實訓的重要度最大。該判斷矩陣與最近的五次實踐課程相關，因此其值具有一定的時效性，能反映學生近段時間的學習狀況。下表為標度的值及其含義。

Stanty 標度法

根據表1和每個實踐課的重要度，建立本層的判斷矩陣：

對于C層，學生的學習能力主要體現在是否能按時按質完成規定的實踐內容。考慮到實踐課程的開放性，即學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生對課程內容是否完全掌握，提問的次數與難度用來判斷學生學習的主動性和對課程深度的理解。四個因素的重要度依次為：完成質量、回答問題、完成時間、提問次數及難度。其判斷矩陣如下：

該判斷矩陣與選取的實踐課程無關，因此不具有時效性。

為避免出現判斷矛盾的情形，確定通過判斷矩陣求出的特征向量（權值）是否合理，教師需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，檢驗公式為： CR=CI/RI。其中CR為判斷矩陣的隨機一致性比率，CI為判斷矩陣一致性指標，它由下式計算：

λmax為最大特征根；n為判斷矩陣階數；RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標。由于判斷矩陣A與實際選取的實踐課程相關，這里僅對矩陣B進行一致性檢驗。當A確定后，其檢驗過程與B類似。由矩陣B可知λmax=4.144，歸一后的權向量（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。

獲得B層和C層的權向量WA、 WB后，設教師對學生實踐課中每一個因素的評價為矩陣：

其中pij是教師對某個學生第i個實踐課第j個因素的評價分數。則學生最終的評價分值為：S=WA*（P*WB '） （1）

教師根據分值可以確定學生的能力等級，進而了解班級的整體學習情況，為制定新的實踐內容和指導方法提供依據。

三、實例

下面以C++課程為例，計算某學生當前學習能力。設B層的實踐課分別為類與對象、繼承及多態、模板、異常、課程設計。根據各實踐課的重要程度，判斷矩陣：

算得λmax=5.135，歸一后的權向量（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。

下面假設教師對學生實踐課中每一個因素的評價矩陣為：

根據公式（1），學生的最終評分值 S=WA*（P*WB '）=75.0887。因此，該學生的最近學習能力為中等水平。

四、結論

軟件專業的教學中，實踐課是重要環節。由于學生學習能力的個體差異性，教師在教學中采用分類分層次的教學法將會取得比較好的效果。分類之前，教師需要評估學生的實踐動手能力。本文采用層次分析法，根據課程內容的重要程度、學生的表現情況，評估學生的實踐水平，以此作為依據，有針對性地制定實踐教學內容和教學方法。從近兩年的實施效果來看，基于層次分析的評估方法能比較準確地反映學生的實際情況，以此為依據的分類教學取得了良好的教學成果，增強了學生的自信心，提高了學生的學習積極性。

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

ISSN2095-6711/Z01-2016-09-0103

黃鎮謹（1975—），男，壯族，廣西武鳴人，副教授，碩士 ，研究方向：計算機教育