選課走班背景下成績分析系統的設計與實現

解博超 陳江華 宋其云

摘 ? 要：成績分析是客觀檢測教學效果的重要手段。選課走班背景下，采用等級分數折算的方式可以對不同班級、不同學科的成績進行合理比較。建立成績分析系統，實現等級分自動計算，避免了人工轉換工作量大和容易出錯的問題。在此基礎上，通過多個維度分析個體成績數據和群體成績數據，有助于幫助學校、教師、學生及時發現教學中的問題，提升教學質量。

關鍵詞：選課走班;成績分析;信息系統

中圖分類號：G632.47 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）21-0053-05

一、問題的提出

近年來，新高考改革已逐步在全國平穩推進，各地紛紛出臺“3+3”“3+1+2”等更加靈活的選考模式。這一模式下，學生不再分文理科，而是需要從選考科目中限選或自選3門。[1]對學校而言，新高考改革是一個全面、系統的工程，探索選課走班和分層教學，保證人才培養的效果是重中之重。因此，客觀檢測教學效果，進而為教學提供參考就顯得更加重要。

考試成績是學習效果最直接、最有效的反饋。成績分析能夠客觀反映學生的學習效果、教師的教學質量以及學校的教學管理水平。然而，各地采用不同的選考方案及“等級賦分”方案，為成績分析帶來諸多挑戰。多種選考科目排列組合可以衍生出十幾種甚至幾十種選考方式，每個學科的難度、選考學生的程度與分數分布均不同，因此原始分數之間已經不具有可比性，無法有效進行直接比較，不能為學生提供有效參照。[2]同時，走班選課帶來了與原“行政班級”相對應的“教學班級”的概念，而每個學科的大部分“教學班級”均由來自不同行政班級的學生組成，若僅從行政班的角度進行分析，則難以反映出學科教師的教學效果。

二、系統環境與架構

本文選擇使用Microsoft Office Excel作為系統的開發環境。Excel具有強大的數據處理、分析與可視化功能，能夠滿足系統開發的需要;同時，本系統的主要用戶群體為中學教師與教學管理人員，熟悉Excel的基本操作，可以在一定程度上降低使用門檻，易于推廣和應用。

為了降低系統的耦合性并增強其可擴展性，將所有工作表明確劃分到“參數配置層”“原始數據層”和“計算展示層”[3]中，用以實現對應功能，如圖1所示。分層是為了實現“高內聚，低耦合”，采用“分而治之”的思想把問題劃分開來各個解決，易于控制和延展。

1.參數配置層

參數配置層存儲系統的配置參數，通常存儲不會經常變更的數據，供原始數據層和計算展示層調用。系統將兩類數據存儲在參數配置層中。第一類數據是實體信息，如教學班級信息、選考方案信息等，如圖2所示。這類數據通常具有以下四個特點：第一，字段名與原始數據層中表格的字段名一致;第二，字段名不重復;第三，由多個一維表組成;第四，具有可擴展性（表現為可以無限向下擴展數據）。第二類數據則存儲在二維表中，是一般不修改的對應關系，如等級賦分規則信息等，如圖3所示。為了便于管理和使用，將參數配置層的所有表橫向排列在“考試參數管理”工作表中。

2.原始數據層

原始數據層承載了參與運算的基礎數據，是最為基礎而重要的表。原始數據層中的工作表應與數據庫中的表的定義類似：每一行作為一條記錄，對應一個實體的相關信息;每一列作為一個字段，對應一個屬性。原始數據層的工作表應滿足字段分類清晰、數據屬性完整、數據連續、無合并單元格、無分隔、無匯總等要求。本系統中，原始數據層包括“學生信息管理”“原始分數錄入”與“學科參考劃線”等工作表，如圖4所示。

3.計算展示層

計算展示層通過表格和圖表兩種方式呈現，其數據隨源數據表的變化而自動變化。系統中的“等級分數折算”“年級成績總表”“年級情況統計”“班級對比分析”“學生弱科標記”等工作表均屬于計算展示層。每個工作表放置一個相對獨立的功能模塊，后續可根據實際需求添加其他功能模塊。圖5為“年級情況統計”模塊中“均分名次”表的局部，該表用于呈現總分及各科的平均分與名次。其中走班選課科目按教學班統計，其他科目及總分按行政班統計。

三、系統主要功能實現

系統依據參數配置層中的等級賦分規則，結合學生選考科目，計算選考科目等級分數。在依據等級分得到每個學生的總分后，通過計算考試分析中的各類常用指標，進行個體數據分析和群體數據分析。此外，為保證系統正常工作，對工作簿、工作表和單元格制定各自的安全策略。

1.等級分數折算

各科試題難易程度和分數分布的差異，導致了各科分數的不等值性。因此，將每個科目分數相加得到總分的方式是不科學的，需要將考生的卷面成績經過“等級分轉化”后，進一步相加得到總成績。各地對選考科目成績的呈現方式在細節上有所不同，但計算過程都遵循從“卷面成績”到“百分等級”再到“等級分數”的路徑。

其中，成績數據對應的百分等級可以定義為：在全體學生中，低于該成績的人數所占的百分比。可以通過PERCENTRANK.EXC函數來計算某個學生各科成績在全年級所對應的百分等級，成績越高，對應的百分等級就越高。

為了便于后續計算，將等級賦分規則按“等級分”列升序排列，并添加“控制線”輔助列，用于存儲各個等級所對應百分等級的下限，如圖6所示。此時可通過VLOOKUP函數的近似匹配實現從百分等級到等級分數的計算。其查找規則是：將查找值在一列升序排列的數據中，從第1個數據開始逐一匹配，直到遇到大于查找值的值時結束匹配并返回上一個數據在指定列的對應值。例如某個學生某科成績所對應的百分等級介于 [0.11， 0.15） 之間，那么其對應的等級為D1，等級分為55分。

除參加自行組織的考試外，學生還會參加地區統一命題、統一閱卷的大型考試，此時地區會向學校提供等級分數據。為此，系統設有“統考”和“非統考”兩種模式，根據用戶的選擇，使用IF函數計算選考科目等級分的總分，用于進行后續的統計分析。

2.個體數據分析

在通過等級分生成總成績后，系統主要從各科及總分名次、各科及總分得分率、各科及總分上線情況、短板學科標記等方面分析個體數據，最終為每位學生生成考試成績報表。

（1）總成績計算

將必考科目得分與選考科目等級分的總分相加，即可得到本次考試的總成績。為了避免出現缺考學生總分為0、影響后續統計分析的情況，使用SUMIFS函數根據各科原始分數是否為空，對缺考學生進行判斷。判定為缺考的學生其總分顯示為空。

（2）名次計算

①年級名次計算

年級名次可以直接使用RANK函數實現。由于缺考學生的成績為空，計算名次時會導致單元格出現#VALUE錯誤。為了避免單元格中顯示出錯信息，既可以在計算時通過IF函數過濾掉缺考學生，也可以對出現錯誤的單元格設置條件格式。

②班級名次計算

在年級成績表中計算班級名次，則需要使用SUMPRODUCT函數實現，它用于返回相應的數組或者區域乘積的和。在學生成績表中將班級和成績這兩列作為相乘的兩個區域，逐行查找與本人同班且成績高于本人的記錄，同時滿足這兩個條件，該行的乘積為1，否則為0。最后將結果相加，就是學生的班級名次。

（3）上線情況

在設定參考劃線后，通過VLOOKUP函數的近似匹配即可實現成績與上線情況的對應。為便于查看，使用字符串連接將分數與上線情況合并在同一個單元格中，并使用條件格式進行標記，如圖7所示。

以學生的總分成績為基準，選取上下相鄰的兩條參考劃線成績，通過雷達圖，呈現學生學科成績與對應劃線成績之間的關系，直觀地展示優勢學科與短板學科。考慮到不同學科的滿分不同，為了使圖表勻稱、美觀，使用得分率來代替原始分數。在圖8所示的雷達圖中可以發現，相對而言，該生的優勢科目為地理、英語;短板科目為數學、物理。

（4）短板學科標記

系統通過兩個維度來判定學生在本次考試中的短板學科：若學生某一學科的名次與總分名次相差超過一定比例（如x%），或該學科名次低于年級一定比例（如y%），則這個學科就是學生的短板學科。其中x和y的值均可結合學校實際情況進行配置。為滿足上述算法的單元格設置的條件格式，可將每個學生的弱科進行高亮顯示，如圖9所示。

3.群體數據分析

群體數據主要以年級、行政班和教學班為單位，分析常用指標與名次，統計各分數段、名次段人數，并對各個學科成績進行分布統計。

（1）常用指標及名次

對于群體成績數據分析而言，最常用的是描述性統計分析。即從取值規律、集中趨勢、離散程度等數字特征上反映數據整體情況，挖掘數據蘊涵的信息。此外，優秀率、及格率、上線率也是成績分析中常用的指標。使用如表1所示的函數，即可計算上述指標，從而得到總分及各學科的常用指標統計表。

基于常用指標統計表和相關輔助列數據，以堆積柱形統計圖和組合圖表等形式，可以繪制常用指標統計圖，如圖10所示。

（2）學科成績分布統計

為了更直觀地展示和比較不同班級各個學科成績的分布情況，還可使用箱形圖來呈現成績數據。箱形圖主要用于反映原始數據分布的特征，其優勢是可以進行多組數據分布特征的比較。箱形圖中不僅可以展示平均值、中位數、四分位數等統計量，還可以對離群值進行標記，據此直觀地展示各班各個學科成績的分布情況。通過圖11呈現的各個班級語文、數學、英語三個學科的箱形圖，可以觀察到成績數據的離散程度、異常值所處的位置等，便于對班級整體的學習特點進行分析。

（3）分數段與名次段統計

作為大型考試中必要的分析指標，分數段與名次段統計可以幫助教師對整體學生的成績分布做出更為細致、正確的判斷和分析。與同類型班級進行分數段統計比較，能夠幫助教師抓住后期工作重點。在均分大體相當的情況下，如果高分段人員較少，則需要加強培優;如果低分段人數較多，則需要注重補弱。

統計分數段和名次段的方法較多，包括使用COUNTIF函數、FREQUENCY函數、SUMPRODUCT函數等等，但各有其局限性。[4]前兩者不能適用于在年級成績中統計班級分數段，特別是無法適用于混合編班的情況;而后者引入了數組公式，計算量大，比較耗費系統資源。本文選擇采用COUNTIFS函數，將分數段和班級同時作為篩選條件，進行多條件篩選計數，能夠保證在滿足需求的同時，兼顧系統資源的消耗成本。計算所得結果如圖12所示。

4.系統保護與安全設置

系統安全主要體現在對系統的結構和數據進行保護。對系統結構的保護主要依賴于工作簿級別的保護，對數據的保護主要依賴于工作表的保護和數據驗證限制。[5]

（1）系統結構保護

可以通過指定密碼鎖定工作簿的結構。鎖定工作簿結構可阻止其他用戶添加、移動、刪除、隱藏和重命名工作表。系統的基礎數據存放于參數配置層和原始數據層的工作表中，考慮到刪除工作表的操作不可逆，且會直接影響系統運行，因此有必要通過保護工作簿的結構，防止用戶對工作表進行刪除操作。

（2）數據驗證限制

數據驗證是對某個單元格或單元格區域輸入的數據進行內容、長度或取值范圍的限制。對于符合條件的數據，允許輸入;對于不符合條件的數據，禁止輸入。這樣就可以依據規則檢查數據的合法性，避免錯誤的數據錄入。在本系統中，主要應用數據驗證的數字范圍和序列來限制用戶進行數據錄入，具體如表2所示。

（3）工作表保護

為了保證系統中的表結構與關鍵數據不被破壞，有必要為每個工作表配置嚴格的權限規則，具體步驟描述如下：首先，解鎖允許用戶修改的單元格，并將這些單元格填充底色加以區分，如教學班名稱、學科滿分及各科原始成績等。除此之外的單元格均只允許用戶在輸入密碼解鎖后方可修改。其次將所有帶有函數和公式的單元格設為隱藏。最后啟用保護工作表功能，通過僅允許用戶“選定鎖定的單元格”和“選定未鎖定的單元格”，將整張表設為只讀。

四、應用效果與展望

基于本系統的功能，對考試成績進行科學的分析和評價，能夠充分發揮考試的反饋作用，有助于加強教學管理、改進教學方法、提高教學質量。

第一，將原始成績自動轉換為等級分，避免了原始分數不可比較與人工轉換容易出錯的問題。同時，學校可以根據自身辦學情況及參與區統考等更大范圍考試的等級分折算情況，對各個等級比例進行調整，可以近似得到學生的等級分，為學生明確自身定位提供重要參考。另外，可以根據學生高一的學習情況，模擬計算不同選考組合下對應的等級分，基于計算結果和學生選科傾向為學生推薦選考組合。

第二，基于等級分的分數折算重新將所有班級置于相同的水平線上，便于班級之間的比較。除平均分和名次外，還基于總分和各個學科展示上線人數、上線率、名次統計，從多個角度對班級情況進行分析比較，便于班主任了解班級的長處與短板，有針對性地開展工作，也有利于班級之間的良性競爭與良好學習氛圍的養成。教師可以依據學生分數段分析、上線情況分析與弱科分析等功能，抓住邊緣學生，有針對性地培優補弱、因材施教。

第三，將生成的追蹤數據導入個人成績追蹤系統，形成動態的學生成績數據庫。自高一入校起進行統計和追蹤，在歷次考試的原始成績和系統生成的各類分析結果的基礎上，自動為每一位學生生成學業水平發展報告。利于教師掌握學生各個學科的優勢與劣勢，了解學生各個階段的學習動態，預測其今后的提升空間。

參考文獻：

[1]劉海峰.新高考改革的實踐與改進[J].江蘇高教，2019（6）：19-25.

[2]劉盾.新高考改革之現實審思與理論分析——以考試科目、次數及賦分方式為重點[J].復旦教育論壇，2017（3）：11-17.

[3]伍昊.你早該這么玩Excel[M].北京：北京大學出版社，2011.

[4]張山風.EXCEL中各分數段人數的統計方法[J].辦公自動化，2008（8）：55-56.

[5][美]John Walkenbach.中文版Excel 2016寶典（第9版）[M].趙利通，衛琳，譯.北京：清華大學出版社，2016.

（編輯：王天鵬）