摘 要:闡述學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀，將BP網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，用灰色理論進(jìn)行修正，給出BP網(wǎng)絡(luò)的課程效果評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)，提出一種新的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方法。利用VB 6.0與Matlab混合編程進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，BP網(wǎng)絡(luò)用于課程效果評(píng)價(jià)中，既克服了專家在評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀因素，又得到了滿意的評(píng)價(jià)結(jié)果，具有廣泛的適用性。

關(guān)鍵詞:學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià);BP網(wǎng)絡(luò);軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì);系統(tǒng)有效性驗(yàn)證

中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)02-065-03

Design and Implementation of Learning Effect Assessment Software System

WANG Yingxian

(Xi′an Vocational and Technical College，Xi′an，710032，China)

Abstract:The situation of student′s learning effect assessment is introduced and the neural network method is applied to the study effect evalution，with modification to the gray thoery_based method.A new learning effect assessment method is proposed.A software design and implementation using VB6.0 and Matlab mixed programme.By applying to the course and analyzing the assessment result，the system validity is confirmed.

Keywords:learning effect assessment;BP network;software system design;system valid confirmation

0 引 言

隨著職業(yè)教育改革的深入和職業(yè)教育的發(fā)展，如何提高教學(xué)質(zhì)量，是擺在各高等院校和高職院校面前的一個(gè)重要問(wèn)題。許多學(xué)校都在根據(jù)各自不同的情況進(jìn)行思考和判斷，并提出相應(yīng)對(duì)策，其中“評(píng)學(xué)”工作最為普遍?！霸u(píng)學(xué)”工作就是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果進(jìn)行的綜合評(píng)估，它能直接反應(yīng)教學(xué)的效果。目前進(jìn)行的“評(píng)學(xué)”工作多是學(xué)校自己組織，其方式主要有單個(gè)老師就某門課程進(jìn)行評(píng)價(jià)，或是學(xué)校組織對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方面某幾個(gè)指標(biāo)的打分，這種“評(píng)學(xué)”方式存在選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)的不合理，更不能科學(xué)地體現(xiàn)一個(gè)學(xué)生總體的學(xué)習(xí)效果。因此，建立科學(xué)合理的學(xué)生學(xué)習(xí)效果新評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)學(xué)校教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量是很有必要的[1，2]。

1 學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)[3，4]

學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)向?qū)W校教務(wù)人員提供一個(gè)易于操作和使用的評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)。通過(guò)該軟件，教務(wù)人員可以方便地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)首先是列出相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)(如表1所示)，再對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分配分值，具體評(píng)價(jià)分值如表2所示。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練后樣本數(shù)據(jù)生成學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)，庫(kù)中包含學(xué)生的信息。所以軟件應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)要求:

(1) 軟件人機(jī)交互界面要簡(jiǎn)潔，操作要方便;

(2) 軟件要有對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)的管理功能，包括學(xué)生信息的查詢、修改，數(shù)據(jù)庫(kù)新記錄的添加、刪除等;

(3) 灰色評(píng)價(jià)方法權(quán)值的修改功能;

(4) BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改、訓(xùn)練功能;

(5) 對(duì)新輸入記錄的評(píng)價(jià)和報(bào)告功能。

2 學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，選擇Windows XP SP2 環(huán)境，采用Visual Basic 6.0對(duì)Matlab 6.5進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，軟件系統(tǒng)依據(jù)ActiveX 技術(shù)設(shè)計(jì)各功能模塊。

2.1 總體設(shè)計(jì)[5]

學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的軟件系統(tǒng)既要滿足學(xué)生評(píng)估的各種功能要求，又要盡量做到簡(jiǎn)潔美觀。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

2.2 登錄界面設(shè)計(jì)

由于該系統(tǒng)是完成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，其中還包括對(duì)學(xué)生信息以及打分的存儲(chǔ)管理，軟件應(yīng)具備一定的保密性，因此該軟件設(shè)計(jì)了登錄界面。雙擊該軟件桌面上的運(yùn)行圖標(biāo)，運(yùn)行該程序，進(jìn)入登陸界面，在登陸界面下，要求使用人員輸入正確的用戶名和密碼，進(jìn)入軟件系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊界面設(shè)計(jì)[6，7]

該界面主要包含學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、評(píng)價(jià)人員姓名，以及各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值。在學(xué)號(hào)框內(nèi)輸入相應(yīng)的學(xué)生學(xué)號(hào)，單擊界面左下方的“查詢”按鈕，即可查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中該學(xué)生各指標(biāo)的得分情況;點(diǎn)擊 “下一個(gè)”或者“上一個(gè)”按鈕，可以按學(xué)號(hào)向后或向前查詢其他學(xué)生信息;當(dāng)要修改數(shù)據(jù)庫(kù)中某個(gè)學(xué)生記錄時(shí)，可以首先單擊“查詢”按鈕，找到該學(xué)生的記錄，然后在相應(yīng)記錄框內(nèi)修改信息，再單擊“修改”按鈕，就可以把修改后的信息存儲(chǔ)到原數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)庫(kù)添加新記錄時(shí)，可以首先在各個(gè)文本框內(nèi)添寫(xiě)相應(yīng)的學(xué)生信息;然后在菜單欄上單擊“添加記錄”，就可以在原來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)末尾追加一條新記錄，單擊“退出”按鈕，或者在菜單上單擊“退出本系統(tǒng)”，就可以退出該系統(tǒng)?！皩W(xué)生學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)庫(kù)”管理界面，如圖2所示。

圖2 學(xué)生學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面

2.4 BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與評(píng)價(jià)模塊設(shè)計(jì)[8，9]

2.4.1 BP網(wǎng)絡(luò)的綜合評(píng)價(jià)步驟

BP網(wǎng)絡(luò)的綜合評(píng)價(jià)步驟如下:

(1) 確定評(píng)價(jià)目標(biāo)體系，指標(biāo)個(gè)數(shù)為BP網(wǎng)絡(luò)中輸入節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元數(shù)目為18。

(2) 確定BP網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)，該系統(tǒng)采用具有一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層和一個(gè)輸出層的三層網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)。

(3) 明確評(píng)價(jià)結(jié)果，輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為1，即為某個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)結(jié)果。

(4) 對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(5) 用隨機(jī)數(shù)(一般是0～1之間的數(shù))初始化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值和網(wǎng)絡(luò)閾值。將標(biāo)準(zhǔn)化后的目標(biāo)樣本值輸入網(wǎng)絡(luò)，并給出相應(yīng)的期望輸出。

(6) 正向傳播，計(jì)算各層節(jié)點(diǎn)的輸出，計(jì)算各層節(jié)點(diǎn)的誤差。

(7) 反向傳播，修正權(quán)值。檢查是否所有樣本對(duì)輸入完畢。

(8) 計(jì)算誤差。當(dāng)總誤差小于給定誤差時(shí)，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束，否則轉(zhuǎn)到步驟(6);繼續(xù)訓(xùn)練。

(9) 訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)就可以用于正式評(píng)價(jià)。

2.4.2 樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備及網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練[9，10]

訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的選擇要有科學(xué)性、合理性，樣本的質(zhì)量關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的質(zhì)量，一般輸入量必須選擇那些對(duì)輸出影響大，且能夠檢測(cè)或者提取的變量，并且要求各輸入量之間互不相關(guān)或相關(guān)性很小，輸出量代表系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)。筆者通過(guò)對(duì)西安某高校某專業(yè)某年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行考察，從中抽取了200名能普遍代表該校學(xué)生學(xué)習(xí)效果的學(xué)生作為考察對(duì)象;然后找到相應(yīng)的課程老師及實(shí)習(xí)老師，按上文列出的18項(xiàng)指標(biāo)對(duì)這200名學(xué)生進(jìn)行十分制打分。在把樣本數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)前，要對(duì)其進(jìn)行歸一化處理。當(dāng)輸入向量的各分量量綱不同時(shí)，應(yīng)對(duì)不同的分量在其取值范圍內(nèi)分別進(jìn)行變換;當(dāng)各分量物理意義相同，且為同一量綱時(shí)，應(yīng)在整個(gè)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)確定最大值和最小值，進(jìn)行統(tǒng)一的變換處理。

2.4.3 BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與評(píng)價(jià)模塊的設(shè)置界面

應(yīng)用Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)，按照上述確定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行訓(xùn)練。通過(guò)多次嘗試性訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了精度要求。最后確定BP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:隱層神經(jīng)元14個(gè)，訓(xùn)練誤差0.001，動(dòng)量因子0.98。

點(diǎn)擊菜單欄上的“BP網(wǎng)絡(luò)模型”，可進(jìn)入BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與評(píng)價(jià)模塊的設(shè)置界面，如圖3所示。

圖3 “BP網(wǎng)絡(luò)模型”界面

在該界面可以對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，輸入層和輸出層的神經(jīng)元數(shù)是由系統(tǒng)自身決定的，而且不可改變的。界面的下方灰色方框內(nèi)用于顯示BP網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)結(jié)果。該系統(tǒng)無(wú)論是訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，還是用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)時(shí)都要啟動(dòng)Matlab。

進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)時(shí)，首先在“學(xué)生學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)庫(kù)”管理界面下將要評(píng)價(jià)的學(xué)生分?jǐn)?shù)輸入到相應(yīng)的文本框內(nèi)，然后單擊菜單“BP網(wǎng)絡(luò)模型”進(jìn)入圖3所示的界面，點(diǎn)擊“訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)”按鈕，系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及神經(jīng)元權(quán)值和閾值來(lái)建立BP網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)該學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果(包括優(yōu)、良、中、差程度，以及BP評(píng)價(jià)得分)會(huì)在 “BP網(wǎng)絡(luò)模型” 界面下方的灰色框中顯示。

點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕，系統(tǒng)返回到“學(xué)生學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)庫(kù)”的管理界面。

3 系統(tǒng)有效性驗(yàn)證

從我校機(jī)電系07屆畢業(yè)生中抽取6名學(xué)生，作為網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證樣本，檢驗(yàn)建立BP網(wǎng)絡(luò)的合理性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)我校機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)是符合實(shí)際情況的。

現(xiàn)有的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)樣本的數(shù)量偏少，如果將近幾年來(lái)的學(xué)生信息都輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，則訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度會(huì)進(jìn)一步提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

應(yīng)用BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，克服了專家在評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀因素，具有廣泛的適用前景。通過(guò)采用變步長(zhǎng)算法，大大改善了網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，提高了學(xué)習(xí)訓(xùn)練效率，從而給出較滿意的評(píng)價(jià)結(jié)果，為研究學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)提供了一條新的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1]龐思勤，徐承俊.大學(xué)擴(kuò)招后教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題的幾點(diǎn)思考[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2001，3(3):72_75.

[2]李保亞.學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的原則[J].安徽教育，2003(17):42_43.

[3]張志涌，徐彥琴.Matlab教程——基于6.X版本[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[4]郝志恒，劉舫.新電腦課堂Visual Basic編程篇[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.

[5]王躍強(qiáng)，王紀(jì)龍，王云才.VB程序中實(shí)現(xiàn)調(diào)用Matlab的方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2001，21(2):95 _96.

[6]張弘強(qiáng)，王春紅.基于Matlab的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教師評(píng)估[J].哈爾濱師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，21(5):43_46.

[7]張磊，向德全，胥杰.基于灰色理論的軍用信息系統(tǒng)安全效能評(píng)估[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2006，27(1):223_225.

[8]段岳明.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)生身體素質(zhì)測(cè)試評(píng)估模型研究[J].武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，39(8):77_79.

[9]張攀，王波，卿曉霞.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的智能評(píng)估系統(tǒng)[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(1):129_132.

[10]王朋嬌，王洪英.基于Excel 的學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)估系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2005(4):75_76.

作者簡(jiǎn)介 王穎嫻 女，1972年出生，碩士研究生，講師。主要從事機(jī)電專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)課的教學(xué)工作。