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        選課走班背景下成績分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

        2021-12-10 09:58:00解博超陳江華宋其云
        中國教育信息化 2021年11期
        關(guān)鍵詞:成績分析選課走班信息系統(tǒng)

        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(shù)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(tǒng),實現(xiàn)等級分自動計算,避免了人工轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)和群體成績數(shù)據(jù),有助于幫助學校、教師、學生及時發(fā)現(xiàn)教學中的問題,提升教學質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞:選課走班;成績分析;信息系統(tǒng)

        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(wěn)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(tǒng)的工程,探索選課走班和分層教學,保證人才培養(yǎng)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(zhì)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(zhàn)。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(shù)分布均不同,因此原始分數(shù)之間已經(jīng)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(tǒng)環(huán)境與架構(gòu)

        本文選擇使用Microsoft Office Excel作為系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。Excel具有強大的數(shù)據(jù)處理、分析與可視化功能,能夠滿足系統(tǒng)開發(fā)的需要;同時,本系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)配置層”“原始數(shù)據(jù)層”和“計算展示層”[3]中,用以實現(xiàn)對應功能,如圖1所示。分層是為了實現(xiàn)“高內(nèi)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(shù)配置層

        參數(shù)配置層存儲系統(tǒng)的配置參數(shù),通常存儲不會經(jīng)常變更的數(shù)據(jù),供原始數(shù)據(jù)層和計算展示層調(diào)用。系統(tǒng)將兩類數(shù)據(jù)存儲在參數(shù)配置層中。第一類數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通常具有以下四個特點:第一,字段名與原始數(shù)據(jù)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(xiàn)為可以無限向下擴展數(shù)據(jù))。第二類數(shù)據(jù)則存儲在二維表中,是一般不修改的對應關(guān)系,如等級賦分規(guī)則信息等,如圖3所示。為了便于管理和使用,將參數(shù)配置層的所有表橫向排列在“考試參數(shù)管理”工作表中。

        2.原始數(shù)據(jù)層

        原始數(shù)據(jù)層承載了參與運算的基礎數(shù)據(jù),是最為基礎而重要的表。原始數(shù)據(jù)層中的工作表應與數(shù)據(jù)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(guān)信息;每一列作為一個字段,對應一個屬性。原始數(shù)據(jù)層的工作表應滿足字段分類清晰、數(shù)據(jù)屬性完整、數(shù)據(jù)連續(xù)、無合并單元格、無分隔、無匯總等要求。本系統(tǒng)中,原始數(shù)據(jù)層包括“學生信息管理”“原始分數(shù)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(xiàn),其數(shù)據(jù)隨源數(shù)據(jù)表的變化而自動變化。系統(tǒng)中的“等級分數(shù)折算”“年級成績總表”“年級情況統(tǒng)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(xù)可根據(jù)實際需求添加其他功能模塊。圖5為“年級情況統(tǒng)計”模塊中“均分名次”表的局部,該表用于呈現(xiàn)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(tǒng)計,其他科目及總分按行政班統(tǒng)計。

        三、系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

        系統(tǒng)依據(jù)參數(shù)配置層中的等級賦分規(guī)則,結(jié)合學生選考科目,計算選考科目等級分數(shù)。在依據(jù)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(shù)據(jù)分析和群體數(shù)據(jù)分析。此外,為保證系統(tǒng)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(shù)折算

        各科試題難易程度和分數(shù)分布的差異,導致了各科分數(shù)的不等值性。因此,將每個科目分數(shù)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(jīng)過“等級分轉(zhuǎn)化”后,進一步相加得到總成績。各地對選考科目成績的呈現(xiàn)方式在細節(jié)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(shù)”的路徑。

        其中,成績數(shù)據(jù)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(shù)所占的百分比??梢酝ㄟ^PERCENTRANK.EXC函數(shù)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(xù)計算,將等級賦分規(guī)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(shù)的近似匹配實現(xiàn)從百分等級到等級分數(shù)的計算。其查找規(guī)則是:將查找值在一列升序排列的數(shù)據(jù)中,從第1個數(shù)據(jù)開始逐一匹配,直到遇到大于查找值的值時結(jié)束匹配并返回上一個數(shù)據(jù)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(qū)統(tǒng)一命題、統(tǒng)一閱卷的大型考試,此時地區(qū)會向?qū)W校提供等級分數(shù)據(jù)。為此,系統(tǒng)設有“統(tǒng)考”和“非統(tǒng)考”兩種模式,根據(jù)用戶的選擇,使用IF函數(shù)計算選考科目等級分的總分,用于進行后續(xù)的統(tǒng)計分析。

        2.個體數(shù)據(jù)分析

        在通過等級分生成總成績后,系統(tǒng)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(shù)據(jù),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(xiàn)缺考學生總分為0、影響后續(xù)統(tǒng)計分析的情況,使用SUMIFS函數(shù)根據(jù)各科原始分數(shù)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(shù)實現(xiàn)。由于缺考學生的成績?yōu)榭?,計算名次時會導致單元格出現(xiàn)#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(shù)過濾掉缺考學生,也可以對出現(xiàn)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(shù)實現(xiàn),它用于返回相應的數(shù)組或者區(qū)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(qū)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(jié)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(shù)的近似匹配即可實現(xiàn)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(shù)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?yōu)榛鶞?,選取上下相鄰的兩條參考劃線成績,通過雷達圖,呈現(xiàn)學生學科成績與對應劃線成績之間的關(guān)系,直觀地展示優(yōu)勢學科與短板學科??紤]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(shù)。在圖8所示的雷達圖中可以發(fā)現(xiàn),相對而言,該生的優(yōu)勢科目為地理、英語;短板科目為數(shù)學、物理。

        (4)短板學科標記

        系統(tǒng)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(jié)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(shù)據(jù)分析

        群體數(shù)據(jù)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(tǒng)計各分數(shù)段、名次段人數(shù),并對各個學科成績進行分布統(tǒng)計。

        (1)常用指標及名次

        對于群體成績數(shù)據(jù)分析而言,最常用的是描述性統(tǒng)計分析。即從取值規(guī)律、集中趨勢、離散程度等數(shù)字特征上反映數(shù)據(jù)整體情況,挖掘數(shù)據(jù)蘊涵的信息。此外,優(yōu)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(shù),即可計算上述指標,從而得到總分及各學科的常用指標統(tǒng)計表。

        基于常用指標統(tǒng)計表和相關(guān)輔助列數(shù)據(jù),以堆積柱形統(tǒng)計圖和組合圖表等形式,可以繪制常用指標統(tǒng)計圖,如圖10所示。

        (2)學科成績分布統(tǒng)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(xiàn)成績數(shù)據(jù)。箱形圖主要用于反映原始數(shù)據(jù)分布的特征,其優(yōu)勢是可以進行多組數(shù)據(jù)分布特征的比較。箱形圖中不僅可以展示平均值、中位數(shù)、四分位數(shù)等統(tǒng)計量,還可以對離群值進行標記,據(jù)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(xiàn)的各個班級語文、數(shù)學、英語三個學科的箱形圖,可以觀察到成績數(shù)據(jù)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(shù)段與名次段統(tǒng)計

        作為大型考試中必要的分析指標,分數(shù)段與名次段統(tǒng)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(shù)段統(tǒng)計比較,能夠幫助教師抓住后期工作重點。在均分大體相當?shù)那闆r下,如果高分段人員較少,則需要加強培優(yōu);如果低分段人數(shù)較多,則需要注重補弱。

        統(tǒng)計分數(shù)段和名次段的方法較多,包括使用COUNTIF函數(shù)、FREQUENCY函數(shù)、SUMPRODUCT函數(shù)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(tǒng)計班級分數(shù)段,特別是無法適用于混合編班的情況;而后者引入了數(shù)組公式,計算量大,比較耗費系統(tǒng)資源。本文選擇采用COUNTIFS函數(shù),將分數(shù)段和班級同時作為篩選條件,進行多條件篩選計數(shù),能夠保證在滿足需求的同時,兼顧系統(tǒng)資源的消耗成本。計算所得結(jié)果如圖12所示。

        4.系統(tǒng)保護與安全設置

        系統(tǒng)安全主要體現(xiàn)在對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)進行保護。對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的保護主要依賴于工作簿級別的保護,對數(shù)據(jù)的保護主要依賴于工作表的保護和數(shù)據(jù)驗證限制。[5]

        (1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保護

        可以通過指定密碼鎖定工作簿的結(jié)構(gòu)。鎖定工作簿結(jié)構(gòu)可阻止其他用戶添加、移動、刪除、隱藏和重命名工作表。系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)存放于參數(shù)配置層和原始數(shù)據(jù)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(tǒng)運行,因此有必要通過保護工作簿的結(jié)構(gòu),防止用戶對工作表進行刪除操作。

        (2)數(shù)據(jù)驗證限制

        數(shù)據(jù)驗證是對某個單元格或單元格區(qū)域輸入的數(shù)據(jù)進行內(nèi)容、長度或取值范圍的限制。對于符合條件的數(shù)據(jù),允許輸入;對于不符合條件的數(shù)據(jù),禁止輸入。這樣就可以依據(jù)規(guī)則檢查數(shù)據(jù)的合法性,避免錯誤的數(shù)據(jù)錄入。在本系統(tǒng)中,主要應用數(shù)據(jù)驗證的數(shù)字范圍和序列來限制用戶進行數(shù)據(jù)錄入,具體如表2所示。

        (3)工作表保護

        為了保證系統(tǒng)中的表結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵數(shù)據(jù)不被破壞,有必要為每個工作表配置嚴格的權(quán)限規(guī)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(qū)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(shù)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(tǒng)的功能,對考試成績進行科學的分析和評價,能夠充分發(fā)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(zhì)量。

        第一,將原始成績自動轉(zhuǎn)換為等級分,避免了原始分數(shù)不可比較與人工轉(zhuǎn)換容易出錯的問題。同時,學??梢愿鶕?jù)自身辦學情況及參與區(qū)統(tǒng)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(diào)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(jù)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(jié)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(shù)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(shù)、上線率、名次統(tǒng)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(yǎng)成。教師可以依據(jù)學生分數(shù)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(yōu)補弱、因材施教。

        第三,將生成的追蹤數(shù)據(jù)導入個人成績追蹤系統(tǒng),形成動態(tài)的學生成績數(shù)據(jù)庫。自高一入校起進行統(tǒng)計和追蹤,在歷次考試的原始成績和系統(tǒng)生成的各類分析結(jié)果的基礎上,自動為每一位學生生成學業(yè)水平發(fā)展報告。利于教師掌握學生各個學科的優(yōu)勢與劣勢,了解學生各個階段的學習動態(tài),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(xiàn)實審思與理論分析——以考試科目、次數(shù)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(shù)段人數(shù)的統(tǒng)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(wèi)琳,譯.北京:清華大學出版社,2016.

        (編輯:王天鵬)

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