基于因子分析的學生成績評價對高校GIS專業建設的啟示

王小麗 曹雅妮 簡太敏

摘 要：21世紀以來地理信息系統作為一門新型技術發展快速，逐漸滲透入國民經濟的多個部門，因此社會對GIS專業人才的需求量日益增長。然而目前GIS畢業生所具備的知識、技能與社會對GIS人才的需求依然存在一定的差距，因此探討我校GIS專業建設至關重要。文章以我校2012級GIS專業32名學生的18門課程為數據源，利用因子分析法并借助于SPSS對學生成績進行定量實證分析，文章提取出五個影響學生成績的潛在因子，并構建學生綜合成績的數學模型，在此基礎上利用系統聚類分析法對學生成績進行分類，客觀地評價了各類學生的課程成績，進而提出我校GIS專業建設的具體措施。

關鍵詞：因子分析；學生成績；專業建設；課程設置

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）13-0017-05

Abstract： Since the 21st century， geographic information systems （GIS） has developed rapidly and gradually penetrated into multiple departments of the national economy. Therefore， the social needs of GIS professionals are increasing. However， there is still a certain gap between the current skills of GIS graduates and the social needs of GIS professionals， so it is very important to explore the construction of GIS specialty in our university. In this paper， the factor analysis is used to quantitatively analyze students，achievements with SPSS statistical software， aiming to give a comprehensive evaluation of students，achievements. Meanwhile this paper extracts five potential factors and constructs the mathematical model of students，achievements. In addition， the system clustering analysis is used to classify the scores of students in this paper， giving objective evaluations for student achievements. On the basis of the conclusions，this paper puts forward some suggestions on the professional construction of GIS in our university.

Keywords： factor analysis； students，grades； professional construction； design of GIS curriculums

前言

GIS誕生于20世紀60年代，是一門集多種學科于一身的交叉性高新技術學科，其融合了地球科學、計算機科學、測量學、管理學、地質學、環境學、資源學等眾多學科[1]，主要進行空間數據的采集、存儲、查詢、更新、管理、分析、處理、可視化、應用等[2]。半個多世紀以來GIS產業的發展始終處于加速狀態，尤其是21世紀以來GIS作為一門新型技術應用于國民生產的很多部門，其涉及面廣、滲透性強，在國家信息建設與國家經濟發展、社會安定中舉足輕重。我國GIS產業興起于20世紀80年代，作為一種新型的產業迅速崛起，成為我國優先發展的產業之一[3]，其經濟效應非常巨大。在當代經濟全球化與信息技術日新月異浪潮中，我國對GIS人才的需求越來越大，同時順應時代的要求也提出了多層次創新型GIS人才的培養目標。而高校是培養創新性科技人才的重要基地。截至目前我國已有100余所大學陸續設立了GIS專業， GIS教育在高校發展迅速，但是高校培養的GIS 人才與社會的需求還是存在不相互吻合的現象[4]，21世紀高校教育應該以可持續發展觀

為指導，立足于國際大市場，力求培養的GIS人才具有多元化和市場化的特征，以滿足我國經濟社會的和諧發展。基于此我們很有必要對高校GIS 專業建設進行深入的研究和探討。

重慶師范大學是一所省屬高等師范類本科院校，該校立足重慶，面向西部，服務全國，建成重慶市GIS應用型人才培養與創新基地、地理信息系統教學示范中心。其中地理系作為老牌專業，師資隊伍雄厚，專業實力強，學生就業率高，在西南地區影響力較大。我校GIS專業就是以地理學為依托，融入城鄉規劃、旅游管理相關理論發展而來，至今已有十多年的歷史。多年來借助GIS專業優厚的教師資源，引進現代化的教學設備、教學設施，建成市級GIS特色實驗室，GIS專業教育與科研相長，在不斷的教學實踐中成長，設置了特色的GIS專業課程體系以求能滿足不斷發展變化的社會的迫切需求。本文應用SPSS統計分析軟件對我校GIS專業學生的課程成績進行分析來透視本專業課程體系設置、教學質量、學生學習掌握等情況，從而對學生的成績與課程之間的關系進行定量分析，挖掘有效潛在信息，進而提出我校GIS專業建設的具體舉措。

一、研究方法與數學模型的構建

（一）因子分析法

因子分析法[5]產生于1904年，由心理學家Chales Spea

rmanti提出，其中心思想是用少數幾個因子去描述多個變量之間關系，其中被描述的變量是實際可測的顯在變量，而提取出來的公共因子是不可測的潛在變量。其目的是試圖用少數公共因子來表達原始大量變量信息，從而更好地揭示事物的本質規律。其數學模型[6]如下為：

X=AF+ε，其中X是原始變量，F是公共因子，A因子載荷矩陣，ε稱為特殊因子，代表原始變量中不能被解釋的部分，其一個重要特征是均值是零。

（二）數據的獲取與參數的選取

本文應用因子分析法對重慶師范大學2012級GIS專業32名本科生的22門課程進行了計算分析與評價。在課程的選擇上本文根據培養方案中課程的重要性和課程本身的屬性進行了一定的取舍：從培養方案來看，GIS專業在借鑒國內外兄弟院校在人才培養和課程設置的基礎上制定了自己的培養方案，該方案將課程分為四大類，分別是公共課、專業基礎課、專業核心進課、專業選修課以及獨立實踐部分。其中公共課主要培養學生基本的知識素養，是培養全能型創新性人才的重要環節。專業基礎課是學習專業核心課的基礎，專業核心課是本專業的核心課程。獨立實踐部分是通過實習實踐培養學生的專業認知、實踐動手能力與創新能力的；從課程本身的內容歸屬來看，我校GIS課程可分為三類：地理學類課程、數學與計算機類課程、地理信息系統類課程。最后選取具有代表性的課程，分別是：

公共課：大學英語I（X1）、大學英語II（X2）、計算機文化基礎II（C語言）（X3）、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論（X4）、馬克思主義基本原理（X5）；

專業課：地圖學（X11）、測量學（X12）、GIS原理（X13）、遙感原理（X14）、數據結構（X15）、GPS原理與應用（X16）、計算機原理（X17）、專題地圖設計（X18）、數據庫原理與應用（X19）、面向對象程序設計（X20）、遙感軟件應用工程（X21）、GIS軟件應用工程（X22）；

專業基礎課：人文地理學（X6）、經濟地理學（X7）、高等數學III（1）（X8）、高等數學III（2）（X9）、高等數學III（3）（X10）。

（三）數學模型構建

本文在因子分析的基礎上構建了變量綜合得分函數[7]，其是以各潛在因子的方差貢獻率為權重并利用其線性組合而形成。目的是用以挖掘課程設置中存在的問題、評價本科教學質量、監測學生課程學習等，從而為我校GIS專業課程設置的改進以及專業建設提供重要建設性意見。綜合得分，其計算公式為：

F=■？姿iFi

二、成績的計算與分析對專業建設的實證研究

本文以我校2012級GIS專業32名學生的22門課程為數據源，然后利用以上數學模型，并借助于SPSS19.0進行計算與分析，其計算過程如下：

（一）適宜性分析

首先本文對原始數據進行了KMO和巴特利特球形檢驗，結果如表1，KMO值為0.664大于最低標準0.5，說明變量之間的偏相關性較強，變量選取合理。同時Bartlett 的球形度檢驗P=0.000<0.05，說明可以執行因子分析。

表1 KMO和Bartlett檢驗

（二）因子的提取

由表2可知：（1）第一成份特征值大，方差貢獻率為48.2%，這說明22門課程的目標有一致性，是培養具有多方面多層次知識與能力的通才型人才。（2）本文第6個主成份特征值小于1，對變量的解釋不足；加之前五個主成分累積方差貢獻率75.990>70%，符合公因子選取標準，所以本文提取了5個主成分。

（三）公因子命名、解釋與歸類匯總

為了更好地挖掘潛在影響因子，探究各公因子的實際意義，本文計算出旋轉后各因子的載荷如表3，經歸納、權衡與綜合，結果為：

1. 對于第一主成分而言，高等數學Ⅲ（1），高等數學Ⅲ（2），高等數學Ⅲ（3），計算機文化基礎II，計算機原理等課程的載荷比較大，而這些課程是反映學生的數學能力與計算機基礎理論能力，因此第一主成分因子命名為：數學與計算機基礎類因子。這些課程是屬于公共課即通識類課程，是學好GIS的重要基礎。

2. 人文地理學，地圖學，遙感原理，GIS原理，專題地圖設計，經濟地理學等課程在第二主成分上的載荷比較大，而這些是地理學、地圖學以及地理信息系統的專業理論課，反映學生的地學基礎和GIS 理論掌握程度的學科，因此第二主成分因子命名為：地學類與GIS 專業理論類因子。我校GIS 是以地理學為依托發展而來，地理類教師資源、實驗室以及教學設備雄厚，這為GIS專業的發展強大的基礎支撐作用。

3. 第三主成分上載荷最大的因子為大學英語類課程，這些課程是學好GIS的語言基礎。21世紀是經濟全球化與信息共享的時代，英語是一種國際語言，GIS作為信息技術的一部分更新換代的周期越來越短，我國GIS人才必須得了解國際地理信息系統發展的最新動態，并在最新成果基礎上不斷創新，從而擴大GIS的研究與應用領域。所以第三主成分為英語基礎能力類因子。

4. 面向對象程序設計，數據結構，遙感軟件應用工程，數據庫原理與應用，GPS原理與應用，GPS原理與應用等課程在第四主成份上載荷較大。這些是GIS 開發與應用類課程，是專業主干課程。這些課程的合理設置以及正確實施是專業建設的重中之重。因此我們必須得不斷地在教學實踐中完善這些課程的教學并實時考察學生的掌握與應用情況，培養學生相應知識與技能，從而提高專業的人才培養的質量。

5. 在第五主成分GIS軟件應用工程所占的載荷最大，其是GIS專業的專業核心課程，要求每一個同學都必修掌握該軟件的功能并能夠應用到實際中，因此第五主成分可以歸納為GIS技術核心類因子。

（四）綜合得分與實證分析

首先利用因子得分系數，構建公因子得分公式，如下：

然后利用上述提到的數學模型計算變量的綜合得分，其公式為：

S=0.635×F1+0.122×F2+0.1×F3+0.082×F4+0.061×F5

經計算，結果如表4。

本文在得到綜合成績的基礎上進行了系統聚類分析，其結果如表5所示，學生可劃分為6類。每類學生各有特點與優勢，不同類之間存在較大差異。結合圖1經深入分析與探討總結如下：第一類學生：相對來說專業理論較強，地理學知識和專業理論基礎知識扎實，英語能力水平較弱，專業開發與應用課程較差，即實踐動手能力較弱。第二類學生：約占總人數的6%，人數較少。專業開發與應用方面較強，英語能力強優勢突出，但數學與計算機基礎較差。第三類學生：人數較多，占到三分之一，綜合實力較強，各類課程成績均比較優秀，其中數學與計算機基礎類課程優勢尤為突出。此類學生基礎優秀適合培養為通才型人才，可往多方面發展。其可繼續深造，往研究型方向發展。第四類學生：專業理論優秀，其他類型課程成績較差，適合學習理論性的知識。該類學生占到學生總人數的6%。第五類學生：該類學生占到學生總人數的34%，專業（包括地理學與地理信息系統基礎理論）理論扎實，專業開發與應用能力方面優勢突出，好多同學表現出了對軟件開發與應用方面的特長，但英語成績處于中下水平相對較差，計算機數學類基礎類一般，可見這類學生基礎弱，但動手能力強，因此該類學生適合發展為開發類人才或者GIS應用領域的應用類人才。這類學生應加強理論課程以及基礎課程的學習，為創新性人才的培養作充足的準備。第六類學生：該類僅有一名學生，其專業基礎理論與專業應用方面較強，但公共基礎課程如數學、計算機、英語課成績較差，需加強通識類課程的學習，從而提高學生基本的知識素養。

三、結論與展望

本文選取了2012級GIS專業所有學生18門代表性課程為數據源，應用因子分析法挖掘影響學生成績的潛在因子，通過計算、分析與綜合，本文提取了5個公因子并命名為：數學與計算機基礎類因子，地學類與GIS專業理論類因子，英語基礎能力類因子，GIS 開發與應用類因子，GIS核心技術類因子。在此基礎上本文還構建變量的綜合得分函數計算出了學生的綜合成績，然后應用系統聚類分析法將學生成績分為6類。并對各類學生成績進行深入分析，挖掘學生在不同能力上的差別，客觀了解學生對各類知識能力的掌握與應用情況，挖掘學生的個體差異以及發展潛力，在此基礎上及時有效的進行針對性的教學與指導。同時通過對各類學生的成績分析也可反映專業課程體系的落實情況，總的來說第二、四類學生共占到學生總人數的約72%，這部分學生是教學的主體，是衡量專業課程設置與設施效果的重要依據。結果顯示，這部分學生成績良好，能夠達到培養方案的要求。但是這兩類學生存在內部差異，表現出對不同類課程學習能力上的差異，即存在各類課程成績不均衡的現象。第二類學生擅長于數學與計算機基礎類課程的學習。而第四類學生專業理論扎實，專業開發與應用能力方面優勢突出，但英語成績相對較差，計算機與數學基礎類成績一般。總體上學生專業理論類課程優秀，專業應用實踐類課程還有一定的上升空間，需要進一步強化， 以期能培養出滿足社會需要的GIS 人才，加快我校GIS專業建設的步伐。鑒于以上研究結果，本文提出如下專業建設方面的建議：

1. 結合社會對GIS人才的實際需求，通過與用人單位合作調整授課課程內容與形式，正確把握人才培養的方向，進一步提高人才培養的質量。利用生產實踐指導教學，依據用人單位的實際需要，培養學生理論與實踐相結合的思想，提高學生的實踐動手操作能力與創新能力，從而實現本專業人才培養與社會需求相適應的目標。

2. 科研與教學相互促進。教學質量是專業建設的一大重要任務，GIS專業依托重慶市地理信息重點實驗室與優質的GIS教師團隊，以教學促進科研，以科研反哺教學，將兩者有機結合起來。教師可從教學實踐中挖掘科研課題，也可將科研成就應用于日常教學，這對提高教學質量意義重大。學生可參與教師的科研項目，進而有機會將課堂上學習的內容應用到專業實踐中，也可將專業理論應用于實踐之中，這使得學生可以在導師的指導下不斷地提高專業技能和創新能力。

3. 通識類課程與專業類課程相互滲透互相融合：2012級GIS 專業第二、四類學生共占到學生總人數的約72%，該類學生成績是衡量專業課程設置與設施效果的重要依據。那么第二類學生擅長于通識類課程的學習，而第四類學生在專業課程的學習方面表現出一定的優勢，可見學生在學習過程中存在不同類課程的偏向。然而通識類課程是學好專業課的重要基礎，是培養通才型人才的必要環節，因此應重視通識類課程的學習，將通識類課程的學習貫穿于專業教育之中，這樣才能適應通才教育的新要求培養出有一定的專業特長與技能又德智體美兼備的全能型人才，也為學生創新能力的培養奠定良好的基礎。

4. 深入開展本科生導師制。我校GIS 專業實行的是小班制教學，每一屆學生人數控制在30人左右，這有利于導師制的全面深入開展。因此教師應對各類學生差別對待，針對各自具體情況因材施教，發揮教師的個人影響力，引導學生形成正確的三觀以及對專業的認識，同時要培養學生對專業學習的興趣，激發學生學習的積極性，培養學生成為適應社會所需要的人才。對此我院GIS 專業應該繼續深入的開展本科生導師制，鼓勵學生根據自身的特點制定各自的培養計劃，注重特長培養，加強個性化教學，進而指導學生的學習與就業。

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