基于綜合集成賦值法和SVM的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

孔勇, 曹成濤(.中國石油大學(xué)，青島，66555；.華南理工大學(xué)，廣州 50640)

基于綜合集成賦值法和SVM的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

孔勇1, 曹成濤2
(1.中國石油大學(xué)，青島，266555；2.華南理工大學(xué)，廣州 510640)

為提高體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的精度，提出一種基于綜合集成賦值法和SVM的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。將層次分析法和改進(jìn)拉開檔次法結(jié)合起來，提出綜合集成賦值法，解決權(quán)重很難精確確定的缺點(diǎn)，并將其與SVM結(jié)合應(yīng)用于體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，所提出的算法可以精確地反映體育教學(xué)質(zhì)量狀況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的精確確定。

層次分析法； 拉開檔次法； 支持向量機(jī)； 教學(xué)質(zhì)量； 體育

0 引言

隨著高等教育從“精英教育”向“大眾化教育”的邁進(jìn)，體育教學(xué)質(zhì)量的提高對(duì)教師的素質(zhì)和能力提出了更高的要求和挑戰(zhàn)[1]。為了推進(jìn)和提高體育教學(xué)質(zhì)量的提高，縮小我國體育教學(xué)活動(dòng)同西方發(fā)達(dá)國家的差距，進(jìn)行體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究具有重要意義。目前教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有：問卷調(diào)查法[2]、專家評(píng)分法[3]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[4]。問卷調(diào)查法具有操作性強(qiáng)和簡單易行的優(yōu)點(diǎn)，但教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果容易受到問卷設(shè)計(jì)水平、抽樣分布和數(shù)量等因素的影響。專家評(píng)分法具有權(quán)威性強(qiáng)、無需收集大量樣本數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，評(píng)價(jià)時(shí)間短，但其評(píng)價(jià)結(jié)果過分依賴專家的經(jīng)驗(yàn)和水平。模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種定性分析和定量分析的綜合方法，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)管理和工程技術(shù)領(lǐng)域。科學(xué)實(shí)踐證明，權(quán)重因素的合理分配和評(píng)價(jià)模型的選擇直接影響模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。如何確定將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成單一指標(biāo)的權(quán)重，是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

針對(duì)現(xiàn)有方法大多數(shù)靠經(jīng)驗(yàn)確定權(quán)重，缺乏科學(xué)的理論和方法基礎(chǔ)的缺點(diǎn)，提出一種基于綜合集成賦值法和SVM的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。研究結(jié)果表明，本文提出的算法可以精確地反映體育教學(xué)質(zhì)量狀況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的精確確定。

1 綜合集成賦值法

1.1 層次分析法

層次分析法[5](Analytic Hierarchy Process，AHP)適合那些難于完全定量分析的問題，是一種針對(duì)較為復(fù)雜和模糊的問題進(jìn)行決策的簡單方法。其算法流程如下：

(1) 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

一般分三個(gè)層次，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、目標(biāo)層和要素層，如圖1所示為體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型圖。

(2) 構(gòu)建判斷矩陣

通過兩兩比較法，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)優(yōu)劣順序，構(gòu)建出評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣；對(duì)于n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其權(quán)重比較判斷矩陣可表示為式(1)。

A=(aij)n×n

(1)

圖1 體育教學(xué)質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)模型

(3) 計(jì)算各評(píng)價(jià)的權(quán)重ω1

(4) 一致性檢驗(yàn)。

在AHP中，一致性檢驗(yàn)判斷指標(biāo)如式(2)。

(2)

式中，λmax表示判斷矩陣A的最大特征值；nA表示判斷矩陣A的階數(shù)。

1.2 改進(jìn)拉開檔次法

因?yàn)锳HP容易受到主觀因素的影響，所以無法避免評(píng)價(jià)人員的主觀片面性，導(dǎo)致該方法不能進(jìn)行較高精度的過程評(píng)價(jià)。而改進(jìn)拉開檔次法[6-7](Improved Scatter Degree，ISD)計(jì)算出來的權(quán)重系數(shù)表示每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在所有指標(biāo)中的總體變異程度以及對(duì)其他評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度，根據(jù)信息的客觀來源，將評(píng)價(jià)對(duì)象拉開檔次，ISD算法流程如下：

(1) 讀取原始數(shù)據(jù)Bm×n，數(shù)據(jù)為m行和n列；

(3) 令H=B*TB*，計(jì)算H的特征值D和特征向量V，之后計(jì)算最大特征值Dmax所對(duì)應(yīng)的特征向量Vmax；

(4) 計(jì)算權(quán)重ω2如式(3)。

(3)

其中，j=1,2,3,…,n表示評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)；

1.3 綜合集成賦值法

為提高體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的準(zhǔn)確性，本文采用AHP和ISD加權(quán)的方法計(jì)算綜合權(quán)重，其綜合權(quán)重表達(dá)式如式(4)。

ω=k1ω1+k2ω2

s.t.k1+k2=1,k1gt;0,k2gt;0

(4)

其中，ω1、ω2分別表示AHP和ISD的權(quán)重。

2 支持向量機(jī)

SVM最早由Vapnik提出，主要用于解決小樣本模式分類問題，其是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。假如線性可分樣本集(Xi,yi)(i=1,2,…,n;X∈Rd,y∈{-1,1})。d維空間中線性判別函數(shù)的一般形式為[8]式(5)。

g(X)=W·X+b

(5)

由公式(5)推導(dǎo)出分類面方程如式(6)。

W·X+b=0

(6)

由此將最優(yōu)分類平面的問題轉(zhuǎn)化成優(yōu)化問題[8-9]如式(7)。

s.tyi[(W·Xi)+b]-1≥0(i=1,2,…,n)

(7)

進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成對(duì)偶化問題[8-9]如式(8)。

s.tαi≥0(i=1,2,…,n)

(8)

公式(8)矩陣形式如式(9)。

s.tαi≥0(i=1,2,…,n)

yTα=0

(9)

其中，α=(α1,α2,…,αn)T,b=(1,1,…,1)T,y=(y1,y2,…,yn),Aij=yiyj(xi·xj)

由公式(9)推導(dǎo)出最優(yōu)分類函數(shù)如式(10)[10]。

(10)

3 基于AHP-ISD的SVM教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

基于AHP-ISD的SVM體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)流程如下[11]：

Step1：歸一化處理各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)造體育教學(xué)質(zhì)量判斷矩陣；

Step2：計(jì)算AHP和ISD的權(quán)重ω1、ω2；

Step3：計(jì)算AHP-ISD綜合權(quán)重ω；

Step4：將評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)劃分成訓(xùn)練集和測試集；

Step5：訓(xùn)練集數(shù)據(jù)建立SVM預(yù)測模型；

Step6：測試集數(shù)據(jù)，測試AHP-ISD的SVM體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。

4 實(shí)證研究

4.1 數(shù)據(jù)來源

為驗(yàn)證本文算法的有效性和可靠性，選擇某211工程大學(xué)為研究對(duì)象，以各院各專業(yè)的本科學(xué)生及在校教職員工為調(diào)查對(duì)象，采用自填式問卷法收集數(shù)據(jù)[16-17]。將涉及體育教學(xué)質(zhì)量的有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)成問卷，然后采用分層抽樣方法，將問卷隨機(jī)發(fā)放給被調(diào)查人員，讓其獨(dú)立完成調(diào)查問卷，并對(duì)每份問卷進(jìn)行有效性審查。共發(fā)出問卷370份，回收370份，回收率100%，有效問卷365份，有效率為98.6%。選擇一級(jí)指標(biāo)6個(gè)，二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)20個(gè)，具體指標(biāo)如表1所示[12]：

表1 體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

4.2 實(shí)證分析

依據(jù)李克特量表公式設(shè)計(jì)問卷，體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由6個(gè)一級(jí)指標(biāo)和20個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成。利用語義學(xué)標(biāo)度分為4個(gè)測量等級(jí)：好、良好、一般、差，其質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[13]：

表2 評(píng)價(jià)定量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

AHP-ISD體育教學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)向量結(jié)果如下所示：

歸一化得A′=(0.057,0.318,0.458,0.167)

對(duì)綜合評(píng)分值進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，其評(píng)定結(jié)果如下：

通過上述計(jì)算和結(jié)合表2體育教學(xué)質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知，該211工程大學(xué)的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果為“良好”屬于E2級(jí)，其它5個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果都均為“一般”，屬于E3級(jí)。按照各個(gè)指標(biāo)的評(píng)分等級(jí)的大小可以對(duì)其排序，其中“教學(xué)內(nèi)容”、“教學(xué)效果”的評(píng)價(jià)要比其它指標(biāo)都要低一點(diǎn)，實(shí)際結(jié)果和AHP-ISD結(jié)果如圖2所示。

圖2 AHP-ISD評(píng)定結(jié)果

對(duì)總體的綜合評(píng)判分值為：V=4×0.057+3×0.318+2×0.458+1×0.167=2.65

說明該211工程大學(xué)體育教學(xué)總體質(zhì)量為“良好”，屬于E2級(jí)，F(xiàn)OA優(yōu)化之后的結(jié)果更加符合實(shí)際情況，效果較好。

由圖3-圖5可知，通過將AHP和ISD結(jié)合的綜合集成賦值法，可以更加精確的確定的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，為SVM的高精度評(píng)價(jià)奠定更好的基礎(chǔ)。

圖3 AHP權(quán)重

圖4 ISD權(quán)重

圖5 AHP-ISD權(quán)重

5 結(jié)論

為了推進(jìn)和提高體育教學(xué)質(zhì)量的提高，縮小我國體育教學(xué)活動(dòng)同西方發(fā)達(dá)國家的差距，進(jìn)行體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究具有重要意義。提出一種基于綜合集成賦值法和SVM的體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。研究結(jié)果表明，本文提出的算法可以精確地反映體育教學(xué)質(zhì)量狀況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的精確確定。

[1] 張艷萍, 郝健, 劉宇. 基于層次分析法的體育教師教學(xué)質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)研究[J]. 教學(xué)與管理, 2008,(6):66-67.

[2] 王理. 問卷調(diào)查課堂教學(xué)質(zhì)量的模糊評(píng)價(jià)[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版), 2005, 18(9):107-108.

[3] 張明偉, 呂東旭, 張睿. 對(duì)體育專業(yè)實(shí)習(xí)生課堂教學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法的研究[J]. 吉林體育學(xué)院學(xué)報(bào), 2007, 23(2):99-100.

[4] 許敏. 基于區(qū)間值模糊評(píng)價(jià)法的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 中小企業(yè)管理與科技(旬刊), 2013,(11):247-248.

[5] 喻朝陽. AHP-PCA-SVM的高等數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 科技通報(bào), 2013,(10):229-231.

[6] 郭亞軍, 李玲玉, 易平濤,等. 拉開檔次法穩(wěn)定性分析及改進(jìn)[J]. 運(yùn)籌與管理, 2015,(2):155-162.

[7] 陳柳鑫, 趙倩茹, 馬凱. 基于縱橫向拉開檔次法的電子商務(wù)在線信譽(yù)評(píng)價(jià)模型[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2014, 37(19):117-120.

[8] 劉偉, 孫林. 基于支持向量機(jī)的課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2010, 33(7):968-971.

[9] 李波. 支持向量機(jī)在高校教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2011, 28(10):402-405.

[10] 吳恩英. 基于支持向量機(jī)的高校課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[D]. 重慶:重慶師范大學(xué), 2016.

[11] 王志明. 體育院校術(shù)科教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與方法研究[J]. 廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 32(6):110-114.

[12] 汪洋, 楊琰. 層次分析法在高校體育教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 體育研究與教育, 2014,(1):67-69.

[13] 劉志群, 吳迪. AHP層次分析法對(duì)體育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的應(yīng)用研究[J]. 廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 10(6):134-136.

StudyonSportsTeachingQualityEvaluationBasedonComprehensiveIntegratedValuationMethodandSVM

Kong Yong1， Cao Chengtao2
(1. China University of Petroleum, Physical Education Department, QINGDao SHANDong 266555, China; 2. South china university of technology, Guangzhou, 510640)

In order to improve the precision of the physical teaching quality evaluation, a comprehensive integrated valuation method and physical teaching quality evaluation model based on SVM are proposed. Combined methods of analytic hierarchy process and the improved open class algorithm, an integrated valuation method is put forward to solve the weight which is difficult to be accurately determined. Combined with the SVM, the method is applied to the physical teaching quality evaluation.The research results show that the proposed algorithm can accurately reflect the status of physical education teaching quality, at the same time, accurately determine the weight values of assessment indexes.

Analytic Hierarchy process(AHP); Improued Scatter Degree(ISD); Support vector machine(SVM); Teaching quality; Sports

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(R141205B);中國石油大學(xué)(華東)校級(jí)教改課題(JY-B201647)

孔勇(1974-),男,漢族,山東曲阜人,碩士,講師,研究方向:體育管理與系統(tǒng)工程;

曹成濤(1981-),男,漢族,山東濟(jì)寧市人,博士,副教授,研究方向:智能控制技術(shù)等。

1007-757X(2017)11-0008-04

TP311

A

2017.08.10)