能力評判模型研究及其在程序設(shè)計類課程能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

李竹林，馬 燕，車雯雯

(延安大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院，陜西 延安 716000)

計算機(jī)類專業(yè)包括計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)。2018年1月31日，教育部發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)，《標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出[1]：計算機(jī)類專業(yè)大規(guī)模、多層次、多需求的特點，以及社會的高度認(rèn)可，使其成為供需兩旺的專業(yè)類。計算機(jī)類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量直接影響我國信息技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)水平的高低，直接影響國家的發(fā)展和民族的進(jìn)步。2011年，文獻(xiàn)[2]就對計算機(jī)類專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)進(jìn)行研究，文獻(xiàn)指出要培養(yǎng)計算機(jī)類專業(yè)人才4大專業(yè)基本能力，共包含82個點。可見，高校對計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)是至關(guān)重要的。

計算機(jī)程序設(shè)計類課程主要包括《C語言程序設(shè)計》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《C++程序設(shè)計》《Java程序設(shè)計》《算法分析與設(shè)計》《數(shù)據(jù)庫原理》等，是計算機(jī)專業(yè)類學(xué)生的基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維意識、編程能力、系統(tǒng)分析與設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、自學(xué)能力的重要階段，直接影響學(xué)生后期課程學(xué)習(xí)質(zhì)量的優(yōu)劣、畢業(yè)時具備的專業(yè)素質(zhì)與能力的高低以及就業(yè)的好壞。為了滿足社會需求，培養(yǎng)高素質(zhì)的計算機(jī)應(yīng)用型人才，我校采取了一系列的改革措施，如以CDIO理念為引導(dǎo)，形成了“以問題與案例驅(qū)動的理論課教學(xué)和以基于工程項目多級課程設(shè)計的實踐教學(xué)”一體化教學(xué)模式(陜西省教改項目《基于CDIO教育理念的計算機(jī)專業(yè)課程設(shè)計研究》(11BY72)研究成果)；以社會需求為導(dǎo)向，遵從“理論與實踐并重，知識、能力與素質(zhì)同步”的計算機(jī)應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)律，形成了“2+1+1”校企聯(lián)合的計算機(jī)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式(陜西省重點教改項目《軟件工程專業(yè)應(yīng)用型人才‘2+1+1’培養(yǎng)模式的構(gòu)建與實踐》(13BZ36)研究成果)；以思維為引導(dǎo)，能力培養(yǎng)為目的，構(gòu)建了“一個切入點、兩條主線、三個層次、三個環(huán)節(jié)”的課程教學(xué)模式(延安大學(xué)重點教改項目《基于計算思維的程序設(shè)計類課程教學(xué)改革研究與實踐》(YDJGZD2016-02)研究成果)等。系列教學(xué)改革研究，均取得了很好的成效，并形成了評判計算機(jī)類專業(yè)畢業(yè)生的二級能力指標(biāo)體系、程序設(shè)計類課程應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的二級能力指標(biāo)體系等。但是，學(xué)生能力的評判都是以老師主觀判斷為主，沒有一個量化的方法。為了更有效地對高校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力進(jìn)行綜合評價，本文針對程序類課程的二級能力指標(biāo)體系建立一個評判模型，通過對學(xué)生進(jìn)行評判，評判結(jié)果與專家評分結(jié)果是吻合的，是可應(yīng)用的。

1 評價模型建立

1.1 能力評價指標(biāo)設(shè)計

根據(jù)社會對計算機(jī)類人才的需求，結(jié)合我校對計算機(jī)類專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)——應(yīng)用型人才，經(jīng)過系列教學(xué)改革研究，我們設(shè)計的程序設(shè)計類課程主要培養(yǎng)能力體系由兩級指標(biāo)項組成，其結(jié)構(gòu)與含義如表1所示，記為U={U1,U2,U3,U4,U5}。其中，U1={U11，U12，U13，U14，U15}，U2={U21，U22，U23，U24，U25}，U3={U31，U32，U33，U34，U35}，U4={U41，U42，U43}，U5={U51，U52，U53}。

表1 兩級能力指標(biāo)結(jié)構(gòu)表

1.2 評價等級設(shè)定

學(xué)生能力確定為5個等級，記為V={V1，V2，V3，V4，V5}，分別對應(yīng)優(yōu)、良、中、及格以及不及格，各級賦值分別為V={5，4，3，2，1}。

1.3 評價指標(biāo)的權(quán)重形成

權(quán)重反映各評價指標(biāo)在綜合評價中的重要程度，用W表示，且有∑μi=1。

W={μ1,μ2,μ3,μ4,μ5}

(1)

一般情況下，能力評價指標(biāo)的權(quán)重由任課老師根據(jù)經(jīng)驗賦值，不可避免地受教師主觀因素的影響。為了考核結(jié)果公平合理，在設(shè)計該模型時，請20位專家進(jìn)行協(xié)商研究，然后給權(quán)重打分，假定每個專家的權(quán)重是一樣的，最后取平均值，得出一級指標(biāo)權(quán)重矩陣為：

W={0.297，0.218，0.272，0.122，0.091}

同理可通過打分計算出二級各項指標(biāo)的權(quán)重矩陣W1、W2、W3、W4、W5分別如下。

W1={0.201，0.187，0.272，0.253，0.087}

W2={0.207，0.299，0.167，0.052，0.181}

W3={0.327，0.231，0.134，0.208，0.1}

W4={0.337，0.449，0.214}

W5={0.392，0.236，0.372}

1.4 評價矩陣建立

根據(jù)已建立起的二級評價指標(biāo)體系，設(shè)計評價調(diào)查項目，形成教師調(diào)查表和學(xué)生調(diào)查表。然后根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果分別得到每個被評價學(xué)生的每一因素的評價向量，該向量由優(yōu)、良、中、及格、不及格所占的比例組成，例如對某學(xué)生的“計算思維能力”評價中，有30%認(rèn)為其“優(yōu)”，40%認(rèn)為“良”，20%認(rèn)為“中”，10%認(rèn)為“及格”，則得出此學(xué)生“計算思維能力”的單因素評價結(jié)果r1={0.3，0.4，0.2，0.1，0.0}。同理可得r2，r3，r4，r5。最后形成該學(xué)生的創(chuàng)新能力評價矩陣為

R={r1，r2，r3，r4，r5}

(2)

對一個學(xué)生的能力評價，由多名專家和多名學(xué)生同時打分，每一項指標(biāo)取其平均分。

1.5 綜合評價方法

由W和R的模糊變換可以得到模糊評判集S。

S=W°R={μ1，μ2，μ3，μ4，μ5} °{r1,r2,r3,r4,r5}

{S1，S2，S3，S4，S5}

(3)

其中 °為模糊合成算子，通常計算方法有四種[3-5]：

(1)M(∧，∨)算子

k=1，2，…，n

(4)

(2)M(.，∨)算子

k=1，2，…，n

(5)

(3)M(∧，⊙)算子

(6)

(4)(.，⊙)算子

(7)

四個算子在評價中的特點如表2所示[4，5]：

表2 四個算子在評價中的特點

由表2可看出，(.，⊙)算子能更好的體現(xiàn)評價指標(biāo)的權(quán)重與評價矩陣，更好地反映綜合能力的強(qiáng)弱。因此，我們采用表達(dá)式(7)描述的(.，⊙)算子。

1.6 最終結(jié)果評價方法

最后通過對模糊評價向量S的分析做出綜合結(jié)論。一般可采用以下三種方法[5]：

(1)最大隸屬度原則：M=max(S1,S2,…,Sn)

我們采用第二種加權(quán)平均原則，目的是控制較大的Si所起的作用，其中的k為待定系數(shù)。

2 能力評價模型的應(yīng)用分析

該模型建立起來后，我們針對不同年級不同專業(yè)進(jìn)行了測試。這里以16級計算機(jī)專業(yè)學(xué)生要達(dá)到的能力重要性打分為例，來進(jìn)一步說明如何用此評價模型對某一學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力進(jìn)行考核：

2.1 確定評價矩陣R

以計科16級班的一名同學(xué)為例，仍然由20名專家和20名本班的學(xué)生打分，分值取其平均值，將得到該同學(xué)的各因素的評價矩陣R1，R2，R3，R4，R5，按上面的算法計算可得評價總矩陣R，結(jié)果如表3。

表3 各級指標(biāo)評價矩陣打分計算結(jié)果

2.2 進(jìn)行綜合評價

結(jié)合本文1.3節(jié)的評價指標(biāo)權(quán)重向量，根據(jù)式(3)，S=W°R可計算綜合能力的評判集S：

S={μ1,μ2,μ3,μ4,μ5} ° {r1，r2，r3，r4，r5}

S=[0.297 0.218 0.272 0.122 0.091] °

[0.158 0.372 0.262 0.135 0.141]

同理可計算出一級能力指標(biāo)項對應(yīng)的能力評判集S1～S5，如表4所示。

表4 一級能力指標(biāo)項的評判集

2.3 計算最終評價結(jié)果

根據(jù)1.2節(jié)對優(yōu)、良、中、及格以及不及格各級賦值情況V={5，4，3，2，1}。用S中對應(yīng)分量將各等級的秩加權(quán)求和，得綜合能力評價值為：

[0.158 0.372 0.262 0.135 0.141]×

[5 4 3 2]T=3.475

故得出該同學(xué)的計算機(jī)程序設(shè)計綜合能力為中等。

同樣的方法，可得出該同學(xué)生一級能力指標(biāo)項目的評判值，如表5所示。

從表5可以看出，該同學(xué)的編程能力>創(chuàng)新能力>計算思維能力>系統(tǒng)分析與設(shè)計能力>自學(xué)能力，自學(xué)能力的等級為“及格”，其它項的等級為“中”，最后綜合能力等級為“中”。

用建立好的評價模型對我校計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的能力進(jìn)行評判，結(jié)果是令人滿意的。測試評判結(jié)果說明該模型是有效的，可應(yīng)用的。

表5 某同學(xué)的各項能力評判值和綜合能力評判值

3 結(jié)語

本文在多年對計算機(jī)程序設(shè)計類課程的教學(xué)研究基礎(chǔ)上，以社會對人才的需求為導(dǎo)向，確定了程序設(shè)計類課程培養(yǎng)學(xué)生能力的二級指標(biāo)體系，并建立了能力評判模型。該模型的建立不但可以評判程序設(shè)計類課程授后學(xué)生的能力培養(yǎng)情況如何，而且可以推廣應(yīng)用到計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的計算機(jī)能力評價中，也能應(yīng)用在計算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)及教學(xué)模式改革的效果分析中。