主成分分析法在課堂教學評價中的應用研究

摘要：本文從教學態度，教學內容，教學方法和教學效果四個方面，歸集14項指標設計調查問卷，面向教學對象采集評教信息。利用matlab軟件，通過主成分分析抽取三類代表性指標，并以此對8名計算機教師進行課堂教學質量評分，經實驗驗證，該評價模型穩定性良好，對開展課堂教學質量評估具有一定的借鑒意義。

Abstract： The research team designs a questionnaire with 14 indicators to collect information of teaching evaluation from four aspects such as teaching attitude， teaching content， teaching method and teaching effect. They extract three types of representative indicators base on PCA theory by matlab and use these index to evaluate the classroom teaching quality of eight computer teachers. The experimental verification shows that the evaluation effect of the model is stable and has significancely reference for classroom teaching quality evaluation.

關鍵詞：主成分分析;教學質量;評價指標

Keywords： principal component analysis; teaching quality; evaluation index

教學質量是每個學校的生命線，教師課堂教學效果是教學質量的重要決定因素。課堂教學效果評價是基于學生的學習體驗，對教師的教學活動和教學效果的直接評價，能夠客觀反映教師的課堂教學質量和教學能力，課堂教學評價結果不僅可以讓學校教學管理者及時了解教學組織現狀，分析教學問題，調整績效考核方案，還可以幫助教師總結教學經驗，改進教學方法，優化教學設計，提高教學質量，確保人才培養目標的實現[1]。

通常教師的課堂教學評價指標較多，這為系統評價教師的教學效果提供了詳細的依據，但是龐大的指標體系和復雜的賦權模型，增加了數據結果分析的復雜性。因此有必要運用科學的方法篩選出更具代表性的信息，作為教師課堂教學質量的評價指標。

一、主成分分析法

主成分分析法（Principal Components Analysis）利用降維的思想，將原來的多指標重新組合成一組新的、線性組合的少數綜合指標的多元統計分析方法，綜合指標不僅保留了原始變量的主要信息，彼此之間互不相關，更有助于抓住主要矛盾[2]。

主成分分析模型計算原理

二、應用舉例

1.指標體系構造

通過文獻調研，借鑒國內外專家對教師教學質量評價指標體系的研究成果，結合學校的教育教學評價實踐，確定教師課堂教學評價指標體系的整體框架[4]。采取問卷調查的方式調查了上海中職學校從事教學督查和教學評教理論研究的專家、教務管理人員，最終制定了課堂教學評價指標如下表所示：

2.原始評價數據采集

為了確保數據的可比性和分析結果的準確性，我們選取了同一專業的8名《信息技術基礎》課程的授課教師，邀請中職二年級參加過信息技術課程考證的學生參與問卷調查，其中男生130人，占40.88%，女生188人，占59.12%。無記名調查，共發放問卷386份，回收問卷318份，剔除68份不合理數據，有效問卷82.38%。計算出各個計算機教師各項指標的均值，得到數據如下，

3.數據分析

將上表的基礎數據錄入SPSS20中，得到主成分提取分析表，

首先表中前三個向量的特征值均大于1，分別為3.232，1.894，1.623，具有較好的代表性，可以作為主成分提取[5]。前三項累積方差貢獻率達到88.47%，大于85%的統計要求。

將特征向量與標準化的系數相乘得到主成分表達式

4.結果分析

第一個主成分F1權重最大，包含信息量46.84%，主要代表變量是設置教學目標，組織教學內容和設計教學環節。其權重分別為：0.842，0.549，0.604。集中體現了教學過程設計是課堂教學質量的關鍵。第二個主成分F2包含信息量23.16%，由情境創設，教學互動和課程案例為代表指標，反映了教學實施對教學質量的影響程度。第三個主成分占比18.47%，代表指標包括知識技能掌握情況和反饋輔導，說明了教學反饋的閉環管理是教學質量提升的重要保障。

根據前三個主成分得分，用其貢獻率加權，標準化權重系數，

得到：F=47.27%F1+32.75%F2+19.98%F3，計算每個教師的課堂評價得分，并根據總得分排序

三、結束語

通過上述模型分析，我們發現教學內容設計，教學過程控制和教學反饋是教師課堂教學質量的核心組成部分，為此做好教學質量提升要從以下三個方面著手。

首先，規范教學內容設計，以教學大綱為標準，根據教學對象特點，合理組織教學內容，體現教學層次和教學目標，其次在教學過程中使用多種教學方法，利用信息化媒介改進教學內容呈現形式，豐富課堂體驗，提高學生的學習興趣和課堂參與度。最后，利用教學測驗、考察等形式，及時獲得教學反饋，調整教學策略，強化知識和技能學習成果，輔導提升，做好教學的閉環管理。

本研究中主成分分析所提取的三個代表性的指標累積貢獻率達到85%以上，說明降維后的信息量保持在一個較高的水平，但是主成分指標是否滿足課堂教學評價的實際，與專家評分有很大的關系，在實際應用中還需要根據學科導向進行適當調整。主成分指標是根據數據代表性重新組合的多個指標綜合體，其指標含義具有一定的模糊性，表述不夠清晰準確。主成分分析法可以消除變量之間的相關性，減少指標統計的工作量，對于初始評價標準復雜的評價體系具有良好的優化作用。

教育教學質量評價具有較強的績效導向作用，評價過程包括眾多顯性指標和隱形指標，效益指標和效率指標，這就要求在設計質量評估模型的時候充分考慮學科特點和教學評估導向作用，合理利用質量評價模型，規范教學過程管理，同時也要提供權變指標激發知識工作者的積極性和創造性，為教師教學能力發展和教育質量評估提供精確的數據支持。

參考文獻：

[1] 潘黎，任增元，郭欣.高等學校質量評價中的問題、原因與對策分析[J].遼寧師范大學學報：社會科學版，2012（3）：349-352.

[2] 梁秋，黃海午.主成分分析在教學質量評估中的實證研究[J].教育教學論壇，2014（10）：115-117.

[3] 袁志發，宋世德.多元統計分析[M].北京：科學出版社，2009：219-241.

[4] 李偉春.基于主成分因子分析的教學質量綜合評價[J].公安海警學院學報，2018（12）：60-64.

[5] 趙秀紅.基于主成分分析的特征提取的研究[D].西安：西安電子科技大學，2016.

基金項目：上海市職業教育協會2020—2021年度重點課題，《課證融合模式下網絡教學效果評價指標研究》階段性成果之一。

上海市現代流通學校 林明輝