基于Matlab的軟件工程專業課程目標達成度計算軟件的設計及應用

摘要：課程目標達成度能夠有效量化評估教學效果，為課程質量的持續改進提供科學依據。目前，課程目標達成度的計算通常依賴Excel手動設置公式，這種方法不僅操作煩瑣，而且容易出錯。為提升計算效率，該研究在深入分析達成度計算流程的基礎上，基于Matlab語言開發了一款專用計算軟件。該軟件只需導入課程目標與過程考核分值文件，并設置達成度期望值，即可通過用戶界面一鍵完成數據處理，自動生成達成度計算結果及可視化圖表。該工具有效解決了Excel手動計算的弊端，幫助教師將更多精力投入學生學習成果分析和課程質量提升工作中，從而更好地落實“學生中心、產出導向、持續改進”的工程教育理念，為人才培養質量的提升提供有力支持。

關鍵詞：軟件工程；專業認證；工程教育；課程目標達成度；軟件設計

中圖分類號：TP311" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）21-0008-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

工程教育專業認證是教育部提出中國特色“五位一體”評估制度的重要組成部分，又是實現工程教育國際互認與工程師資格國際互認的重要基礎，更是實現教育現代化的重要保障[1-4]。工程教育專業認證以學生為中心、以產出為導向、以持續改進為機制，是工程教育認證的核心[5-6]。為構建“學生中心、產出導向、持續改進”的人才培養體系，工程教育專業認證的一項重要工作是開展畢業要求達成情況分析[7-11]。課程目標達成度評價是畢業要求達成情況分析的前提和基礎，是衡量課程教學效果的重要指標之一，通過對課程教學目標達成度進行評價，可以進一步為專業人才畢業要求達成度評價提供較為科學、合理的支撐，對提升專業人才培養質量具有積極的引導和推動作用[12-13]。

近年來，西安郵電大學大力推進工程教育專業認證工作，不斷優化本科專業人才培養方案和課程大綱，秉承“學生中心、產出導向、持續改進”的工程教育理念，厚植本科教育質量文化，持續深化專業內涵建設，穩步推動專業認證工作。2020年7月，教育部高等教育教學評估中心、中國工程教育專業認證協會正式發布《關于公布2019年度通過工程教育認證專業名單的通知》（教高評中心函[2020]55號） ，西安郵電大學軟件工程專業通過中國工程教育專業認證，認證時效為6年（2020 年1月至2025年12月） ，標志著專業質量實現了國際實質等效，進入全球工程教育的“第一方陣”。為開展畢業要求達成情況分析，要求工程教育認證下本專業的課程都需要進行課程目標達成度評價，但當前任課教師普遍在Excel電子表格中手動設置公式進行課程目標達成度計算、繪圖與分析，存在計算過程煩瑣和易出錯的問題[14-15]。為有效地簡化計算過程，使任課教師更好地專注于學生學習成果產出和課程教學調整優化，亟須設計一款課程目標達成度計算，為貫徹落實“學生中心、產出導向、持續改進”的工程教育理念提供技術支撐，不斷提高本科工程教育教學水平和質量[16]。

1 軟件設計

1.1 設計依據

課程目標達成度評價以課程目標支撐畢業要求指標點、教學內容實現課程目標兩個關聯矩陣為主要依據，主要采用基于課程考核結果的定量評價法，其基本步驟如下所述。

（1） 明確課程目標、支撐課程目標的考核環節及目標分值、權重

根據所評價課程的教學大綱中課程目標與畢業要求指標點的支撐關系、課程考核成績等考核記錄文檔，確定支撐各課程目標的各考核環節及目標分值、權重。根據學校課程考核工作有關規定，課程考核總成績由平時成績、課內實驗、期末考試等考核環節中的一項或多項按比例核算相加構成，其中，平時考核包括課堂檢測、翻轉課堂表現、課后作業、課堂討論、小論文、文獻翻譯、作品展示等環節的成績；課內實驗成績包括實驗報告、實驗操作、實驗考試等環節的成績。

（2） 計算支撐課程目標的各考核環節的學生平均成績

①定量（百分制） 考核環節。根據課程考核成績單或考題得分情況表，逐個分別計算支撐課程目標的各考核環節學生平均成績。

②定性（五級制） 考核環節。對“優”“良”“中”“及格”“不及格”5個等級進行賦分，“優”計為95分，“良”計為85分，“中”計為75分，“及格”計為65分，“不及格”計為45分。

（3） 計算課程目標達成度

按照課程大綱各分目標達成度計算方法，針對課程分目標對應的考核環節，分別求取對應考核結果的平均分，平均分/目標考核分則為該課程分目標的達成度，具體計算方法為

[δi=βiaiAi（βi+λi+χi）+λibiBi（βi+λi+χi）" " " "+χiciCi（βi+λi+χi）， i=1，2，...，n] （1）

式中，[δi]為第i個課程分目標的達成度；[ai]、[bi]、[ci]分別為各分目標平時考核、課內實驗、期末考試環節的平均分；[Ai]、[Bi]、[Ci]分別為平時考核、課內實驗、期末考試環節的目標分值；[βi]、[λi]、[χi]為各考核環節的權重；n為課程分目標數。

課程總目標達成度由課程分目標達成度的累加值確定，具體計算方法為

[p=i=1nεiδi]" （2）

式中，[εi]為第i個課程分目標的權重。

由于課程教學大綱是由課程團隊教師根據專業培養方案集中討論制訂，每兩年修訂一次，課程目標及支撐畢業要求的指標點相對固定，因此，計算達成度的數據來源為課程教學大綱中考核環節的目標分值、權重及考核環節的得分。

1.2 軟件功能模塊和執行流程

根據上述課程目標達成度計算方法可知，只要確定課程目標分值及相應的考核環節（課后作業、實驗報告、期末考核等） 分值，即可計算課程目標達成度?；诖?，采用Matlab編程語言設計課程目標達成度自動計算軟件，該軟件包括課程目標文件和過程考核成績文件管理模塊、課程目標達成度計算模塊、數據可視化視圖生成模塊和課程目標達成度評價表導出模塊。軟件執行流程：首先導入課程目標文件和過程考核成績文件，隨后設置課程目標達成度期望值，最后一鍵計算學生個體和整體課程目標達成度，并對計算結果進行數據可視化，以及自動導出課程目標和考試內容對照表和課程目標達成度評價表。課程目標達成度計算軟件的執行流程如圖1所示。

1.3 軟件界面設計

結合Matlab的靜態文本框、可編輯文本框、彈出式菜單和按鈕等圖形類控件，設計和開發軟件的交互界面，如圖2所示，設計的控件的主要功能：選擇課程名稱、導入課程目標文件、導入過程考核成績文件、設置課程目標達成度期望值、選擇課程目標達成度評價表保存路徑。為突出軟件界面簡潔和操作方便的優點，使用戶了解如何使用該軟件，設計結合軟件界面的控件對象，對軟件的操作步驟與界面的文件導入、參數設置進行如下描述。

（1） 選擇課程名稱。為提高軟件操作的便捷性，用戶可以通過彈出式菜單選擇要評價達成度的課程名稱，如軟件工程、操作系統、編譯原理、數據結構、算法設計與分析等。

（2） 導入課程目標文件。用戶通過文件選擇對話框導入課程目標文件，要求文件格式為.txt格式，文件內容定義見1.4節描述，用戶還可以在可編輯文本框內輸入課程目標和考核內容等信息。為提高軟件的易用性，用戶可以通過點擊導入文件示例按鈕查看課程目標文件內容格式。

（3） 導入過程考核成績文件。用戶通過文件選擇對話框導入過程考核成績文件，要求文件格式為.xlsx格式，文件內容定義見1.4節描述。用戶同樣可以通過點擊導入文件示例按鈕查看過程考核成績文件內容格式。

（4） 設置課程目標達成度期望值。用戶在可編輯文本框內輸入課程目標達成度期望值，要求數字范圍在0～1。

（5） 選擇課程目標達成度評價表保存路徑。用戶通過文件保存對話框選擇課程目標達成度評價表、課程目標和考核內容對照表保存路徑，導出的文件格式為.xlsx格式，文件內容見下文“軟件應用”一節。

1.4 文件內容定義

為方便軟件讀取課程目標文件和過程成績文件中的內容，需要對兩種文件內容進行說明和定義。

（1） 課程目標文件

課程目標文件為.txt格式的文本文件。具體內容說明：第一行第一列為課程目標1；第二行第一列為課程目標1支撐的畢業要求指標點及權重；第三行第一列為體現課程目標1的考核內容（章節、知識點） 及目標分值；第四行第一列為支撐課程目標1的過程考核環節（平時考核、課內實驗、期末考試） 及權重；其他課程目標及其對應的相關內容按照上述X行X列依次定義。以軟件工程課程為例，該課程有5個課程目標，課程目標文件內容示例如表1所示。軟件嚴格按照預先定義的文件格式逐行讀取文件內容，并將內容以結構體數組類型存儲，如果文件格式錯誤或者數據缺失則提示用戶“課程目標文件錯誤”。通過文件內容校驗機制，軟件能夠避免課程目標達成度計算錯誤的發生。

（2） 過程考核成績文件

過程考核成績文件為.xlsx格式的表格文件。具體內容說明：表格里須包含學號、姓名、過程考核環節及對應的考核內容、課程目標、目標分值、考核分值，過程考核成績文件內容示例如表2所示，其中，各列順序由用戶自定義，可以不按照表中順序排列，但列名稱必須命名為學號、姓名、平時考核、課內實驗和期末考試。類似地，軟件嚴格按照預先定義的文件格式逐行讀取文件內容，并將內容以結構體數組類型存儲，如果文件格式錯誤或者數據缺失則提示用戶“過程考核成績文件錯誤”。

2 軟件應用

以2022級軟件工程專業的軟件工程課程為例，我們采用達成度計算軟件對該課程的培養目標達成情況進行了系統評估。作為軟件工程專業的核心課程，該課程采用理論教學與實踐訓練相結合的教學模式，通過課堂講授、在線課程和工程實踐三個環節協同開展教學活動。在教學過程中特別注重案例教學法，幫助學生在實際項目中理解和掌握軟件工程的基本原理與方法。課程考核采用多元評價體系，包含平時成績（由課堂參與度、討論表現和課后作業組成） 、實驗環節（涵蓋軟件設計實現、測試驗證及實驗報告撰寫） 和期末閉卷考試（重點考查學生對軟件工程理論體系的掌握程度） 三個組成部分。各課程目標的考核方式及所占權重如表3所示。

根據1.4節課程目標與過程考核成績文件內容定義，建立并導入符合軟件要求的目標文件和成績文件，設置課程目標達成度期望值為0.6，按照軟件執行流程計算課程目標達成度，軟件自動繪制學生個體課程目標達成度分布圖和整體課程目標達成度柱狀圖，并導出課程目標和考試內容對照表和課程目標達成度評價表。

軟件工程課程目標和考核內容對照表如表1所示，表中給出了5個課程分目標支撐的畢業要求指標點、考核內容及分值；課程目標達成度評價表如表3所示，表中給出了學生個體課程分目標得分值和個體、整體達成度，其中，學生整體達成度是所有學生課程分目標達成度的平均值；圖3（a）所示為學生個體6個課程分目標達成度的分布圖，每條曲線對應參與課程考核的學生的課程分目標達成情況；圖3（b）所示為學生整體6個課程分目標達成度的柱狀圖，反映了課程目標達成度的整體情況。

結合表3和圖3能夠直觀地對學生個體和整體課程目標達成度進行評價分析，根據表3和圖3中給出的信息可以得到下述結論：

（1） 從學生整體課程目標達成情況來看，課程目標1～5的達成度區間為0.70～0.77，課程總目標達成度為0.74，均高于期望值0.60。這表明通過理論授課、網絡課程和工程實踐相結合的教學方式，成功實現了教學大綱設定的課程目標，整體教學效果達到預期。

（2） 從個體層面分析，多數學生的課程目標1～5達成度超過0.60的期望值，各分項最高值分布在0.87～0.94。但仍有部分學生未達標，其中課程目標2的最低值僅為0.24。具體來看，課程目標1～5未達標人數依次為4人、10人、5人、2人和3人。這說明雖然整體達成情況良好，但學生個體間存在顯著差異，尤其是課程目標2的個體差異最為突出。

（3） 課程目標2的表現相對欠佳，約25%的學生未達到0.60的期望值。這反映出學生在軟件設計基礎理論和面向對象設計方法方面存在不足，難以根據項目需求提出有效解決方案。建議從以下方面進行教學改進：構建以工程思維為導向的案例教學模式，創設工程教學情境，采用“問題分析-解決方案-拓展應用”的教學流程；將知識模塊劃分為遞進式學習單元，綜合運用多種教學手段開展多層次教學；整合課內外實踐活動，重點考核工程問題的解決過程與效果，從而在激發學習興趣的同時，提升學生的工程設計能力和創新意識。

3 結論

通過對課程目標達成度計算流程的系統分析發現，只需獲取課程教學大綱中規定的考核環節目標分值、權重系數以及實際考核得分，即可準確計算出課程目標達成度?；谶@一原理，本研究采用Matlab語言開發了一款專用計算軟件。該軟件具有界面友好、操作便捷的特點，教師只需導入課程目標與過程考核成績文件，系統即可自動完成計算并生成可視化分析圖表，徹底擺脫了傳統Excel手動計算的煩瑣流程。這一創新工具顯著提升了工作效率，使教師能夠將更多時間投入課程目標達成情況的深度分析，以及教學內容、教學方法、考核方式等方面的持續優化，為構建基于產出導向的人才培養質量評價體系提供了有力支撐。目前，該軟件已在計算機學院試點應用，有效促進了“學生中心、產出導向、持續改進”工程教育理念的落地實施。為進一步提升智能化水平，后續版本計劃整合大語言模型技術，實現課程達成度評價報告的自動生成功能。

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【通聯編輯：王 力】