基于正交试验法的学生课程成绩评价方法探究

摘    要：课程教学成绩评价是高校教学质量评估和国家工程教育专业认证的重要环节，亦是评估学生培养质量的集中体现。目前，部分高校学生课程成绩评定方法单一，课程考试试卷结构组成、难易程度无法与不同专业课程培养目标相匹配，很难对机械类专业学生课程成绩给予科学合理的评价。针对上述不足，确定出影响课程成绩和及格率的4个关键因素，运用正交试验法优化各关键因素的占比，在安徽理工大学的机械类专业课程开展测试，得到了机械类专业课程成绩评价体系中各因素最优组合：试卷难度等级为6#，非标准答案占比为15%，课堂考勤和专业实践各占成绩的5%。

关键词：成绩评价方法;正交实验法;非标准答案;成绩评定;课程成绩

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2021）08-0073-03

一、引言

国家“十四五”规划中重点指出，提升发展，强化“质量强国、科技强国、教育强国、人才强国”等内容[1]。坚持以教育强国和人才强国为战略主题是未来重要的发展方向。我国大力推进新工科建设，建立科学的学科专业评价系统，实施国家工程教育专业认证、学科评估、课程改革等一系列措施，旨在培养新时代需要的各类高素质、高理论水平和高技术的科学技术人才。课程考试是实施国家工程教育课程最重要的教学环节之一，课程教学成绩评价体系是高校教学质量评估和国家工程教育专业认证的重要环节，亦是评估学生培养质量的集中体现。课程考试是体现评估学生过程培养质量的重要途径之一，它具有非选拔性、检验性、过关性、正态分布性和相对性等特性。学生通过理解、分析、领悟课程知识，将各门课程整理、转换成自己的知识体系，形成自我观念，从而构建出自己的知识体系。课程考试作为学生成绩评定的核心评价依据，它不仅能衡量学生的学习效果，还是对课程知识内容掌握程度的体现。有关学者侧重于研究科学的课程考试成绩评价体系，普遍采用的评价方法包括灰色聚类法、主成分分析法、模糊评价法和层次分析法等[2-6]。课程教学成绩评价体系中评价因子之间并非是定量关系，且这些评价因子与课程教学成绩结果之间并非简单的函数关系。建立客观、规范、科学和可操作的课程教学成绩评价体系，并对收集的结果作出客观、公正、科学的分析和评价对提高课程考试质量、加强学生对知识的掌握程度、提升学科学生培养质量、强化高校教学质量监督有着重要的作用[7]。

目前，部分高等院校运用的学生成绩评定方法比较单一，多以平时成绩和考试成绩作为学生最终课程成绩评定依据[8]。课程考试成绩作为学生成绩评定的核心内容，要反映出学生自主学习课程知识和综合运用课程知识能力全过程，应该避免部分学生临时抱佛脚，促使每个学生在课程教学的整个过程都认真参与和思考，及时查漏补缺，增强学生对课程知识内容的掌握程度，强化学生的综合思维能力，提高学生的灵活应用能力。高等院校常规的课程考试主要以闭卷考试为主，试卷内容多以标准答案试题为主，对于与实践结合度比较紧密的专业，如车辆工程、仪器仪表工程和机器人等，采用传统考核方式难以科学合理地反映出学生对课程知识内容中实践部分的掌握程度。因此，单一的考核方式很难对学生课程成绩作出准确的评价[9-10]。

针对实践性强的机械类专业课程，改善传统考试方式，減少标准答案试题在课程考试中的占比，切实加大实践类或非标准答案试题比例，增强学生创新能力的应用。本文分析总结部分院校学生课程成绩评定方法中存在的不足之处，运用定性分析与定量分析相结合的方法，根据安徽理工大学机械工程学院开设“机械设计基础”课程，以该课程专业的学生成绩为参考，运用正交实验方法对影响学生及格率的因素进行优化，得到其最优参数占比，来探讨更合理、科学和公正的实验教学质量评价方法，为建立科学合理的机械类专业学生课程成绩评价体系提供参考。

二、正交试验法

在以欧洲为中心的西方发达国家检验认证和推广下，正交试验法被广泛应用，特别是对以实验类为基础的自然学科发展起到重要作用[11]。在我国，正交试验法的理论研究工作已经获得一定成就，正交试验法不仅在自然学科中普遍使用，还在人文社会学科中被广泛推广。

研究多因素、多水平的实验设计方法有很多种，正交试验法是众多实现高效、快速和经济效果的实验设计方法之一，类似的实验方法还有聚类分析方法和因子方法等。依据Galois理论，正交试验法中正交试验设计部分是分式析因设计的主要方法。根据正交试验设计的正交性，从全面试验得出的大量实验数据中挑选出适量的、具有“均匀分散，齐整可比”特征的点进行试验，从而科学合理地安排实验。

三、正交试验法评价模型的建立

课程考试评价体系往往涉及经济学、统计学、计算机学和管理学等多个领域，它由多种复杂因素构成，但又缺少定量数据的体系系统，这给教研人员研究课程考试评价体系带来一系列困难。因此，选择科学合理的评价方法非常重要。教研人员须在评价方法上作深入研究，而正交试验法在解决由众多复杂因素组成却又缺少定量数据支撑的课程考试成绩评价体系系统问题时具有显著优势。

（一）课程成绩评定的组成

对于实践性很强的专业，单独以平时成绩和考试成绩评价学生的学习效果是片面的，尤其是专业实践占很大比重的机械专业，平时成绩和考试成绩难以客观地反映出学生对课程知识内容的掌握程度[12]。因此，适当选取非标准答案试题，并增加非标准答案试题在课程考试中占据的比重[13]，对培养学生独立运用课程知识的能力，发挥学生在课程考试中的主体中心作用将起到关键作用。以安徽理工大学机械工程学院为例，目前本科课程考试考卷有A卷、B卷和C卷三种类型，其中C卷主要针对补考或者缓考的学生，因此，C卷难度相比A卷和B卷难度系数低一些。A卷和B卷难度系数相似，这样难度系数的考卷更易于考察相同专业学生对课程知识掌握程度。对不同专业学生而言，相同课程章节知识内容掌握程度要求是存在差异的，采用难度系数相似的考卷来考核不同专业的学生，限制了不同专业学生对相同课程知识内容的要求掌握的深度，因此，选用不同难度系数的课程试卷考核不同专业学生对同一课程知识内容不同掌握深度更加合理科学。

以安徽理工大学为例，在传统课程考核基础之上，改变学生成绩评价体系中各因素的占比，例如课程考试占70%、专业实践占10%、课堂考勤和作业占20%，但仍无法合理科学地反映出学生对课程知识内容的掌握程度，因此，有必要改善传统课程考核学生成绩评价体系中结构组成及占比。机械类专业课程成绩评价体系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个关键因素对学生课程知识内容掌握程度影响较大，需要进一步探究这四个关键因素对学生课程知识内容掌握程度影响的最优组合。

（二）成绩评定因素优化

在多因素影响下，正交试验法是寻找最优水平组合的十分有效的试验设计方法[7]。根据以往课程成绩评价体系组成，将影响机械类专业课程成绩评价体系中难度等级A、非标准答案占比B、课堂考勤C和专业实践D四个因素作为关键自变量，假定四个关键因素之间没有任何交互作用，选用3因素4水平的正交表L9（34），如表1所示。在机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程和机器人等专业开展课程教学和课程考试测试，根据课程考试结果，分别对学生最终评价成绩的及格率进行分析，得到正交试验结果，如表2所示。

机械类专业课程成绩评价体系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个因素对学生课程知识内容掌握程度影响最优方案是指在所做的试验范围内，各因素较优的水平组合。依据正交试验结果，对正交实验结果综合分析，将因素水平作为横坐标，以学生最终核算成绩的及格率的平均值ki为纵坐标，得到各因素与学生课程成绩及格率之间的影响规律图[14]，如图1所示。

图1给出了各因素水平与学生课程成绩及格率影响之间的关系。

A因素列：k2>k3>k1

B因素列：k3>k2>k1

C因素列：k1>k2>k3

D因素列：k1>k2>k3

通过分析可知机械类专业课程成绩评价体系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个因素对学生课程知识内容掌握程度影响的优选方案为A2B3C1D1，即试卷难度等级为6#，非标准答案占比为15%，课堂考勤和专业实践各占成绩的5%。

四、成绩评定体系的实践

在相同学习条件下，通过适当调整机械类专业课程成绩评价體系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个因素与课程总分数的占比，既能增加机械专业学生对专业实践的重视程度，提高专业实践综合运用能力，还能提高学生自主运用课程教学知识内容的能力，真正地让学生将课本理论知识灵活运用于实践中。

机械类课程考试成绩评定体系是学生参与到教学、实验和实践等全过程的一种接触手段，是高等教育改革的探索，其为进一步提高学生的专业素质奠定了坚实的基础。根据笔者运用正交试验法在机械类专业学生进行实践，得到机械类专业课程成绩评价体系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个因素在课程考试学生成绩评价体系中最优方案：试卷难度等级为6#，非标准答案占比为15%，课堂考勤和专业实践各占成绩的5%。笔者将最优方案的机械类专业课程成绩评价体系运用于2017级机械电子工程、车辆工程、机械设计制造及其自动化等专业中，得到了不错的效果。

五、结语

机械类课程考试成绩评定体系也适用于工科类相关专业。采用正交试验法对工科相关专业学生课程成绩进行系统性的评价，结合卓越工程教育认证的要求，尤其是实践要求强的工科专业，系统客观地确定出机械类专业课程成绩评价体系中各关键因素，通过正交试验法确定各关键因素之间的最优组合，将定性问题转化为定性与定量相结合的问题，得出机械类专业课程成绩评价体系中难度等级、非标准答案占比、课堂考勤和专业实践四个因素在课程考试学生成绩评价体系中最优方案。经试验后，学生成绩与学生掌握课程知识内容匹配度较高，学生成绩及格率上升，整体效果不错。机械类课程考试成绩评定体系间接地反映了学生成绩评定与学生对课程知识内容的匹配度，提高了学生成绩评价效率，为学生综合掌握课程知识内容程度评价提供了方法，为在同类工科专业学生课程成绩评估推广提供依据。

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