Origin软件在考试数据分析与评价中的应用

吴先球 高远静 卢炜杰

新型的教学评价应该突出全面性、多元性、过程性和发展性的特点。[1]考试作为教学评价的重要方式，应该着重发挥教与学的建构性评价功能，教育管理者和一线教师应该从考试结果中充分挖掘信息，形成有效的教学反馈。但是，目前我国大部分地区和学校仍然简单地把考试评价视为终结性评价，且评价方法的科学性不足。一方面，对数据挖掘不够深入，评价指标单一；另一方面，对不同量化指标的反馈含义和评价意义认识不足，也缺乏一定的技术支持。要实现“从考试到评价”[2]的转变，科学的考试评价体系应该从理念、方法和技术三个维度构建，而通俗易懂、操作便利、分析功能强大的数字化统计软件无疑是迫切的现实需求之一。Origin软件较好地满足这些方面的实际需求，具有较大的应用价值和推广潜力。本文主要介绍Origin软件的教育测评功能，并以几个简便实用的案例，示范应用Origin软件解决考试数据分析中常见的横向对比和多维度分析等问题，提供可视化的图形表征，以获取丰富的反馈信息，促进形成性评价的开展。

一、Origin软件简介

Origin是一款专业的数据分析、科技绘图软件。它采用面向对象的窗口菜单和工具栏操作，简单易学；用计划管理器管理项目，各子窗口可以单独保存，批量处理和调用便利。因此，Origin尤其适用于大量数据的快速处理和绘图。

Origin的工作表和绘图窗口分别提供了不同的数据分析功能。工作表窗口提供了数据的计算、统计、相关等功能，还可用内置的LabTalk语言编程对数据集进行操作；绘图窗口提供了数学运算、图形变换、傅立叶变换、各类曲线拟合等功能。而且，Origin的绘图是基于模板的，本身提供了60余种二维和三维绘图模板。为满足用户扩展功能和二次开发的需要，Origin提供了广泛的定制功能，用户可自定义数学函数、图形样式和绘图模板，还可以和各种数据库、图像处理软件以及办公软件连接，实现数据共享。[3]

表1 Origin的教育测量与统计功能[4]

图1 累积百分比曲线和直方统计图组

由表1可知，在教育测量与统计功能上，Origin侧重于数据的深入分析和处理，同时也兼备丰富的图形表征功能。其中，假设检验和方差分析是数据分析当中用于比较样本差异性和寻找事物影响因素的重要统计方法，[5]在图形绘制上，Origin不仅可以绘制60余种基于模板的数据图形，还可以自定义组合图形进行对比研究（如图 1）。此外，利用附带的“Tools工具栏”，Origin能够对图形进行精确的数据读取。

二、Origin在考试数据分析与评价中的应用实例分析

下面选取两个实例来说明如何把Origin用于考试数据的分析与评价，原始数据为广州市某中学高一年级的期中考试原始分。

（一）利用方框统计图进行班际学业水平对比

通常，教育管理者、学校和一线教师在获得某一教学单位的总体学业水平结果之后，还需要进行各教学组织单元间的横向对比分析。相对年级而言，各个班级就是对应的教学组织单元。以前，我们一般依靠简单的定量指标——平均分，来甄别各班的学业水平甚至进行排名，但这种评价方式往往比较片面。为了既能还原各班学业水平，又能实现横向对比，我们可以选用Origin的方框统计图处理成绩数据，方框统计图用于描绘数据分布的百分位数[6]。

操作1：导入Excel数据

打开 Origin，用选择菜单命令【File】→【Open Excel】或单击标准工具栏的按钮，导入Excel文件，选择“Open as Origin Worksheet”，重命名列名称，得到Origin工作表。

操作2：创建和定制图形

选中所有列数据之后，选择菜单命令【Plot】→【Statistical Graphs】→【BoxChart】，系统将自动生成图形和创建“Bins”工作表保存统计数据（如图2）。图3为四个班的方框统计图，可以右击图形打开【PlotDetails】自定义图形属性。为了查看各班成绩的具体分布情况，我们在每个方框旁定制了数据点分布和正态分布拟合曲线。

图3 班际对比方框图

图2“Bins”统计工作表

如图3所示，以Class1的方框图为例：最低分和最高分的数据用“×”标示；排名在第5%和第95%两端分界线用“－”标示；四分位数[7]（即第25%、第50%和第75%的界限）用长横线标示，并且组成一个方框；平均分的界线用“□”标示。图形的标示方法用户可以自定义。此处数据自下而上分别标示了最低分、5%、25%、50%、75%、95%、最高分和平均分的所在位置。

操作3：数据分析与评价

通过对比各班的分界线高低以及疏密程度，我们可以较全面地掌握各班的成绩分布概貌。横向对比四个方框图的位置和形状，我们发现Class4的整体成绩集中在90分附近，明显优于其他三个班。而剩余三个班当中，Class3的整体成绩略优。接下来我们主要对比Class1和Class2，虽然两个班的平均分很接近，但是成绩分布情况差异较大。无论是最高分还是50%～75%区间的中上分数段，Class1比Class2的成绩都要高而集中，但是Class1有一个40+的最低分把平均分拉低了。由此可见，平均分近乎相等的两个班，Class1两极分化比较大，Class2的成绩分布相对均衡。两者的学业情况是如此不同，可见单纯依靠平均分指标会误导我们认为两个班的学业水平是差不多的。借助Origin方框图，我们得以更深入地了解实际情况，促进反思：为什么会出现这种教学现象？这是否是我们期望看到的？我们应分别采取什么措施？

方框统计图简洁形象地描绘了数据组的分布情况，除了用于以班级为教学组织单元进行横向对比之外，也可以进行学科间的对比，估计会得到比较有意思的结果。借助Origin，我们也可以构建单一的方框统计图进行全年级成绩分布纵向分析，从而便于教育管理者掌握学生分层情况，考虑实施分层教学。

（二）利用彩色气泡图进行多维度考查对比

许多学校的考试质量分析除了分析平均分、排名之外，还常以优秀率、及格率和区分度指标来评价任课教师的教学业绩。如何整合多个维度的指标进行有效的评价却是个问题。创建公式进行加权计算未免繁琐，并且这种过分量化的方法不见得能够科学地反映真实情况。Origin的彩色气泡图就能很好地解决这个问题，它可以把四个维度的数据整合到二维图中进行观察。

操作1：导入Excel数据

打开Origin，用选择菜单命令【File】→【Open Excel】或单击标准工具栏的按钮，导入Excel文件，选择“Open as Origin Worksheet”，重命名列名称，得到Origin工作表。

操作2：定制和生成图形

选 择 菜 单 命 令 【Plot】→【Bubble/Color Mapped】→【Bubble】生成图形。在【PlotDetail】中设置【Symbol】选项卡内的“Symbol”选择“Increment”，选择起始颜色，软件会按自带的色阶顺序给18个数据点附上18种颜色。如图4所示，横坐标为及格率，纵坐标为优秀率，气泡的大小表示区分度，气泡颜色代表各班级。

图4 及格率-优秀率-区分度彩色气泡图

操作3：数据分析与评价

对于气泡图，我们可以从“面”“区”“点”三方面进行分析。

（1）“面”分析：整体来看，气泡集中分布在及格率0.85以上、优秀率0.50以上的区域，整体水平较高。气泡大小不均，班际区分度存在较大差异。

（2）“区”分析：我们可以采取划分区域的方法对气泡的集中度进行分析。划分界限的标准根据使用者的需要而制定，如图5所示，划分四大区域，每个区域内分别包含大、小两个气泡。每个字符串中首字母表示横坐标数值的高低，中间字母表示纵坐标数值的高低，尾字母表示气泡的大小。在“及格率-优秀率-区分度彩色气泡图”中，我们进行如下区域划分：

图5 四分区域集中度分析图

①区LHB：及格率低，优秀率高，区分度大，两极分化现象很严重。

①区LHS：及格率低，优秀率高，区分度小，反常现象，不可能出现。

②区HHB：及格率高，优秀率高，区分度大，高分段内部分化较明显。

②区HHS：及格率高，优秀率高，区分度小，整体水平高，理想状态。

③区HLB：及格率高，优秀率低，区分度大，中等层次水平内部分化较明显。

③区HLS：及格率高，优秀率低，区分度小，大部分达标，但缺乏优生。

④区LLB：及格率低，优秀率低，区分度大，大部分不达标，且内部分化明显。

④区LLS：及格率低，优秀率低，区分度小，整体不达标，非理想状态，试题不合适。

图4中，各班的及格率和优秀率都偏高，在此基础上，我们再以及格率0.95和优秀率0.80为分界线进行划分，就可得到新四区进行定性与半定量的分析。图4中，高一2、5、6和18班遥遥领先位于②区HHS，达到理想的教学目标。没有班级位于①区，说明没有异常情况出现。

（3）“点”分析：若要得到个别班级的具体情况，我们可以从图形数据点坐标中读取信息。下面结合图4分析某任课教师的教学效果。A教师教授高一1班、13班和16班的物理。三个班的优秀率在全年级中偏低，反映出该教师可能没有充分地激发优生的潜力。而三个班的及格率和区分度有较大差异：13班及格率全年级最低，区分度最大；16班及格率100%，区分度小。导致这种矛盾现象的具体原因则需要深入了解：到底是教师原因，还是学生自身水平差异的原因，抑或是不同班级教与学的匹配不一致的原因？在没有调查清楚实际情况之前，我们不能够武断地单凭定量指标对教师教学效果进行价值判断。

由此可见，Origin的气泡图尤其适用于三维或四维的数据整合，从而弥补二维图的缺陷，结合集中度分析法更有利于迅速把握整体情况和挑出个别特例，从而有针对性地进行下一步分析与评价。

三、结语

Origin作为一款专业的数据分析与科技绘图软件，应用于考试数据分析与评价的优势体现在：一、可以内嵌Excel工作簿，基于模板操作，容易上手；二、教育测量与统计功能专业、完善；三、可视化图形表征丰富，能够解决横向对比、多维度整合分析等评价问题。总的来说，把Origin引进一线教学评价领域，既有利于拓宽教师应用数字化软件进行数据处理和分析的技术途径，获得充分的评价信息，也有利于促进其教学评价观念的更新，促进“从考试到评价”的转变。

［1］邹敏，谭顶良.数学模型在新课改背景下学习评价中的应用［J］.教育测量与评价（理论版），2011（1）：9～13.

［2］张警鹏，郑启跃.“从考试到评价”的实例分析［J］.教育测量与评价（理论版），2008（1）:39～42.

［3］王鑫，吴先球，蒋珍美等.用Origin剔除线性拟合中实验数据的异常值［J］.山西师范大学学报（自然科学版），2003（1）：45～49.

［4］方安平，叶卫平.Origin8.0实用指南［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［5］李文玲，张厚粲，舒华.教育与心理定量研究方法与统计分析［M］.北京：北京师范大学出版社，2008.

［6］［7］刘新平，刘存侠.教育统计与测评导论［M］.北京：科学出版社，2004.