主成分分析法在课堂教学评价中的应用研究

摘要：本文从教学态度，教学内容，教学方法和教学效果四个方面，归集14项指标设计调查问卷，面向教学对象采集评教信息。利用matlab软件，通过主成分分析抽取三类代表性指标，并以此对8名计算机教师进行课堂教学质量评分，经实验验证，该评价模型稳定性良好，对开展课堂教学质量评估具有一定的借鉴意义。

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.

关键词：主成分分析;教学质量;评价指标

Keywords： principal component analysis; teaching quality; evaluation index

教学质量是每个学校的生命线，教师课堂教学效果是教学质量的重要决定因素。课堂教学效果评价是基于学生的学习体验，对教师的教学活动和教学效果的直接评价，能够客观反映教师的课堂教学质量和教学能力，课堂教学评价结果不仅可以让学校教学管理者及时了解教学组织现状，分析教学问题，调整绩效考核方案，还可以帮助教师总结教学经验，改进教学方法，优化教学设计，提高教学质量，确保人才培养目标的实现[1]。

通常教师的课堂教学评价指标较多，这为系统评价教师的教学效果提供了详细的依据，但是庞大的指标体系和复杂的赋权模型，增加了数据结果分析的复杂性。因此有必要运用科学的方法筛选出更具代表性的信息，作为教师课堂教学质量的评价指标。

一、主成分分析法

主成分分析法（Principal Components Analysis）利用降维的思想，将原来的多指标重新组合成一组新的、线性组合的少数综合指标的多元统计分析方法，综合指标不仅保留了原始变量的主要信息，彼此之间互不相关，更有助于抓住主要矛盾[2]。

主成分分析模型计算原理

二、应用举例

1.指标体系构造

通过文献调研，借鉴国内外专家对教师教学质量评价指标体系的研究成果，结合学校的教育教学评价实践，确定教师课堂教学评价指标体系的整体框架[4]。采取问卷调查的方式调查了上海中职学校從事教学督查和教学评教理论研究的专家、教务管理人员，最终制定了课堂教学评价指标如下表所示：

2.原始评价数据采集

为了确保数据的可比性和分析结果的准确性，我们选取了同一专业的8名《信息技术基础》课程的授课教师，邀请中职二年级参加过信息技术课程考证的学生参与问卷调查，其中男生130人，占40.88%，女生188人，占59.12%。无记名调查，共发放问卷386份，回收问卷318份，剔除68份不合理数据，有效问卷82.38%。计算出各个计算机教师各项指标的均值，得到数据如下，

3.数据分析

将上表的基础数据录入SPSS20中，得到主成分提取分析表，

首先表中前三个向量的特征值均大于1，分别为3.232，1.894，1.623，具有较好的代表性，可以作为主成分提取[5]。前三项累积方差贡献率达到88.47%，大于85%的统计要求。

将特征向量与标准化的系数相乘得到主成分表达式

4.结果分析

第一个主成分F1权重最大，包含信息量46.84%，主要代表变量是设置教学目标，组织教学内容和设计教学环节。其权重分别为：0.842，0.549，0.604。集中体现了教学过程设计是课堂教学质量的关键。第二个主成分F2包含信息量23.16%，由情境创设，教学互动和课程案例为代表指标，反映了教学实施对教学质量的影响程度。第三个主成分占比18.47%，代表指标包括知识技能掌握情况和反馈辅导，说明了教学反馈的闭环管理是教学质量提升的重要保障。

根据前三个主成分得分，用其贡献率加权，标准化权重系数，

得到：F=47.27%F1+32.75%F2+19.98%F3，计算每个教师的课堂评价得分，并根据总得分排序

三、结束语

通过上述模型分析，我们发现教学内容设计，教学过程控制和教学反馈是教师课堂教学质量的核心组成部分，为此做好教学质量提升要从以下三个方面着手。

首先，规范教学内容设计，以教学大纲为标准，根据教学对象特点，合理组织教学内容，体现教学层次和教学目标，其次在教学过程中使用多种教学方法，利用信息化媒介改进教学内容呈现形式，丰富课堂体验，提高学生的学习兴趣和课堂参与度。最后，利用教学测验、考察等形式，及时获得教学反馈，调整教学策略，强化知识和技能学习成果，辅导提升，做好教学的闭环管理。

本研究中主成分分析所提取的三个代表性的指标累积贡献率达到85%以上，说明降维后的信息量保持在一个较高的水平，但是主成分指标是否满足课堂教学评价的实际，与专家评分有很大的关系，在实际应用中还需要根据学科导向进行适当调整。主成分指标是根据数据代表性重新组合的多个指标综合体，其指标含义具有一定的模糊性，表述不够清晰准确。主成分分析法可以消除变量之间的相关性，减少指标统计的工作量，对于初始评价标准复杂的评价体系具有良好的优化作用。

教育教学质量评价具有较强的绩效导向作用，评价过程包括众多显性指标和隐形指标，效益指标和效率指标，这就要求在设计质量评估模型的时候充分考虑学科特点和教学评估导向作用，合理利用质量评价模型，规范教学过程管理，同时也要提供权变指标激发知识工作者的积极性和创造性，为教师教学能力发展和教育质量评估提供精确的数据支持。

参考文献：

[1] 潘黎，任增元，郭欣.高等学校质量评价中的问题、原因与对策分析[J].辽宁师范大学学报：社会科学版，2012（3）：349-352.

[2] 梁秋，黄海午.主成分分析在教学质量评估中的实证研究[J].教育教学论坛，2014（10）：115-117.

[3] 袁志发，宋世德.多元统计分析[M].北京：科学出版社，2009：219-241.

[4] 李伟春.基于主成分因子分析的教学质量综合评价[J].公安海警学院学报，2018（12）：60-64.

[5] 赵秀红.基于主成分分析的特征提取的研究[D].西安：西安电子科技大学，2016.

基金项目：上海市职业教育协会2020—2021年度重点课题，《课证融合模式下网络教学效果评价指标研究》阶段性成果之一。

上海市现代流通学校 林明辉