选课走班背景下成绩分析系统的设计与实现

解博超 陈江华 宋其云

摘   要：成绩分析是客观检测教学效果的重要手段。选课走班背景下，采用等级分数折算的方式可以对不同班级、不同学科的成绩进行合理比较。建立成绩分析系统，实现等级分自动计算，避免了人工转换工作量大和容易出错的问题。在此基础上，通过多个维度分析个体成绩数据和群体成绩数据，有助于帮助学校、教师、学生及时发现教学中的问题，提升教学质量。

关键词：选课走班;成绩分析;信息系统

中图分类号：G632.47 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2021）21-0053-05

一、問题的提出

近年来，新高考改革已逐步在全国平稳推进，各地纷纷出台“3+3”“3+1+2”等更加灵活的选考模式。这一模式下，学生不再分文理科，而是需要从选考科目中限选或自选3门。[1]对学校而言，新高考改革是一个全面、系统的工程，探索选课走班和分层教学，保证人才培养的效果是重中之重。因此，客观检测教学效果，进而为教学提供参考就显得更加重要。

考试成绩是学习效果最直接、最有效的反馈。成绩分析能够客观反映学生的学习效果、教师的教学质量以及学校的教学管理水平。然而，各地采用不同的选考方案及“等级赋分”方案，为成绩分析带来诸多挑战。多种选考科目排列组合可以衍生出十几种甚至几十种选考方式，每个学科的难度、选考学生的程度与分数分布均不同，因此原始分数之间已经不具有可比性，无法有效进行直接比较，不能为学生提供有效参照。[2]同时，走班选课带来了与原“行政班级”相对应的“教学班级”的概念，而每个学科的大部分“教学班级”均由来自不同行政班级的学生组成，若仅从行政班的角度进行分析，则难以反映出学科教师的教学效果。

二、系统环境与架构

本文选择使用Microsoft Office Excel作为系统的开发环境。Excel具有强大的数据处理、分析与可视化功能，能够满足系统开发的需要;同时，本系统的主要用户群体为中学教师与教学管理人员，熟悉Excel的基本操作，可以在一定程度上降低使用门槛，易于推广和应用。

为了降低系统的耦合性并增强其可扩展性，将所有工作表明确划分到“参数配置层”“原始数据层”和“计算展示层”[3]中，用以实现对应功能，如图1所示。分层是为了实现“高内聚，低耦合”，采用“分而治之”的思想把问题划分开来各个解决，易于控制和延展。

1.参数配置层

参数配置层存储系统的配置参数，通常存储不会经常变更的数据，供原始数据层和计算展示层调用。系统将两类数据存储在参数配置层中。第一类数据是实体信息，如教学班级信息、选考方案信息等，如图2所示。这类数据通常具有以下四个特点：第一，字段名与原始数据层中表格的字段名一致;第二，字段名不重复;第三，由多个一维表组成;第四，具有可扩展性（表现为可以无限向下扩展数据）。第二类数据则存储在二维表中，是一般不修改的对应关系，如等级赋分规则信息等，如图3所示。为了便于管理和使用，将参数配置层的所有表横向排列在“考试参数管理”工作表中。

2.原始数据层

原始数据层承载了参与运算的基础数据，是最为基础而重要的表。原始数据层中的工作表应与数据库中的表的定义类似：每一行作为一条记录，对应一个实体的相关信息;每一列作为一个字段，对应一个属性。原始数据层的工作表应满足字段分类清晰、数据属性完整、数据连续、无合并单元格、无分隔、无汇总等要求。本系统中，原始数据层包括“学生信息管理”“原始分数录入”与“学科参考划线”等工作表，如图4所示。

3.计算展示层

计算展示层通过表格和图表两种方式呈现，其数据随源数据表的变化而自动变化。系统中的“等级分数折算”“年级成绩总表”“年级情况统计”“班级对比分析”“学生弱科标记”等工作表均属于计算展示层。每个工作表放置一个相对独立的功能模块，后续可根据实际需求添加其他功能模块。图5为“年级情况统计”模块中“均分名次”表的局部，该表用于呈现总分及各科的平均分与名次。其中走班选课科目按教学班统计，其他科目及总分按行政班统计。

三、系统主要功能实现

系统依据参数配置层中的等级赋分规则，结合学生选考科目，计算选考科目等级分数。在依据等级分得到每个学生的总分后，通过计算考试分析中的各类常用指标，进行个体数据分析和群体数据分析。此外，为保证系统正常工作，对工作簿、工作表和单元格制定各自的安全策略。

1.等级分数折算

各科试题难易程度和分数分布的差异，导致了各科分数的不等值性。因此，将每个科目分数相加得到总分的方式是不科学的，需要将考生的卷面成绩经过“等级分转化”后，进一步相加得到总成绩。各地对选考科目成绩的呈现方式在细节上有所不同，但计算过程都遵循从“卷面成绩”到“百分等级”再到“等级分数”的路径。

其中，成绩数据对应的百分等级可以定义为：在全体学生中，低于该成绩的人数所占的百分比。可以通过PERCENTRANK.EXC函数来计算某个学生各科成绩在全年级所对应的百分等级，成绩越高，对应的百分等级就越高。

为了便于后续计算，将等级赋分规则按“等级分”列升序排列，并添加“控制线”辅助列，用于存储各个等级所对应百分等级的下限，如图6所示。此时可通过VLOOKUP函数的近似匹配实现从百分等级到等级分数的计算。其查找规则是：将查找值在一列升序排列的数据中，从第1个数据开始逐一匹配，直到遇到大于查找值的值时结束匹配并返回上一个数据在指定列的对应值。例如某个学生某科成绩所对应的百分等级介于 [0.11， 0.15） 之间，那么其对应的等级为D1，等级分为55分。

除参加自行组织的考试外，学生还会参加地区统一命题、统一阅卷的大型考试，此时地区会向学校提供等级分数据。为此，系统设有“统考”和“非统考”两种模式，根据用户的选择，使用IF函数计算选考科目等级分的总分，用于进行后续的统计分析。

2.个体数据分析

在通过等级分生成总成绩后，系统主要从各科及总分名次、各科及总分得分率、各科及总分上线情况、短板学科标记等方面分析个体数据，最终为每位学生生成考试成绩报表。

（1）总成绩计算

将必考科目得分与选考科目等级分的总分相加，即可得到本次考试的总成绩。为了避免出现缺考学生总分为0、影响后续统计分析的情况，使用SUMIFS函数根据各科原始分数是否为空，对缺考学生进行判断。判定为缺考的学生其总分显示为空。

（2）名次计算

①年级名次计算

年级名次可以直接使用RANK函数实现。由于缺考学生的成绩为空，计算名次时会导致单元格出现#VALUE错误。为了避免单元格中显示出错信息，既可以在计算时通过IF函数过滤掉缺考学生，也可以对出现错误的单元格设置条件格式。

②班级名次计算

在年级成绩表中计算班级名次，则需要使用SUMPRODUCT函数实现，它用于返回相应的数组或者区域乘积的和。在学生成绩表中将班级和成绩这两列作为相乘的两个区域，逐行查找与本人同班且成绩高于本人的记录，同时满足这两个条件，该行的乘积为1，否则为0。最后将结果相加，就是学生的班级名次。

（3）上线情况

在设定参考划线后，通过VLOOKUP函数的近似匹配即可实现成绩与上线情况的对应。为便于查看，使用字符串连接将分数与上线情况合并在同一个单元格中，并使用条件格式进行标记，如图7所示。

以学生的总分成绩为基准，选取上下相邻的两条参考划线成绩，通过雷达图，呈现学生学科成绩与对应划线成绩之间的关系，直观地展示优势学科与短板学科。考虑到不同学科的满分不同，为了使图表匀称、美观，使用得分率来代替原始分数。在图8所示的雷达图中可以发现，相对而言，该生的优势科目为地理、英语;短板科目为数学、物理。

（4）短板学科标记

系统通过两个维度来判定学生在本次考试中的短板学科：若学生某一学科的名次与总分名次相差超过一定比例（如x%），或该学科名次低于年级一定比例（如y%），则这个学科就是学生的短板学科。其中x和y的值均可结合学校实际情况进行配置。为满足上述算法的单元格设置的条件格式，可将每个学生的弱科进行高亮显示，如图9所示。

3.群体数据分析

群体数据主要以年级、行政班和教学班为单位，分析常用指标与名次，统计各分数段、名次段人数，并对各个学科成绩进行分布统计。

（1）常用指标及名次

对于群体成绩数据分析而言，最常用的是描述性统计分析。即从取值规律、集中趋势、离散程度等数字特征上反映数据整体情况，挖掘数据蕴涵的信息。此外，优秀率、及格率、上线率也是成绩分析中常用的指标。使用如表1所示的函数，即可计算上述指标，从而得到总分及各学科的常用指标统计表。

基于常用指标统计表和相关辅助列数据，以堆积柱形统计图和组合图表等形式，可以绘制常用指标统计图，如图10所示。

（2）学科成绩分布统计

为了更直观地展示和比较不同班级各个学科成绩的分布情况，还可使用箱形图来呈现成绩数据。箱形图主要用于反映原始数据分布的特征，其优势是可以进行多组数据分布特征的比较。箱形图中不仅可以展示平均值、中位数、四分位数等统计量，还可以对离群值进行标记，据此直观地展示各班各个学科成绩的分布情况。通过图11呈现的各个班级语文、数学、英语三个学科的箱形图，可以观察到成绩数据的离散程度、异常值所处的位置等，便于对班级整体的学习特点进行分析。

（3）分数段与名次段统计

作为大型考试中必要的分析指标，分数段与名次段统计可以帮助教师对整体学生的成绩分布做出更为细致、正确的判断和分析。与同类型班级进行分数段统计比较，能够帮助教师抓住后期工作重点。在均分大体相当的情况下，如果高分段人员较少，则需要加强培优;如果低分段人数较多，则需要注重补弱。

统计分数段和名次段的方法较多，包括使用COUNTIF函数、FREQUENCY函数、SUMPRODUCT函数等等，但各有其局限性。[4]前两者不能适用于在年级成绩中统计班级分数段，特别是无法适用于混合编班的情况;而后者引入了数组公式，计算量大，比较耗费系统资源。本文选择采用COUNTIFS函数，将分数段和班级同时作为筛选条件，进行多条件筛选计数，能够保证在满足需求的同时，兼顾系统资源的消耗成本。计算所得结果如图12所示。

4.系统保护与安全设置

系统安全主要体现在对系统的结构和数据进行保护。对系统结构的保护主要依赖于工作簿级别的保护，对数据的保护主要依赖于工作表的保护和数据验证限制。[5]

（1）系统结构保护

可以通过指定密码锁定工作簿的结构。锁定工作簿结构可阻止其他用户添加、移动、删除、隐藏和重命名工作表。系统的基础数据存放于参数配置层和原始数据层的工作表中，考虑到删除工作表的操作不可逆，且会直接影响系统运行，因此有必要通过保护工作簿的结构，防止用户对工作表进行删除操作。

（2）数据验证限制

数据验证是对某个单元格或单元格区域输入的数据进行内容、长度或取值范围的限制。对于符合条件的数据，允许输入;对于不符合条件的数据，禁止输入。这样就可以依据规则检查数据的合法性，避免错误的数据录入。在本系统中，主要应用数据验证的数字范围和序列来限制用户进行数据录入，具体如表2所示。

（3）工作表保护

为了保证系统中的表结构与关键数据不被破坏，有必要为每个工作表配置严格的权限规则，具体步骤描述如下：首先，解锁允许用户修改的单元格，并将这些单元格填充底色加以区分，如教学班名称、学科满分及各科原始成绩等。除此之外的单元格均只允许用户在输入密码解锁后方可修改。其次将所有带有函数和公式的单元格设为隐藏。最后启用保护工作表功能，通过仅允许用户“选定锁定的单元格”和“选定未锁定的单元格”，将整张表设为只读。

四、应用效果与展望

基于本系统的功能，对考试成绩进行科学的分析和评价，能够充分发挥考试的反馈作用，有助于加强教学管理、改进教学方法、提高教学质量。

第一，将原始成绩自动转换为等级分，避免了原始分数不可比较与人工转换容易出错的问题。同时，学校可以根据自身办学情况及参与区统考等更大范围考试的等级分折算情况，对各个等级比例进行调整，可以近似得到学生的等级分，为学生明确自身定位提供重要参考。另外，可以根据学生高一的学习情况，模拟计算不同选考组合下对应的等级分，基于计算结果和学生选科倾向为学生推荐选考组合。

第二，基于等级分的分数折算重新将所有班级置于相同的水平线上，便于班级之间的比较。除平均分和名次外，还基于总分和各个学科展示上线人数、上线率、名次统计，从多个角度对班级情况进行分析比较，便于班主任了解班级的长处与短板，有针对性地开展工作，也有利于班级之间的良性竞争与良好学习氛围的养成。教师可以依据学生分数段分析、上线情况分析与弱科分析等功能，抓住边缘学生，有针对性地培优补弱、因材施教。

第三，将生成的追踪数据导入个人成绩追踪系统，形成动态的学生成绩数据库。自高一入校起进行统计和追踪，在历次考试的原始成绩和系统生成的各类分析结果的基础上，自动为每一位学生生成学业水平发展报告。利于教师掌握学生各个学科的优势与劣势，了解学生各个阶段的学习动态，预测其今后的提升空间。

参考文献：

[1]刘海峰.新高考改革的实践与改进[J].江苏高教，2019（6）：19-25.

[2]刘盾.新高考改革之现实審思与理论分析——以考试科目、次数及赋分方式为重点[J].复旦教育论坛，2017（3）：11-17.

[3]伍昊.你早该这么玩Excel[M].北京：北京大学出版社，2011.

[4]张山风.EXCEL中各分数段人数的统计方法[J].办公自动化，2008（8）：55-56.

[5][美]John Walkenbach.中文版Excel 2016宝典（第9版）[M].赵利通，卫琳，译.北京：清华大学出版社，2016.

（编辑：王天鹏）