MATLAB基于AHP和PLS-DA评价的课程教学效果研究

一、 研究背景与意义

背景:传统课程教学效果评价多依赖学生期末评分(单一指标)或简单加权平均,存在主观性强、指标权重不合理、无法甄别关键影响因素、难以对教学环节进行诊断性反馈等问题。

意义:

方法论创新:将AHP(用于构建系统化评价体系并确定主观/理论权重)与PLS-DA(用于从实际数据中提取客观权重、识别关键变量和分类判别)相结合,实现主客观统一。

评价全面性:从多维度(如教师、学生、课程设计、学习成果)系统构建评价指标体系。

诊断与决策支持:不仅能给出综合评分和排名,更能识别出显著影响教学效果优劣的关键驱动因素和薄弱环节,为教师改进教学提供精准的"处方"。

预测与分类:可基于模型对新的教学班或课程进行效果预测或归类(如"优秀"、"合格"、"待改进")。

二、 核心研究方法整合逻辑

"AHP顶层设计 + PLS-DA数据验证与诊断"

AHP先行:建立系统化、结构化的评价指标体系,并利用专家经验赋予初始权重。这确保了评价内容的全面性和逻辑性。

PLS-DA深化:收集实际教学数据(问卷、成绩、行为数据等),利用PLS-DA模型:

客观修正权重:根据数据本身的关系,得出变量的重要性(VIP值),可与AHP权重对比印证。

筛选关键变量:识别出真正区分"高效课堂"与"低效课堂"的关键诊断指标。

建立判别模型:可对教学效果进行类别划分或预测。

三、 具体研究步骤

第一阶段:基于AHP构建课程教学效果评价指标体系

文献研究与初步指标池构建:从"学生学习成果"、"教学设计与实施"、"教师专业能力"、"课堂互动与环境"等维度收集潜在评价指标。

德尔菲法/专家访谈:邀请教学专家、一线教师、学生代表,对指标进行筛选、归类和结构化,形成层次结构模型(目标层、准则层、指标层)。

目标层A:课程教学效果综合评分

准则层B:B1学习收获与成果, B2教学内容与设计, B3教学方法与互动, B4考核与反馈

指标层C:C11知识掌握度, C12能力提升度, ... C31课堂互动活跃度, C32学生参与深度...

示例:

构造判断矩阵与权重计算:请专家对同层指标进行两两比较,利用AHP软件(如yaahp)计算各层指标的局部权重和相对于总目标的综合权重。进行一致性检验(CR<0.1)。

第二阶段:数据收集与处理

问卷设计:根据AHP确定的指标体系,将底层指标转化为李克特量表问卷题项(如1-5分)。同时,需要收集一个全局性总体评价(如"您对本课程的整体满意度")或明确的分类标签(如,根据学生最终综合表现,将教学班分为"高效果组"和"低效果组")。

对象与样本:面向参与该课程的学生发放问卷。样本量需满足PLS-DA分析要求(通常为变量数的10倍以上)。

数据预处理:清洗数据,处理缺失值,进行信度效度检验(如Cronbach's α, KMO等)。

第三阶段:基于PLS-DA的数据分析与模型整合

设置分组(Y变量):

方法一(分类模式):以总体评价得分为依据,将样本分为"高评价组"和"低评价组"(作为分类变量Y)。

方法二(回归模式):直接将总体评价得分作为连续型Y变量。

建立PLS-DA模型:以各项指标得分(C层)作为X变量,以上述Y变量进行建模。

关键分析输出与整合:

若两者高度一致,说明专家观点与数据实际反映的情况吻合。

若存在差异,需深入探讨原因,可能是专家认知偏差,或实际教学情境中某些因素作用被放大/缩小。

变量重要性投影(VIP):这是核心诊断工具。VIP > 1 的变量被认为是区分组别、影响Y的关键变量。将这些客观的VIP重要性排序与AHP得到的主观权重排序进行对比分析。

载荷图:观察哪些指标对模型解释力贡献大,以及指标之间的相关性。

得分图:直观查看不同组别样本(班级/课程)在模型中的分布和分离情况,评估模型判别效果。

模型性能验证:采用排列检验、交叉验证等方法验证模型的稳健性和预测能力。

第四阶段:综合讨论与教学诊断建议

综合评价得分计算:可尝试两种方式计算最终得分并进行比较:

方式1:纯AHP加权求和(使用专家权重)。

方式2:AHP-PLS综合权重(如,将AHP权重与VIP值进行某种结合后加权)。

教学效果关键驱动因素诊断:根据VIP值,明确报告哪些是提升教学效果的"关键增效点"(如"课堂实时反馈"、"项目式学习的挑战度"),哪些是当前影响效果的"关键短板"。

提出针对性改进建议:针对识别出的关键变量,结合具体教学情境,为教师、院系提供可操作的教学改进策略。

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