基于SVD的学生多维度探究能力评价方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法、系统及存储介质，其中方法包括：确定学生实验测评矩阵；数据预处理；对经过预处理的结果矩阵进行SVD分解，基于SVD分解结果得到知识掌握能力评分；基于经过预处理的过程矩阵确定过程分矩阵；对过程分矩阵进行SVD分解，基于SVD分解结果得到问题解决能力评分；确定尝试次数矩阵；将经过预处理的结果矩阵中的元素和尝试次数矩阵中对应的元素相除，得到归纳能力矩阵并进行标准化处理得到标准归纳能力矩阵；对标准归纳能力矩阵的每一行向量求平均值，得到归纳能力评分。与现有技术相比，本发明专利技术具有评价维度广、自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于SVD的学生多维度探究能力评价方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及学生探究能力评价领域，尤其是涉及一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]当前国际上主要有四种科学探究能力的评价形式，分别为观察法、纸笔测验、工作单和计算机模拟，目前存在以下缺点：
[0003]1)依赖人工评价，耗费人力
[0004]评价过程大多依靠人工评价，劳动重复性高，且评价时需要组织教师参与，随着人力投入随着参评人数增加同比增长。
[0005]2)评价一致性较低
[0006]目前教师打分和学生评价均依靠教师经验，由于人为评价容易受到思维观念、情绪状态等影响，因此评价结果的一致性较低，在大规模和严谨型的评价中，需要组织多位老师和监督机构，从而缓解评价一致性较低的缺点，进而增加人工投入。
[0007]3)评价维度较为单一
[0008]当前大多数针对能力的评价为结果评价，主要评价用户的目标达成情况，但较少针对用户探究过程进行评价。此外，根据目标达成情况的评价通常只能测量用户的综合能力，但较难分解用户的多维度能力，在教学中的借鉴意义较小。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的就是为了提供一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，自动化地对学生探究能力进行多维度评价，降低人力成本，扩展评价维度，提高评价一致性。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0011]一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，包括以下步骤：
[0012]基于实验数据确定学生实验测评矩阵，其中，所述实验数据基于课堂或线上实验采集得到，所述实验测评矩阵包括过程矩阵和结果矩阵；
[0013]对学生实验测评矩阵进行数据预处理得到经过预处理的过程矩阵和经过预处理的结果矩阵；
[0014]对经过预处理的结果矩阵进行SVD分解，得到结果U矩阵，结果∑矩阵和结果V
T
矩阵，其中，结果∑矩阵为对角矩阵；
[0015]判断结果∑矩阵对角线上第一项和第二项的平方和是否大于结果∑矩阵对角线上所有项平方和的90％，若否，停止SVD分解，若是，则
[0016]判断结果V
T
矩阵的第一行是否大于等于0，若是，将结果U矩阵的第一列数值作为知识掌握能力评分的基准分，若否，将结果U矩阵的第一列数值取反后作为知识掌握能力评分的基准分；
[0017]对知识掌握能力评分的基准分进行标准化处理，得到知识掌握能力评分；
[0018]基于经过预处理的过程矩阵确定过程分矩阵；
[0019]对过程分矩阵进行SVD分解，得到过程U矩阵，过程∑矩阵和过程V
T
矩阵，其中，过程∑矩阵为对角矩阵；
[0020]判断过程∑矩阵对角线上第一项和第二项的平方和是否大于过程∑矩阵对角线上所有项平方和的90％，若否，停止SVD分解，若是，则
[0021]判断过程V
T
矩阵的第一行是否大于等于0，若是，将过程U矩阵的第一列数值作为问题解决能力评分的基准分，若否，将过程U矩阵的第一列数值取反后作为问题解决能力评分的基准分；
[0022]对问题解决能力评分的基准分进行标准化处理，得到问题解决能力评分；
[0023]基于经过预处理的过程矩阵确定尝试次数矩阵；
[0024]将经过预处理的结果矩阵中的元素和尝试次数矩阵中对应的元素相除，得到归纳能力矩阵；
[0025]对归纳能力矩阵进行标准化处理得到标准归纳能力矩阵；
[0026]对标准归纳能力矩阵的每一行向量求平均值，得到归纳能力评分。
[0027]所述过程矩阵和结果矩阵均为n行m列的矩阵，其中，n为参加实验测评的学生数，m为实验个数。
[0028]所述过程矩阵的元素为每个学生参加的每个实验的实验过程数据，其中，所述实验过程数据为一维数组，数组的长度表示尝试次数。
[0029]所述结果矩阵的元素为每个学生参加的每个实验的实验结果评分，其中，所述实验结果评分由人工打分或机器打分得到。
[0030]所述数据预处理为剔除空值所在行数据。
[0031]所述基于经过预处理的过程矩阵确定过程分矩阵包括以下步骤：
[0032]基于实验评价标准确定每个实验的目标数值；
[0033]针对经过预处理的过程矩阵中的每个数组，计算数组中的元素偏离对应实验目标数值的偏离百分比；
[0034]基于偏离百分比和预配置的过程分确定规则确定数组中每一个元素对应的过程分；
[0035]判断尝试次数是否大于预配置的允许次数，若是，则将超过预配置的允许次数的元素对应的过程分覆盖为0；
[0036]基于累计过程分确定规则确定每个数组的累计过程分，其中，所述累计过程分确定规则为：针对一个数组，将所述数组包含的所有元素对应的过程分相加得到当前数组的累计过程分；
[0037]基于每个数组的累计过程分确定过程分矩阵。
[0038]所述基于经过预处理的过程矩阵确定过程分矩阵包括以下步骤：
[0039]判断经过预处理的过程矩阵中每个数组的尝试次数是否大于预配置的允许次数，若是，则将数组中超过预配置的允许次数的元素对应的过程分赋值为0；
[0040]基于实验评价标准确定每个实验的目标数值；
[0041]针对每个数组中过程分未被赋值为0的元素，计算所述元素偏离对应实验目标数值的偏离百分比；
[0042]基于偏离百分比和预配置的过程分确定规则确定每个数组中过程分未被赋值为0的元素对应的过程分；
[0043]基于累计过程分确定规则确定每个数组的累计过程分，其中，所述累计过程分确定规则为：针对一个数组，将所述数组包含的所有元素对应的过程分相加得到当前数组的累计过程分；
[0044]基于每个数组的累计过程分确定过程分矩阵。
[0045]所述标准化处理基于z
‑
score标准化方法。
[0046]一种基于SVD的学生多维度探究能力评价系统，包括：
[0047]数据获取模块，用于获取实验数据，其中，所述实验数据包括用户数据表，学生实验数据总表，分项实验数据表；
[0048]学生多维度探究能力评价模块，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法；
[0049]可视化展示模块，用于以雷达图的形式可视化展示学生多维度探究能力评分求解结果。
[0050]一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述所述的方法。
[0051]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0052](1)本专利技术基于学生实验的过程数据和结果数据，得到学生知识掌握能力、问题解决能力和归纳能力以从多维度对学生的探究能力进行评价，更能体现学生的各项综合探究能力，评价维度广且适用范围广，在教学实践中具有借鉴意义。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，其特征在于，包括以下步骤：基于实验数据确定学生实验测评矩阵，其中，所述实验数据基于课堂或线上实验采集得到，所述实验测评矩阵包括过程矩阵和结果矩阵；对学生实验测评矩阵进行数据预处理得到经过预处理的过程矩阵和经过预处理的结果矩阵；对经过预处理的结果矩阵进行SVD分解，得到结果U矩阵，结果∑矩阵和结果V
T
矩阵，其中，结果∑矩阵为对角矩阵；判断结果∑矩阵对角线上第一项和第二项的平方和是否大于结果∑矩阵对角线上所有项平方和的90％，若否，停止SVD分解，若是，则判断结果V
T
矩阵的第一行是否大于等于0，若是，将结果U矩阵的第一列数值作为知识掌握能力评分的基准分，若否，将结果U矩阵的第一列数值取反后作为知识掌握能力评分的基准分；对知识掌握能力评分的基准分进行标准化处理，得到知识掌握能力评分；基于经过预处理的过程矩阵确定过程分矩阵；对过程分矩阵进行SVD分解，得到过程U矩阵，过程∑矩阵和过程V
T
矩阵，其中，过程∑矩阵为对角矩阵；判断过程∑矩阵对角线上第一项和第二项的平方和是否大于过程∑矩阵对角线上所有项平方和的90％，若否，停止SVD分解，若是，则判断过程V
T
矩阵的第一行是否大于等于0，若是，将过程U矩阵的第一列数值作为问题解决能力评分的基准分，若否，将过程U矩阵的第一列数值取反后作为问题解决能力评分的基准分；对问题解决能力评分的基准分进行标准化处理，得到问题解决能力评分；基于经过预处理的过程矩阵确定尝试次数矩阵；将经过预处理的结果矩阵中的元素和尝试次数矩阵中对应的元素相除，得到归纳能力矩阵；对归纳能力矩阵进行标准化处理得到标准归纳能力矩阵；对标准归纳能力矩阵的每一行向量求平均值，得到归纳能力评分。2.根据权利要求1所述的一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，其特征在于，所述过程矩阵和结果矩阵均为n行m列的矩阵，其中，n为参加实验测评的学生数，m为实验个数。3.根据权利要求2所述的一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，其特征在于，所述过程矩阵的元素为每个学生参加的每个实验的实验过程数据，其中，所述实验过程数据为一维数组，数组的长度表示尝试次数。4.根据权利要求2所述的一种基于SVD的学生多维度探究能力评价方法，其特征在于，所述结果矩阵的元素为每个学生参加的每个实验的实验结果评分，其中，所述实验结果评分由人工打分或机器打分得到。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，黄华，潘鑫，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：