基于Matlab的加权随机点名提问系统设计.docx

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基于Matlab的加权随机点名提问系统设计

基于Matlab的加权随机点名提问系统设计

作者：

黄秋豪任呈祥王旭陈飞钱祥利

来源：

《电脑知识与技术》2021年第09期

        摘要：

该文从教学需求出发，设计一套具有权重的随机点名课堂提问系统，其目的是提高课堂教学质量与学生参与的积极性。

该系统具有两个方面的功能，第一，可以避免教师在课堂教学中的带有个人感情色彩的提问偏重，给予每个学生相对均等的回答课堂提问的机会;第二，可以根据学生知识掌握情况以及课堂问题难易程度，适度调节随机点名的权重分配，提高学生问题回答质量与课堂效率，将课堂提问在教学环节中发挥到最大的作用。

        关键词：

随机点名;抽查点名;加权算法;权重分配;课堂提问

        中图分类号：

TP311文献标识码：

A

        文章编号：

1009-3044（2021）09-0071-04

        开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

        DesignofWeightedRandomRollCallSystemBasedonMATLAB

        HUANGQiu-hao，RENCheng-xiang，WANGXu，CHENFei，QIANXiang-li

        （SchoolofIntelligentEngineering，ShandongUniversityofManagement，Jinan255300，China）

        Abstract：

Basedontheneedsofteaching，thispaperdesignsasetofweightedandrandomclassroomquestioningsystems，thepurposeofwhichistoimprovethequalityofclassroomteachingandtheenthusiasmofstudentparticipation.Thesystemhastwofunctions.First，itcanavoidteachers'personalemotionalquestionsinclassroomteaching，givingeachstudentarelativelyequalopportunitytoanswerclassroomquestions;second：

accordingtothestudents'basicknowledgeGraspthesituationandthedifficultyofclassroomquestions，moderatelyadjusttheweightdistributionofrandomrollcalls，improvethequalityofstudents'questionansweringandclassroomefficiency，andmaximizetheroleofclassroomquestioninginteaching.Keywords：

randomrollcallrandomcheckrollweightingalgorithmclassroomquestioning.

        Keywords：

randomrollcall;spotcheckrollcall;weightedalgorithm;weightdistribution;classroomquestioning

        1引言

        傳统的课堂提问点名主要有两种方式，第一种是老师根据学生名单顺序依次进行点名提问，第二种是随机提问。

这两种方法对课堂教学效果的帮助作用都不是特别理想：

在第一种方法中，已经被点名并且回答问题的学生，可能出现懈怠听讲的学习状态[1]，课堂提问不能很好地起到督促学习的效果;在第二种方法中，老师进行随机提问，则具有主观性与偏向性，学生很难获得均等的回答问题机会，使整体的教学质量的提升受到限制[2]。

本设计将克服传统的课堂提问点名形式存在的弊端，引入了加权随机[3]机制，系统记录学生以往回答问题的情况，作为其基础知识掌握情况的反馈，来预测其学习掌握程度，并且结合课堂问题的难易程度，设定每位同学回答当前问题的概率权重[4]大小，一方面能够以随机的方式进行点名提问，很好地起到督促学生认真听讲的功能，另一方面能够让每个学生获得均等的回答问题机会及适合的问题，从而提高课堂教学效率[5]，同时可以帮助学生建立学习的自信心。

课堂点名提问系统以学生为中心，从重视学生的学习过程为出发点，提升课堂教学的质量。

        2数学模型

        2.1加权概率模型

        本系统在每次分配题目并进行提问时，动态计算每位学生针对当前题目被提问的概率。

此概率取决于学生已回答问题的次数、近期答题表现，及本次问题的难度等因素。

        记学号为i的学生的答题总次数为di，得分评价为ci，答题用时评价为mi，本次题目难度评价为Ai。

所有参数在原始数据基础上，进行标准差标准化处理[6]，以统一数据尺度。

        定义概率影响因子[σi][7]为第i位同学的近期表现及本次题目的难度对其被抽取概率的影响，则计算公式如下。

        [σi=wddi+|1/（wcci+wmmi+waAi+ε）|]

（1）

        其中，[wd]、[wc]、[wm]、[wa]、[ε]根据经验设置为-1、1、1、2和0.5，使得学生已回答次数与被抽取概率负相关，学生近期学习状况和题目难度的吻合度与被抽取概率正相关。

        对全班所有n位学生的[σi]进行归一化，得到每位学生被抽取回答问题的概率。

本系统采用softmax进行归一化，如公式

（2）所示。

        [Pi=eσi/j=1neσj]

（2）

        2.2权值更新

        若本次提问抽中第i位学生，则该学生回答问题后，系统对其概率影响因子[σi]中的得分评价ci、答题用时评价mi及回答总次数di进行更新。

为鼓励学生进步，在对得分评价ci和答题用时评价mi的更新中，更注重近期表现。

引入衰减系数decay，0

由于0

decay越小，衰减越快，从而近期表现的权重就越高。

本文取decay为0.8。

        [ci=decay×ci-1+（1-decay）×c]（3）

        [mi=decay×mi-1+（1-decay）×m]（4）

        3Matlab程序设计

        本系统操作简单，运行稳定，系统设计思路如图1所示，第一次进入系统后，导入学生学号姓名及初始成绩，分配所提问问题难度，计算并对学生的di、ci、mi、Ai进行标准化，然后计算出每位同学对应本次题目的概率因子，从而分配每位同学被提问到的概率，并将被抽取学生本次回答问题的情况记录到数据库中，方便后续统计和分析学生的平时成绩。

        4仿真结果与分析

        4.1模拟仿真传统随机点名提问实验

        作为对比试验，本文首先假设所有学生每次提问时di、ci、mi、Ai等因素对答题概率没有影响，即每位同学被提问到的概率相等。

        假设提问的总人数x为50人，随机抽取10000次作为统计数据，观察每位同学的初始成绩对应的回答问题次数，平均得分，回答时间分布以及回答問题难度分布情况，其中，在观察不同成绩同学回答问题难度分布的实验中，从60-100分之间抽取了初试成绩分别为60分，67分，76分，85分的同学作为抽查样本，仿真结果如图2所示：

        从上述仿真结果中不难看出，不论学生成绩如何，其回答不同难度问题的次数基本一样，没有做到科学分配，水平低的学生回答困难问题得分较少甚至回答不上来，最终平均分差距较大，进而影响学生的信心，不利于班级向好向上发展。

表1可以综合反映上述问题的弊端。

        4.2模拟仿真加权随机点名提问实验

        本仿真实验中，令学生人数x仍然为50人，抽取次数仍然为10000次，采取加权随机点名的方法，即每位学生的答题概率会根据di（前k节课学生回答问题次数）、ci（近期得分情况）、mi（近期答题用时情况）、Ai（当前题目难度）进行计算，并根据每次回答情况通过公式（3）和公式（4）进行参数更新。

在以上条件下，测试不同成绩学生回答问题难度的分布时，仍然从60-100分之间抽取了初试成绩分别为60分，67分，76分，85分的同学作为抽查样本来观察，与传统随机点名提问系统进行对比，仿真图如图3所示：

        根据图3得到的仿真结果，不难看出，如果加入di（前k节课学生回答问题次数）、ci近期得分情况）、mi（近期答题用时情况）、Ai（问题难度情况）等参数，并根据这些参数计算答题概率，则可以避免成绩和回答问题难度不匹配问题;通过参数更新，能够动态适应学生的学习状况，从而帮助学生建立学习的自信心，提升课堂教学的质量，有利于班级更好的发展。

表2反映了部分学生各个因素的总体情况，能够更清晰地反映出该加权随机点名系统的这方面的优越性。

        4.3本章小结

        本章就课堂随机点名提问系统建立的模型进行仿真与分析，如图3所示，通过对比试验可以看到，加权随机点名提问系统能够有效提高课堂教学效率，帮助学生建立学习的自信心，提升课堂教学的质量。

        5结束语

        加权随机点名提问系统具有很好的体验感，方便快捷，有效节省了老师传统的上课点名所浪费的时间，不但提高了课堂教学质量与学生参与的积极性，而且还有效避免了教师在课堂教学中带有个人感情色彩的提问偏重，给予每个学生相对均等的回答课堂提问的机会。

另外老师还可以根据学生知识掌握情况以及课堂问题难易程度，适度调节随机点名的权重分配，提高学生问题回答质量与课堂效率，将课堂提问在教学环节中发挥到最大的作用。

        参考文献：

        [1]苏文敏.初中化学教学中课堂提问的有效性思考[J].中国农村教育，2020（6）：

124-125.

        [2]朱家龙.基于VisualBasic的随机提问系统的实现与教学应用[J].电脑知识与技术，2019，15（15）：

148-149.

        [3]胡婵娟，于莲芝，薛震.基于Spark框架的用于金融信贷风险控制的加权随机森林算法[J].小型微型计算机系统，2020，41

（2）：

369-374.

        [4]高兵，孙琳，谢彪，王文佶，等.权重概率主成分分析模型的建立及应用研究[J].中国卫生统计，2018，35（6）：

802-805.

        [5]杨爽.大数据时代课堂教学效率提升策略研究[J].才智，2020（5）：

123-124.

        [6]范德辉，李晓林.归一化加权平均算法在温度采集系统中的应用[J].机械工程与自动化，2012（3）：

115-116+118.

        [7]文亚凤，崔亮节，孙毅，等.考虑状态概率因子和状态修正的非侵入式负荷分解方法[J].电网技术，2019，43（11）：

4178-4184.

        【通联编辑：

王力】