CN111429005A - 一种基于少量学生反馈的教学评估方法 - Google Patents

一种基于少量学生反馈的教学评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于少量学生反馈的教学评估方法,属于教学技术领域,包括构造训练样本集、构造图拉普拉斯矩阵、模型超参数设定、神经网络模型训练、进行教学评估五个主要步骤。传统的教学评估方法主要是对几种输入进行线性加权平均得出,而非考虑学生的真实反馈。与这类传统的方法相比,本发明充分考虑了学生的真实反馈,用学生的评价作为已完成教学课程的最终评价,并从已有的数据中挖掘出适合做教学课程评估的数学模型。由于大部分学生不愿意在课后给教学打分,而且打分缺乏可信度,导致训练数据标签过少与不完整等问题,本发明提供的方法能够应对这类数据集存在缺陷的情况,从而训练出具有较高准确度的评估预测模型。

Description

一种基于少量学生反馈的教学评估方法
技术领域
本发明属于教学技术领域,特别是涉及一种基于少量学生反馈的教学评估方法。
背景技术
教学评估是教学过程中非常重要的一个环节,其评估的准确程度直接影响了教学内容、方式等方面的指定。传统的教学评估方法主要是对几种输入进行线性加权平均得出,而非考虑学生的真实反馈。这些工作相对较多。例如:CN201310113207.5旨在提供一种面向全过程的在线教育服务质量评估方法,以实际系统为依据提供全方位的评价指标和评估方法,实现了评估目标多元化、评价内容多态化、评价方式多样化,更加贴近用户需求。再例如,CN201610564845.2提供一种教学评估方法及系统,通过视频获取包含用户人脸表情的人脸图像,分析人脸表情中是否出现闭眼、点头、和打哈欠的动作,统计闭眼、点头、和打哈欠的动作出现频率,从而根据听课者的状态客观公正的评估教学效果。
然而,一个现实问题是大部分学生不愿意在课后给教学打分,而且打分缺乏可信度。往往评价为高分的课程,其结果是真实的;而评价为低分的课程,其结果可能包含大量的主观情绪,因此可信度较低。本专利旨在解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷,以提高教学评估的准确性。
为实现以上目的,本发明提供一种基于少量学生反馈的教学评估方法,包括如下步骤:
步骤S1、构造训练样本集:
从每个阶段的教学课程中抽取出一个样本
Figure BDA0002423596380000011
其中d为样本的维度,每个阶段的教学课程的综合评价结果作为标签,教学评价包含“好”与“不好”,将所有评价为“好”的样本集合定义为
Figure BDA0002423596380000012
评价为“不好”或者缺少评价的样本集合定义为
Figure BDA0002423596380000013
其中x的下标表示不同样本的序号,
Figure BDA0002423596380000014
表示实数域,
Figure BDA0002423596380000015
为评价为“好”的样本数量、n为所有样本数量,u=n-t为评价为“不好”或者缺少评价的样本数量,d为样本维度,d,t,n,u均为正整数;
步骤S2、构造图拉普拉斯矩阵:
构造图拉普拉斯矩阵L=D-A,A为相似性矩阵,其第i行第j列元素Aij为:
Figure BDA0002423596380000021
其中,xi与xj为样本,i,j∈{1,...,n},σ>0为高斯核宽,D为A的度矩阵,D为对角阵,D的第i个对角元素Dii=∑jAij
步骤S3、模型超参数设定:
根据实际情况设定模型的超参数:φ,λ1,λ2>0,判定比γ∈(0,1),特征优化中间层节点数N1与分类判定中间层节点数N2,其中N1和N2均为正整数;
步骤S4、神经网络模型训练:
步骤S401、构造特征优化网络模块,具体如下:
首先,随机产生N1个特征优化输入权重
Figure BDA0002423596380000022
与N1个特征优化输入偏置
Figure BDA0002423596380000023
Figure BDA0002423596380000024
得到
Figure BDA0002423596380000025
Figure BDA0002423596380000026
然后,对每个样本xi计算特征优化中间向量
Figure BDA0002423596380000027
Figure BDA0002423596380000028
其中τ(a,b,x)为激活函数,x表示样本,a为输入权重,b为输入偏置;接着,生成特征优化中间矩阵
Figure BDA0002423596380000029
Figure BDA00024235963800000210
最后,计算特征优化输出权重δ1,当n<N1时,
Figure BDA00024235963800000211
否则,
Figure BDA00024235963800000212
其中X=中x1;...;xn],In为n维单位阵,
Figure BDA00024235963800000213
为N1维单位阵,上标T表示转置;
步骤S402、构造分类判定网络模块,具体如下:
首先,随机产生N2个分类判定输入权重
Figure BDA00024235963800000214
与N2个分类判定输入偏置
Figure BDA00024235963800000215
Figure BDA00024235963800000216
得到
Figure BDA00024235963800000217
Figure BDA00024235963800000218
然后,对每个经过特征优化的样本xiδ1计算分类判定中间向量
Figure BDA00024235963800000219
接着,生成分类判定中间矩阵
Figure BDA00024235963800000220
最后,计算分类判定输出权重δ2:当n<N2时,
Figure BDA00024235963800000221
否则,
Figure BDA00024235963800000222
Figure BDA0002423596380000031
其中,
Figure BDA0002423596380000032
diag(·)表示对角阵,
Figure BDA0002423596380000033
Figure BDA0002423596380000034
维单位阵,Ou为u维零矩阵,
Figure BDA0002423596380000035
为n维列向量,其前
Figure BDA0002423596380000036
个元素为1,后u个元素为0;
步骤S403、计算判定阈值,具体如下:
计算样本距离μ(xi)=|m2(xiδ12-1|,将μ(x1),...,μ(xn)进行从大到小排列得到μ1≥μ2≥...≥μn,令判定阈值
Figure BDA00024235963800000310
步骤S5、进行教学评估:
当一个新的教学课程结束后,抽取出一个新的样本x,求取μ(x),如果μ(x)≤Γ,则评价为“好”,否则评价为“不好”或不作评价。
其中,所涉及的激活函数τ(a,b,x)为:
Figure BDA0002423596380000037
且所涉及的输入权重a和输入偏置b从零均值的高斯分布中抽样生成。
与已有的技术方案相比,本发明充分考虑了学生的真实反馈,用学生的评价作为已完成教学课程的最终评价,并从已有的数据中挖掘出适合做教学课程评估的数学模型。同时,本发明提供的方法能够应对数据集存在缺陷的情况,从而训练出具有较高准确度的评估预测模型。
附图说明
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述:
图1为本发明方法流程示意图;
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用,并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示,本实施例公开了一种基于少量学生反馈的教学评估方法,包括如下步骤S1至S5:
步骤S1、构造训练样本集:
从每个阶段的教学课程中抽取出一个样本
Figure BDA0002423596380000038
其中d为样本的维度,每个阶段的教学课程的综合评价结果作为标签,教学评价包含“好”与“不好”,将所有评价为“好”的样本集合定义为
Figure BDA0002423596380000039
评价为“不好”或者缺少评价的样本集合定义为
Figure BDA0002423596380000041
其中x的下标表示不同样本的序号,
Figure BDA0002423596380000042
表示实数域,
Figure BDA0002423596380000043
为评价为“好”的样本数量、n为所有样本数量,u=n-l为评价为“不好”或者缺少评价的样本数量,d为样本维度,d,l,n,u均为正整数;
步骤S2、构造图拉普拉斯矩阵:
构造图拉普拉斯矩阵L=D-A,A为相似性矩阵,其第i行第j列元素Aij为:
Figure BDA0002423596380000044
其中,xi与xj为样本,i,j∈{1,…,n},σ>0为高斯核宽,D为A的度矩阵,D为对角阵,D的第i个对角元素Dii=∑jAij
步骤S3、模型超参数设定:
根据实际情况设定模型的超参数:φ,λ1,λ2>0,判定比γ∈(0,1),特征优化中间层节点数N1与分类判定中间层节点数N2,其中N1和N2均为正整数;
步骤S4、神经网络模型训练:
步骤S401、构造特征优化网络模块,具体如下:
首先,随机产生N1个特征优化输入权重
Figure BDA0002423596380000045
与N1个特征优化输入偏置
Figure BDA0002423596380000046
Figure BDA0002423596380000047
得到
Figure BDA0002423596380000048
Figure BDA0002423596380000049
然后,对每个样本xi计算特征优化中间向量
Figure BDA00024235963800000410
Figure BDA00024235963800000411
其中τ(a,b,x)为激活函数,x表示样本,a为输入权重,b为输入偏置;接着,生成特征优化中间矩阵
Figure BDA00024235963800000412
Figure BDA00024235963800000413
最后,计算特征优化输出权重δ1,当n<N1时,
Figure BDA00024235963800000414
否则,
Figure BDA00024235963800000415
其中X=[x1;…;xn],In为n维单位阵,
Figure BDA00024235963800000416
为N1维单位阵,上标T表示转置;
步骤S402、构造分类判定网络模块,具体如下:
首先,随机产生N2个分类判定输入权重
Figure BDA00024235963800000417
与N2个分类判定输入偏置
Figure BDA00024235963800000418
Figure BDA00024235963800000419
得到
Figure BDA00024235963800000420
Figure BDA00024235963800000421
然后,对每个经过特征优化的样本xiδ1计算分类判定中间向量
Figure BDA00024235963800000422
接着,生成分类判定中间矩阵
Figure BDA00024235963800000423
最后,计算分类判定输出权重δ2:当n<N2时,
Figure BDA0002423596380000051
否则,
Figure BDA0002423596380000052
Figure BDA0002423596380000053
其中,
Figure BDA0002423596380000054
diag(·)表示对角阵,
Figure BDA0002423596380000055
Figure BDA0002423596380000056
维单位阵,Ou为u维零矩阵,
Figure BDA0002423596380000057
为n维列向量,其前
Figure BDA0002423596380000058
个元素为1,后u个元素为0;
步骤S403、计算判定阈值,具体如下:
计算样本距离μ(xi)=|m2(xiδ12-1|,将μ(x1),…,μ(xn)进行从大到小排列得到μ1≥μ2≥…≥μn,令判定阈值
Figure BDA00024235963800000510
步骤S5、进行教学评估:
当一个新的教学课程结束后,抽取出一个新的样本x,求取μ(x),如果μ(x)≤Γ,则评价为“好”,否则评价为“不好”或不作评价。
优选地,所涉及的激活函数τ(a,b,x)为:
Figure BDA0002423596380000059
且所涉及的输入权重a和输入偏置b从零均值的高斯分布中抽样生成。
具体实施中,样本特征可以包括教学科目、深入程度、是否板书、是否有多媒体、教学考核方式、教师性别、教师年纪、教师学历、作业平均用时、应到人数、互动程度、缺勤率、平均分、上课语言等作为特征。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于少量学生反馈的教学评估方法,其特征在于,包括:
步骤S1、构造训练样本集:
从每个阶段的教学课程中抽取出一个样本
Figure FDA0002423596370000011
其中d为样本的维度,每个阶段的教学课程的综合评价结果作为标签,教学评价包含“好”与“不好”,将所有评价为“好”的样本集合定义为
Figure FDA0002423596370000012
评价为“不好”或者缺少评价的样本集合定义为
Figure FDA0002423596370000013
其中x的下标表示不同样本的序号,
Figure FDA0002423596370000014
表示实数域,
Figure FDA0002423596370000015
为评价为“好”的样本数量、n为所有样本数量,u=n-l为评价为“不好”或者缺少评价的样本数量,d为样本维度,d,l,n,u均为正整数;
步骤S2、构造图拉普拉斯矩阵:
构造图拉普拉斯矩阵L=D-A,A为相似性矩阵,其第i行第j列元素Aij为:
Figure FDA0002423596370000016
其中,xi与xj为样本,i,j∈{1,...,n},σ>0为高斯核宽,D为A的度矩阵,D为对角阵,D的第i个对角元素Dii=∑jAij
步骤S3、模型超参数设定:
根据实际情况设定模型的超参数:φ,λ1,λ2>0,判定比γ∈(0,1),特征优化中间层节点数N1与分类判定中间层节点数N2,其中N1和N2均为正整数;
步骤S4、神经网络模型训练:
步骤S401、构造特征优化网络模块,具体如下:
首先,随机产生N1个特征优化输入权重
Figure FDA0002423596370000017
与N1个特征优化输入偏置
Figure FDA0002423596370000018
Figure FDA0002423596370000019
得到
Figure FDA00024235963700000110
Figure FDA00024235963700000111
然后,对每个样本xi计算特征优化中间向量
Figure FDA00024235963700000112
Figure FDA00024235963700000113
其中τ(a,b,x)为激活函数,x表示样本,a为输入权重,b为输入偏置;接着,生成特征优化中间矩阵
Figure FDA00024235963700000114
Figure FDA00024235963700000115
最后,计算特征优化输出权重δ1,当n<N1时,
Figure FDA00024235963700000116
否则,
Figure FDA00024235963700000117
其中X=[x1;...;xn],In为n维单位阵,
Figure FDA00024235963700000118
为N1维单位阵,上标T表示转置;
步骤S402、构造分类判定网络模块,具体如下:
首先,随机产生N2个分类判定输入权重
Figure FDA0002423596370000021
与N2个分类判定输入偏置
Figure FDA0002423596370000022
Figure FDA0002423596370000023
得到
Figure FDA0002423596370000024
Figure FDA0002423596370000025
然后,对每个经过特征优化的样本xiδ1计算分类判定中间向量
Figure FDA0002423596370000026
接着,生成分类判定中间矩阵
Figure FDA0002423596370000027
最后,计算分类判定输出权重δ2:当n<N2时,
Figure FDA0002423596370000028
否则,
Figure FDA0002423596370000029
Figure FDA00024235963700000210
其中,
Figure FDA00024235963700000211
diag(·)表示对角阵,
Figure FDA00024235963700000212
Figure FDA00024235963700000213
维单位阵,Ou为u维零矩阵,
Figure FDA00024235963700000214
为n维列向量,其前
Figure FDA00024235963700000215
个元素为1,后u个元素为0;
步骤S403、计算判定阈值,具体如下:
计算样本距离μ(xi)=|m2(xiδ12-1|,将μ(x1),...,μ(xn)进行从大到小排列得到μ1≥μ2≥...≥μn,令判定阈值Γ=μ[γn]
步骤S5、进行教学评估:
当一个新的教学课程结束后,抽取出一个新的样本x,求取μ(x),如果μ(x)≤Γ,则评价为“好”,否则评价为“不好”或不作评价。
2.如权利要求1所述的一种基于少量学生反馈的教学评估方法,其特征在于,所涉及的激活函数τ(a,b,x)为:
Figure FDA00024235963700000216
且所涉及的输入权重a和输入偏置b从零均值的高斯分布中抽样生成。
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