基于综合集成赋值法和SVM的体育教学质量评价研究

孔勇, 曹成涛(.中国石油大学，青岛，66555；.华南理工大学，广州 50640)

基于综合集成赋值法和SVM的体育教学质量评价研究

孔勇1, 曹成涛2
(1.中国石油大学，青岛，266555；2.华南理工大学，广州 510640)

为提高体育教学质量评价的精度，提出一种基于综合集成赋值法和SVM的体育教学质量评价模型。将层次分析法和改进拉开档次法结合起来，提出综合集成赋值法，解决权重很难精确确定的缺点，并将其与SVM结合应用于体育教学质量评价。研究结果表明，所提出的算法可以精确地反映体育教学质量状况，同时实现体育教学质量评价指标权重的精确确定。

层次分析法； 拉开档次法； 支持向量机； 教学质量； 体育

0 引言

随着高等教育从“精英教育”向“大众化教育”的迈进，体育教学质量的提高对教师的素质和能力提出了更高的要求和挑战[1]。为了推进和提高体育教学质量的提高，缩小我国体育教学活动同西方发达国家的差距，进行体育教学质量评价研究具有重要意义。目前教学质量评价方法主要有：问卷调查法[2]、专家评分法[3]、模糊综合评价法[4]。问卷调查法具有操作性强和简单易行的优点，但教学质量的评价结果容易受到问卷设计水平、抽样分布和数量等因素的影响。专家评分法具有权威性强、无需收集大量样本数据的优点，评价时间短，但其评价结果过分依赖专家的经验和水平。模糊综合评价法是一种定性分析和定量分析的综合方法，目前已经被广泛地应用于社会生活、经济管理和工程技术领域。科学实践证明，权重因素的合理分配和评价模型的选择直接影响模糊综合评价结果的准确性和可靠性。如何确定将多个指标转化成单一指标的权重，是目前研究的重点和难点。

针对现有方法大多数靠经验确定权重，缺乏科学的理论和方法基础的缺点，提出一种基于综合集成赋值法和SVM的体育教学质量评价模型。研究结果表明，本文提出的算法可以精确地反映体育教学质量状况，同时实现体育教学质量评价指标权重的精确确定。

1 综合集成赋值法

1.1 层次分析法

层次分析法[5](Analytic Hierarchy Process，AHP)适合那些难于完全定量分析的问题，是一种针对较为复杂和模糊的问题进行决策的简单方法。其算法流程如下：

(1) 建立递阶层次结构模型

一般分三个层次，分别为目标层、准则层、目标层和要素层，如图1所示为体育教学质量评价层次结构模型图。

(2) 构建判断矩阵

通过两两比较法，根据各评价指标的相对优劣顺序，构建出评价指标的判断矩阵；对于n个评价指标，其权重比较判断矩阵可表示为式(1)。

A=(aij)n×n

(1)

图1 体育教学质量层次结构模型

(3) 计算各评价的权重ω1

(4) 一致性检验。

在AHP中，一致性检验判断指标如式(2)。

(2)

式中，λmax表示判断矩阵A的最大特征值；nA表示判断矩阵A的阶数。

1.2 改进拉开档次法

因为AHP容易受到主观因素的影响，所以无法避免评价人员的主观片面性，导致该方法不能进行较高精度的过程评价。而改进拉开档次法[6-7](Improved Scatter Degree，ISD)计算出来的权重系数表示每个评价指标在所有指标中的总体变异程度以及对其他评价指标的影响程度，根据信息的客观来源，将评价对象拉开档次，ISD算法流程如下：

(1) 读取原始数据Bm×n，数据为m行和n列；

(3) 令H=B*TB*，计算H的特征值D和特征向量V，之后计算最大特征值Dmax所对应的特征向量Vmax；

(4) 计算权重ω2如式(3)。

(3)

其中，j=1,2,3,…,n表示评价指标个数；

1.3 综合集成赋值法

为提高体育教学质量评价指标权重的准确性，本文采用AHP和ISD加权的方法计算综合权重，其综合权重表达式如式(4)。

ω=k1ω1+k2ω2

s.t.k1+k2=1,k1gt;0,k2gt;0

(4)

其中，ω1、ω2分别表示AHP和ISD的权重。

2 支持向量机

SVM最早由Vapnik提出，主要用于解决小样本模式分类问题，其是一种基于统计学的机器学习方法。假如线性可分样本集(Xi,yi)(i=1,2,…,n;X∈Rd,y∈{-1,1})。d维空间中线性判别函数的一般形式为[8]式(5)。

g(X)=W·X+b

(5)

由公式(5)推导出分类面方程如式(6)。

W·X+b=0

(6)

由此将最优分类平面的问题转化成优化问题[8-9]如式(7)。

s.tyi[(W·Xi)+b]-1≥0(i=1,2,…,n)

(7)

进一步转化成对偶化问题[8-9]如式(8)。

s.tαi≥0(i=1,2,…,n)

(8)

公式(8)矩阵形式如式(9)。

s.tαi≥0(i=1,2,…,n)

yTα=0

(9)

其中，α=(α1,α2,…,αn)T,b=(1,1,…,1)T,y=(y1,y2,…,yn),Aij=yiyj(xi·xj)

由公式(9)推导出最优分类函数如式(10)[10]。

(10)

3 基于AHP-ISD的SVM教学质量评价

基于AHP-ISD的SVM体育教学质量评价流程如下[11]：

Step1：归一化处理各评价指标数据，构造体育教学质量判断矩阵；

Step2：计算AHP和ISD的权重ω1、ω2；

Step3：计算AHP-ISD综合权重ω；

Step4：将评价指标数据划分成训练集和测试集；

Step5：训练集数据建立SVM预测模型；

Step6：测试集数据，测试AHP-ISD的SVM体育教学质量评价模型。

4 实证研究

4.1 数据来源

为验证本文算法的有效性和可靠性，选择某211工程大学为研究对象，以各院各专业的本科学生及在校教职员工为调查对象，采用自填式问卷法收集数据[16-17]。将涉及体育教学质量的有关评价指标设计成问卷，然后采用分层抽样方法，将问卷随机发放给被调查人员，让其独立完成调查问卷，并对每份问卷进行有效性审查。共发出问卷370份，回收370份，回收率100%，有效问卷365份，有效率为98.6%。选择一级指标6个，二级评价指标20个，具体指标如表1所示[12]：

表1 体育教学质量评价指标

4.2 实证分析

依据李克特量表公式设计问卷，体育教学质量评价指标体系由6个一级指标和20个二级指标组成。利用语义学标度分为4个测量等级：好、良好、一般、差，其质量评价标准如表2所示[13]：

表2 评价定量分级标准

AHP-ISD体育教学质量综合评价向量结果如下所示：

归一化得A′=(0.057,0.318,0.458,0.167)

对综合评分值进行等级评定，其评定结果如下：

通过上述计算和结合表2体育教学质量等级评价标准可知，该211工程大学的体育教学质量评价指标的评价结果为“良好”属于E2级，其它5个指标的评价结果都均为“一般”，属于E3级。按照各个指标的评分等级的大小可以对其排序，其中“教学内容”、“教学效果”的评价要比其它指标都要低一点，实际结果和AHP-ISD结果如图2所示。

图2 AHP-ISD评定结果

对总体的综合评判分值为：V=4×0.057+3×0.318+2×0.458+1×0.167=2.65

说明该211工程大学体育教学总体质量为“良好”，属于E2级，FOA优化之后的结果更加符合实际情况，效果较好。

由图3-图5可知，通过将AHP和ISD结合的综合集成赋值法，可以更加精确的确定的体育教学质量评价指标的权重系数，为SVM的高精度评价奠定更好的基础。

图3 AHP权重

图4 ISD权重

图5 AHP-ISD权重

5 结论

为了推进和提高体育教学质量的提高，缩小我国体育教学活动同西方发达国家的差距，进行体育教学质量评价研究具有重要意义。提出一种基于综合集成赋值法和SVM的体育教学质量评价模型。研究结果表明，本文提出的算法可以精确地反映体育教学质量状况，同时实现体育教学质量评价指标权重的精确确定。

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StudyonSportsTeachingQualityEvaluationBasedonComprehensiveIntegratedValuationMethodandSVM

Kong Yong1， Cao Chengtao2
(1. China University of Petroleum, Physical Education Department, QINGDao SHANDong 266555, China; 2. South china university of technology, Guangzhou, 510640)

In order to improve the precision of the physical teaching quality evaluation, a comprehensive integrated valuation method and physical teaching quality evaluation model based on SVM are proposed. Combined methods of analytic hierarchy process and the improved open class algorithm, an integrated valuation method is put forward to solve the weight which is difficult to be accurately determined. Combined with the SVM, the method is applied to the physical teaching quality evaluation.The research results show that the proposed algorithm can accurately reflect the status of physical education teaching quality, at the same time, accurately determine the weight values of assessment indexes.

Analytic Hierarchy process(AHP); Improued Scatter Degree(ISD); Support vector machine(SVM); Teaching quality; Sports

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(R141205B);中国石油大学(华东)校级教改课题(JY-B201647)

孔勇(1974-),男,汉族,山东曲阜人,硕士,讲师,研究方向:体育管理与系统工程;

曹成涛(1981-),男,汉族,山东济宁市人,博士,副教授,研究方向:智能控制技术等。

1007-757X(2017)11-0008-04

TP311

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2017.08.10)