正交试验设计下信息化教学效果的影响因素探讨——以“医药数理统计”课程为例

黄 磊 葛仕豪 樊祥民 邹明静

（1.菏泽医学专科学校 基础医学部，山东 菏泽 274000；2.菏泽学院 药学院，山东 菏泽 274000）

全媒体时代的到来推动了教学的巨大变革。近年来，全国各大院校均在信息化教学改革中探索、实践、总结、创新、前进，力求高质量发展，在教学思路、教学设计以及方式方法上涌现出大量的研究成果。如郑旭东等做了高等教育信息化及其发展趋势研究[1]，郑云翔等做了高校教师信息化教学适应性绩效评价研究[2]，况姗芸等做了基础教育信息化教学实践现状分析[3]等等。除此之外，还有一些学者做了关于信息化教学影响因素的研究，如刘喆、李静、田生湖等做了关于教师信息化教学能力影响因素的研究[4-6]；姜荣斌等做了关于信息化教学质量影响因素的研究等[7]。而对于信息化教学效果的影响因素[8-11]，采用正交试验设计方法进行的研究较少。因此，笔者尝试以“医药数理统计课程”为例，借助正交试验设计方法探索影响信息化教学效果的因素，并分析其主次顺序，以期为信息化教学的发展提供理论支持。

1 对象和方法

1.1 对象

随机抽取本校99 名2018 级药学专业大一学生，并对每位学生的学习态度、学习兴趣、思维方式和信息化处理能力4 个因素进行考查，每个因素选择两个水平，以水平1 表示良好，水平2表示较差。采用问卷调查的方式确定每位学生在各因素中的水平。

1.2 方法

为了研究在一个试验中，何种因素在何种水平下试验结果最好，需将每个因素的水平联合搭配，做全面试验，而全面试验的次数很多，如考虑4 个因素，每个因素2 个水平，全面试验的次数是24，即16 次试验。全面试验既耗时耗力，亦不节约环保。为了减少试验次数，选择统计学中的正交试验设计法[12-13]安排试验，大大减少了试验次数。比如对于4 因素2 水平的试验，选择正交表L8（27）安排试验，试验次数仅需8 次，减至全面试验次数的1/2。正交表L8（27）如表1 所示。

表1 正交表L8（27）

为了考查学习态度、学习兴趣、思维方式和信息化处理能力4 个因素，分别用A、B、C、D四个符号表示，每个因素取两个水平，以1 表示第一水平，2 表示第二水平。采用正交表L8（27）设计试验，将4 个因素按顺序分别置于正交表的第1、2、3、4 列，然后编制试验方案，第一号试验方案是A1B1C1D1,即选择A、B、C、D 均取第一水平的学生进行试验，实施信息化教学。同理可以编制第2 号至第8 号的试验方案。

1.3 指标

考查的6 个指标分别是学习态度分值x1、学习兴趣分值x2、思维方式分值x3、信息化处理能力分值x4、课前测试分值x5、课后测试分值x6。每个指标的权重设置为1/6。即总指标

1.4 统计学处理

采用正交试验的直观分析法，计算4 个因素各水平试验结果的平均值与极差，由平均值大小确定最优试验方案，由极差大小确定因素的主次顺序。

2 结果

通过计算得知各因素各水平实验结果的平均值与极差（见表2）。K1表示各因素取第一水平时试验结果的平均值，K2表示各因素取第二水平时试验结果的平均值，R 是极差，表示各因素的水平变化时对试验结果造成的影响程度。

由K1、K2值可知，A、B、C、D4 个因素均取第一水平试验结果较好，属于正常现象，因为各因素的第一水平均表示较好。根据R 值的大小顺序可知，4 个因素的主次顺序分别是B、C、D、A，即学习兴趣是主要因素，其次是思维方式、信息化处理能力和学习态度。

表2 各因素各水平实验结果的平均值与极差

3 讨论

在医药科学研究和生产实践中，当考虑的因素数和每个因素的水平数均较多时，做试验的次数则多。所有因素的所有水平的完全搭配叫做全面试验，研究发现，全面试验的次数是水平数因素数。比如4 因素3 水平的试验，试验次数是34=81 次，要做完81 次试验，既耗时间又耗物力财力。为了减少试验次数，日本统计学家田口玄一提出了正交试验设计法，采用其精心设计的表格安排试验，能减少试验次数，比如4 因素3 水平的试验选择正交表L9（34）安排试验，仅需做9 次试验，大大减少了试验次数，省时又省力。

用正交表设计试验分为5 个步骤。第一步，明确试验目的，确定试验指标。为了探讨信息化教学背景下“医药数理统计”课程的影响因素及其主次顺序，试验指标为学习态度分值x1、学习兴趣分值x2、思维方式分值x3、信息化处理能力分值x4、课前测试分值x5和课后测试分值x66 项的平均值。第二步，选因素，定水平。本试验选取了学习态度、学习兴趣、思维方式和信息化处理能力4 个因素，每个因素两个水平。第三步，选正交表。根据选表原则，选取正交表L8（27）。第四步，表头设计。正交表L8（27）有7 列，任意选择其中4 列放置4 个因素，本试验选择了第1-4 列分别放置A、B、C、D4 个因素。第五步，编制试验方案。观察表1，不难写出8 号试验的试验方案，进行试验。比如第7 号试验方案是A2B2C1D1。即A 因素选第二水平，B 因素选第二水平，C 因素选第一水平，D 因素选第一水平进行试验。

采用正交表安排试验的统计学分析法称为直观分析法，直观分析法分为4 个步骤。第一，计算各因素各水平试验结果的平均值，如本试验A因素取第一水平，包含第1-4 号试验，四号试验指标的平均值81.64 将是A 因素取第一水平时试验结果的平均值。同理可以计算出其他因素各水平试验结果的平均值（见表2）。第二，计算极差，得到因素的主次顺序。A 因素的极差为1.88，表明A 因素从第二水平变化至第一水平时，对试验结果平均值的影响为1.88。同理可以计算其它各因素的极差。按照极差大小排列可得知因素的主次顺序。第三，选择最优方案。由表2 可知，每个因素取第一水平时试验结果为最好，因此最优试验方案为A1B1C1D1。第四，做因素与指标趋势图。该图可以直观地分析出各因素各水平对指标的影响程度。因素A、B、C、D 与指标的趋势图分别如图1-4 所示。

图1 A 因素与指标趋势图

图2 B 因素与指标趋势图

图3 C 因素与指标趋势图

图4 D 因素与指标趋势图

笔者所选“医药数理统计”课程是药学专业的专业基础课，旨在为后续课程奠定统计学基础。该课程以统计学理论为主，穿插药学案例。但本次研究对象为专科水平，数学基础不扎实，学习兴趣不高，思维方式不灵活，学习态度一般，教学效果不理想。为了提高教学效果，本文针对影响学习效果的4 个因素展开研究得知，影响教学效果因素的主次顺序，分别是学习兴趣、思维方式、信息化处理能力、学习态度。因此，提高学生的学习兴趣将是提高教学效果的捷径。为了提高学生的学习兴趣，可实施信息化“教学做”一体化教学。课前，首先向学生推送视频和任务单，通过视频让学生了解将要学习的理论、可以解决哪些实际问题，从而提高学生的学习兴趣。课中，让学生汇报任务单，提高学生的参与度，调动其积极性。课后，教师带领学生深入实践一线，让学生动手解决生产实践中的统计学问题，亲身感受统计学的实用性，达到提高学习兴趣的目的。培养学生良好的思维方式亦是提高教学效果的行之有效的方法。传统的教学方式以教师为主体，学生参与度低，无法极大地提高学生的独立思考能力；而信息化教学以学生为主体，通过任务单的完成和翻转课堂的实施不仅提高了学生的课堂参与度，同时锻炼了其思维能力，培养了创新创造性思维。另外，为了保证信息化教学的顺利实施，要求学生具备较强的信息化处理能力，不仅能顺利操作各种信息化设备，同时具有较强的信息搜索、处理、应用能力。最后，学习态度亦是提高教学效果不可或缺的一个因素。心理学家马斯洛曾说，心态若改变，态度跟着改变；态度改变，习惯跟着改变；习惯改变，性格跟着改变；性格改变，人生就跟着改变。可见，良好的学习态度是走向成功的必然保证。