基于data cube的成績分析系統(tǒng)的設(shè)計

朱 江 （東莞理工學(xué)院資產(chǎn)后勤管理處，廣東 東莞523808）

周 斌 （東莞理工學(xué)院外語系，廣東 東莞523808）

在培養(yǎng)高水平人才的過程中，科學(xué)的教學(xué)效果評估是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前教學(xué)效果評估體系有兩大問題需要解決，首先是對于教學(xué)活動受體的學(xué)生如何對其學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，其次是對于教育活動的主導(dǎo)者——教師如何評價其教學(xué)效果[1]。

在實(shí)際運(yùn)行和操作過程中，由于一些主客觀因素的影響會導(dǎo)致評價結(jié)果失真和異化。因此尋找一種更客觀、更公正、更有效的評教方法成為目前教育活動中迫切需要解決的一個重要問題。為此，筆者利用數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，研發(fā)一套創(chuàng)新的基于數(shù)據(jù)立方體的學(xué)生成績分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多維、多層次地分析和展示學(xué)生在各個知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果。這套系統(tǒng)為教學(xué)效果的評估提供了定量的數(shù)據(jù)支持，有助于提高評估體系的客觀性和公正性，并為實(shí)際應(yīng)用中教育教學(xué)改革提供可行的策略和方法。

1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.1 課程模塊

1）課程信息存儲 存儲課程的相關(guān)信息，包括編號、名稱、開課時間、任課教師 （可增加其他信息，要求進(jìn)行具體設(shè)計），提供增刪改操作。

2）選課 課程信息與用戶信息之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，設(shè)計選課表，包括學(xué)生選課和教師選課功能。

1.2 試題試卷模塊

1）試題信息存儲 設(shè)計各種類型試題的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)及表示方法 （可參考學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程系統(tǒng)，試題應(yīng)包括難度等級、所屬專業(yè)／課程等信息），提供各類試題的增刪改操作，建立試題及試題的維護(hù)功能。特殊要求：提供簡單的專業(yè)符號錄入。

2）試題難度動態(tài)更新 對于每次考試之后，同一道試題根據(jù)橫向和縱向的答題紀(jì)錄來動態(tài)計算其難度系數(shù)并自動更新。

3）定制試題庫 類似試題存儲，但入庫試題特征 （如題干、答案、所屬類別等）不允許更新，只有輔助信息允許動態(tài)更新 （如難度等）。

4）歷史試卷記錄 要求設(shè)計試卷的存儲結(jié)構(gòu)，對任意已經(jīng)進(jìn)行過的考試可查詢原始考卷。

5）生成試卷 根據(jù)專業(yè)、課程生成對應(yīng)試卷，要求各份試卷總體難度可設(shè)定，題目由教師在試題庫中選取生成 （可設(shè)計試卷各類題型比例和數(shù)量、分值等），每份試卷要有相應(yīng)的信息記錄。

1.3 考試模塊

1）試卷發(fā)放 按用戶相關(guān)信息及時間設(shè)定發(fā)放考卷，要求必須是正確的用戶、正確的時間、發(fā)放指定考卷。

2）考試時間控制 自動計時，時間到時自動收卷，每隔一定時間自動記錄試卷完成情況，出現(xiàn)問題可保證在某個時間點(diǎn)之前的答卷內(nèi)容得以保存，并能夠讀取出來繼續(xù)作答。

3）試卷提交 可由用戶提交或時間結(jié)束自動提交試卷。

4）答案儲存 對每個用戶的每份試卷答案進(jìn)行存儲，設(shè)計存儲結(jié)構(gòu) （結(jié)合歷史試卷記錄）。

1.4 成績模塊

1）試卷批改 部分題型可由系統(tǒng)自動批改 （如選擇題），特殊類型題目要求手動批改并給出成績。

2）成績存儲 存儲每人每份試卷的成績。

1.5 成績分析模塊

1）個人成績統(tǒng)計 包括考試成績、歷史試卷、學(xué)習(xí)曲線等。

2）試卷難度分析 根據(jù)考試結(jié)果及參加考試學(xué)生群體以往考試情況，分析試卷難度給出建議。

3）課程教學(xué)效果分析 根據(jù)每道試題的難度、以往答對率來衡量某次考試的學(xué)生群體對該題目的掌握程度，進(jìn)而對課程的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)合試卷難度來評價教學(xué)效果。

4）教師教學(xué)水平分析 對同一門課程的歷史紀(jì)錄結(jié)合每個學(xué)期的教學(xué)效果來評價該門課程各位任課教師的教學(xué)水平，將任課教師所教的所有課程教學(xué)水平進(jìn)行綜合統(tǒng)計得到教師的總體教學(xué)水平指標(biāo)。

5）學(xué)生整體素質(zhì)分析 類似教師教學(xué)水平分析，衡量學(xué)生的整體素質(zhì)[2]。

1.6 用戶模塊

1）用戶分類及權(quán)限控制 按照系統(tǒng)的需求將用戶主要分為3類：學(xué)生、教師和管理員，相應(yīng)權(quán)限為：學(xué)生：選課、考試、個人成績統(tǒng)計、試卷查詢 （僅對個人成績和試卷）；教師：選課、試題、試卷、成績、成績分析；管理員：管理模塊、題庫管理。

2）用戶信息維護(hù) 主要是個人信息維護(hù)，用戶的注冊，用戶名和密碼等信息的修改。

1.7 管理模塊

主要分為用戶管理、試卷管理、考試管理、成績管理等。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)源連接

實(shí)現(xiàn)的主要操作步驟如下：①單擊 “開始”按鈕，指向 “設(shè)置”，單擊 “控制面板”，然后雙擊 “管理工具”，再雙擊 “數(shù)據(jù)源（ODBC）”。②在 “系統(tǒng)DSN”選項卡上單擊“添加”按鈕。③選擇 “SQL SERVER”，然后單擊 “完成”按鈕。④完成相應(yīng)輸入 （見圖2）。

圖2 SQL SERVER新數(shù)據(jù)源輸入界面

2.2 建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源

1）建立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)的主要操作步驟 （見圖3）如下：①在 Analysis Manager樹視圖中展開 “Analysis Servers”。②單擊服務(wù)器名稱，即可建立與Analysis Servers的連接。③右擊服務(wù)器名稱，然后單擊 “新建數(shù)據(jù)庫”命令。④在 “數(shù)據(jù)庫”對話框中的 “數(shù)據(jù)庫名稱”框中，輸入 “成績分析1”，然后單擊 “確定”按鈕。⑤重新完成②，③部分，在 “數(shù)據(jù)庫”對話框中的 “數(shù)據(jù)庫名稱”框中輸入 “知識點(diǎn)分析”，然后單擊 “確定”按鈕。⑥在 Analysis Manager樹窗格中展開服務(wù)器，然后展開剛才創(chuàng)建的 “知識點(diǎn)分析”數(shù)據(jù)庫。

2）建立數(shù)據(jù)源 實(shí)現(xiàn)的主要操作步驟如下：①在Analysis Manager樹窗格中，右擊 “成績分析1”數(shù)據(jù)庫下的 “數(shù)據(jù)源”文件夾，然后單擊 “新數(shù)據(jù)源”命令。②在 “數(shù)據(jù)鏈接屬性”對話框中，單擊 “提供者”選項卡，然后單擊 “Microsoft OLE DB Provider for SQL Server”。③單擊 “連接”選項卡，然后從 “使用數(shù)據(jù)源名稱”列表中單擊 “CS-5JOA8P0NDXCH”，數(shù)據(jù)庫選擇 “chenjifenxi”。④單擊 “測試連接”以確保一切工作正常。在 “Microsoft數(shù)據(jù)鏈接”對話框中應(yīng)出現(xiàn)一條消息，說明連接成功。在消息框中單擊 “確定”按鈕。⑤單擊 “確定”按鈕關(guān)閉 “數(shù)據(jù)鏈接屬性”對話框。⑥重復(fù)步驟①～⑤，建立數(shù)據(jù)庫 “知識點(diǎn)分析”數(shù)據(jù)源。

圖3 建立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)操作示意圖

2.3 建立多維數(shù)據(jù)集

1）成績分析部分 打開多維數(shù)據(jù)集向?qū)?；向多維數(shù)據(jù)集添加度量值。

2）知識點(diǎn)分析部分 打開多維數(shù)據(jù)集向?qū)?；向多維數(shù)據(jù)集添加度量值；建立學(xué)生維度；建立知識考點(diǎn)維度；完成多維數(shù)據(jù)集的生成；使用存儲設(shè)計向?qū)гO(shè)計存儲；瀏覽多維數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)。

圖4 數(shù)據(jù)透視表

2.4 輸出

以 “對來自不同地區(qū)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行比較”為例構(gòu)造數(shù)據(jù)透視表。從表中可以清楚的了解北京和上海2個地區(qū)學(xué)生對 “高等數(shù)學(xué)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和 “數(shù)據(jù)庫”3門課程的掌握程度。

3 結(jié) 語

現(xiàn)有的成績分析系統(tǒng)從某種意義上講并不是真正的分析系統(tǒng)，它只是單純的以數(shù)字表示成績，并對成績進(jìn)行統(tǒng)計，而成績本身內(nèi)在的信息完全被忽略，如構(gòu)成成績的各個試題的信息、知識點(diǎn)的掌握情況、學(xué)生對知識的掌握程度等，都沒有體現(xiàn)出來。而只是將成績作為一個數(shù)據(jù)利用查詢語句加以簡單統(tǒng)計和表示，并沒有真正的實(shí)現(xiàn)分析功能[3]。

筆者設(shè)計的系統(tǒng)是基于元數(shù)據(jù)信息的，率先利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的支持將信息細(xì)化，對于成績的分析可基于不同粒度和層面。系統(tǒng)通過對海量成績的分析找到客觀的評測學(xué)生和教師的標(biāo)準(zhǔn)，能夠通過對挖掘結(jié)果的分析提供改進(jìn)教學(xué)的依據(jù)，這是現(xiàn)有任何成績分析系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的。通過該系統(tǒng)對東莞理工學(xué)院2008級、2009級學(xué)生的成績分析，任課教師根據(jù)系統(tǒng)反饋的分析結(jié)果對教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，取得了較好的教學(xué)效果。

[1]姚晟，李龍澍.學(xué)生成績分析專家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 [J].安徽大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2007，31（1）：23-26.

[2]俞能福，陳邦考.主成分分析法在學(xué)生成績分析中的應(yīng)用 [J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版），2007，15（1）：73-75.

[3]丁志病，袁方，董賀偉.數(shù)據(jù)挖掘在高校學(xué)生學(xué)習(xí)成績分析中的應(yīng)用 [J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2006，27（4）：590-592.