基于數(shù)據(jù)挖掘的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)多維數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

許燕青

（閩南理工學(xué)院 實踐教學(xué)中心，福建 石獅362700）

隨著計算機(jī)的普及以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，教育教學(xué)形式呈現(xiàn)多元化.遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)也飛速崛起［1］.目前，遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)多以Web網(wǎng)站形式呈現(xiàn).而Web網(wǎng)站教學(xué)模塊里的教學(xué)內(nèi)容在表現(xiàn)形式上基本是靜態(tài)的，大部分是以電子教科書形式出現(xiàn).電子教科書幾乎是進(jìn)行了一次書本搬家，一旦發(fā)布到網(wǎng)站上，就很少再進(jìn)行校對和修改.多數(shù)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)站具有以下缺點：

（1）網(wǎng)站的信息發(fā)布者并不清楚發(fā)布的教學(xué)內(nèi)容是否合理，是否符合教學(xué)規(guī)律.教學(xué)進(jìn)度的安排也不能做到因人而異，對重點難點內(nèi)容沒有進(jìn)行歸納和總結(jié)，這樣不利于學(xué)生自學(xué)，也極大地限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性.

（2）教學(xué)形式千篇一律，缺乏個性化教學(xué)，更談不上因材施教.學(xué)生只能按著網(wǎng)站上提供的教學(xué)內(nèi)容順序進(jìn)行學(xué)習(xí)，而不能按個人興趣和需要主動獲取學(xué)習(xí)資料，自由安排學(xué)習(xí)進(jìn)度.

（3）無法做到即時反饋和即時答疑.多數(shù)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)站雖然設(shè)置了在線作業(yè)和在線測試等模塊，但卻沒有即時反饋和即時答疑功能.學(xué)生在學(xué)習(xí)、作業(yè)和自測過程中碰到的問題無法即時向網(wǎng)站反饋并即時得到一個合理的解釋，這樣不利于知識的掌握和鞏固.

由于知識的呈現(xiàn)和選擇缺乏靈活性，為了適應(yīng)教學(xué)發(fā)展需要，遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)必須提供一個適應(yīng)性、靈活性的教學(xué)環(huán)境，這樣才能有利于學(xué)生個體、群體的發(fā)展，有利于實現(xiàn)教學(xué)的智能化.

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

處在信息社會，人們隨時隨地可接收各種各類的信息，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可將獲取的信息轉(zhuǎn)換成有用的信息和知識，并廣泛用于各個領(lǐng)域.數(shù)據(jù)挖掘（DM：Data Mining）就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程［2］.它可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、估計、預(yù)測、相關(guān)性分組、聚類、描述和可視化，也可進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)類型挖掘，如圖形圖像、音頻、視頻等.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)律尋找和知識表示三個步驟［3］.首先，從大量相關(guān)數(shù)據(jù)源中選取所需的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)整合成數(shù)據(jù)集，再按照特定的方法尋找數(shù)據(jù)集隱含的規(guī)律，最后將分析得到的信息以可視化的方式呈現(xiàn)給用戶.

2 多維數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建

2.1 學(xué)生表模型的構(gòu)建

學(xué)生表用來記錄學(xué)生的基本信息和學(xué)習(xí)情況.學(xué)生表的構(gòu)建包含兩個方面信息：一類是靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，包含學(xué)生的基本信息，主要有：姓名、性別、電話、地址等信息；另一類是動態(tài)數(shù)據(jù)信息，例如：課程名稱、課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)效果等.當(dāng)學(xué)生登陸到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)時，必須先進(jìn)行注冊，注冊完成后就可以將注冊的信息作為學(xué)生表的靜態(tài)數(shù)據(jù)信息自動錄入數(shù)據(jù)庫中.動態(tài)信息是在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生并形成的，當(dāng)學(xué)生選擇某門課程學(xué)習(xí)時，就可以由數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)提供的分類分析和聚類分析功能自動完成動態(tài)數(shù)據(jù)信息的分類及存儲，這種信息的分類和信息的存儲是不斷變化.

2.2 課程表模型的構(gòu)建

課程表中存放的內(nèi)容是課程的名稱，課程教學(xué)課件，電子教科書，教學(xué)大綱、學(xué)時、課程知識點總結(jié)等.對于課程教學(xué)課件和電子教科書仍可采用傳統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行.這樣每個學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑都一樣，都是從根結(jié)點開始，然后從左到右依次學(xué)習(xí)課程教學(xué)課件和電子教科書里的內(nèi)容.這種學(xué)習(xí)方式不會遺漏任何的內(nèi)容.但對于課程知識點總結(jié)則是個性化教學(xué)必需要具備的功能，它用來歸納總結(jié)每門課程的重點和難點以及所要掌握的內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)采用圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，將課程中每一章節(jié)的知識點依照先后關(guān)系構(gòu)建一張知識結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生可自由選擇圖中某一節(jié)點進(jìn)行知識點的學(xué)習(xí)和掌握，若發(fā)現(xiàn)某一知識點的掌握情況不太理想，就可以向前追溯是否前一知識點沒有掌握好［4］.另外圖中的各節(jié)點的分支很多，說明某一節(jié)點中知識點的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，會直接影響到其余知識點的學(xué)習(xí)和掌握.

2.3 教師基本情況表模型的構(gòu)建

在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，教師基本情況表的構(gòu)建也是十分重要的一個環(huán)節(jié).通過該表的構(gòu)建可使得學(xué)生了解到各門課程各位授課教師的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)方法，這樣更能吸引學(xué)生學(xué)習(xí)該課程，從而也能促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高.構(gòu)建教師基本情況表應(yīng)包含：姓名、年齡、職稱、授課課程、授課學(xué)時、聯(lián)系方式等.創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時便可將教師的基本情況錄入教師基本情況表中.這些信息都是靜態(tài)信息.同時也可將一些名師的教學(xué)課程制作成精品課程并存放于該表中，這樣學(xué)生在了解教師基本情況的同時也可自行下載該教師所教授的精品課程進(jìn)行自主觀看，以更進(jìn)一步了解教師的綜合教學(xué)情況.

2.4 時間表模型的構(gòu)建

時間表是用來記錄每個學(xué)生登入和退出系統(tǒng)的時間以及進(jìn)入和退出每門課程學(xué)習(xí)的時間，并以此來描述每個學(xué)生學(xué)習(xí)的整個過程.學(xué)生表的構(gòu)建分層進(jìn)行.底層模型中應(yīng)包括學(xué)生姓名、系統(tǒng)登入時間、系統(tǒng)退出時間、所學(xué)課程名稱.高層模型中應(yīng)包括所學(xué)課程名稱、進(jìn)入課程學(xué)習(xí)的時間、退出課程學(xué)習(xí)的時間、單次學(xué)習(xí)時間.底層模型和高層模型之間建立映射序列，可按周及按月統(tǒng)計每個學(xué)生學(xué)習(xí)的時間，然后再按學(xué)期進(jìn)行累計，一學(xué)期的累計結(jié)果便是某個學(xué)生某門課程的整個學(xué)習(xí)時間.系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)時間了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)狀況.

2.5 評價項目表模型的構(gòu)建

為了實現(xiàn)智能化、個性化教學(xué)，在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中評價是必不可少的模塊.評價涉及到教師授課情況的評價以及學(xué)生學(xué)習(xí)情況的評價，這些評價均是很多方面的綜合評估，很難用具體的數(shù)值來度量.筆者采用細(xì)分評價項目，對各個評價項目的評價用較為準(zhǔn)確的數(shù)值來描述，然后進(jìn)行加權(quán)綜合統(tǒng)計，最終得出的數(shù)值就是綜合評價結(jié)果.具體的評價項目包括幾個方面.

（1）互動交流情況評價

在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中可提供形式多樣的即時交流工具，例如：騰訊QQ、MSN、BBS、貼吧等.提供這些交流工具是為了促進(jìn)教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生、學(xué)生與學(xué)習(xí)資料之間的交互.互動交流情況評價可以通過記錄學(xué)生利用各種交流工具輔助學(xué)習(xí)進(jìn)行，例如：學(xué)生在教學(xué)資料庫中上傳和下載學(xué)習(xí)資料的次數(shù)；在學(xué)習(xí)論壇發(fā)帖的數(shù)量以及對各種帖子感興趣或認(rèn)可程度等，教師也可對學(xué)習(xí)所提問題的深度給出一定的評價.利用數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω黝愋畔⑦M(jìn)行整合，提供一個綜合數(shù)值作為互動交流情況評價這個項目的綜合評定結(jié)果.

（2）答疑情況評價

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到疑問可即時向授課教師或者遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)設(shè)置的智能導(dǎo)師系統(tǒng)尋求幫助.答疑情況評價可以通過學(xué)生提問的問題數(shù)、瀏覽問題解決的次數(shù)以及對解決方案的滿意程度等信息進(jìn)行綜合評價.答疑情況評價這一項目可以幫助學(xué)生更加深入地理解所學(xué)的知識，也可反映出學(xué)生對知識的掌握程序和學(xué)習(xí)的主動性.

（3）教學(xué)資料學(xué)習(xí)情況評價

教學(xué)資料學(xué)習(xí)情況評價主要包括學(xué)習(xí)登入遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的次數(shù)和時間、課程學(xué)習(xí)時間、教學(xué)資源庫上傳或下載數(shù)據(jù)的次數(shù)及大小、資源檢索的范圍和次數(shù)等.通過對這些信息的記錄來綜合評定學(xué)生學(xué)習(xí)的整體情況.

（4）作業(yè)完成情況評價

教學(xué)課件中每一章節(jié)后都有一部分作業(yè)題，作業(yè)題能夠快速分析學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的掌握程度.當(dāng)學(xué)生完成這些作業(yè)題后系統(tǒng)會自動批改并判分.作業(yè)完成情況評價表就是根據(jù)作業(yè)完成情況與得分來綜合評定學(xué)習(xí)對知識的掌握和運(yùn)用情況.

（5）測試情況評價

在教學(xué)資源庫中每門課程都有相應(yīng)的測試試卷，用來綜合評定學(xué)生對這門課程知識的掌握程度.當(dāng)學(xué)生完成某門課程的學(xué)習(xí)后便可自行進(jìn)行測試，然后將測試試卷提交給系統(tǒng)進(jìn)行自動判卷.測試情況評價表就是通過對測試試卷的分析，評定學(xué)生某門課程的學(xué)習(xí)情況.

（6）意見反饋

當(dāng)學(xué)生不論是對遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)或系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié)，還是對教學(xué)資源、教學(xué)過程有任何的意見或建議均可在意見反饋中將詳細(xì)情況進(jìn)行記錄，這一項目不列入學(xué)生的綜合評定成績中，但可促進(jìn)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的完善與遠(yuǎn)程教育事業(yè)的發(fā)展.

3 結(jié)語

遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的目的是實現(xiàn)個性化、智能化的高效教學(xué)方式，是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的一次革命.它突破了時間和空間的局限，為學(xué)生提供了資源共享、交互式的學(xué)習(xí)形式.想要成功地構(gòu)建遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)就必須引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù).數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是目前人工智能和數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域研究的熱點問題，它主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)據(jù)庫、可視化技術(shù)等，高度自動化地分析企業(yè)的數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，從中挖掘出潛在的模式，幫助決策者調(diào)整市場策略，減少風(fēng)險，做出正確的決策［5］.只能將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)串穿于遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)構(gòu)建的全過程，才能實現(xiàn)一種真正的多元化、智能化、交互性、自主性的教育教學(xué)模式.

［1］李益騏.遠(yuǎn)程教育在線考試閱卷系統(tǒng)的設(shè)計及其安全性［J］.西北大學(xué)學(xué)報，2010，1（2）：22-23.

［2］李瑞林.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動化，2010，5（9）：16-18.

［3］徐麗琴.遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全策略研究［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，22（3）：15-17.

［4］王慧，王春喜，張翠羽.基于多 Agent的網(wǎng)上教學(xué)模型的研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2008，11（16）：28-36.

［5］張麗杰，付宏波，郭建偉.基于知識發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析與研究［J］.知識經(jīng)濟(jì)，2010，17（23）：11-13.

［6］John Allspaw，Jesse Robbins.網(wǎng)站運(yùn)維：保持?jǐn)?shù)據(jù)實時的秘技［M］.楊建華，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［7］John A Rice.數(shù)理統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析［M］.3 版.田金方，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.