基于數(shù)據(jù)挖掘的高校信息化系統(tǒng)模型研究

堯有平 陳星豪

【摘 要】分析高?，F(xiàn)行信息化系統(tǒng)的功能模型，指出其應(yīng)用的局限性，提出一種基于數(shù)據(jù)挖掘的信息化系統(tǒng)模型。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)挖掘 信息化 系統(tǒng)模型

【中圖分類號】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）01C-0051-02

教育信息化是指在教育領(lǐng)域運(yùn)用計(jì)算機(jī)多媒體和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，促進(jìn)教育的全面改革，使之適應(yīng)信息化社會對教育發(fā)展的新要求。教育信息化的核心內(nèi)容是教學(xué)信息化。為此各級教育部門，特別是各高校在過去投入了大量的財(cái)力，構(gòu)建了各種信息化設(shè)施，以校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為平臺，開發(fā)了教務(wù)信息系統(tǒng)，學(xué)生工作管理系統(tǒng)，招生就業(yè)系統(tǒng)，工資管理系統(tǒng)，學(xué)籍管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)簡潔易懂、功能實(shí)用，大大地加強(qiáng)學(xué)校信息化管理水平，提高了工作效率。但由于歷史原因，這些系統(tǒng)功能相對獨(dú)立，擴(kuò)展能力差，大多數(shù)的應(yīng)用仍然限于查詢、檢索的簡單應(yīng)用上，效率低下。

經(jīng)過多年的應(yīng)用，每個學(xué)校的信息系統(tǒng)都積累了海量的數(shù)據(jù)，存儲于系統(tǒng)中，而這些數(shù)據(jù)并沒有得到充分的利用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的信息化系統(tǒng)只執(zhí)行了存儲、查詢、檢索等基本功能。數(shù)據(jù)中隱藏的豐富的知識和規(guī)律并沒有得到充分開發(fā)和利用，這些積累的數(shù)據(jù)就像埋藏在大山中的金礦，必須充分開發(fā)出來，為決策人員提供幫助，才能充分發(fā)揮其價(jià)值。因此通過技術(shù)手段，改進(jìn)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，使管理和應(yīng)用人員能從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出有用的知識和規(guī)律，并把這些知識用于管理決策、教學(xué)計(jì)劃制定、招生就業(yè)決策、圖書館管理等。

建設(shè)信息化公共支撐環(huán)境，提升公共服務(wù)能力和水平，如何利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，挖掘出有用的知識，為管理部門、決策人員、學(xué)生提供幫助，是信息系統(tǒng)的重要任務(wù)。通過充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)處理高校信息化系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)，挖掘出有價(jià)值的知識和規(guī)則，并將其反饋到教學(xué)和管理決策中，提升學(xué)校服務(wù)和管理能力。

本文將在分析現(xiàn)在信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對其局限性進(jìn)行分析，并提出一種基于數(shù)據(jù)挖掘的信息化模型，并分析其有效性。

一、高校信息化系統(tǒng)模型

（一）傳統(tǒng)的高校信息化系統(tǒng)模型

當(dāng)前教育信息化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1，包括系統(tǒng)硬件平臺、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫模塊、數(shù)據(jù)分析查詢模塊、圖型用戶接口五大部分，主要的功能是收集信息，通過轉(zhuǎn)換，存儲數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶通過讀寫分析、查詢模塊進(jìn)行操作，系統(tǒng)為用戶提供信息的存儲、共享和檢索服務(wù)。隨著數(shù)據(jù)的增長，信息系統(tǒng)存儲了海量的數(shù)據(jù)，其中隱藏著大量的知識和規(guī)律，通過簡單的檢索是無法得到的。

圖1 傳統(tǒng)的高校信息化系統(tǒng)模型

（二）數(shù)據(jù)挖掘下的高校信息化系統(tǒng)模型

基于傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的不足，提出基于數(shù)據(jù)挖掘的信息系統(tǒng)改進(jìn)模型，如圖2所示，它是在傳統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，加入數(shù)據(jù)挖掘模塊，通過它，可以從長期積累的數(shù)據(jù)中，挖掘出隱藏的知識和規(guī)律，為系統(tǒng)用戶解決問題、管理決策提供支持，發(fā)揮信息系統(tǒng)的潛力。

圖2 數(shù)據(jù)挖掘下的高校信息化系統(tǒng)模型

（三）數(shù)據(jù)挖掘模塊及技術(shù)分析

數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過分析，獲取事先未知的知識和規(guī)律，如數(shù)據(jù)記錄集合聚類分析，異常記錄和賴關(guān)系（關(guān)聯(lián)規(guī)則），數(shù)據(jù)挖掘的一般過程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘過程

數(shù)據(jù)模塊中采用的幾項(xiàng)典型技術(shù)如下：

1.聚類分析。聚類是把一組數(shù)據(jù)對象設(shè)計(jì)成一類，以便讓同一類中的對象具有最高的相似性。而類間具有最大的差異性，這種方法被用于機(jī)器學(xué)習(xí)、模式確認(rèn)、圖象分析、信息檢索等領(lǐng)域。

建立的每一個聚類可以看成是一類對象，通過它導(dǎo)出規(guī)則。聚類在教育中的應(yīng)用能幫助機(jī)構(gòu)組合學(xué)生個人相似的班，把學(xué)生分成類，以便使學(xué)生在一類中相互之間更相似，或者說水平更平均。

2.決策樹。決策樹是一種決策支持工具，它使用樹型圖顯示可能的結(jié)果，包括概率事件結(jié)果和源的關(guān)系，成本和用途功用，它是一種方式顯示一種算法。決策樹常被用于行為研究特別是決策分析，去幫助識別一種策略，主要是要達(dá)到的目標(biāo)；決策樹作為一種描述性工具手段用于計(jì)算條件概率；決策樹還可以用于分析一個機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)入規(guī)則。同時它對小數(shù)據(jù)樣也能給出好的結(jié)論。這種方法能適用于不同數(shù)量級的編目變量。

3.關(guān)聯(lián)規(guī)則。反映一個事件和其他事件之間依賴或關(guān)聯(lián)的知識，如果兩項(xiàng)或多項(xiàng)屬性之間存在關(guān)聯(lián)，那么其中一項(xiàng)的屬性值就可以依據(jù)其他屬性值進(jìn)行預(yù)測，可以用關(guān)聯(lián)規(guī)則的形式表示規(guī)則形式。

4.分類。找出描述或識別數(shù)據(jù)類或概念的模型（或函數(shù)），以便能夠使用模型預(yù)測類標(biāo)記未知的對象。

5.回歸。通過構(gòu)造函數(shù)以符合數(shù)據(jù)變化的趨勢，這樣可以用一個變量預(yù)測另一個變量。

二、數(shù)據(jù)挖掘在高校信息化中的應(yīng)用概述

在高校信息系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘稱之為教育數(shù)據(jù)挖掘，教育數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)鍵領(lǐng)域是挖掘?qū)W生的表現(xiàn)行為；另一個關(guān)鍵區(qū)域是挖掘錄取入學(xué)數(shù)據(jù)；關(guān)鍵應(yīng)用是預(yù)測學(xué)生表現(xiàn)和研究其學(xué)習(xí)狀況，以便推出措施用于教育實(shí)踐。主要應(yīng)用如下：

（一）在教學(xué)評價(jià)方面的應(yīng)用分析

高校信息化系統(tǒng)長期運(yùn)行中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)、考勤紀(jì)律、招生就業(yè)、獎懲等各方面的數(shù)據(jù)累積在信息系統(tǒng)中，通過使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可幫助教師、學(xué)生、學(xué)校管理決策者有效地利用這些數(shù)據(jù)，建設(shè)有效的評價(jià)系統(tǒng)。

（二）學(xué)生特征分析

根據(jù)系統(tǒng)中已有學(xué)生的基本信息、成績信息、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、偏好、知識結(jié)構(gòu)等，利用數(shù)據(jù)挖掘功能分析學(xué)生特征，從獲取的知識幫助學(xué)生修正自己的行為。教師利用挖掘到的知識幫助學(xué)生修正學(xué)習(xí)行為、提高學(xué)習(xí)能力。

（三）協(xié)助合理設(shè)置課程

通過對學(xué)校積累的數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，如關(guān)聯(lián)規(guī)則，時間序列分析等相關(guān)技術(shù)，挖掘出有用的知識，尋找到影響學(xué)生成績的相關(guān)因素，如教師因素，課程安排因素等，教學(xué)管理者可以設(shè)置合理的課程，合理安排教師組合。

（四）就業(yè)預(yù)測分析

通過對歷史中畢業(yè)生的就業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，對畢業(yè)生就業(yè)因素的相關(guān)性進(jìn)行分析，如綜合成績，英語成績，計(jì)算機(jī)成績，是否學(xué)生干部等，對學(xué)生能否就業(yè)的影響因素進(jìn)行挖掘，得出畢業(yè)生的就業(yè)預(yù)測模型，這樣可以對學(xué)生未來是否能就業(yè)，對就業(yè)作出預(yù)測，對就業(yè)好的學(xué)生類型推廣，對不易就業(yè)的學(xué)生類型，修改培養(yǎng)方案和模式。

（五）圖書館應(yīng)用

圖書館是高校的信息服務(wù)機(jī)構(gòu)，館內(nèi)具有大量的信息，經(jīng)過多年的運(yùn)行，這些信息以海量計(jì)，可以通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為師生提供更好的服務(wù)。

數(shù)據(jù)挖掘可以對讀者類型、文獻(xiàn)類型、借閱次數(shù)等方面的信息進(jìn)行挖掘研究，提高檢索速度，通過改進(jìn)信息檢索程序來提高信息檢索的速度和有效性，為不同的讀者提供定制服務(wù)，拓展服務(wù)方式，提高服務(wù)質(zhì)量。

教育數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)成為熱門的研究領(lǐng)域，因此很多為數(shù)據(jù)挖掘開發(fā)的工具也不斷出現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在學(xué)校中能幫助我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)學(xué)生的表現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，幫肋課程設(shè)置，激勵學(xué)生，挖掘出學(xué)生分組的依據(jù)，幫助就業(yè)決策；同時也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行的數(shù)據(jù)挖掘工具對教育工作者來說太復(fù)雜。如何開發(fā)一種簡便的算法工具，使之能應(yīng)用于不同的任務(wù)，并能設(shè)置自由參數(shù)，簡化應(yīng)用，使非專業(yè)人士可以應(yīng)用是急需解決的問題。

【參考文獻(xiàn)】

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【基金項(xiàng)目】新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程立項(xiàng)項(xiàng)目（2012JGA384）

【作者簡介】堯有平（1964- ），男，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；陳星豪（1980- ），男，CCF會員，碩士，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。

（責(zé)編 丁 夢）