基于數(shù)據(jù)挖掘的高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)設計及應用

任鎖平

（陜西職業(yè)技術學院 教務處，陜西 西安 710100）

近年來隨著信息技術的快速發(fā)展，產生越來越多的數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)中隱含著很多無法用眼睛觀察的信息，數(shù)據(jù)挖掘技術能夠通過對大量的數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，尋找數(shù)據(jù)背后的關系，幫助人們正確的進行決策判斷。

而隨著國民經濟的轉型，職業(yè)教育也迎來了良好的發(fā)展機遇，如何更好的實現(xiàn)職業(yè)教育的內涵式發(fā)展，是每一位職教工作需要考慮的。高職教育質量監(jiān)控評價系統(tǒng)正是在這個背景下誕生的一種評價工具。但是僅僅靠評價系統(tǒng)難以做到真實而有效的評價，借助數(shù)據(jù)挖掘技術，實現(xiàn)對評價系統(tǒng)中產生的大量數(shù)據(jù)進行挖掘、分析，探尋數(shù)據(jù)背后的隱含意義，并幫助管理部門進行正確的決策和判斷，有效提升高職教育教學質量，加快實現(xiàn)職業(yè)教育現(xiàn)代化。

1 數(shù)據(jù)挖掘

近年來數(shù)據(jù)挖掘技術引起了廣泛關注，其主要原因在于信息技術與互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，大量基礎數(shù)據(jù)的產生，人們需要了解這些數(shù)據(jù)背后的隱藏內容，因而誕生了數(shù)據(jù)挖掘的概念及技術。

1.1 數(shù)據(jù)挖掘概念

數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining，DM）一般是指從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。數(shù)據(jù)挖掘通常與計算機科學有關，并通過統(tǒng)計、在線分析處理、情報檢索、機器學習、專家系統(tǒng)（依靠過去的經驗法則）和模式識別等諸多方法來實現(xiàn)上述目標[1]。同時它也被認為數(shù)據(jù)庫中知識發(fā)現(xiàn)（KDD）的一個環(huán)節(jié)，大多數(shù)情況下認為數(shù)據(jù)挖掘比數(shù)據(jù)庫中知識發(fā)現(xiàn)是兩個等同概念，但數(shù)據(jù)挖掘更加注重于算法分析來探尋海量數(shù)據(jù)背后的隱含知識的目標。數(shù)據(jù)挖掘結合了統(tǒng)計學、計算機學科等多學科，支持多種數(shù)據(jù)格式的挖掘，無論是結構化的還是非結構化的數(shù)據(jù)都可以通過處理后進行數(shù)據(jù)挖掘，有較高的應用價值。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的功能及過程

數(shù)據(jù)挖掘的功能主要有兩方面：描述和預測[2]。描述功能主要是用來數(shù)據(jù)之間的共同特點及聯(lián)系，主要包括數(shù)據(jù)分類、聚類分析、匯總與歸納、偏差檢測等；而預測功能主要是通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析來預測未知的數(shù)據(jù)，主要包括有統(tǒng)計方法、關聯(lián)規(guī)則、決策樹與回歸、序列模式等。

數(shù)據(jù)挖掘的過程主要包括：確定對象、數(shù)據(jù)準備、模型建立、數(shù)據(jù)挖掘與結果分析等步驟，具體如圖1[3]所示。

1.3 數(shù)據(jù)挖掘算法

數(shù)據(jù)挖掘過程中算法是其核心內容，以SQL Server2008為例，如圖2所示。SQL Server2008中提供的數(shù)據(jù)挖掘算法主要有以下幾種：決策樹、聚類分析、Naive Bayes、關聯(lián)規(guī)則、順序分析和聚類分析、時序、神經網(wǎng)絡、線性回歸、邏輯回歸等。

圖1 數(shù)據(jù)挖掘的一般過程Fig.1 The general process of data mining

圖2 SQL Server2008創(chuàng)建數(shù)據(jù)挖掘結構Fig.2 SQL Server2008 create data mining structure

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)設計

隨著現(xiàn)代職業(yè)教育的快速發(fā)展，職業(yè)教育信息化也將成為助力現(xiàn)代職業(yè)教育快速發(fā)展的重要手段。2012年教育部成立職業(yè)院校信息化教學指導委員會，也標志著職業(yè)教育信息化步入快速發(fā)展的軌道，教育信息化包括很多方面，不僅僅是教學的信息化，還包括教育管理的信息化等，而現(xiàn)階段的職業(yè)教育信息化更多的進行事務處理，利用數(shù)據(jù)挖掘技術進行數(shù)據(jù)分析還很少，利用數(shù)據(jù)挖掘進行教育信息化數(shù)據(jù)進行分析，將成為教育信息化發(fā)展的重要方向。

目前，數(shù)據(jù)挖掘在電子商務、醫(yī)療、金融、交通等方面取得了廣泛應用，并促進了其快速發(fā)展。而數(shù)據(jù)挖掘在職業(yè)教育方面也必將能夠解決教育教學管理中的問題，促進職業(yè)教育信息化的快速發(fā)展，實現(xiàn)現(xiàn)代職業(yè)教育建設。

2.1 系統(tǒng)需求分析

教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)主要目的在于實現(xiàn)形成相互銜接的多元評價機制和質量預警機制，依托數(shù)字化校園網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)信息及時交換、傳輸、匯總、分析和反應，形成涵蓋人才培養(yǎng)全過程、全方位、多元參與的教學質量監(jiān)控評價平臺。評價主體包括有政府、學校、教師、學生、行業(yè)企業(yè)、第三方、家長等，各主體在登錄頁面通過身份驗證進行客觀評價，最終通過對數(shù)據(jù)的挖掘分析，為提高教育教學質量提供決策支持。詳細流程圖如圖3[4]所示。

圖3 教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow chart of evaluation system of teaching quality monitoring

2.2 系統(tǒng)功能需求及設計

2.2.1 功能需求概述

基于數(shù)據(jù)挖掘技術的高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)具備不同用戶通過身份驗證進行系統(tǒng)登錄，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集或評價，系統(tǒng)門戶首頁包括登陸模塊、資源和課程的展示，各類大賽的視頻及資料展示，企業(yè)、行業(yè)、教師、政府等對學院課程、教材、人才培養(yǎng)方案、課程標準評價展示等。系統(tǒng)同時支持手機端訪問和使用，隨時隨地可使用系統(tǒng)進行評價或者資源的使用。系統(tǒng)提供權限管理、信息上傳、下載、刪除、修改、更新、數(shù)據(jù)導出（提供多種類型的數(shù)據(jù)導出）項目添加等功能，同時為方便配合SQL Server2008數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)挖掘，對數(shù)據(jù)輸入進行限定，方便后期數(shù)據(jù)處理。同時系統(tǒng)要實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動備份功能，提高系統(tǒng)安全性。

2.2.2 系統(tǒng)總體設計

基于數(shù)據(jù)挖掘技術的高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)設計上充分考慮不同用戶的需求和條件，采用B/S模式架構，具有靈活性和方便性，對客戶端的硬件要求低等特點。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008，由于它具備SQL Server Analysis Service組件，故而在數(shù)據(jù)挖掘方面減少了大量的數(shù)據(jù)采集和整理的工作，提高了工作效率。系統(tǒng)開發(fā)技術采用J2EE，開發(fā)語言采用JAVA。數(shù)據(jù)備份采用日、周、月策略進行備份。具體如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要實現(xiàn)技術Tab.1 System main implementation techniques

在硬件方面，考慮后期產生的數(shù)據(jù)量較大，為長期實現(xiàn)系統(tǒng)正常運行和使用，服務器配備了4*E7-4820的CPU，256GB內存，8TB硬盤，完全能夠滿足系統(tǒng)正常運行和要求。

2.3 系統(tǒng)結構設計

本系統(tǒng)結構設計融合了基于B/S模式的CMS（內容管理系統(tǒng)）系統(tǒng)和MIS（管理信息系統(tǒng)）系統(tǒng)，基于B/S的MIS系統(tǒng)是本系統(tǒng)結構中設計中的重要部分，系統(tǒng)涉及的大部分功能均在MIS系統(tǒng)中實現(xiàn)，同時由于其基于B/S模式，簡化了操作流程和使用門檻，提高了系統(tǒng)的可用性和實用性。在CMS系統(tǒng)中主要設計了新聞通知、學院榮譽、行業(yè)、企業(yè)評價機構簡介、家長評價等信息。而基于B/S模式的MIS中設計了各主體評價的評價內容、評價標準、評價方法等設計，同時針對高等職業(yè)教育的特色，添加了企業(yè)針對學生實習和帶隊教師的評價標準及方法。

2.4 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫設計是系統(tǒng)較為重要的部分，由于本系統(tǒng)設計中存在CMS和MIS兩個不同的管理系統(tǒng)，因此在數(shù)據(jù)庫設計上也有所不同，而最重要的則是MIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫設計，文章以MIS系統(tǒng)中行業(yè)用戶的數(shù)據(jù)庫設計描述數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)。

行業(yè)用戶評價主要是針對學院人才培養(yǎng)方案的設計合理性進行評價，行業(yè)用戶名的基本信息用HY-Users用戶表來保存用戶基本信息，如單位名稱、用戶名、密碼、聯(lián)系電話、地址等。結構如表2所示。

表2 用戶表Tab.2 Industry user table

其中單位名稱是指行業(yè)名稱，而聯(lián)系人則是指該行業(yè)評價學院人才培養(yǎng)方案的聯(lián)系人，用戶備注信息主要是備注該行業(yè)是針對某一院系或某一大類專業(yè)。

3 數(shù)據(jù)挖掘在高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)中的應用

SQLServer2008數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)挖掘主要是依靠Analysis Services來實現(xiàn)的。其中包含了數(shù)據(jù)挖掘解決方案中需要用到的大部分工具和模型。與其他數(shù)數(shù)據(jù)庫比較具有以下幾個特點[5]，一是多個挖掘模型之間進行交叉驗證，在相同結果之間的模型之間進行對比，有利于決策者做出更加明智的決斷，例如在高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)中對學生成績分析，一般的分析往往只能看到結果，無法對原因進行分心，通過交叉驗證可以探尋具體的原因；二是算法上的改進，在時序算法中除了基于ARTxp算之外，新增加了一種基于ARIMA算法，兩種算法并無優(yōu)劣之分，前者適于短期預測，后者適于長期預測；三是數(shù)據(jù)挖掘模型中實現(xiàn)鉆取，但鉆取功能有一定的限制，并非所有的算法都支持鉆取功能。

SQLServer2008數(shù)據(jù)庫在高職教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)挖掘時需要根據(jù)實際情況進行數(shù)據(jù)的收集、整理、模型選擇、分析等。以最常見的評教舉例，以往的評教僅僅是得到一個評教結果，其造成結果的原因無法知道。為了能夠發(fā)現(xiàn)教師本身素質與學生評教結果之間的內在聯(lián)系，選用關聯(lián)規(guī)則結構進行數(shù)據(jù)挖掘，其采用了Apriori算法進行挖掘，探尋內在聯(lián)系。具體的步驟分[6]為：首先準備評教結果數(shù)據(jù)，包含了評教結果與教師的各項基本信息，其次是進行關聯(lián)規(guī)則挖掘，例如將準備好的數(shù)據(jù)進行教師學歷、職稱、分類，總評分為有、良、中、及格幾個等級，采用基于Apriori算法對數(shù)據(jù)進行處理，得出關聯(lián)規(guī)則，其中可設0.2位最小支持度，再次利用支持度算法求出每個子項集的支持度，最后在得出的頻繁項集，設置置信度為0.3，根據(jù)算法求出每一項關聯(lián)規(guī)則的置信度[7]，并對結果進行分析解釋，得出結論，用以改進和提高教育教學質量。

4 結束語

隨著信息技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術的不斷成熟，基于數(shù)據(jù)挖掘技術來解決高職教學質量監(jiān)控與評價系統(tǒng)將會為重要的教育管理評價技術，為教育管理者提供決策判斷，也必將推動現(xiàn)代職業(yè)教育的快速發(fā)展。

[1]百度百科.數(shù)據(jù)挖掘 [EB/OL].[2015-01-28].http://baike.baidu.com/view/7893.htm.

[2]鄭碧嶷.基于數(shù)據(jù)挖掘技術的高校輔助決策系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學，2013.

[3]吳建蘭.基于數(shù)據(jù)倉庫的教學質量監(jiān)控評價系統(tǒng)[D].泉州:華僑大學，2005.

[4]中國高職高專教育網(wǎng).陜西職業(yè)技術學院“國家示范性高等職業(yè)院校建設計劃”骨干高職院校建設方案.[EB/OL].[2014-12-28].http://61.164.87.131/web/articleview.aspx?id=20121225104748212&cata_id=gspf.

[5]IT專家網(wǎng).在SQL Server 2008 R2上實現(xiàn)人工智能數(shù)據(jù)挖掘[EB/OL].[2014－12－28]http://database.ctocio.com.cn/analysis/385/9416385.shtml.

[6]張震.基于數(shù)據(jù)挖掘技術的教學質量評價系統(tǒng)研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學，2006.

[7]丁留寶.PQDIF文件生成方法及在多操作系統(tǒng)下的實現(xiàn)[J].陜西電力，2014（7）:83－87.DING Liu-bao.The method and implementation of creating PQDIF file in different operating systems[J].Shaanxi Electric Power，2014（7）:83－87.