高校物理實踐課中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用分析

帕爾哈提江?吐爾孫

【摘要】信息技術(shù)的不斷發(fā)展給人們的生活帶來很大的變化，特別是在高校的物理實踐課教學(xué)管理工作中，雖然原有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不斷成熟，但是對一些數(shù)據(jù)的分析利用并沒有達到應(yīng)有的水平，數(shù)學(xué)挖掘技術(shù)的出現(xiàn)，使物理實踐課在學(xué)生成績數(shù)據(jù)分析上有了很大的發(fā)展。本文通過分析數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校物理實踐課中的應(yīng)用，探討了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】物理實踐課；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；應(yīng)用分析

隨著高校教育水平的不斷提高，很多學(xué)科的教學(xué)方法都發(fā)生了很大的改變，特別是在物理實踐課中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法已經(jīng)不適合現(xiàn)代教學(xué)需求，容易使很多實驗數(shù)據(jù)大量堆積，很難在大量數(shù)據(jù)中快速辨別信息的真?zhèn)?，?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到了很大的改善，不僅促進了物理實踐課內(nèi)容的進一步豐富，還很好的適應(yīng)了現(xiàn)代化教學(xué)管理的發(fā)展需求。

一、高校物理實踐課對數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的需求

在高校物理實踐課的教學(xué)管理中，面對大量的數(shù)據(jù)信息，如果沒有正確的數(shù)據(jù)分析方法，是很難分辨其中真?zhèn)蔚?，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法難以滿足大量的數(shù)據(jù)需求，直到數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的出現(xiàn)，使教師可以通過計算機內(nèi)的特定系統(tǒng)來對數(shù)據(jù)進行分析，它可以在大量的數(shù)據(jù)中隨機的抽取一些隱藏的數(shù)據(jù)信息，并通過規(guī)則、概念、模式等形式表現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是對數(shù)據(jù)信息、人工、技術(shù)等內(nèi)容的融合，涉及到很多的領(lǐng)域和內(nèi)容，隨著社會的不斷發(fā)展，數(shù)學(xué)挖掘技術(shù)逐漸發(fā)展成一項獨立的技術(shù)，在物理實踐課中的應(yīng)用也越來越廣泛。

二、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校物理實踐課中的應(yīng)用

高校物理實踐課的教學(xué)管理包括學(xué)生學(xué)籍的管理、教學(xué)儀器的管理、還有教師對學(xué)生的指導(dǎo)管理、對學(xué)生成績的管理等。顯然這些內(nèi)容當(dāng)中就包含大量的數(shù)據(jù)信息，在這其中很多隱藏的內(nèi)容都沒有得到開發(fā)利用，學(xué)習(xí)成績作為教師評價學(xué)生的重要內(nèi)容，可以反映出學(xué)生在實踐課中的掌握情況。這一過程的學(xué)習(xí)成績，不僅僅是單純的書面成績，還有出勤、課堂表現(xiàn)、參加的活動等方面的成績，是一種綜合性的考評內(nèi)容。而且學(xué)習(xí)成績不僅作為考核教師工作和學(xué)生學(xué)習(xí)成果的指標，還可以反作用于教學(xué)工作，是一種反饋性的信息內(nèi)容，所以高校在物理實踐課中做好對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的記錄非常重要。

通常情況下對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的評定有兩種方式，一種是定量的評定，一種是定性的評定，定量評定的內(nèi)容是根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中取得的成績分數(shù)進行記錄，其評定的等級分為優(yōu)、良、中、差四個等級，這種評價的方式僅僅是針對學(xué)生在某一課程而進行的，不可避免的存在一定的片面因素，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在對學(xué)習(xí)成績進行評定時，是從定性的角度進行分析，可以對學(xué)生多方面的成績進行綜合的反映，可以實現(xiàn)對學(xué)生成績更深層次的內(nèi)容進行分析，對數(shù)據(jù)背后的隱藏內(nèi)容進行挖掘，可以實現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的指導(dǎo)，因而可以更有效地應(yīng)用在高校的物理實踐教學(xué)中。

三、ID3算法在決策樹法中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)具體包括決策樹法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、集合論法、遺傳算法等，人們又把決策樹法分為ID3算法、CLS算法、IBLE算法等，在運算的過程中是以信息論為主要基礎(chǔ)，以信息的增益度為主要的衡量標準，然后通過對數(shù)據(jù)的整合進行分類。

四、對實際的例證進行分析

根據(jù)高校物理實踐課中的評定標準，通過實際的事例來論證數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和決策樹方法在教學(xué)實踐課中的應(yīng)用。

1、實踐對象

一般情況下高校的物理實踐課都是每年對學(xué)生進行一次考核，考核的內(nèi)容由三部分組成：課堂的教學(xué)內(nèi)容、課后的實踐報告和每一學(xué)期的期末考核成績。在實踐的過程中，學(xué)生要在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，并把實驗報告整理出來，考核的內(nèi)容主要取決于實驗報告的內(nèi)容和質(zhì)量，其次是實驗課和歷來期末考核的內(nèi)容。通過對物理實驗內(nèi)容的分析整理，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，包括的內(nèi)容有：學(xué)生學(xué)號、性別、實驗報告、期末考核、平均成績、名次等。

2、已知的內(nèi)容

選擇2個班，每班25人，對學(xué)生情況數(shù)據(jù)庫進行如下的量化、轉(zhuǎn)換、清理、集成等處理工作，得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫（如表1所示）.

表1 學(xué)生情況數(shù)據(jù)庫

學(xué)號字段定義為：1—50；性別字段定義為：男或女；實驗報告加分定義為：0表示沒有通過，0.5表示通過，1表示較好；實驗課加分定義為：0表示基本不上實驗課，0.2表示適當(dāng)上實驗課，0.5表示按期上實驗課；期末考核加分定義為：0表示基本不參加期末考核，0.5表示參加期末考核并取得了較好的成績；平均成績定義為：學(xué)習(xí)成績總體情況，字段值為：0—100；名次定義為1—50，且記錄按名次從高到低排列。

3、對數(shù)據(jù)的挖掘分析

應(yīng)用ID3算法建立相應(yīng)的決策樹，先確定正例個數(shù)p和反例個數(shù)n.將名次排在前15名成績好的學(xué)生定義為正例，后35名成績不好的學(xué)生定義為反例，即p=15，n=35。

通過計算可知，實驗報告加分具有最大的信息增益，故將實驗報告加分選為根節(jié)點并向下擴展，最終生成的決策樹，如圖1所示.

4、結(jié)論

1） 學(xué)生在上完實踐課的教學(xué)后，如果可以在限定的時間內(nèi)完成實驗得出實驗報告，學(xué)生的成績一般都比較好。

2） 如果實驗報告完成的滿意度比較高，學(xué)生在課上的動手能力也就比較強，而且對于實驗的內(nèi)容具備觀察思考的能力，可以通過親自動手實驗，來對實驗結(jié)果進行歸納總結(jié)，既減輕了學(xué)生沉重的課業(yè)壓力，而且對于提高學(xué)習(xí)成績也有著很大的幫助。

3） 如果學(xué)生的實驗報告符合測評的標準，這時的情況就比較復(fù)雜，要根據(jù)具體的情況進行分析，有兩個方面的情況，一方面是在學(xué)生的課業(yè)壓力比較大、實驗課程、考試安排比較緊張的情況下，學(xué)生的成績依然很好，另一方面就是在學(xué)生沒有課業(yè)壓力、實驗課程、考試安排的情況下，成績依然不好。

通過教師多學(xué)生進行的課前輔導(dǎo)，在課上講授的內(nèi)容就可以進行適當(dāng)?shù)难由?，學(xué)生在課前就可以對課上的內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，這對于提高課堂的聽課效率有著很大的幫助，而且在輕松又緊張的環(huán)境下完成實踐課程，對于學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握也更加深刻，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也得到很大的提高。

五、結(jié)束語

近幾年數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展十分迅速，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)要從大量的信息數(shù)據(jù)中挖掘到有用的知識線索，然后通過利用挖掘技術(shù)對其中潛藏的客觀規(guī)律進行探究，可以使得決策更加科學(xué)合理，高中物理實踐課程在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)上的應(yīng)用，一方面是社會發(fā)展的實際需要，另一方面通過該技術(shù)的運用，可以為日常教學(xué)提供有用的信息，有助于學(xué)校管理決策工作的有效進行。

參考文獻

[1]陳熙謀，吳祖仁.普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修）1[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004.

[2]人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修）1[M].北京：人民教育出版社，2004.