數(shù)據(jù)挖掘?qū)虒W(xué)管理的優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫榮明

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高校越來越重視計(jì)算機(jī)專業(yè)的設(shè)置和教育，在計(jì)算機(jī)教學(xué)過程中采用高科技方式實(shí)施教學(xué)管理，提高教學(xué)質(zhì)量。在這種發(fā)展環(huán)境中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用大大提高了計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，能夠在教學(xué)的過程中從各式各樣的數(shù)據(jù)源中自動(dòng)獲取有用的知識(shí)。數(shù)據(jù)挖掘主要是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中加入高等院校師生數(shù)據(jù)庫信息，從大量的數(shù)據(jù)中尋找有用信息，為教師提供信息支持，利用這種方法進(jìn)行教學(xué)管理，能夠很好地管理學(xué)生的基本信息。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；教學(xué)管理；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）24-0003-03

近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們?cè)絹碓街匾暯逃?，高校?shù)量不斷增多，學(xué)生數(shù)量和大幅度提高，給高校管理帶來較大的挑戰(zhàn)，在管理中要處理很多數(shù)據(jù)信息，影響管理效率的提高。而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用能很好地解決這個(gè)問題，這種技術(shù)形式是根據(jù)高校實(shí)際發(fā)展情況設(shè)計(jì)出相應(yīng)的教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，簡化教學(xué)管理流程，將學(xué)生信息管理簡單化，并從中獲取有價(jià)值的信息，這些信息對(duì)課程改革有重要的指導(dǎo)意義。

1數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)概括

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)工作中，特別是在計(jì)算機(jī)教學(xué)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛。近幾年，基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)管理中，大大提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。學(xué)校在管理中利用智能教學(xué)方式，在教學(xué)的過程中與同伴實(shí)施協(xié)作和會(huì)話，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形式為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了豐富的資料和學(xué)習(xí)資源，基于Web的智能教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用是時(shí)代發(fā)展的一種必然性趨勢(shì)。數(shù)據(jù)挖掘能夠?yàn)閿?shù)據(jù)庫和知識(shí)庫在教學(xué)中的應(yīng)用提供技術(shù)需求。數(shù)據(jù)挖掘?qū)崟r(shí)上屬于一種決議支持應(yīng)用方式，它建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能學(xué)等技術(shù)基礎(chǔ)上，屬于現(xiàn)代化信息處理技術(shù)形式。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一種比較新的信息處理技能，其主要發(fā)展特征是對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分、整理，從大量的數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，從而更好的分析其核心數(shù)據(jù)。

2數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型分析

隨著科技和素質(zhì)教育的發(fā)展，全國高校教學(xué)管理中對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，在高校教學(xué)管理中數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要包含利用Apriori算法對(duì)學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫中各個(gè)學(xué)科成績的數(shù)據(jù)挖掘；其次是將分類算法對(duì)生源家庭情況和畢業(yè)信息進(jìn)行分析，從而更好地指導(dǎo)工作。我們從以上分析中對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立，該系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，首先是界面友好型特點(diǎn)，方便操作；其次是運(yùn)行速度快熱點(diǎn)，具有系統(tǒng)占用小的特點(diǎn)；再次是實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，有很好的容錯(cuò)性。

2.1系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1.1系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

在利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)教學(xué)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，服務(wù)器是系統(tǒng)運(yùn)行的核心構(gòu)成部分，服務(wù)器運(yùn)行性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行性能高低，而且對(duì)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也有較大的影響，本系統(tǒng)采用了專用數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器1臺(tái)，內(nèi)存選擇為2G，雙CPU，硬盤為：120*4G，。客戶在進(jìn)行系統(tǒng)安裝分析的過程根據(jù)自己的實(shí)際情況實(shí)施安裝設(shè)計(jì)；在實(shí)施其他設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中，為了方便與因特網(wǎng)和校園網(wǎng)的連接，采用的信息交流方式是交換機(jī)形式，能夠很好地保證信息溝通暢通無阻，同時(shí)注意控制臺(tái)和光纖模塊的設(shè)計(jì)，保證硬件設(shè)備使用性能的提高。

2.1.2系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)一般采用的是C/S結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是我們?cè)诮虒W(xué)管理中常用的服務(wù)器和客戶機(jī)結(jié)構(gòu)形式的一種運(yùn)用。這種結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)采用的是兩端硬件形式，這樣的設(shè)計(jì)能夠合理分配任務(wù)形式，將Server和Client端合理的分配在相應(yīng)的位置處，降低系統(tǒng)通訊開銷。目前很多應(yīng)用軟件系統(tǒng)均采用這種結(jié)構(gòu)形式的軟件。另外，在不同的模塊應(yīng)用中利用不同的形式進(jìn)行分析，使外部用戶和內(nèi)部用戶能夠通過訪問和現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展，提高系統(tǒng)應(yīng)用性能。

B/S結(jié)構(gòu)是隨著因特網(wǎng)的應(yīng)用對(duì)C/S應(yīng)用結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，在這種結(jié)構(gòu)形式下用戶界面的實(shí)現(xiàn)方式為瀏覽器形式，系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn)方式為邏輯實(shí)現(xiàn)形式，但是整個(gè)系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)方式仍然在服務(wù)器端。B/S結(jié)構(gòu)利用不斷成熟和普及的瀏覽器技術(shù)實(shí)現(xiàn)原來需要復(fù)雜軟件才能實(shí)現(xiàn)的功能，而且在很大程度上節(jié)約了開發(fā)成本。B/S結(jié)構(gòu)由三層體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分別是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、瀏覽器和Web服務(wù)器。本次研究采用B/S結(jié)構(gòu)框架，主要是因?yàn)锽/S技術(shù)是在開發(fā)、非專有和標(biāo)準(zhǔn)組織下的一種制定方式；其次是因?yàn)锽/S技術(shù)應(yīng)用成本比較低，僅僅需要安裝和配制服務(wù)器上就可以使用，在客戶機(jī)方面的工作比較少，所以降低了管理成本；另外，B/S技術(shù)維護(hù)工作主要集中在服務(wù)器端，而客戶端需要維護(hù)的工作比較少，瀏覽器簡單易用。本系統(tǒng)采用三層B/S結(jié)構(gòu)模式，客戶端使用IE瀏覽器，第一層為Web服務(wù)器，第二層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，見圖2。

2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分析

2.2.1數(shù)據(jù)庫和挖掘系統(tǒng)的連接

在數(shù)據(jù)挖掘信息的分析中，J2EE是組件的核心構(gòu)成部分，它包含的各類組件和服務(wù)框架均比較多，在共同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格下各種J2EE架構(gòu)不同平臺(tái)之間存在較好的兼容性，通過對(duì)企業(yè)后端的信息產(chǎn)品和內(nèi)外部環(huán)境的分析，使用JDBC對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實(shí)施訪問是一種比較好的形式；JDBC技術(shù)由兩部分構(gòu)成，一部分是數(shù)據(jù)庫廠商提供的Java程序能夠與數(shù)據(jù)庫實(shí)施連接，另一部門主要是訪問數(shù)據(jù)庫的高層接口，這些驅(qū)動(dòng)程序一般分為4種類型，其一是JDBC-ODBC橋驅(qū)動(dòng)，將JDBC與微軟提供的ODBC實(shí)施連接；其二是利用完全Java網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)施驅(qū)動(dòng)處理，以便提供更好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器方式。其三是在本地API部分的Java驅(qū)動(dòng)下利用制作成的代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接。其四是利用本地協(xié)議Java驅(qū)動(dòng)，利用直接訪問數(shù)據(jù)庫的方式，目前數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序市場(chǎng)上一般選擇合適的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)類型。在應(yīng)用的過程中首先Java應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問，一般需要根據(jù)具體的需求選擇合適的驅(qū)動(dòng)程序，從而根據(jù)各種驅(qū)動(dòng)程序功能和特點(diǎn)分析呈現(xiàn)信息，編寫端口數(shù)據(jù)，如果將開發(fā)的應(yīng)用誠信作為中間層進(jìn)行分析，使用的服務(wù)器主要運(yùn)行程序是中間段的運(yùn)行，如果開發(fā)程序使用目標(biāo)層的服務(wù)器，綜上所述驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接。

2.2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分析

數(shù)據(jù)庫是決策支持?jǐn)?shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)環(huán)境，主要解決的是系統(tǒng)信息問題，將數(shù)據(jù)挖掘分析所需要的數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)整理好的信息導(dǎo)入本系統(tǒng)中，其體系、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)挖掘關(guān)系見圖3。數(shù)據(jù)倉庫主要是為數(shù)據(jù)的選擇和分析服務(wù)的，首先從操作環(huán)境中提取并集成數(shù)據(jù)，消除不需要的數(shù)據(jù)；其次實(shí)施數(shù)據(jù)的選擇和預(yù)分析，然后實(shí)施縮小數(shù)據(jù)范圍，提高數(shù)據(jù)挖掘質(zhì)量，隨著數(shù)量信息的增加，在數(shù)據(jù)挖掘中可能會(huì)面對(duì)大量的規(guī)則，但是很多用戶對(duì)總體數(shù)據(jù)含有的規(guī)則不是太感興趣，他們往往更關(guān)心某些區(qū)域的隱含規(guī)則，采用總體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)挖掘分析。所以關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘需要根據(jù)用戶的興趣方向?qū)嵤?shù)據(jù)區(qū)域細(xì)化和分化處理，以便能夠很好地促進(jìn)系統(tǒng)性能的提高。另外，系統(tǒng)實(shí)施的過程中，用戶必須要依據(jù)自己的具體要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分類分析，并在系統(tǒng)處理中實(shí)施針對(duì)性的技術(shù)挖掘，促進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘質(zhì)量的提高。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)登錄

系統(tǒng)登錄之前首先要進(jìn)行身份認(rèn)真，用戶身份信息主要從學(xué)校教學(xué)管理系統(tǒng)中得出，指派一名計(jì)算機(jī)教室作為本系統(tǒng)的管理者。系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)“登錄”頁面，這時(shí)要求用于輸入用戶名和密碼試試身份認(rèn)證，而后會(huì)顯示挖掘系統(tǒng)主界面。

3.2系統(tǒng)維護(hù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)維護(hù)界面一般只有管理員才能進(jìn)入，招生管理人員和教務(wù)人員對(duì)其只有查詢權(quán)限。數(shù)據(jù)庫的維護(hù)主要是針對(duì)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的一種維護(hù)和管理，特別是對(duì)來自于傳統(tǒng)教學(xué)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)維護(hù)和管理工作。比如計(jì)算機(jī)系的學(xué)生成績信息的維護(hù)和管理，系統(tǒng)主要解決的是屬性名稱不一致問題，可以除去一些冗余或不需要的數(shù)形。將挖掘系統(tǒng)主界面打開，而后選擇數(shù)據(jù)錄入維護(hù)，進(jìn)入數(shù)據(jù)錄入界面，見圖4。

3.3課程優(yōu)化模塊分析

3.3.1數(shù)據(jù)挖掘查詢工作的實(shí)現(xiàn)

查詢功能的實(shí)現(xiàn)和一般系統(tǒng)查詢功能是一致的，該模塊主要面向的是向?qū)W校監(jiān)管人員提供全面的查詢平臺(tái)，對(duì)課程先后順序與學(xué)生考試成績進(jìn)行分析。此模塊被選定后需要輸入幾門相關(guān)的課程名稱實(shí)施排課指導(dǎo)，并挖掘出一定的數(shù)據(jù)庫D作為學(xué)生成績記錄的集合實(shí)施關(guān)聯(lián)性規(guī)則挖掘，而后分析、總結(jié)課程之間的相互關(guān)系，從而起到指導(dǎo)排課的作用，依據(jù)學(xué)生的考試成績分析出課堂與課堂之間的內(nèi)在聯(lián)系，見圖5為系統(tǒng)的排課指導(dǎo)界面。

3.3.2招生管理預(yù)測(cè)查詢

在這個(gè)模塊的分析和觀察中，主模板主要是將考生的基本信息（姓名、性別、畢業(yè)學(xué)校、總分以及戶籍等）納入系統(tǒng)分析中，以此來判斷學(xué)生入學(xué)的可能性；如果招生人員選擇這個(gè)模塊后首先要輸入的是考生的編號(hào)，然后招生管理預(yù)測(cè)查詢模塊就會(huì)導(dǎo)出查詢結(jié)果。在對(duì)往年入學(xué)的生源情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的過程中，利用樸素貝葉斯分類方法生成模型的訓(xùn)練，用這種方法來預(yù)測(cè)本年度學(xué)生生源情況，在分析和預(yù)測(cè)的過程中考慮我校入學(xué)可能性的學(xué)生生源的基本信息，然后有針對(duì)性地對(duì)某類學(xué)生實(shí)施重點(diǎn)宣傳，通過這種方式能夠大大提高招生效率。

3.3.3學(xué)生與教師管理子模塊的實(shí)現(xiàn)

此模塊主要實(shí)現(xiàn)的是不同的登錄用戶分配不同的功能菜單，括維護(hù)學(xué)生與教師的一些相關(guān)的基礎(chǔ)信息的管理與維護(hù)、提供學(xué)生與教師查看相關(guān)信息等。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)登錄對(duì)話框，輸入用戶名和密碼才能進(jìn)入到程序。如登錄信息不合法，則在程序中看不到任何數(shù)據(jù)。正常登錄的情況下可以進(jìn)行學(xué)生與教師信息的管理。當(dāng)以管理員或教師身份登陸之后，可以對(duì)學(xué)生的信息進(jìn)行管理，包括信息的錄入、修改、刪除等功能。

3.4學(xué)生成績?cè)u(píng)估子模塊實(shí)現(xiàn)分析

首先建立成績分類模型建樹，成績分類模型能夠通過以下步驟獲?。涸诮虒W(xué)系統(tǒng)的學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫中錄入信息的樣本數(shù)據(jù)記錄的基礎(chǔ)之上，選擇使用何種決策樹算法建立決策樹，構(gòu)建一個(gè)能夠?qū)W(xué)生成績特征進(jìn)行描述的學(xué)生成績分類模型；其次要建立學(xué)生成績?cè)u(píng)估利用上一步所構(gòu)建的模型，產(chǎn)生條件規(guī)則，并且使用該規(guī)則對(duì)進(jìn)行測(cè)試的學(xué)生成績進(jìn)行一個(gè)預(yù)測(cè)。然后實(shí)施學(xué)生學(xué)生成績?cè)u(píng)估，具體而言，對(duì)學(xué)生成績?cè)u(píng)估工作流程如下：

1）歸納學(xué)生成績的特征屬性：

2）分析并處然后理學(xué)生成績的特征屬性；

3）在上述成績歸納與分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)學(xué)生成績的評(píng)估分類模型；

4）輸入學(xué)生的成績，對(duì)成績進(jìn)行分類預(yù)測(cè)。

在教學(xué)管理中的學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫里面，學(xué)生成績具有非常多的成績屬性，比如說，班級(jí)、學(xué)號(hào)、專業(yè)、成績等屬性，對(duì)這些屬性首先進(jìn)行分析歸納，目的是要將無關(guān)的內(nèi)容或者是弱相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行剔除，從這些大量的屬性中選擇和目標(biāo)正相關(guān)的內(nèi)容當(dāng)做決策樹的結(jié)點(diǎn)。

4結(jié)語

在信息技術(shù)和科技技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)得到較大的發(fā)展，在人們的工作和生活中面臨著大量的信息，數(shù)據(jù)挖掘就是利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、人工智能的知識(shí)對(duì)大量的信息進(jìn)行分析和總結(jié)，將有價(jià)值的信息挖掘出來，指導(dǎo)人們更好的工作和學(xué)習(xí)。本文通過對(duì)高校教學(xué)管理實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用，分析高校教學(xué)管理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)學(xué)生的個(gè)人基本信息、畢業(yè)成績等實(shí)施查詢和分析，然后根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出相應(yīng)的教學(xué)管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，從而得出新的有價(jià)值的信息，這樣更加有利于教學(xué)管理，提高教學(xué)管理效率，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

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