一種基于數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)工輔助系統(tǒng)的研究與設(shè)計

馬小剛

[摘 要] 目前高校信息化建設(shè)初見成效，各類信息管理系統(tǒng)建設(shè)較為完善，信息采集較為完整，并且個性化培養(yǎng)和個性化管理已經(jīng)成為高校育人的新方法、新途徑，如何快速準(zhǔn)確掌握學(xué)生的各項(xiàng)信息成為工作中的主要難點(diǎn)。本文提出了一種三方參與環(huán)境下基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的學(xué)工輔助系統(tǒng)，可以在一定程度上提高輔導(dǎo)員的工作效率和工作準(zhǔn)確度。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)挖掘；輔導(dǎo)員；高校；信息管理系統(tǒng)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 17. 071

[中圖分類號] G647；TP311 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）17- 0180- 03

1 前 言

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，結(jié)合國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，高校信息化建設(shè)不斷完善，高校管理向“無紙化”方向邁進(jìn)[1-2]。目前，國內(nèi)各大高校里存在的信息系統(tǒng)多種多樣，例如，學(xué)工系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、一卡通管理系統(tǒng)、資助管理系統(tǒng)等。高校建設(shè)的各種系統(tǒng)均完成了相應(yīng)的管理功能，高校中的各級管理者也都適應(yīng)了使用各類信息化系統(tǒng)開展管理工作，標(biāo)志著高校信息化基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)初見成效。

目前，高校各類信息化系統(tǒng)大多是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的簡單展示，無法展示這些數(shù)據(jù)背后所能夠代表的意義和結(jié)果。例如，高校輔導(dǎo)員想要得知一名學(xué)生的所有信息，就需要在所有系統(tǒng)中查詢該生的數(shù)據(jù)，并人工對數(shù)據(jù)進(jìn)行測算或計算，最后將所有系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總才能完整地表示出一名學(xué)生的信息。這使得工作量復(fù)雜且龐大，無法有效地幫助高校輔導(dǎo)員解決實(shí)際工作中的問題。因此設(shè)計一種能夠打通學(xué)校各類系統(tǒng)，有效利用各系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)結(jié)果“可視化”的系統(tǒng)就顯得尤為重要。

本文在高?，F(xiàn)有的各類信息化管理系統(tǒng)場景下，設(shè)計出一個三方參與的高校學(xué)工輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用高?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，并對挖掘結(jié)果進(jìn)行“可視化”展示。一定程度上可以提高輔導(dǎo)員的工作效率和工作準(zhǔn)確性。

2 學(xué)工輔助系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用場景

在高校目前的信息化環(huán)境下，輔導(dǎo)員、學(xué)工輔助系統(tǒng)和高?，F(xiàn)存的各類信息管理系統(tǒng)分別對應(yīng)了用戶、中間件和數(shù)據(jù)提供方，如圖1所示。

本系統(tǒng)整合了高?，F(xiàn)存的各類信息系統(tǒng)，可以讓輔導(dǎo)員通過統(tǒng)一的界面對各個信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并對查詢出的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的加工，用以展示數(shù)據(jù)背后所具有的聯(lián)系，從而提高輔導(dǎo)員的工作效率和工作精準(zhǔn)度。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)分為用戶模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)展示模塊。其中，數(shù)據(jù)交換模塊為系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊為系統(tǒng)的核心模塊，這兩個模塊一起構(gòu)成了中間件服務(wù)。

用戶模塊負(fù)責(zé)對用戶的信息進(jìn)行維護(hù)、查詢和修改。

數(shù)據(jù)交換模塊負(fù)責(zé)對高?，F(xiàn)存的各類信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。目前，高校的各類信息系統(tǒng)由于建設(shè)時間不同、開發(fā)人員不同、業(yè)務(wù)需求不同等因素，各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲方式、數(shù)據(jù)內(nèi)容也不盡相同。因此在處理數(shù)據(jù)之前需要將各種系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)盡可能地統(tǒng)一，并且盡可能地將同一名學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。數(shù)據(jù)交換模塊將各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫作為子模塊，把子模塊中的數(shù)據(jù)集中調(diào)度，形成一套完整的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在校園中所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一管理，屏蔽了數(shù)據(jù)處理時的數(shù)據(jù)異構(gòu)問題。數(shù)據(jù)交換模塊如圖2所示。

圖2中集中數(shù)據(jù)交換部分負(fù)責(zé)將異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整理和統(tǒng)一化，并集中存儲在數(shù)據(jù)庫中；統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲部分負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)調(diào)度中心處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以備數(shù)據(jù)挖掘模塊調(diào)用。

高校各類信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，從時間維度上來看可分為動態(tài)數(shù)據(jù)和周期數(shù)據(jù)。例如，學(xué)生每天在校園中通過一卡通隨時隨地進(jìn)行消費(fèi)，也可以隨時到圖書館借閱書籍，這類數(shù)據(jù)即為動態(tài)數(shù)據(jù)，能夠表示學(xué)生短時間內(nèi)的需求；學(xué)生每個學(xué)期只有一次期末考試，期末考試成績以學(xué)期為周期產(chǎn)生，這類數(shù)據(jù)即為周期數(shù)據(jù)，能夠表示學(xué)生長時間的成長走向。由于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的周期不同，數(shù)據(jù)挖掘模塊不可能跟隨著學(xué)生動態(tài)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生而進(jìn)行計算。一般情況下，數(shù)據(jù)挖掘模塊會最小以天為單位進(jìn)行計算。由于信息量較大，計算時間較長，而在這段時間內(nèi)也有可能產(chǎn)生動態(tài)數(shù)據(jù)從而影響計算數(shù)據(jù)時間維度上的一致性，同時為了有效防止數(shù)據(jù)因不可抗力或其他人為因素造成的丟失，因此使用雙數(shù)據(jù)庫設(shè)計，這兩個數(shù)據(jù)庫互為備份，而數(shù)據(jù)挖掘模塊每次僅對一個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行計算并產(chǎn)生結(jié)果，在計算過程中到下次計算之前，另外一個數(shù)據(jù)庫接管這段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲需求。

為更好地幫助輔導(dǎo)員準(zhǔn)確了解學(xué)生，本系統(tǒng)引入“學(xué)生畫像”概念來展示學(xué)生各方面的信息。數(shù)據(jù)挖掘模塊負(fù)責(zé)對統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲部分所存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，通過數(shù)據(jù)挖掘算法在大量無關(guān)數(shù)據(jù)中挖掘數(shù)據(jù)潛在的隱性關(guān)系[3]，生成標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并利用標(biāo)簽數(shù)據(jù)生成“學(xué)生畫像”[4-5]。其算法流程描述如下：

步驟1：根據(jù)數(shù)據(jù)類別對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并生成標(biāo)簽數(shù)據(jù)；

步驟2：對生成的數(shù)據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，生成動態(tài)關(guān)聯(lián)規(guī)則；

步驟3：對單一學(xué)生的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與數(shù)據(jù)庫中已有的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成“學(xué)生畫像”；

步驟4：利用“學(xué)生畫像”的標(biāo)簽數(shù)據(jù)為學(xué)生以后的行為進(jìn)行預(yù)測。

數(shù)據(jù)展示模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)挖掘模塊生成的標(biāo)簽數(shù)據(jù)與學(xué)生的基本信息以圖表的形式進(jìn)行展示，增加用戶體驗(yàn)度和信息傳遞量，降低用戶的使用難度，從一定程度上提高工作效率和工作準(zhǔn)確度。

利用本文設(shè)計方案建設(shè)的學(xué)工輔助系統(tǒng)優(yōu)勢在于能夠形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲，屏蔽了不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)異構(gòu)性，同時高校內(nèi)各個信息管理系統(tǒng)無須進(jìn)行大規(guī)模業(yè)務(wù)調(diào)整，并具有一定程度上的容災(zāi)性。

3 學(xué)工輔助系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1 貧困生身份鑒別

學(xué)生資助是高校輔導(dǎo)員每年的重要工作之一，這項(xiàng)工作的難點(diǎn)是如何準(zhǔn)確地判斷貧困學(xué)生。目前輔導(dǎo)員判定貧困學(xué)生主要依靠三級評定制度來完成，即班級貧困認(rèn)定小組、專業(yè)貧困認(rèn)定小組和年級貧困認(rèn)定小組。由于有人工干預(yù)，不免會有影響判斷的主觀因素產(chǎn)生，最終會導(dǎo)致認(rèn)定結(jié)果的不科學(xué)、不準(zhǔn)確。學(xué)工輔助系統(tǒng)利用學(xué)生的一日消費(fèi)數(shù)據(jù)、一周消費(fèi)數(shù)據(jù)和一月消費(fèi)數(shù)據(jù)對單一學(xué)生的消費(fèi)能力生成用戶畫像，同時對學(xué)生所在班級、所在專業(yè)、所在學(xué)院學(xué)生的日、周、月平均消費(fèi)能力進(jìn)行計算生成群體畫像。通過單一用戶畫像與群體畫像的匹配，推測學(xué)生的貧困級別，從而完成貧困生身份的鑒別工作。

3.2 學(xué)業(yè)警示

學(xué)生來學(xué)校的主要目的是學(xué)習(xí)，而大學(xué)相比中小學(xué)的學(xué)習(xí)方式有很大的不同。很多學(xué)生在大學(xué)的環(huán)境中，往往由于過于“自由”而喪失學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)目標(biāo)，家長對于學(xué)生在學(xué)校的情況又很難準(zhǔn)確知曉，即便是輔導(dǎo)員想要準(zhǔn)確了解每名學(xué)生的學(xué)習(xí)情況也很難做到。本系統(tǒng)可利用學(xué)生單一科目期末考試成績、學(xué)科類別平均成績、總體成績平均績點(diǎn)以及圖書館借閱數(shù)據(jù)等來生成學(xué)生的用戶畫像，同時將班級內(nèi)同學(xué)的單一科目期末考試平均成績、學(xué)科類別平均成績、總體成績平均績點(diǎn)和圖書館借閱數(shù)據(jù)等生成群體畫像，通過對比生成學(xué)生學(xué)業(yè)預(yù)警信息。輔導(dǎo)員可以通過學(xué)業(yè)預(yù)警信息及時與學(xué)生和家長展開談話和溝通工作，助力學(xué)生的成長成才。

3.3 心理危機(jī)預(yù)警

近年來，大學(xué)生由于心理問題引發(fā)的突發(fā)狀況頻頻發(fā)生，尤其是自殺傷人事件的發(fā)生率呈上升趨勢，給學(xué)生本人及其家庭帶來了極大的痛苦，同時給學(xué)生、學(xué)校和教學(xué)秩序造成了不良影響。目前，各高校都已初步形成了自己的心理危機(jī)預(yù)警體系，學(xué)校設(shè)置心理咨詢中心，學(xué)院設(shè)置心理咨詢分站，各個班級設(shè)置心理委員，目的就是及時發(fā)現(xiàn)可能存在心理危機(jī)的學(xué)生。即便是層層防控，還是有遺漏和疏忽的地方，這就需要有一個系統(tǒng)可以從學(xué)生的學(xué)業(yè)成績、家庭經(jīng)濟(jì)情況、學(xué)校生活情況、校園社交等方面綜合展示學(xué)生的各項(xiàng)狀態(tài)，用以輔助發(fā)現(xiàn)可能有心理危機(jī)的學(xué)生。

學(xué)工輔助系統(tǒng)的應(yīng)用不僅限于以上三點(diǎn)，同時服務(wù)對象也不僅為高校輔導(dǎo)員。由于系統(tǒng)連通學(xué)校各信息管理系統(tǒng)，學(xué)生也可以用真實(shí)數(shù)據(jù)來預(yù)測自己的未來發(fā)展和職業(yè)規(guī)劃。因此，本系統(tǒng)是一個面向全校的開放性系統(tǒng)，允許高校其他管理信息系統(tǒng)接入，通過對不同數(shù)據(jù)的組合分析，可以讓本系統(tǒng)具有更廣泛、更豐富的使用面和應(yīng)用場景。

4 學(xué)工輔助系統(tǒng)建設(shè)過程存在的問題

4.1 學(xué)工輔助系統(tǒng)與其他信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接問題

學(xué)工輔助系統(tǒng)的建設(shè)基礎(chǔ)是建立數(shù)據(jù)交換模塊，建設(shè)數(shù)據(jù)交換模塊的主要困難是如何與高?，F(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行對接。高校內(nèi)信息管理系統(tǒng)大多是不同開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)的，部分信息管理系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行多年，數(shù)據(jù)量十分龐大并且運(yùn)行效率低下，有些系統(tǒng)甚至早已失去官方維護(hù)服務(wù)。這種情況下建設(shè)數(shù)據(jù)交換模塊需要對高校各個信息管理系統(tǒng)進(jìn)行深入的了解，并將系統(tǒng)內(nèi)的核心數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，對系統(tǒng)進(jìn)行小規(guī)模的二次開發(fā)。

4.2 數(shù)據(jù)選擇問題

在打通各個信息系統(tǒng)之后還需考慮數(shù)據(jù)去留和數(shù)據(jù)清洗問題。由于學(xué)生每天在學(xué)校產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是多種多樣的，有些數(shù)據(jù)具有實(shí)際意義，有些數(shù)據(jù)反而會對系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生干擾。例如，利用消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行貧困生身份識別，當(dāng)貧困生補(bǔ)助發(fā)放至學(xué)生的一卡通時，學(xué)生在某個時間段內(nèi)的消費(fèi)能力可能會有提升，這將會對他下一季度的貧困生身份鑒定產(chǎn)生影響。如何對已知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，增加運(yùn)行結(jié)果的可信度也是學(xué)工輔助系統(tǒng)建設(shè)過程中需要考慮的問題。

4.3 業(yè)務(wù)判定標(biāo)準(zhǔn)問題

在系統(tǒng)建設(shè)過程中還需考慮各個業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。例如，學(xué)生一個學(xué)期不通過的課程在2門及以上就要進(jìn)行學(xué)業(yè)預(yù)警；學(xué)生的消費(fèi)能力低于全校平均水平的三分之二即可認(rèn)定成為貧困生。每個新業(yè)務(wù)的增加都要考慮相對應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣在建設(shè)過程中才能夠準(zhǔn)確把握系統(tǒng)建設(shè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 語

數(shù)據(jù)挖掘是一門較為成熟的學(xué)科，并在多個領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出重要作用。目前，高校的信息化建設(shè)已經(jīng)初見成效，信息采集較為完整，信息數(shù)量非常龐大，人工已經(jīng)無法準(zhǔn)確處理每項(xiàng)數(shù)據(jù)。現(xiàn)在學(xué)生的思想較為開放，個性鮮明，一刀切的管理模式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)在的大學(xué)校園。個性化培養(yǎng)、個性化管理模式已經(jīng)進(jìn)入高校人才培養(yǎng)的視野，在這種情況下，更需要準(zhǔn)確把握每一名學(xué)生的各項(xiàng)信息，有針對性地開展工作，幫助學(xué)生成長成才，這就需要一個全新的系統(tǒng)來輔助決策。本文設(shè)計了一種基于數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)工輔助系統(tǒng)，利用標(biāo)簽數(shù)據(jù)生成“學(xué)生畫像”并利用學(xué)生畫像來為學(xué)生進(jìn)行一系列信息和行為的預(yù)警和預(yù)測，為高校輔導(dǎo)員提供了個性化管理和個性化培養(yǎng)的新途徑。

主要參考文獻(xiàn)

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