數(shù)據(jù)倉庫技術在中考成績分析中的應用探索

王剛

中圖分類號：G4 ?文獻標識碼：A ?文章編號：（2020）-25-291

近年來，隨著中考網(wǎng)上閱卷工作的順利實施，我市逐漸積累了大量、詳細的中考成績數(shù)據(jù);雖然每年會有專人對中考成績進行分析，但也沒有能夠全方位、多角度、跨年度地深入分析挖掘出中考成績背后所包含的潛在價值?；趥鹘y(tǒng)的簡單成績查詢，已經(jīng)不能滿足日益增長的數(shù)據(jù)分析需求，而數(shù)據(jù)倉庫技術正是為了構建這種新的分析處理環(huán)境出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)存儲和組織方式。

一、數(shù)據(jù)倉庫簡介

數(shù)據(jù)倉庫是面向主題的、集成的、不可更新的（穩(wěn)定性）、隨時間不斷變化（不同時間）的數(shù)據(jù)集合，把企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)進行有效的集成，生成分析性報告，為企業(yè)的各層級決策和分析人員所使用。數(shù)據(jù)倉庫具有面向主題的、集成的、時變的和穩(wěn)定性的特點。

二、中考成績數(shù)據(jù)倉庫的設計

（一）中考成績數(shù)據(jù)倉庫的體系結構

對于數(shù)據(jù)倉庫的用戶來說，數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)倉庫的應用工具、前端工具組成。

具體體系結構如圖所示：

內(nèi)部數(shù)據(jù)源主要為歷年的中考報名和成績數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)源包括縣區(qū)、學校的教學管理相關信息，以及教師個人相關信息、教學手段方法等信息，和學生學習相關信息等。

（二）中考成績數(shù)據(jù)倉庫的模型設計

在進行數(shù)據(jù)倉庫的設計開發(fā)時，通常要建立概念模型、邏輯模型、物理模型三個層次的數(shù)據(jù)模型。

1.概念模型設計

進行概念模型的設計主要完成兩項工作：一是確定主題域。主題，簡單來說，就是用戶在使用數(shù)據(jù)倉庫時所關心的方面。主題域是決策者在使用數(shù)據(jù)倉庫分析時關心的一個個分析領域，包括分析問題的各種角度和從相應視角觀察分析到的事實數(shù)據(jù)。從某種意義上來說，主題域也就是為數(shù)據(jù)倉庫劃定的一個大致的系統(tǒng)邊界，確定主題域的工作也可以看作是為了設計好數(shù)據(jù)倉庫而對用戶進行的需求分析。因此，進行數(shù)據(jù)倉庫設計之前，要了解掌握哪些問題是用戶感興趣的？這些問題都需要什么樣的數(shù)據(jù)信息等？二是確定數(shù)據(jù)倉庫中各主題及其相關要素內(nèi)容。主題域確定之后，就可以對每個主題具體應包含的要素、內(nèi)容進行描述。數(shù)據(jù)倉庫的概念模型一般采用多維數(shù)據(jù)模型建模。在多維數(shù)據(jù)模型中，包含維度（觀察事物的角度）和事實（觀察得到的事實數(shù)據(jù)）兩種建模要素。一個主題表達為由多個維度和一組事實數(shù)據(jù)構成的一個星型模型。

按照建立中考成績數(shù)據(jù)倉庫的特點來說，主題域為教育管理與決策層關心的分析領域，包括教學管理、教師教學和學生學習等情況。即主題域主要包括教學管理分析主題、教師教學分析主題、學生學習情況分析主題。

（1）教學管理分析主題，主要是分析各縣區(qū)、各學校學生的總分、單科成績最高分、平均分;分析總分、單科各成績區(qū)段中各縣區(qū)、各學校人數(shù)占比情況;分析縣區(qū)學校單科成績中各班級的差異。

（2）教師教學分析主題，主要是對教師的教學水平、教學方法和手段的分析。包括分析教師的年齡、職稱、性別、學歷等個人因素，以及教師在教學過程中運用的教學方法和手段等對學生成績的影響。具體包括：①同一門課，縱向對比縣區(qū)、學校每名教師所帶班級的平均成績;②同一門課，橫向比較縣區(qū)、學校每名教師所帶的不同班級的平均成績。

（3）學生學習情況分析主題，主要是根據(jù)總成績和單科成績分析不同成績區(qū)段學生的日常學習情況差異。比如喜歡閱讀課外書、經(jīng)常刷課外輔導試卷、經(jīng)常和同學一起復習研究等個人或團體行為對學生成績的影響。

在本系統(tǒng)中我們選擇以教師教學分析主題作為該系統(tǒng)的分析主題。在教師教學分析主題中，包括時間維、考生維、教師維、縣區(qū)學校維、課程維和教師教學事實表。

基于教師教學分析主題的概念模型如圖所示：

2.邏輯模型設計

本系統(tǒng)中對教師教學分析主題進行分析。它的邏輯模型設計主要包括粒度層次劃分、數(shù)據(jù)表的合理劃分、關系模式的定義、提練表中數(shù)據(jù)等。在本系統(tǒng)中可以采取單一的粒度設計模式來進行粒度層次劃分。由于主題內(nèi)各個關系表的數(shù)據(jù)量不是很大，因此不用進行表的分割。邏輯模型主要使用事實表和各維度表的關系模式來表達。本系統(tǒng)的多維模型采用星型模型。根據(jù)概念模型，在本系統(tǒng)中事實表為教師教學情況表，時間表、考生表、教師表、課程表和縣區(qū)學校表等為維表。基于教師教學分析主題的邏輯模型如圖所示：

3.物理模型設計

物理模型的設計是指數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉庫中的存放形式和數(shù)據(jù)的組織。物理模型是在邏輯模型在計算機中的具體實現(xiàn)方法，也是將前面設計的星型模型的事實表和維表都必須轉變?yōu)閷奈锢頂?shù)據(jù)表。主要包括表的數(shù)據(jù)結構類型、索引策略、數(shù)據(jù)存儲分配等。

在本系統(tǒng)中，基于教師教學分析主題物理模型，可以建立教師教學情況（Teacher_Teach_B）事實表，包括教師編號（Teacher_No）、學生的考生號（ksh）、課程代碼（CourseID）、縣市區(qū)代碼（xsqdm）、學校代碼（xxdm）、班級代碼（bjdm）等;并依據(jù)邏輯模型建立考生表（KSB）、教師表（TeacherB）、課程表（CourseB）、縣區(qū)學校表（XSQXXB）、時間表（YearB）等維表。

三、數(shù)據(jù)倉庫的構建

本文使用SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構建數(shù)據(jù)倉庫。首先，創(chuàng)建數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫。從各縣區(qū)、各學校上報的文本、EXCEL、DBF等格式的數(shù)據(jù)表中提取教師、學生相關的有用信息，結合每年的中考數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)合并在一起，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過抽取、轉換和裝載3個過程（即ETL）過程，導入獲取的各類數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫中。其次，利用SQL Server 2008 R2的商業(yè)智能項目，根據(jù)分析主題以星型模型構建數(shù)據(jù)倉庫，加載數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)倉庫，以構成OLAP立方體。最后，使用SQL Server Analysis Services實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析。

四、結束語

學生成績不僅反映了學生的學習效果，更反映了一個地區(qū)和一個學校的教學質量，以及一個教師的教學水平與能力。本系統(tǒng)的設計圍繞每年的中考成績，利用數(shù)據(jù)倉庫技術可以將歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)進行綜合分析，通過一系列分析，可以為縣市區(qū)和學校教學管理、教師教學方法和手段改進完善、學生學習模式改進等方面提供一定的支持。