基于高校網(wǎng)絡(luò)選修課的統(tǒng)計分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

蘇新梅

(烏魯木齊職業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)教育部，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)選修課程是高校學(xué)生文化素質(zhì)和綜合能力的體現(xiàn)，目前，高等本科院校和高職院校都開設(shè)了網(wǎng)絡(luò)選修課程，作為綜合教育選修課的重要補充。各互聯(lián)網(wǎng)教育運營商，都提供了海量的豐富的網(wǎng)絡(luò)課程資源，幫助各高校的學(xué)子們實現(xiàn)跨校課程共享和學(xué)分互認，完成跨校選課修讀，并獲得學(xué)分。網(wǎng)絡(luò)選修課的在線學(xué)習方式靈活多樣，宿舍、教室、操場、居家等成為重要的選修課學(xué)習場所，學(xué)生通過學(xué)習所選課程視頻完成相應(yīng)作業(yè)、提問、討論、考試等環(huán)節(jié)便可獲取學(xué)分[1-2]。

以烏魯木齊職業(yè)大學(xué)為例，網(wǎng)絡(luò)選修課程2015年開始運行，主要是和超星爾雅和智慧樹在線教育平臺合作，每年的開設(shè)課程和選課人數(shù)都在增加。現(xiàn)在每名學(xué)生在校期間，要求選修課學(xué)分不低于8個學(xué)分， 2020年上學(xué)期開設(shè)課程113門，總選課人次數(shù)是23 229人次，總選課學(xué)生數(shù)6 366人。

1 統(tǒng)計分析系統(tǒng)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)選修課程是學(xué)校教務(wù)管理系統(tǒng)的重要組成部分，是全校學(xué)生公共任選課程的主要學(xué)習方式。每學(xué)期完成網(wǎng)絡(luò)選修課程，需要統(tǒng)計學(xué)期整體情況、課程學(xué)習的人數(shù)、課程學(xué)習成績分數(shù)段的人數(shù)、按課程統(tǒng)計學(xué)生成績的及格率等。針對網(wǎng)絡(luò)選修課程的管理，傳統(tǒng)方式是手工完成統(tǒng)計和查詢，很費時費力。為高效、快速地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)選修課情況統(tǒng)計分析，本文設(shè)計了該統(tǒng)計分析程序，解決了教務(wù)管理老師的困惑，使其可以方便、全面地了解學(xué)生網(wǎng)絡(luò)選修課課程的學(xué)習情況，輕松得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)[3]。

該程序作為高校教務(wù)系統(tǒng)的延伸應(yīng)用，使得學(xué)校各學(xué)院老師都可以方便、快速、高效地了解每學(xué)期網(wǎng)絡(luò)選修課的情況。學(xué)生在學(xué)習中出現(xiàn)“刷課”等現(xiàn)象，公司平臺會反饋不良記錄的成績清單，在系統(tǒng)查詢學(xué)生課程信息時，會有“不良記錄”的標注，以示該成績可能不是學(xué)生真實學(xué)習得到的成績。

網(wǎng)絡(luò)選修課程統(tǒng)計分析系統(tǒng)為各網(wǎng)絡(luò)平臺上課程的設(shè)計提供依據(jù)和參考，如改進平臺上課程的成績構(gòu)成比例，增加課程見面課的內(nèi)容，課程考試難易程度的調(diào)整等。在課程的選擇上，除了學(xué)校必須要求的，從選課人數(shù)上反映現(xiàn)代大學(xué)生的學(xué)習興趣和愛好偏向。

2 統(tǒng)計分析系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

高校都使用了功能完善的教務(wù)管理系統(tǒng)，烏魯木齊職業(yè)大學(xué)使用青果教務(wù)系統(tǒng)和喜鵲兒手機APP，可以實現(xiàn)成績的查詢打印等功能。網(wǎng)絡(luò)選修課成績都導(dǎo)入到教務(wù)系統(tǒng)，所以前期不需要再重復(fù)建立數(shù)據(jù)庫，直接用公司平臺的Excel原始數(shù)據(jù)作為信息源。

2.1 系統(tǒng)功能說明

本系統(tǒng)是為統(tǒng)計分析網(wǎng)絡(luò)選修課而設(shè)計開發(fā)的，主要包括3項功能：(1)統(tǒng)計全體學(xué)生每學(xué)期學(xué)習整體情況；(2)根據(jù)學(xué)生學(xué)號查詢個人各科成績；(3)統(tǒng)計各科目學(xué)生成績情況。

2.2 開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境

本系統(tǒng)使用Python語言進行開發(fā)，并外加PyQt5、Pandas、matPlotlib 3個軟件包。Python語言簡練，外接軟件包豐富，開發(fā)效率高。本系統(tǒng)包括注釋等只有600多行程序，可以想象其精煉程度。PyQt5、Pandas、matPlotlib是為Python提供的功能強大的軟件包。PyQt5是開發(fā)界面的工具；Pandas是數(shù)據(jù)分析的工具，為處理報表數(shù)據(jù)提供了豐富的函數(shù)和方法；matPlotlib是繪制二維圖的工具，功能強大，使用方便，本例中只用了10行程序，就繪制了精美的成績分數(shù)統(tǒng)計直方圖。系統(tǒng)運行環(huán)境：Windows 7，Windows 10及以上版本。

“人生苦短，我要用Python。”；選用該語言的另一個原因是Python語言是目前較為廣泛流行的語言，是世界上使用人員最多的語言，在大數(shù)據(jù)處理、人工智能開發(fā)更是首選語言，并且烏魯木齊職業(yè)大學(xué)剛開始開設(shè)該語言課程，因此選用該語言展示其魅力，以便促進各程序語言的使用者喜愛并熟練使用此語言。

2.3 輸入數(shù)據(jù)文件說明

輸入數(shù)據(jù)文件為Excel文件，可以接受擴展名為(.xls,.xlsx)兩種格式的文件。要求每個學(xué)期數(shù)據(jù)由兩個sheet組成，前一個為學(xué)員成績表、后一個為學(xué)員不良記錄表，可以存放多個學(xué)期的數(shù)據(jù)。但一個學(xué)期的兩個sheet要挨著存放，即使該學(xué)期無有不良記錄表，也要存放一個只有表頭而無數(shù)據(jù)的sheet。每個sheet數(shù)據(jù)表格的格式可以不受限制，但要求要有如下幾個數(shù)據(jù)項[‘課程名稱’,‘課程ID’,‘學(xué)生姓名’,‘學(xué)號/工號’,‘綜合成績’]，而且數(shù)據(jù)項名稱不得改變。

2.4 程序的難點

程序的難點是3個軟件包的使用，Pandas是做數(shù)據(jù)分析使用的，其使用環(huán)境更適合于行運行，直接應(yīng)用于桌面程序中是一嘗試；PyQt5是做界面的，matPlotlib是作圖軟件包有自己的界面。本系統(tǒng)中將matPlotlib封裝為一個類作為Qt的一個控件，嵌套于Qt界面中，具有重復(fù)應(yīng)用性。

2.5 界面設(shè)計說明

烏魯木齊職業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)選修課統(tǒng)計分析如圖1所示，可以看出，界面包括一行簡單的菜單欄和窗口區(qū)，菜單欄實現(xiàn)數(shù)據(jù)表文件的加載，是打開Excel文件的多個工作表。窗口區(qū)是實現(xiàn)程序的3項功能：總體評價、學(xué)生成績查詢、按課程統(tǒng)計。依次從上到下，每個功能使用的控件包含在一個組合框內(nèi)，以便于用戶區(qū)分。

圖1 烏魯木齊職業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)選修課統(tǒng)計分析

(1)總體評價：使用了一個選擇框，4個單行文本框，5個靜態(tài)文本框。選擇框供用戶選擇學(xué)期，其內(nèi)容根據(jù)加載的文件自動更新；4個文本框用于顯示統(tǒng)計得到的結(jié)果，為了防止用戶在文本框中輸入信息，文本框做了只讀限制；靜態(tài)框用于上述控件的標注。

(2)學(xué)生成績查詢：輸入的是學(xué)號，系統(tǒng)查詢顯示姓名和4門課程信息，使用了文本框和靜態(tài)框。其中一個文本框是用于輸入學(xué)生號，只允許輸入數(shù)字，不能超過12位；其余文本框用于顯示查詢的結(jié)果，均已做了只讀處理；用于顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)是正常還是不良記錄標識使用了靜態(tài)框。

(3)按課程統(tǒng)計：使用了3組控件，用于同時3門課程成績的查詢，每組控件包括一個選擇框、兩個文本框、3個靜態(tài)框。選擇框用于選擇課程，其內(nèi)容隨學(xué)期選擇而自動改變；兩個文本框用于顯示查詢統(tǒng)計的內(nèi)容，都做了只讀處理；一個繪圖控件，用于繪制3門成績分數(shù)區(qū)間的直方圖，圖帶有軸標題、軸標注、圖例與網(wǎng)格。

2.6 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理是指數(shù)據(jù)自文件到內(nèi)存，是用戶看不到的功能，卻是為后續(xù)功能提供支持而不可或缺的。系統(tǒng)將每個季度的兩個sheet的數(shù)據(jù)，通過處理存儲在一個Pandas的一個DataFrame對象中，為后續(xù)的計算提供了方便，盡管數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)項很多，但裝入內(nèi)存的只是需要的有限的幾列數(shù)據(jù)，從而節(jié)約了內(nèi)存。

2.7 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)功能包括總體評價、學(xué)生成績查詢、課程情況查詢3項。雖然Python語言是解釋性語言，執(zhí)行性能差，但在功能實現(xiàn)上均使用Pandas提供的內(nèi)部函數(shù)，因為其是用C語言實現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的執(zhí)行效率并沒有下降。

2.7.1 總體評價

整體情況統(tǒng)計的數(shù)據(jù)包括：考試人次、考生數(shù)、開設(shè)課程門數(shù)，還有及格人次數(shù)?？荚嚾舜螖?shù)是數(shù)據(jù)中心的總行數(shù)，通過DataFrame的shape屬性完成；選課學(xué)生數(shù)是學(xué)生號不重復(fù)的所有行數(shù)，學(xué)生號不重復(fù)數(shù)據(jù)通過DataFrame的函數(shù)unique()提取得到，返回的是一個數(shù)列，求取長度即可得到所需要的值；開設(shè)課程門數(shù)用求取學(xué)生數(shù)同樣的方法可以得到；及格人次數(shù)通過DataFrame條件查找語句DataFrame([‘綜合成績’]>59.99)即可提取到所有及格的數(shù)據(jù)，在對其統(tǒng)計行數(shù)即可得到。

2.7.2 學(xué)生成績查詢

本功能是通過學(xué)生號找到相應(yīng)的記錄，通過DataFrame查找條件為[‘學(xué)號/工號’] == 輸入的學(xué)生號的一個查找語句完成，查找到的結(jié)果是包含多個記錄的數(shù)據(jù)列，對其進行遍歷，將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的控件。

說明：成績狀態(tài)是顯示“正?！焙汀安涣加涗洝?，“不良記錄”是該學(xué)號的學(xué)生在“不良記錄”表里存在，否則顯示“正常”。

2.7.3 按課程統(tǒng)計

本功能是參加某課程的人數(shù)以及及格人數(shù)的獲取，上文已詳細介紹。在此重點介紹Pandas提供的數(shù)據(jù)分割分類功能。假如已經(jīng)提取了某門課程的所有數(shù)據(jù)集于data(其為DataFrame結(jié)構(gòu)，是所有數(shù)據(jù)的一個子集)，需要設(shè)計分割器數(shù)據(jù)表，本系統(tǒng)中如下：

cutdata=[-0.01,0.01,9.99,19.99,29.99,39.99,49.99,59.99,69.99,79.99,89.99,101]

這是一個列表，是由數(shù)據(jù)分割的分割點值組成，其分割采用下邊界開放，上邊界閉合的方式，也就是對于上述設(shè)計的分割器所做的結(jié)果是(-0.01,0.01],(0.01,9.99],(9.99,19.99],(19.99,29.99],(29.99,39.99],(39.99,49.99],(49.99,59.99],(59.99,69.99],(69.99,79.99],(79.99,89.99],(89.99,101]]共11段，如此設(shè)計是考慮成績分數(shù)的特點以及避開浮點數(shù)進行等于判斷。實際達到的分割效果如下：

[0],(0,10),[10,20),[20,30),[30,40),[40,50),[50,60),[60,70),[70,80),[80,90),[90,100]準備好了數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分割器，就可以分割：

cj_cut = Pandas.cut(data[‘綜合成績’],bins=self.cutdata )該函數(shù)實現(xiàn)了對每一個數(shù)據(jù)進行分割歸類，分類后對各類數(shù)據(jù)個數(shù)進行統(tǒng)計：

classdata = cj_cut.value_counts(sort=False)對分割分類的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，也就是每類有多少個數(shù)據(jù)，參數(shù)為假，表示統(tǒng)計結(jié)果不排序，按上述提供的分段區(qū)間順序。說明：0分學(xué)生大部分是選修了課程，但沒有參加學(xué)習的情況，需要單獨統(tǒng)計。

2.7.4 打開文件模塊設(shè)計

由于原始Excel文件數(shù)據(jù)量大，打開文件需要時間等待，考慮增加提示信息狀態(tài)欄self.statusBar().showMessage(“正在打開文件!”)。目前，只考慮源文件格式是xls和xlsx，否則，用信息框顯示提示信息“該程序不支持該格式文件!”。本文使用pd.read_excel()函數(shù)來讀取Excel文件：data_df =pd.read_excel(filename,sheet_name=None)，將數(shù)據(jù)存入包含sheet表、行、列的三維表中，循環(huán)依此處理每個學(xué)期的成績數(shù)據(jù)和對應(yīng)該學(xué)期的不良記錄。

3 系統(tǒng)改進和完善

目前，該系統(tǒng)只是單機版的基于Excel表格的統(tǒng)計分析系統(tǒng)。后期可以考慮將每年的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，建立基于C/S或B/S的網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)軟件，建立有權(quán)限控制的網(wǎng)上查詢，給教學(xué)秘書、導(dǎo)學(xué)教師、學(xué)生分配不同的查詢和管理權(quán)限。系統(tǒng)可以增加歷年的課程成績比較圖表、以表格形式展現(xiàn)一個班學(xué)生的成績、成績的查詢結(jié)果實時打印等功能，還可以實現(xiàn)手機端APP查詢功能等。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)課程線上資源豐富，通過該平臺，學(xué)生可以領(lǐng)略各高校知名學(xué)者教授的風采，學(xué)習其精心完成的課程內(nèi)容，對提高各專業(yè)教師能力也是很好的平臺。因此，網(wǎng)絡(luò)課程可以是全員參與的較好學(xué)習方式，建議學(xué)校的管理層后期可以考慮學(xué)校教務(wù)處和各個學(xué)院老師溝通，建立專業(yè)教師的個人學(xué)習發(fā)展平臺，督促教師拓展和提高知識和技能。完善學(xué)校網(wǎng)上選課系統(tǒng)和公司網(wǎng)絡(luò)課程平臺的相互鏈接，建立老師和學(xué)生都可以參與的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習系統(tǒng)。