基于Python的學(xué)科知識點(diǎn)學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)與分析

郎沁爭 謝艷萍

摘要：教師獲取教學(xué)反饋的主要途徑是課堂提問、布置作業(yè)、階段性考試、期末考試等，其目的是了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，將以上途徑信息化，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有助于教師從各個角度了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)活動，以提升教學(xué)質(zhì)量。Python具有簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大、可操作性高等特點(diǎn)，適合于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域。本文將實(shí)現(xiàn)知識點(diǎn)學(xué)習(xí)情況的信息化，采用Python進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將結(jié)果進(jìn)行可視化顯示。

關(guān)鍵詞：Python;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);數(shù)據(jù)分析;教學(xué)反饋

0引言

教師在教學(xué)活動中，通過課堂提問、布置作業(yè)、階段性考試、期末考試等方式了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，以上方式需要教師在批改成績上投入大量的時間，同時學(xué)生學(xué)習(xí)情況的結(jié)果不方便統(tǒng)計(jì)分析，是教師個人主觀上的一個評價(jià)。本文將以上途徑信息化，利用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、可視化顯示，有助于教師本人、以及其他人員從各個角度了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)活動，因材施教，以提升教學(xué)質(zhì)量[1-3]。

1設(shè)計(jì)思路

本文整體設(shè)計(jì)包含信息化測試模塊、自動閱卷模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊和可視化模塊。“信息化測試”主要是實(shí)現(xiàn)將考核知識點(diǎn)信息化，得到Excel格式的答題數(shù)據(jù)，方便后期數(shù)據(jù)分析等工作;“自動閱卷”是使用Python實(shí)現(xiàn)自動化閱卷，得到每個學(xué)生的答題正確情況;“統(tǒng)計(jì)分析”主要是從學(xué)生個人和班級整體兩個角度進(jìn)行分析，每個角度從三個維度進(jìn)行分析，分別是：每個題的答題情況、每個知識點(diǎn)的答題情況和每個章節(jié)的答題情況;“可視化”是將前面統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)以圖形化的方式顯示出來，使結(jié)果更加直觀。

2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1信息化測試

信息化測試首先需要將課程知識點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，并對每一個知識點(diǎn)出若干個有階梯難度的測試題，然后對每一個測試題進(jìn)行編號，編號規(guī)則是用兩位表示章節(jié)號、兩位表示知識點(diǎn)號、三位表示題號，如0201002表示第2張第1個知識點(diǎn)的第2個測試題。其中知識點(diǎn)號按照知識點(diǎn)的前后關(guān)系進(jìn)行編號，題號按照每一個知識點(diǎn)的考核的難易程度編號，以方便后期展示學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

電子試卷采用微信小程序中的“趣問卷”來實(shí)現(xiàn)，即將上一步的試題在“趣問卷”中實(shí)現(xiàn)電子化。將“趣問卷”的電子試卷分享給學(xué)生，學(xué)生可以答題，實(shí)現(xiàn)電子測試。最終可以在“趣問卷”將所有學(xué)生的答題情況導(dǎo)出為Excel表格，方便后期統(tǒng)計(jì)分析。

2.2自動閱卷

在Excel表格的第2行插入標(biāo)準(zhǔn)答案，以方便自動閱卷。采用python讀取Excel文件，將每個學(xué)生的答案和標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比對，正確標(biāo)識為1，錯誤標(biāo)識為0，以實(shí)現(xiàn)自動閱卷。

同時可以根據(jù)每個學(xué)生在每個題的答題情況，可以統(tǒng)計(jì)出來班級在每個題的答對率。

2.3統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析從學(xué)生和班級兩個角度進(jìn)行，每個角度從每個題答題情況、知識點(diǎn)答題情況和章節(jié)答題情況三個維度進(jìn)行。其中每個題答題情況在自動閱卷環(huán)節(jié)已經(jīng)完成。

（1）知識點(diǎn)答題情況統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)每個學(xué)生和整個班級的知識點(diǎn)答題情況需要將相同知識點(diǎn)編號的進(jìn)行合并，算出該知識點(diǎn)答題的正確率，以體現(xiàn)每個學(xué)生和整個班級在該知識點(diǎn)掌握情況，其中合并相同知識點(diǎn)是通過修改列名來實(shí)現(xiàn)的，然后對每個學(xué)生和整個班級的相同列名的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和，得到答對的總數(shù)，再除以該知識點(diǎn)考題的總數(shù)，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

（2）章節(jié)答題情況統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)每個學(xué)生和整個班級的章節(jié)答題情況需要將相同章節(jié)編號的進(jìn)行合并，算出該章節(jié)的正確率，以體現(xiàn)每個學(xué)生和整個班級在該章節(jié)掌握情況，其中合并相同章節(jié)是通過將修改列名來實(shí)現(xiàn)的，然后對每個學(xué)生和整個班級的相同列名的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和，得到答對的總平均率，再除以該章節(jié)的總數(shù)，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2.4可視化

采用可視化圖形的方式將統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果展示出來，能夠更加直觀的觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。每個學(xué)生和整個班級都會有一個成績圖，并以學(xué)生名稱和班級名稱命名保存為圖片文件，成績圖中會展示出在每個考題、每個知識點(diǎn)、每個章節(jié)的折線圖。

通過以上可視化的操作，學(xué)生個人的成績分析圖如圖1所示，班級成績分析圖類似。

3結(jié)果和結(jié)論

從學(xué)生成績分析圖中，可以很直觀的看出該學(xué)生在第2章第2知識點(diǎn)存在很大問題，同時在整個第3章處于中等答對率的水平，這樣子可以有針對性的學(xué)習(xí);從班級成績分析圖中也可以直觀得到各種指導(dǎo)性信息。

通過上面的分析可以確定，該方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速自動閱卷，而且能夠快速、高效、直觀的分析學(xué)生個人和班級整體的學(xué)習(xí)情況，從而能夠讓教師及時調(diào)整教學(xué)，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]聶鑫.基于Python的測試成績處理與分析[J]信息與電腦，2020（21）：47- 49.

[2][美]WesMcKinney.利用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[M].徐敬一，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，201

[3]韓文煜.基于Python數(shù)據(jù)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)整理與分析研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（4）：157-158.

作者簡介

郎沁爭（1987-），男，河南沁陽人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、FPGA設(shè)計(jì)、python數(shù)據(jù)分析;謝艷萍（1980-），女，河南孟州，碩士研究生，主要研究方向是軟件開發(fā)。