西藏民族大學(xué)綜合素質(zhì)測評可視化應(yīng)用研究*

陳怡霏 高屹，2**

（1.西藏民族大學(xué)；2.西藏光信息處理與可視化技術(shù)重點實驗室，陜西 咸陽 712082)

1 研究背景

大數(shù)據(jù)時代加速了西藏經(jīng)濟社會的發(fā)展，對于廣大大學(xué)生來說，綜合素質(zhì)成為了新時代的能力要求，傳統(tǒng)單一的知識型大學(xué)生已完全不能符合西藏經(jīng)濟社會對高水平人才的要求。素質(zhì)和能力是逐步成為大學(xué)生就業(yè)的核心競爭力。大學(xué)生要想在踏入社會、進入職場中取得主動、優(yōu)勢地位，需要在大學(xué)期間努力做好知識儲備的同時，有意識的提高自身綜合素質(zhì)［1］與能力，從而提升自己的競爭優(yōu)勢。

西藏民族大學(xué)綜合素質(zhì)測評不同于一般通用型測評，有其特殊的民族性、地域性及其他差異性。平面二維的測評數(shù)據(jù)很難能夠直觀的反應(yīng)現(xiàn)實情況，尤其在復(fù)雜的大數(shù)據(jù)挖掘環(huán)境下，需要利用用戶畫像的方式實現(xiàn)復(fù)雜的統(tǒng)計分析并建模表達(dá)。學(xué)生們也可以利用這些可視化的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方法，收集并解析實體對象的行為屬性、生活習(xí)慣、業(yè)余活動情況。

因此，本文所設(shè)計的數(shù)據(jù)可視化平臺能夠立體的呈現(xiàn)大學(xué)生綜合素質(zhì)評定的結(jié)果［2］，還能詳盡、精確地對大學(xué)生在校階段所有數(shù)據(jù)進行匯總與統(tǒng)計分析,借助圖譜、二維表等可視化手段有助于學(xué)生們更全面地了解個人的綜合能力發(fā)展、專業(yè)和核心能力情況、綜合素質(zhì)評估結(jié)果等信息。

2 可視化技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在國外發(fā)展較早，技術(shù)成熟，在哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院等一些知名的大學(xué)都將數(shù)據(jù)可視化作為研究課題。麻省理工學(xué)院的研究小組以城市信息化的可視化為研究重點，已發(fā)表了數(shù)篇被廣泛引用的論文。斯坦福正在進行的項目包括交互式可視化的新語言、理論模型、探索性分析和設(shè)計工具、評估可視化效果的感知實驗，以及用于大規(guī)模文本分析、人口基因組學(xué)和其他領(lǐng)域的可視化分析系統(tǒng)，從而推動數(shù)據(jù)可視化工具的研究進展。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相對國外而言，國內(nèi)可視化研究相對較晚，始于20 世紀(jì)90 年代初。數(shù)據(jù)可視化在不同領(lǐng)域被廣泛研究，國內(nèi)許多高校成立了專門的數(shù)據(jù)可視化研究團隊做相關(guān)技術(shù)方面的研究并取得一定成果，例如北京大學(xué)的“所見即所得”可視化系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)參數(shù)與可視化系統(tǒng)進行交互，建立了以面向目標(biāo)為特點的新可視化人機交互機制；浙江大學(xué)對高維時變數(shù)據(jù)實現(xiàn)突破等。

除了學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域,媒體、企業(yè)、工作室和個人也都積極加入數(shù)據(jù)可視化研究當(dāng)中。隨著數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的逐步成熟，國內(nèi)許多學(xué)者都撰寫了關(guān)于數(shù)據(jù)可視化的論文，而且國內(nèi)的數(shù)據(jù)可視化平臺、技術(shù)、工具也層出不窮，例如百度團隊研發(fā)的基于Java Script 腳本語言所實現(xiàn)的Echarts可視化平臺，本文也采用這款工具進行可視化實現(xiàn)，這些研究都將極大的推動可視化技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展。

3 相關(guān)技術(shù)

近年來，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，許多軟件開發(fā)技術(shù)［3］應(yīng)運而生，其中，HTML5 是目前最受歡迎的網(wǎng)頁設(shè)計技術(shù)之一，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式化的展示，決定網(wǎng)頁的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容；Css3 可以通過樣式表美化網(wǎng)頁，使網(wǎng)站設(shè)計錦上添花；Java Script 是一種弱類型腳本語言，對網(wǎng)頁行為進行編程，其源代碼不需要經(jīng)過編譯，由瀏覽器解釋運行；ECharts 是一款用JavaScript 實現(xiàn)的數(shù)據(jù)可視化庫，目前在計算機領(lǐng)域應(yīng)用較多。

3.1 HTML5+Css3+JavaScript框架概述

超文本標(biāo)記語言［4］HTML（Hyper-Text-Markup-Language）是結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)語言之一。HTML5 作為新一代的HTML 標(biāo)準(zhǔn)，主要使用Web 技術(shù)進行開發(fā)，融合了許多新型元素。區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)頁語言，HTML 還具備許多新特性及新規(guī)則，使得各個瀏覽器有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。其主要優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)跨平臺瀏覽頁面，是未來發(fā)展的趨勢，并且適應(yīng)新時代市場的需求。

Css 釋義為層疊表樣式，專門表現(xiàn)HTML、XML 等格式文件樣式的特定語言，它是Css 的最新一代規(guī)范版本，提供了豐富的文檔樣式外觀，使得頁面布局更加靈活，配合HTML 語言進行頁面外觀控制，真正實現(xiàn)內(nèi)容與表現(xiàn)分離。在Css2.1 的基礎(chǔ)上增加了很多更加強大的功能，完善了選擇器、背景效果、視覺效果、盒模型等，以便于開發(fā)人員解決一些實際面臨的問題。

Java Script 是一種標(biāo)準(zhǔn)解釋型腳本語言，通常在客戶端運行，以ECMA-Script為標(biāo)準(zhǔn)，已被廣泛應(yīng)用于Web 應(yīng)用開發(fā)，為網(wǎng)頁添加各種樣式的動態(tài)效果［5］。它和Css 一樣也屬于一種文本信息，JavaScript 用于動態(tài)交互式網(wǎng)頁的開發(fā)，可以解決用戶和瀏覽器之間的交互問題，使得網(wǎng)站的用戶體驗得到大幅提升。

3.2 ECharts概述

Enterprise-Charts 是ECharts 的簡稱，商業(yè)級數(shù)據(jù)圖表，是一個典型Java Script圖表庫，可以在諸如移動設(shè)備、PC 上流暢運行，對各類瀏覽器非常友好。支持各類圖表，同時提供多種可交互組件，支持多圖表、組件的聯(lián)動和混搭顯現(xiàn)。由于ECharts 具有豐富可視化類型、能展現(xiàn)千萬數(shù)據(jù)、絢麗的特效、動態(tài)數(shù)據(jù)［6］等特性，本文選擇ECharts 作為綜合素質(zhì)數(shù)據(jù)可視化工具，盡可能增強用戶體驗、展示數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)部分

4.1 數(shù)據(jù)來源

本項目側(cè)重數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)，對數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)針對性有較高的要求，因此本文以西藏民族大學(xué)信息工程學(xué)院19 級各班學(xué)生的綜測數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)樣本，綜測指標(biāo)體系主要包括基本素質(zhì)測評、學(xué)業(yè)學(xué)術(shù)測評、實踐能力測評三部分，其中基本素質(zhì)測評包括政治思想素質(zhì)、行為規(guī)范、學(xué)習(xí)態(tài)度、身心健康，此部分成績占比20%；學(xué)業(yè)學(xué)術(shù)測評占比80%，占比最大，也說明了它的重要性，主要包含各科成績、在校期間的學(xué)術(shù)研究；第三部分是對學(xué)生的社會實踐能力、社會工作能力進行綜合性考察與分析，其中社會工作一般是對學(xué)生的工作能力、協(xié)作能力等進行考察，而對于社會實踐能力來說，是考察學(xué)生在社會實踐參與方面的情況，比如是否積極參加各種義務(wù)勞動及社會實踐活動等，此維度占比20%.

4.2 數(shù)據(jù)分析與處理

西藏民族大學(xué)學(xué)生綜合素質(zhì)測評主要通過紙質(zhì)測評表、表格統(tǒng)計方法實現(xiàn)，再進行自評和評議小組互評方式，根據(jù)學(xué)生平時表現(xiàn)和學(xué)業(yè)成績，形成學(xué)生德智體美勞等方面的數(shù)量化評價結(jié)果，其主要業(yè)務(wù)流程如圖1所示。學(xué)工處根據(jù)西藏民族大學(xué)學(xué)生綜測素質(zhì)測評相關(guān)規(guī)定，設(shè)計出合理的測評表，通過各學(xué)院輔導(dǎo)員分發(fā)至各班班主任，班主任組織本班學(xué)生實事求是地填寫測評表上每一欄內(nèi)容，并提供相關(guān)材料加分證明；評議小組依據(jù)評測標(biāo)準(zhǔn)和查閱相關(guān)佐證材料后計算出每位學(xué)生最后測評分?jǐn)?shù)，并由班主任上交至本學(xué)院輔導(dǎo)員審核，審核通過后將測評數(shù)據(jù)電子版交由學(xué)工處，完成采集全校學(xué)生綜合素質(zhì)測評數(shù)據(jù)的工作。學(xué)工處對各學(xué)院上交的數(shù)據(jù)測評表進行分析，生成各種類型的統(tǒng)計報表，最后上交至學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)。由于數(shù)據(jù)可視化時的數(shù)據(jù)必須完整，而上述過程中采集的學(xué)生綜合素質(zhì)測評數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)缺失值、異常數(shù)據(jù)等情況，本文利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行存儲、加工、處理和交換，通過特征分析、聚類、分類和異常分析，對異常、缺失數(shù)據(jù)進行處理，最終形成了可進行可視化呈現(xiàn)的原始數(shù)據(jù)集。

圖1 業(yè)務(wù)流程圖

4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是可視化系統(tǒng)的重要組成部分，從數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計角度來看，在本文的學(xué)生綜合素質(zhì)測評可視化平臺中，需要存儲學(xué)生的的各項成績，包括：學(xué)生基本素質(zhì)成績、學(xué)業(yè)學(xué)術(shù)成績、實踐能力成績，經(jīng)過對本項目的需求模型的分析，得到如圖2所示的ER模型。

圖2 E-R圖

再將上述E-R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)化：

（1）學(xué)生關(guān)系模型：學(xué)生〔學(xué)號（主鍵），姓名，院系，性別，班級〕；（2）綜合素質(zhì)測評關(guān)系模型

綜合素質(zhì)測評〔學(xué)號（主鍵），基本素質(zhì)成績，實踐能力成績，學(xué)業(yè)學(xué)術(shù)成績〕；（3）班級關(guān)系模型班級〔班級編號（主鍵），班級名稱，所屬院系〕；（4）院系關(guān)系模型院系〔院系編號（主鍵），院系名稱〕

物理結(jié)構(gòu)設(shè)計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的最后一個階段，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是使用一個二維表格來呈現(xiàn)，并設(shè)計具體的表、字段、數(shù)據(jù)類型、索引等，以下對關(guān)系模型中的部分關(guān)系數(shù)據(jù)表進行設(shè)計。

學(xué)生信息表用于反應(yīng)學(xué)生的基本情況，主要包含學(xué)號、姓名、院系、性別、所屬班級，其主鍵為學(xué)號，能夠唯一標(biāo)識某個學(xué)生，具體信息表如表1所示。

表1 學(xué)生信息表

綜測素質(zhì)測評表是反應(yīng)學(xué)生各反面成績，對學(xué)生成績的展現(xiàn)需要使用綜測表，主要包括學(xué)號、基本素質(zhì)成績、實踐能力成績、學(xué)業(yè)學(xué)術(shù)成績，以學(xué)號作為主鍵，具體數(shù)據(jù)表如表2所示。

表2 綜測素質(zhì)測評表

班級關(guān)系表用于存儲班級基本信息和編號之間的關(guān)系，主要包含班級編號、班級名稱和所屬院系，具體數(shù)據(jù)表如表3所示。

表3 班級關(guān)系表

院系關(guān)系表用于存儲學(xué)院基本信息和編號之間的關(guān)系，主要包含院系編號和院系名稱，具體數(shù)據(jù)表如表4所示。

表4 院系關(guān)系表

5 可視化設(shè)計

可視化是以圖像的形式將枯燥繁雜的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，以提高人們完成某些任務(wù)的工作效率?？梢暬瘓D形的工具有Matplotlib、Echarts 等，包括傳統(tǒng)圖表形式如：柱狀、餅狀、雷達(dá)、折線、散點等，還提供新型圖表如：箱線、小提琴、熱力等類型。目前國內(nèi)絕大多數(shù)高校采用匯總打分、量化積分等方式對學(xué)生進行綜評，從而實現(xiàn)從定性評價到定量統(tǒng)計的綜合評定，具備一定的科學(xué)性。然而西藏民族大學(xué)學(xué)生綜測數(shù)據(jù)形式多樣，既包含結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還存在大量的非連續(xù)的離散數(shù)據(jù)，反映學(xué)生日常生活的復(fù)雜數(shù)據(jù)無法抽象成類似分?jǐn)?shù)一樣的量化數(shù)據(jù)，強行轉(zhuǎn)換會造成評價結(jié)果失真，無法及時正確的得到測評結(jié)果。

近年來，許多學(xué)者對大學(xué)綜合素質(zhì)測評方法進行了探索。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)融入到學(xué)生綜合素質(zhì)評價過程中成為他們研究的重點。其中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的用戶畫像技術(shù)［7］是使用真實數(shù)據(jù)描述個體用戶或群體用戶特征的過程。針對學(xué)生為研究實體，采集實體對象在校期間學(xué)習(xí)、生活、科研等行為中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行存儲、加工、分析，最后以圖譜可視化形式展現(xiàn)出來，塑造一個虛擬化的學(xué)生模型，提升學(xué)生綜合素質(zhì)評價的支持度和置信度，使學(xué)校能夠快速、清晰地查看每個學(xué)生的綜合能力，也為學(xué)生制定個人規(guī)劃提供可行性依據(jù)。

數(shù)據(jù)圖譜可視化是實現(xiàn)數(shù)據(jù)抽象及數(shù)字畫像原型的主要方法。通過圖譜、組圖等形式，可視化展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以幫助決策者有效地利用數(shù)據(jù)分析結(jié)論指導(dǎo)和改進教育教學(xué)工作。本項目設(shè)計的學(xué)生綜合素質(zhì)可視化大屏一共包括學(xué)生個人素質(zhì)模塊、班級內(nèi)部對比模塊和班級之間的對比模塊三個部分。其中，學(xué)生個人素質(zhì)模塊包括學(xué)生基本素質(zhì)、各科分?jǐn)?shù)、實踐能力和學(xué)生總分統(tǒng)計，分別使用ECharts 中的雷達(dá)圖、樹狀圖、柱形圖、儀表盤圖呈現(xiàn)；班級內(nèi)部對比分別用環(huán)形圖和餅圖展現(xiàn)班級內(nèi)各分?jǐn)?shù)段的人數(shù)和男女比例；班級之間對比模塊使用堆疊柱形圖展示各班級總成績分?jǐn)?shù)段對比、多折線圖展示各班平均分對比、折線柱形圖展示各班級學(xué)生性別比例對比。

該界面使用HTML5 語言設(shè)計網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了內(nèi)容與樣式分離，便于用戶維護與修改。通過Css 改變文本顏色、盒子的寬高、段落間距、字體樣式和背景顏色，根據(jù)不同的布局設(shè)計，不同設(shè)備的屏幕尺寸變化都會產(chǎn)生不同的變化；運用盒子模型［8］、div、Css 等技術(shù)完善模塊控制，讓網(wǎng)頁布局更加靈活。Java Script使網(wǎng)頁可以動態(tài)交互，使得頁面具有動態(tài)效果。

借助可視化模型，學(xué)生綜合素質(zhì)評價的定量數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為可視化圖譜，管理者能夠清晰地查詢學(xué)生的道德素質(zhì)、學(xué)習(xí)狀況、實踐能力等信息，還可以通過學(xué)生各科成績排名推進教學(xué)方法并對教學(xué)設(shè)計進行改革；通過對學(xué)生評價結(jié)果分析與反饋，重新調(diào)整規(guī)劃，進而達(dá)到引導(dǎo)、規(guī)范以及激勵大學(xué)生全面發(fā)展的要求。

可視化大屏主要內(nèi)容及關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3 可視化大屏主要內(nèi)容及關(guān)系圖

6 功能實現(xiàn)

本設(shè)計實現(xiàn)的頁面功能主要有前期數(shù)據(jù)格式［9］轉(zhuǎn)化、選擇班級提示框、聯(lián)動菜單、可視化分析等。主要功能圖如圖4所示。

圖4 主要功能

6.1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

在Web服務(wù)領(lǐng)域，系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)最常用的格式便是JSON，他很容易理解，因為絕大多數(shù)場景下,JSON 數(shù)據(jù)都和字典是一樣的，采用鍵值對（Keys:Values）的方式記錄數(shù)據(jù)，非常直觀，可讀性較好。本項目的數(shù)據(jù)是直接從Excel表格中復(fù)制到Echarts表格轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換為一個二維數(shù)組，將轉(zhuǎn)化結(jié)果復(fù)制到一個js文件，將字符串從Web 客戶機傳遞給服務(wù)器端程序，通過html文檔中函數(shù)的運行在瀏覽器控制臺生成最終需要的JSON 格式［10］的數(shù)據(jù)，完成了數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換。

6.2 選擇班級提示框及聯(lián)動菜單

界面中對比班級選擇采用Bootstrap［11］模態(tài)框（Modal）插件實現(xiàn)，顯示出所有班級供用戶選擇，可以在不離開父窗體的情況下有些互動，本項目中模態(tài)框由三部分構(gòu)成：modal_title 為頭部，用于體現(xiàn)標(biāo)題和close 按鈕；modal_body 是模態(tài)框的主體部分，顯示所有班級；modal_footer 是腳部，用于顯示關(guān)閉和提交按鈕。模態(tài)框圖如圖5所示。

圖5 模態(tài)框

界面中班級或?qū)W生姓名的切換使用聯(lián)動菜單，此提示框在選擇了班級時，學(xué)生姓名下拉框數(shù)據(jù)會聯(lián)動切換為對應(yīng)班級的學(xué)生姓名，這使得程序更簡潔、用戶操作更加便捷、界面更加美觀。

6.3 可視化分析

在當(dāng)前復(fù)雜的數(shù)據(jù)環(huán)境下進行學(xué)生的綜合素質(zhì)評測，需要利用用戶畫像方法從真實的用戶行為中將復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)果通過模型完整的呈現(xiàn)出來。管理者以可視化組圖的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，收集與分析相關(guān)研究實體的各類屬性，如行為、生活、學(xué)習(xí)等，能夠充分描述目標(biāo)群體的特性。

學(xué)生綜合素質(zhì)測評可視化平臺利用建模、圖譜、組圖、大屏綜合等方式挖掘?qū)W生行為數(shù)據(jù)，揭示其規(guī)律性，提升學(xué)生綜合素質(zhì)評價的置信度［12］、提升度和可信度，有利于學(xué)生更直觀地了解自己的現(xiàn)狀并對今后的學(xué)習(xí)生活進行更合理的規(guī)劃，可視化大屏如圖6所示。

圖6 可視化大屏

本項目設(shè)計的界面中有四個部分呈現(xiàn)學(xué)生個人的各方面成績，學(xué)生能夠全方位了解個人數(shù)據(jù)情況，還能夠預(yù)測學(xué)生規(guī)劃發(fā)展是否一致，了解學(xué)生本人在學(xué)生群里中的定位與差距。界面中也展現(xiàn)班級內(nèi)部學(xué)習(xí)狀況，有利于班主任了解本班學(xué)生狀況，從而創(chuàng)建更加完善的班級管理體制發(fā)揮學(xué)生的主體性。界面中還包含班級對比模塊，以西藏民族大學(xué)19級某部分學(xué)生綜合素質(zhì)測評數(shù)據(jù)為例，圖中可以看出19級各班學(xué)生綜合素質(zhì)總成績大部分集中在60～70 之間，少數(shù)班級學(xué)生成績在90分以上，可視化實現(xiàn)對學(xué)生的基本素質(zhì)、學(xué)業(yè)成績、社會實踐情況等相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析展示，預(yù)警展示學(xué)生異常數(shù)據(jù)，為管理者提供有效的決策數(shù)據(jù)。利用技術(shù)手段豐富數(shù)據(jù)采集維度，逐步降低數(shù)據(jù)獲取難度。以實現(xiàn)對學(xué)生、教學(xué)、學(xué)校管理等環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的各級各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計、清洗、存儲，以可視化模型形式對學(xué)生學(xué)習(xí)能力、綜合素質(zhì)競爭力及身心健康等方面的展示。

7 結(jié)語

對于許多大學(xué)生來說，在大學(xué)里陷入迷茫已經(jīng)成為一種常態(tài)，對自己的專業(yè)和興趣、生活和學(xué)習(xí)不知道該如何去平衡，甚至對自己的未來陷入迷茫。本文設(shè)計的可視化大屏是通過HTML5 與Css3 以及Java Script 的有機結(jié)合設(shè)計出網(wǎng)頁，通過對學(xué)生自身目前的生活狀態(tài)和學(xué)習(xí)成績等基本情況的呈現(xiàn)，讓學(xué)生對自己有一個更好更清晰的認(rèn)知。社會的發(fā)展對當(dāng)代大學(xué)生綜合素質(zhì)要求更高，大學(xué)生要努力適應(yīng)發(fā)展變化的社會，必須努力提升自身的綜合素質(zhì)。本項目研究也存在一些不足之處，主要是研究數(shù)據(jù)樣本數(shù)量較小，學(xué)生綜合素質(zhì)評價指標(biāo)體系設(shè)計不夠健全，在后續(xù)的研究中，將進一步細(xì)化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重，完善指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，擴大樣本總數(shù)和數(shù)據(jù)采集范圍，從而提升體系模型的普適性。