對學生成績數(shù)據(jù)的再認識與再應用：數(shù)據(jù)挖掘的智慧

徐張晶

同濟大學第一附屬中學 上海 200438

在教育領域中，學生成績數(shù)據(jù)扮演著重要的角色。這些數(shù)據(jù)不僅反映了學生的學習成果，也提供給教師和管理人員優(yōu)化教育資源的寶貴信息。隨著大數(shù)據(jù)技術的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘的智慧逐漸滲透到教育領域，為提高學生成績、優(yōu)化教育質(zhì)量提供了新的視角和工具。

在對學生的成績數(shù)據(jù)進行處理時，教師通常會利用分數(shù)和名次等統(tǒng)計量來評估學生的學業(yè)表現(xiàn)。然而，這些統(tǒng)計量是否科學有效呢？不同學科的成績分布具有其學科特點，不能簡單地比較其分數(shù)。比如，如果某名學生在語文和數(shù)學兩門學科考試中都取得了90 分，那么學生需要在哪門學科上投入更多的精力呢？學生考試的排名變化并不能說明其進步與否。比如，若某名學生的英語考試名次提高了10 名，但考試總?cè)藬?shù)減少了10人，那么這名學生真的有進步嗎？直接比較學科排名，則容易受到總?cè)藬?shù)的影響。比如，如果某名學生在生物科目中排名第68 名，而在地理科目中排名第82 名，但地理選科人數(shù)比生物多，那么我們能否斷定這名學生生物比地理學得更好？

綜上所述，基于當前教育環(huán)境中對學生成績數(shù)據(jù)深度分析和應用的需求，為解決傳統(tǒng)成績分析方法無法全面、精準地評估學生的學業(yè)質(zhì)量和潛在能力的問題，本文就學生成績數(shù)據(jù)挖掘進行研究和探討，旨在為教育教學提供更精準、更全面的支持。同濟大學第一附屬中學基于WeLink 學校數(shù)字基座，開發(fā)了基于數(shù)據(jù)挖掘技術的、具有學校特色的成績分析系統(tǒng)，以便更科學高效地對學生成績數(shù)據(jù)進行再認識與再應用，嘗試解決教師在成績分析中遇到的上述問題，并在學校范圍內(nèi)推廣使用，取得了顯著的成果。

一、學生成績數(shù)據(jù)的特點

學生成績數(shù)據(jù)是指學生在各類課程、考試、競賽等活動中的成績記錄。這些數(shù)據(jù)具有以下特點：

其一，數(shù)據(jù)量大。學生成績數(shù)據(jù)涉及每個學生的學習表現(xiàn)，包括各種類型的課程、考試和活動。

其二，維度復雜。學生成績數(shù)據(jù)不僅包含總分，還包含單科成績、平時表現(xiàn)評分等多個維度。

其三，時序性。學生成績數(shù)據(jù)是時間序列數(shù)據(jù)，可以反映學生在不同時間段的學習表現(xiàn)。

其四，噪聲和異常值。由于考試難度、評分標準等各種原因，學生成績數(shù)據(jù)中可能存在噪聲和異常值。

常見的學生成績分析統(tǒng)計量主要有平均分、總分、名次等。要有效利用學生成績數(shù)據(jù)，需要對其進行深入分析和挖掘。這不僅需要豐富的教育經(jīng)驗，還需要數(shù)據(jù)挖掘技術的支持。

二、對學生成績數(shù)據(jù)的再認識

通過分數(shù)和名次來衡量學生的學業(yè)效果是常見但并不一定是最佳的方式。

（一）用分數(shù)衡量學業(yè)效果的弊端

使用分數(shù)來衡量學生的學業(yè)效果可能會導致教師和家長過度關注學生的得分而忽視了學生的實際能力和學科素養(yǎng)。分數(shù)只能反映學生在某個方面的表現(xiàn)，而不能全面地評價學生的學業(yè)水平。況且分數(shù)會隨著試卷的難度、考查內(nèi)容等因素的影響而產(chǎn)生較大的波動。此外，過度強調(diào)分數(shù)還會增加學生的壓力，導致一些非必要的心理負擔。

以C 同學的兩次語文考試成績比較為例，如表1 所示，C 同學兩次語文考試成績從分數(shù)上看非常接近，但從名次看，學生有比較大的進步。

表1 C 同學兩次語文考試成績

（二）用名次衡量學業(yè)效果的弊端

使用名次來衡量學生的學業(yè)效果也存在問題。名次雖然可以反映學生成績在班級或年級中的相對位置，但并不能反映學生的實際水平和發(fā)展?jié)摿?，因而名次不能完全代表學生的真實水平。

如表2 所示，比較Y 同學兩次數(shù)學考試的成績，其名次上升了31 位，但6 月實際考試人數(shù)為311 人，9 月實際考試人數(shù)為296 人，無法排除其名次上升未受到考試人數(shù)減少因素的影響。

表2 Y 同學兩次數(shù)學考試成績

（三）不同學科間學業(yè)效果的比較存在困難

分數(shù)或名次無法在不同科目間進行比較。特別是在現(xiàn)在“3+3”的選科模式下，各等級考學科的選科人數(shù)差異較大，教師很難根據(jù)分數(shù)或名次為學生后階段需重點突破的學科提供建議。

如表3 所示，如果要評估B 同學的學習情況，選擇生物和地理中較為薄弱的一門學科進行突破，那么從分數(shù)上看，因生物和地理的考試分數(shù)接近，就很難作出選擇，且不同學科的成績很難通過絕對分數(shù)來直接比較。從名次上看，生物的考試名次比地理的高，那是否意味著B 同學應該將精力更多地花在地理科目上呢？然而，考慮到選科人數(shù)，由于選生物科目的人數(shù)要比選地理的少，可見名次也不能作為唯一的參考數(shù)據(jù)。

表3 B 同學9 月生物、地理考試成績

（四）以標準分衡量學業(yè)效果的優(yōu)勢

標準分是一種相對分數(shù)，它將學生的得分（原始分）與整個學生群體的平均分和標準差進行比較，從而得出一個標準化的值，即：

標準分=（原始分-平均分）/標準差

它不受原始數(shù)據(jù)單位的影響，除了可以表明原始數(shù)據(jù)在其分布中的位置，還能比較不同單位的數(shù)據(jù)。在學生成績分析中，它可以表示一個學生某個學科的成績相對于其他學生成績的位置，不受班級或年級人數(shù)的影響。其平均值等于0，標準差等于1，范圍通常是在-2到+2 之間，當一個學生的標準分高于或低于0 時，可以認為該學生的成績高于或低于平均水平。

作為一種簡單易懂的成績分析數(shù)據(jù)，標準分還能用來比較不同學科間的差異。如果一個學生某個學科的成績是+1，而另一個學科的成績是-1，那么可以認為該生第一個學科的成績高于平均水平，而第二個學科的成績低于平均水平。

分析上述B 同學的考試情況，從標準分可以看出，在高三9 月（試卷C）的考試中，其生物成績處于中上水平，地理成績處于中下水平（表4）。因此，后階段B 同學應該重點突破地理學科。

表4 B 同學生物、地理考試標準分

如果一個學生在一段時間內(nèi)成績上升或下降，那么標準分有助于解讀其成績變化的大小和意義。

還是以B 同學的考試情況為例，在高二6月（試卷A、試卷B）的考試中，其地理和生物成績明顯下滑。而在高三9 月（試卷C）的考試中，這兩門學科的成績有了顯著的提升。標準分可以將這種成績的波動更明顯地呈現(xiàn)出來，幫助教師更好地定位需要重點關注的學生，及時給予學習指導和生活上的關心，并調(diào)整教學策略。

教師注意到B 同學在9 月的考試中取得了顯著的進步，這表明學生已經(jīng)找到了有效的學習方法并克服了之前遇到的困難。因此，教師應該及時對B 同學進行表揚和鼓勵，讓其知道自己的努力和進步都被教師看在眼里。同時，教師也應該幫助B 同學總結這次進步的經(jīng)驗，使其在未來的學習中繼續(xù)保持這種進步的勢頭。通過這樣的方式，教師不僅能幫助學生避免成績再次下滑，還能鼓勵他們在現(xiàn)有的基礎上取得更好的成績。

綜上所述，使用分數(shù)和名次來衡量學生的學業(yè)效果存在一定的弊端，而使用標準分來衡量學生的學業(yè)效果則更加準確、全面和客觀。但它并不是唯一的參考指標，教師應該結合其他信息和學生自己的努力來作出更好的成績分析和規(guī)劃［1］。

三、學生成績數(shù)據(jù)的再應用

數(shù)據(jù)挖掘技術是一種從大量數(shù)據(jù)中提取有用信息的方法，包括聚類分析、關聯(lián)規(guī)則、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡等。在教育領域中，數(shù)據(jù)挖掘技術也有著重要的應用。學?；赪eLink數(shù)字基座，創(chuàng)新開發(fā)了一套卓有成效的學生成績分析系統(tǒng)，主要有以下創(chuàng)新點。

（一）學生學習行為分析

系統(tǒng)通過分析學生成績數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)學生在不同課程、考試和活動中的學習特點和習慣，為教師提供有針對性的教學策略。

例如，J 同學的各科標準分如表5 所示，可見其理科成績顯著優(yōu)于文科成績，這名學生需要在語文和英語上花更多精力。班主任可以將這一信息告知任課教師，教師團隊相互配合，引導學生專攻弱勢學科。

表5 J 同學各科考試成績標準分

（二）預測學生未來表現(xiàn)

基于學生的歷史成績數(shù)據(jù)和學習行為數(shù)據(jù)，可以構建預測模型，預測學生未來在學習上的表現(xiàn)和需求。

如表6 所示，Z 同學在5 月（試卷A）、6月（試卷B）、9 月（試卷C）的三次考試中，語數(shù)英三科的標準分都呈現(xiàn)上升趨勢。教師可以和學生一起總結，分析其取得連續(xù)進步的原因，從而進一步運用成功經(jīng)驗，在學習上保持上升勢頭。對于一些有推廣價值的學習經(jīng)驗，班主任可以組織學生集體學習。身邊同學的真實經(jīng)歷會給學生帶來更大的觸動，而這樣的肯定也能激發(fā)出Z 同學的斗志。

表6 Z 同學語數(shù)英考試標準分

（三）異常值檢測和處理

利用數(shù)據(jù)挖掘技術，可以檢測學生成績數(shù)據(jù)中的異常值，幫助教師和管理人員及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。

如表7 所示，H 同學在三次數(shù)學考試中成績連續(xù)退步，且退步幅度非常大，屬于異常情況。任課教師應該了解學生成績出現(xiàn)波動的原因，排查學生的學習方法是否合適。班主任也應該及時介入，分析學生其他學科的成績，弄清問題是僅僅出現(xiàn)在數(shù)學學科上，還是其他學科也有類似問題，以及其深層原因是學習因素，還是心理因素、人際交往因素，抑或是家庭因素等。

表7 H 同學三次數(shù)學考試標準分

數(shù)據(jù)不應該是冷冰冰的數(shù)字的堆砌，而是應該被作為一種有溫度的工具，用以發(fā)現(xiàn)和挖掘各種可能性。在教育領域，教師應該積極探索數(shù)據(jù)中隱藏的育人信息，更精準、更有效地培育學生的道德品質(zhì)和綜合素質(zhì)［2］。在這個過程中，數(shù)據(jù)將扮演不可或缺的角色，幫助教師打開新的視野，發(fā)現(xiàn)新的教育方式。數(shù)據(jù)可以助力教師開辟教育領域新天地。

四、學生成績數(shù)據(jù)再應用的挑戰(zhàn)及對策

學生成績數(shù)據(jù)作為教育過程的重要組成部分，不僅能為學校、教師的教育教學提供數(shù)據(jù)支撐，也能據(jù)此對家長和學生進行指導，但其在應用的過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

一是學生面臨的挑戰(zhàn)。學生是教育的主體，他們需要通過成績數(shù)據(jù)來了解自己的學習情況并對自己的學習進展進行評估。然而，在成績數(shù)據(jù)的再應用過程中，學生面臨著一些挑戰(zhàn)。比如，他們要有能力準確陳述自己的學習結果并支撐自己的學習判斷。這就需要他們具備一定的自我反思和自我評估的能力。然而，很多學生往往無法有效地進行自我評估，這可能與他們的年齡、經(jīng)驗、能力等因素有關。

二是家長面臨的挑戰(zhàn)。家長在教育過程中起著舉足輕重的作用。他們需要了解自己的孩子在學校的整體表現(xiàn)，以及孩子需要達到的標準和目標。然而，家長往往缺乏相關知識和獲取信息的渠道，無法有效地參與指導學生的學習。在很多情況下，家長無法獲得全面的、準確的學習資源和信息，從而無法對成績進行全面、準確的評估。對于缺乏數(shù)據(jù)分析專業(yè)知識的家長而言，他們無法正確地解讀成績單上的各種數(shù)據(jù)，包括標準差、區(qū)分度、信度等，因而難以判斷成績的真正含義和價值，也就無法將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對孩子的有效指導。

三是教師面臨的挑戰(zhàn)。教師是教育過程中的引導者，他們需要掌握如何收集、整理、分析學生的成績數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)結果進行教學質(zhì)量評估。然而，在實際操作中，教師面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，他們需要花費大量的時間和精力來整理和分析成績數(shù)據(jù)，而這可能會影響他們的教學和其他工作。其次，他們需要為學生制定個性化的學習計劃，這需要他們充分了解每個學生的特點和需求。最后，他們需要鼓勵和支持學生參與競爭和培訓，這需要他們擁有良好的教育技巧和經(jīng)驗。

四是其他因素的挑戰(zhàn)。除了學生、家長和教師之外，社會環(huán)境和社會支持也是影響學生成績數(shù)據(jù)再應用的因素之一。比如，社會文化環(huán)境可能影響人們對成績數(shù)據(jù)的看法，甚至影響數(shù)據(jù)的應用方式。此外，缺乏技術支持和資源投入也可能阻礙學生成績數(shù)據(jù)的再應用。例如，一些學?？赡軟]有足夠的硬件設備或軟件系統(tǒng)來支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析，這限制了教師利用成績數(shù)據(jù)進行教育決策的能力。

學生成績數(shù)據(jù)的再應用面臨著多方面的挑戰(zhàn)。為了更好地利用這些數(shù)據(jù)，教師需要從多角度出發(fā)，提高學生的自我評估能力，加強家長的參與和指導，提高教師的數(shù)據(jù)處理能力和教育技巧，同時改善社會環(huán)境并增加社會支持。只有這樣，才能充分發(fā)揮學生成績數(shù)據(jù)的作用，更好地推動教育事業(yè)的發(fā)展。以下為學生成績數(shù)據(jù)再應用的對策：

一是為學生開展數(shù)據(jù)解讀和自我評估的培訓。學?？梢蕴峁┫嚓P的課程培訓和講座，教導學生如何理解和解讀自己的成績數(shù)據(jù)，了解自己的學習優(yōu)勢和不足，從而更好地調(diào)整學習策略，提高學習效率。

二是為家長提供數(shù)據(jù)解讀和支持。學?？梢酝ㄟ^家長會、在線講座等方式，幫助家長理解學生的成績數(shù)據(jù)，使他們能夠更好地參與學生的學習過程，提供有效的指導和支持。

三是為教師提供數(shù)據(jù)處理和教學策略的培訓。學?？梢越M織針對教師的專門培訓，教授如何有效收集、整理和分析學生的成績數(shù)據(jù)，以及如何根據(jù)數(shù)據(jù)結果調(diào)整教學策略，提高教學效果。

四是提供數(shù)字化學習資源。學校可以開發(fā)或購買相關的數(shù)字化學習資源，如在線課程、教育軟件等，幫助教師、學生和家長更方便地獲取和學習相關的教育資源，從而提升教育質(zhì)量。

五是建立社會支持系統(tǒng)。政府、社會組織等可以提供一定的技術支持和資源投入，幫助學校更好地利用學生的成績數(shù)據(jù)，推動教育的數(shù)字化和智能化。

這些對策的實施，有助于提高學生、家長和教師對于學生成績數(shù)據(jù)的理解和應用能力，更好地促進學生的個人發(fā)展。同時，這些對策的實施也有助于推動教育的數(shù)字化和智能化進程，提升教育質(zhì)量。

五、應用前景

在大數(shù)據(jù)技術的推動下，教育領域即將迎來廣闊的變革。以下是可以預見的幾種可能的發(fā)展趨勢：

一是跨界融合。探索教育領域與大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技的交匯點，以激發(fā)產(chǎn)出更多的創(chuàng)新研究成果和實踐應用。

二是個性化教育。學生成績的大數(shù)據(jù)將揭示每個學生的學習特點和需求，使得教師能夠為每個學生量身定制學習方案和資源，進一步提升教育質(zhì)量。

三是智能教育管理。數(shù)據(jù)挖掘技術的引入，使得教師能夠更科學地進行教育管理和決策，從而推動教育治理水平的整體提升。

如圖1 所示，在現(xiàn)有的WeLink 學校數(shù)字基座成績分析體系中，主要的切入點是學科的總分。雖然它也包括了知識點分析，但僅限于對單一題目或單一維度的分析。在新課程和新教材的背景下，這種方法對于學業(yè)水平的精細劃分顯得不夠充分，它忽略了學科內(nèi)部知識點之間的復雜聯(lián)系。因此，需要借助任課教師的專業(yè)力量，為學生提供更具針對性的指導。

圖1 WeLink 數(shù)字基座學科分析

同時，如果能利用人工智能工具自動分析學生的薄弱知識點，這將極大地減輕教師的工作負擔，也能為學生提供更為精確和個性化的學習報告。這將幫助學生更好地理解和掌握學科知識，提升學習效果［3］。

六、結語

在教育領域，學生成績數(shù)據(jù)扮演著重要的角色。通過使用數(shù)據(jù)挖掘技術仔細分析，教師能夠全面理解學生的學習行為和需求，使得教育資源的配置得以優(yōu)化，從而提升整體的教育質(zhì)量。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術的不斷進步，有理由相信，數(shù)據(jù)挖掘在教育領域的應用將更為廣泛和深入，為推動教育的改革和創(chuàng)新發(fā)揮更重要的作用。