基于數(shù)據(jù)挖掘技術學情分析

1、基于數(shù)據(jù)挖掘技術學情分析 摘要：近年來數(shù)據(jù)挖掘技術被廣泛應用在數(shù)據(jù)分析中，大大提高了數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量。提出將數(shù)據(jù)挖掘技術應用到學情分析系統(tǒng)中，改變以往學情的片面分析狀況，深層次挖掘教育數(shù)據(jù)中的不可見信息，發(fā)現(xiàn)教育過程中存在的問題和隱含的教育教學規(guī)律，從而為學校管理者提供良好的決策支持并制定科學合理的改革策略，更好地滿足學生需求和科學地指導教師教學 關鍵詞：學情分析；需求分析；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)挖掘 隨著信息技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度加快，數(shù)據(jù)的規(guī)模也變得日益龐大，依據(jù)行業(yè)的不同，分為金融、醫(yī)療、電信、教育等數(shù)據(jù)，而教育數(shù)據(jù)的研究和應用還屬于起步階段。學情分析正是針對教育數(shù)據(jù)開展的，利用數(shù)據(jù)挖掘技術進

2、行學情分析能夠深層次挖掘教育數(shù)據(jù)中的不可見信息，發(fā)現(xiàn)教育過程中存在的問題和隱含的教育教學規(guī)律，從而優(yōu)化教育管理、促進和完善教育教學改革、加快學校信息化建設、提升教學質(zhì)量。 1學情分析概述 1.1基本概念?！皩W情”最早出現(xiàn)在20世紀80年代初，當時“學情”是指對學生學習情況的了解，進而指導學生的學習方法，這是一種靜態(tài)的描述。隨著學情研究的深入，有專家指出，學情應該是指學生的知識基礎、學習方法、心理狀態(tài)、理解能力、學習興趣等1。學情研究，這一概念體現(xiàn)出學情組成因素由單一向多樣轉(zhuǎn)變?！皩W情分析”概念最初出現(xiàn)在教學設計理論中，在國外主要用“學習者分析”、“學生特征分析”、“學生特點分析”等概念。目前，

3、學情分析的定義沒有形成科學的、統(tǒng)一的界定，一般廣義的“學情分析”是指把學生作為“人”做全面分析，涉及生理、心理、社會因素等多個維度，包括個性特征、心理狀態(tài)、學習方式、成長環(huán)境等各方面的研究。狹義的“學情分析”是指對學生的學習情況進行分析。12學情分析的傳統(tǒng)方法。目前，傳統(tǒng)的學情分析方法主要有調(diào)查法、觀察法、測試法、實驗法、材料分析法、個案分析法、經(jīng)驗梳理法及訪談法等。其中調(diào)查法是使用最多的一種量化研究方法，也是目前學校普遍采用的方法。隨著網(wǎng)絡的快速發(fā)展，調(diào)查法主要采用問卷調(diào)查，其特點是問卷的發(fā)放和回收方便，統(tǒng)計分析能夠自動化，能更及時捕捉學生的狀態(tài)信息。觀察法主要是基于量規(guī)的課堂觀察法；材料分

4、析法是通過學生課堂回答問題、課程相關成績、課后作業(yè)等相關材料，深入了解學生學習狀態(tài)；訪談法是通過與教師和學生進行交流，了解真實學情、分析的思路和方法、具體實踐行為，以便及時調(diào)整教學的實施行為。 2學情分析系統(tǒng)的目標 為全面、客觀、科學、實時地分析學情，系統(tǒng)擬對學生的知識儲備、學習需要、學習狀態(tài)、學習能力、學習結(jié)果和生活環(huán)境等方面了解和分析，即展開廣義的學情分析。這里的部分數(shù)據(jù)可以通過學校相關信息系統(tǒng)獲得，例如學習結(jié)果可以用出勤情況、作業(yè)成績、測試成績等來量化體現(xiàn)，但類似知識儲備、學習需要等情況都沒有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)，或者沒有量化的數(shù)據(jù)。由于學校的學生人數(shù)龐大，要獲得這些情況，采用問卷調(diào)查方法是最合適

5、的方法。調(diào)查問卷包括學生和教師評價問卷、心理健康問卷、課程相關調(diào)查問卷、生活相關調(diào)查問卷、畢業(yè)生就業(yè)調(diào)查問卷等，問卷種類較多、調(diào)查人員范圍不同。因此采用網(wǎng)絡在線問卷調(diào)查是現(xiàn)在最便捷的方法，能夠得到全面、合理、客觀的學情數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的信息化、自動化、網(wǎng)絡化，也為以后的學情分析提供詳細數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)作為一個學情分析的有力工具，通過對學情數(shù)據(jù)的深度分析挖掘有價值的信息是主要目標，目前數(shù)據(jù)挖掘技術是最科學、合理的分析方法，也是公認的智能分析最有效的方法。該技術就是利用存儲的數(shù)據(jù)進行挖掘計算，通過計算機應用程序，把復雜的統(tǒng)計技術、挖掘算法封裝起來2。基于以上分析，本系統(tǒng)整體目標是通過網(wǎng)絡問卷并結(jié)合

6、學校相關信息系統(tǒng)已存儲的信息收集學情數(shù)據(jù)，再對這些基礎數(shù)據(jù)進行深度挖掘，挖掘得到的信息將幫助學校有針對性、實時地了解學生具體情況和發(fā)展變化，從而為學校管理者提供良好的決策支持并制定科學合理的改革策略，更好地滿足學生需求和科學地指導教師教學。 3需求分析 需求分析是進行系統(tǒng)設計的基礎，主要確定系統(tǒng)擬發(fā)揮的作用，以及要實現(xiàn)的具體操作。系統(tǒng)旨在將學生和教師的客觀和主觀數(shù)據(jù)進行收集和深度分析，以便全方位地了解學情。31數(shù)據(jù)來源。該系統(tǒng)所有學情數(shù)據(jù)主要來源于學校相關信息系統(tǒng)和調(diào)查問卷，具體如下：（1）學校已有的信息系統(tǒng)主要有教學管理系統(tǒng)、學生管理系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)已經(jīng)存儲了大量關

7、于學生、教師的數(shù)據(jù)，包括學生的基本信息、課程、成績、在校表現(xiàn)情況，教師的基本信息、教學安排和教學效果信息等3，這些數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)絡進行整體導出并存儲在學情分析系統(tǒng)。因為這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)隨時有更新，可以設置定時導入學情分析系統(tǒng)。（2）調(diào)查問卷這里把教學人員和教輔人員都歸為教師。為實現(xiàn)全面的學情分析，不同工作職責的教師都需要了解自己負責的相關信息，所以他們設計的問卷內(nèi)容是不同的，調(diào)查的對象也是不同的。按照學校的情況，具體的調(diào)查問卷內(nèi)容大致涉及以下3個方面：1）負責教學的教師需要了解所授課班級的學生情況。問卷調(diào)查的內(nèi)容主要是學生已經(jīng)具備的知識和技能、課程學習中對知識的理解和掌握程度、學習中存在的疑問和困

8、難、學習的收獲和體驗等。2）教務管理的教師需要針對不同系部、專業(yè)或班級學生及教師進行調(diào)查。針對學生的問卷內(nèi)容主要涉及學生對所學專業(yè)的課程設置、授課教師的教學能力和教學效果、整體的教學管理等方面的意見；針對教師的問卷內(nèi)容涉及教師對人才培養(yǎng)、課程設置、教學安排、教學管理的意見，以及教學中存在的問題。3）事務管理的教師根據(jù)管理職責范圍不同，會對學生進行調(diào)查。問卷內(nèi)容主要是關于學生的心理健康和日常生活管理、圖書服務、學校環(huán)境、其他事務管理的滿意度和意見。32系統(tǒng)用戶。系統(tǒng)主要供教師和學生使用，系統(tǒng)的維護和管理也由教師負責，為方便區(qū)分，這些教師被稱為系統(tǒng)管理員。所以系統(tǒng)共設置3類用戶，分別是系統(tǒng)管理員、

9、教師、學生，他們的權限各有區(qū)別。系統(tǒng)管理員權限最大，擁有系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的管理和操作權利；學生操作最少，只參與填寫問卷和查詢自己可見的問卷；教師主要是問卷的設計、發(fā)放、回收問卷并分析結(jié)果。3.3關鍵功能。依據(jù)以上系統(tǒng)目標的分析，本系統(tǒng)中應該包括收集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)3部分，所以應該具備具體的功能如下：（1）數(shù)據(jù)采集功能：一部分從學校相關信息系統(tǒng)導入數(shù)據(jù)，另一方面采集問卷數(shù)據(jù)。問卷數(shù)據(jù)的采集包括問卷內(nèi)容的參考數(shù)據(jù)收集，問卷數(shù)據(jù)的回收和爬取。問卷內(nèi)容的設計可以參考學校的校園論壇等交流平臺的內(nèi)容，這就需要對交流平臺的數(shù)據(jù)進行收集和分類匯總，以便制定科學合理的問卷。問卷回收歸入在問卷管理。（2）數(shù)據(jù)

10、管理功能：數(shù)據(jù)包括學生和教師的基本信息，學生成績等信息系統(tǒng)的已有數(shù)據(jù)和問卷數(shù)據(jù)。學生和教師的基本信息歸為用戶數(shù)據(jù)，學生成績等信息系統(tǒng)的已有數(shù)據(jù)和問卷數(shù)據(jù)歸為學情行為數(shù)據(jù)。所以數(shù)據(jù)管理包括用戶管理和學情行為數(shù)據(jù)的管理。1）用戶管理：實現(xiàn)用戶基本信息的增加、修改、刪除和權限控制的功能。2）學情行為數(shù)據(jù)管理：包括數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)編輯。學生成績等已有數(shù)據(jù)直接存儲；但問卷數(shù)據(jù)需要編輯，包括問卷增加和修改、問卷審核、問卷發(fā)放、問卷填寫、問卷查詢、問卷自動回收。問卷增加和修改部分包括問卷的內(nèi)容設計、生成新問卷、刪除、修改問卷、問卷導入和導出。為保證問卷內(nèi)容的合理合法，問卷需要經(jīng)過審核后才可以發(fā)放。為保障問卷數(shù)

11、據(jù)的合法性、準確性，已經(jīng)審核通過的問卷將會被凍結(jié)修改操作。發(fā)放問卷時要注明填寫的截止時間和調(diào)查對象，到截止時間就自動回收問卷。為保證問卷的質(zhì)量，限制同一問卷每人只能提交一次。對于發(fā)放和填寫問卷的用戶，可以查看自己操作過的問卷。（3）數(shù)據(jù)分析功能：對信息系統(tǒng)導入的數(shù)據(jù)和回收的問卷數(shù)據(jù)先分別處理和分析，再聯(lián)合分析。問卷數(shù)據(jù)先篩選有效問卷，然后對有效問卷的結(jié)果依據(jù)指定的范圍進行分析，以此滿足不同需要。最后對分析結(jié)果進行存儲和反饋，采用數(shù)據(jù)可視化技術按照要求繪制不同類型的統(tǒng)計圖表，供相關人員查看。34系統(tǒng)的非功能性需求。系統(tǒng)的非功能性需求無法直觀表現(xiàn)，而通過一定的指標如穩(wěn)定性、安全性、可靠性、可適應性

12、等表現(xiàn)出來4。系統(tǒng)只供學校內(nèi)部使用，系統(tǒng)使用者數(shù)量大，使用頻率高，涉及用戶的隱私數(shù)據(jù)，所以主要考慮穩(wěn)定性、方便性、安全性、擴展性，以便為用戶提供友好的使用界面，保證系統(tǒng)保持平穩(wěn)、無誤地運行，保證數(shù)據(jù)的安全，容易維護和擴展功能 4系統(tǒng)整體設計 根據(jù)以上分析，學情分析系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、登錄管理4個功能模塊，每個模塊的作用設計如下：（1）登錄管理：包括身份信息的驗證和登錄界面的展示。為保證數(shù)據(jù)的安全和用戶的合法性，登錄系統(tǒng)需提供用戶名和密碼，驗證通過后，依據(jù)用戶身份分配訪問權限，進入相應的主界面。（2）數(shù)據(jù)采集：主要是相關信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導入和已有問卷的導入，問卷數(shù)據(jù)的爬取，相

13、關交流平臺的數(shù)據(jù)采集。（3）數(shù)據(jù)管理：包括問卷管理、用戶管理、角色管理、數(shù)據(jù)庫管理。問卷管理實現(xiàn)調(diào)查問卷相關的系列功能。用戶管理用于設置和維護用戶信息，包括角色設置和用戶所屬部門設置。角色管理用于規(guī)劃角色、權限和設置角色的權限。數(shù)據(jù)庫管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、備份和恢復。（4）數(shù)據(jù)分析：包括對各種數(shù)據(jù)的處理和單獨分析，相關數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析。 5關鍵技術 為實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，本系統(tǒng)中采用的關鍵技術主要是數(shù)據(jù)采集、分析和反饋方面的技術。5.1數(shù)據(jù)采集。在保證校園網(wǎng)暢通的情況下，與相關信息系統(tǒng)對接并整體導入數(shù)據(jù)，這里主要是類似學生成績的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。而在線網(wǎng)絡問卷的數(shù)據(jù)和交流平臺的數(shù)據(jù)大多是文本數(shù)據(jù)，而文本數(shù)據(jù)

14、正是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的代表5。使用Python網(wǎng)絡爬蟲技術采集相關數(shù)據(jù)。5.2數(shù)據(jù)挖掘和文本挖掘。像學生成績等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用關聯(lián)技術和聚類技術可以進行分析；文本數(shù)據(jù)處理需采用文本挖掘的相關技術進行分析。文本挖掘包括文本預處理和文本分析，預處理主要包括分句、分詞、特征表示和提取等。文本分析采用文本聚類和分類方法。5.3數(shù)據(jù)可視化。數(shù)據(jù)可視化是數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的直觀呈現(xiàn)，可以將數(shù)據(jù)間的復雜關系形象地表示出來，是一種非常實用的結(jié)果反饋方法。而統(tǒng)計圖表是數(shù)據(jù)可視化中不可缺少的基本組成元素，在很多大型的復雜可視化系統(tǒng)中仍然被廣泛使用6。系統(tǒng)中主要對分析結(jié)果進行圖形化的呈現(xiàn)，使得使用者對結(jié)果容易理解，并方便總結(jié)。 6結(jié)語 主要研究利用數(shù)據(jù)挖掘技術開發(fā)學情分析系統(tǒng)，從系統(tǒng)的需求分析設計系統(tǒng)整體功能，為系統(tǒng)的詳細設計和開發(fā)實現(xiàn)奠定基礎。該系統(tǒng)的開發(fā)體現(xiàn)了教育數(shù)據(jù)挖掘的發(fā)展和應用，改變以往學情的片面分析狀況，能夠促進和深化學校學生學習、教師教學實踐及幫助相關部門提供合理的計劃和建議7。 參考文獻 1馬文杰.鮑建生.“學情分析”：功能、內(nèi)容和方法J.教育科學研究,2013,（9）：52-57. 2白雪.高校教學質(zhì)量評估數(shù)據(jù)的分析挖掘系統(tǒng)D.太原理工大學,2007. 3劉娜.基于數(shù)據(jù)分析的高校教學管理決策支持方法研究D.浙江大學,2019. 4劉凱寧.山