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目前隨著云計算和大數據等概念的普及,在教育教學中運用已經存在的大數據來指導教學越來越成為可能。數據挖掘技術可以根據已有的學生的表現及成績,為在校學生改善學習方法、完善職業規劃、提高學生學習成績及為學生的學習提供個性化服務提供技術服務。教學數據挖掘(EDM)是一個新興的領域,它充分運用大多學校中存在卻沒有用到的“死”數據,將這些數據按數據挖掘技術的要求進行分析處理、統計分類,可以有效預測學生的在未來一段時間的表現。

1基于數據挖掘的成績分析系統的設計要求及目標

成績分析系統的最終作用就是實現有效決策,從而有效指導學生的學習和就業。這就要求數據挖掘系統可以實現多種數據類型的挖掘任務,比如課程總成績之間的關系,課程各模塊之間的關系等,可以采用序列模式的發現、分類模式的發現、聚類模式的發現、關聯規則的發現等等。這就要求系統在設計上應該注重系統功能的完備。

成績分析系統的好壞,關鍵看此系統是否能夠從已有的數據中實現準確的預測,這就不可避免的要對以往存在大量數據進行存取交互操作,這就要求此成績分析系統與底層數據庫系統緊密藕合,盡可能的使用數據管理系統的各種功能。由于此系統是可以通過網絡進行分析處理數據的,所以要很好的支持Internet/Intranet環境,在網絡中存取數據對數據的安全性要求很高,所以數據庫的設計也是此系統的重要一個環節。軟件的使用和開發講究可移植性和可拓展性,并且數據挖掘技術并不是一成不變的,這要求我們在系統設計和開發的時候充分考慮到系統結構上的可擴展性。

2系統框架及功能設計

成績分析系統的框架設計要充分考慮系統的特點、系統要求及用戶體驗,保證系統能夠高效、協調的運行處理數據。整個系統將數據預處理模塊、用戶界面、數據挖掘模塊、數據庫和外部文件緊密地結合在一起,構成了一個層次結構。在這個分析系統中,主要有用戶界面,數據挖掘和處理部件、數據預處理模塊和數據庫管理模塊組成。

2.1用戶界面用戶界面是一個系統軟件的門戶部件,主要包括圖形界面,web界面和用戶任務界面等,其主要提供的功能包括:用戶操作任務提交:將用戶的操作提交到后臺,為用戶要處理的數據集進行數據挖掘的預處理,選擇要操作的數據庫及使用的算法等功能,也包括各類參數的選擇。將處理結果反饋給用戶,從關聯規則的文本形式及樹表現形式或是層次結構的表現形式反饋給客戶。給用戶提供數據挖掘算法的各類參數,屬性等供用戶選擇和修改。

2.2數據預處理模塊數據預處理模塊主要是對分析的數據進行整理及數據格式轉換,將數據庫的不同格式的數據轉換成數據挖掘技術能夠處理的格式,或是批量將數據進行關系型數據的轉換,此功能對本系統的擴展性和可移植性至關重要。

2.3數據挖掘模塊此模塊是學生成績分析系統的核心部件,主要是根據數據挖掘算法進行分析數據主要利用不同的算法進行數據處理,有關聯規則算法,聚類分析算法,預測算法等。

2.4DBMS模塊此模塊主要是用來數據庫管理,可以管理數據庫中底層數據,而且還可以管理已經挖掘出來的數據結果,可以為以后增量挖掘做準備。

3實現方案設計

傳統的軟件開發模式,一般會有專門的客戶端,即“C/S”軟件應用模式,采取兩層結構的此種類型的軟件,在使用上會有不少突出問題。系統的安裝維護及升級困難,可伸縮性能較差,根據目前流行的軟件開發模式,本系統的開發采用基于B/S的三層體系結構。由瀏覽器、數據庫、應用服務器組成,客戶端由專用軟件改為瀏覽器,為軟件的升級及系統的可伸縮性提供了可能;數據庫服務器為獨立運行的服務器,為軟件的安全性及性能上提供了保證;應用服務器為應用邏輯處理服務器,主要是用來過程處理,從數據庫服務器中獲取數據,并將處理結果反饋給客戶端瀏覽器。基于B/S的三層結構的主要特點包括:(1)保持數據庫獨立,使系統更加安全和便于維護。(2)應用服務器的放在應用層,和數據庫服務器,客戶端瀏覽器獨立存在,便于功能共享和拓展。(3)利用應用服務器的并行性和服務器本身的性能,可以對數據挖掘數據并行處理,提高數據處理效率。根據以上的結論,本成績分析系統采用基于B/S的三層結構,數據庫服務器,應用服務器負責數據預處理和數據挖掘功能,提供各種下數據挖掘工具和算法,底層數據庫服務器存放各類基礎數據。這樣,客戶端將任務請求發送給應用服務器,應用服務器啟動數據挖掘工具對象,將各種查詢參數封裝,并在訪問數據庫服務器后完成指定任務,并將分析結果返回給客戶端。

4總結及展望

教學數據挖掘(EDM)雖然是一個新興的領域,但是已經引起了不少專業人士的重視,通過EDM可以使得一些看似無用的教學數據變得活躍起來,通過EDM可以進行學情分析,并有效指導學生的學習和就業。本文根據部分學院需求設計了一個可提供數據挖掘應用技術研究的實驗性平臺,在此平臺的基礎上可以進一步拓展功能,為學院政策制定和執行提供有力的數據保障,從而進一步推動數據挖掘技術在教育教學中的應用。

作者：程憲寶 單位：廣州工商學院