吳愛(ài)婷+劉欣

摘要：為了發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提高教學(xué)質(zhì)量，改善學(xué)習(xí)效果，預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)結(jié)果，自主研發(fā)了一款用于各類(lèi)課程的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)，并運(yùn)用于實(shí)際教學(xué)中。對(duì)杭州電子科技大學(xué)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的相關(guān)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行了多角度多層次的全面分析。分析實(shí)例表明，該系統(tǒng)能很容易地幫助教師和學(xué)生獲得其感興趣的分析結(jié)果，并以可視化的形式展現(xiàn)給用戶，改善了整個(gè)教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；教育數(shù)據(jù)；學(xué)習(xí)分析；多維分析；可視化

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0162-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育領(lǐng)域廣泛和深入的應(yīng)用，已經(jīng)積累大量、豐富和復(fù)雜的教育數(shù)據(jù)。如何更加充分、有效地利用這些數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題、預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)結(jié)果、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、改善課程內(nèi)容成為一個(gè)極富意義并且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。學(xué)習(xí)分析就是大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)新興技術(shù)，受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域越來(lái)越多的關(guān)注，成為教育技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的新熱點(diǎn)[1]。

1 學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)學(xué)習(xí)分析的研究起步較早，從2011年起已經(jīng)積累了很多的理論基礎(chǔ)，近年來(lái)已經(jīng)由純粹的理論概念階段發(fā)展到具體的實(shí)際應(yīng)用階段，涌現(xiàn)出很多已經(jīng)處于實(shí)用階段的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)[2-5]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)到目前為止主要還是停留在理論探索和分析階段，或者是在理論和概念上的拓展，對(duì)于具體的學(xué)習(xí)分析工具和系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用的研究較少。其主要原因是國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)上的落后，自主研發(fā)的學(xué)習(xí)分析工具和應(yīng)用程序鳳毛麟角[6]。

2 自主研發(fā)系統(tǒng)--果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)

果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)是果仁大數(shù)據(jù)平臺(tái)（www.guorn.com）在學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域的應(yīng)用，利用通用大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行多維分析。

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)主要從兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：一是文獻(xiàn)分析，研究國(guó)外最新的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)的特點(diǎn)和進(jìn)展[7]。二是通過(guò)與相關(guān)課程的師生以及校學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)管理員的交流，來(lái)獲取用戶需求。最后得到具體功能如下：易用性、有效性、易于集成、可擴(kuò)展性、重用性、實(shí)時(shí)性。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊組成：數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、元數(shù)據(jù)、查詢引擎、分析引擎以及可視化引擎。

數(shù)據(jù)服務(wù)模塊需要處理從不同數(shù)據(jù)源獲得的各類(lèi)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)主要是要考慮到分析引擎的需要，將數(shù)據(jù)分析的需求作為首要考慮。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)里各類(lèi)數(shù)據(jù)表的描述信息由元數(shù)據(jù)模塊管理。查詢引擎是很多傳統(tǒng)ROLAP BI系統(tǒng)的核心技術(shù)所在。分析引擎由查詢引擎獲得查詢語(yǔ)句，然后根據(jù)查詢語(yǔ)句從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)取出相關(guān)的數(shù)據(jù)表并進(jìn)行合并、關(guān)聯(lián)、篩選、聚合、分組等各種數(shù)據(jù)操作。果仁分析引擎采用了內(nèi)存中分析（In-Memory Analysis）的方案，最大限度地提高分析引擎的計(jì)算效率?？梢暬鎸?duì)分析引擎輸出的分析結(jié)果進(jìn)行可視化展現(xiàn)。

2.3實(shí)證分析

選取杭州電子科技大學(xué)《電磁場(chǎng)與電磁波》課程作為樣本，從學(xué)生，教師，課程負(fù)責(zé)人及院校管理者等多種用戶視角分析各類(lèi)學(xué)習(xí)因素對(duì)于課程學(xué)習(xí)的影響，探討改善課程教學(xué)的可能方案。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：2012-2014年電子學(xué)院新生個(gè)人信息；2003-2015年選修該課程學(xué)生的課程成績(jī)；2003-2015年選修該課程學(xué)生的班級(jí)專(zhuān)業(yè)等個(gè)人信息。

1） 學(xué)生基本情況分析

學(xué)生作為學(xué)習(xí)過(guò)程的主要參與者，對(duì)其基本情況的分析是必要的。通過(guò)學(xué)生個(gè)人信息表中的生源信息，果仁分析系統(tǒng)自動(dòng)與地理維度相關(guān)聯(lián)，得到學(xué)生各種信息在地理維度上的分布，如圖2所示，展示了學(xué)生數(shù)量在各個(gè)省份上的分布?？梢钥闯稣憬凑剂撕艽蟊壤?/p>

對(duì)于一個(gè)學(xué)院的新生使用果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，與常見(jiàn)的Microsoft Excel相比，其優(yōu)勢(shì)還不是太明顯，但是如果是對(duì)一個(gè)學(xué)校、一個(gè)省甚至于整個(gè)國(guó)家的學(xué)生進(jìn)行分析的話，其優(yōu)勢(shì)就會(huì)更加明顯。以上這些分析如果使用Microsoft Excel，即使是對(duì)于一個(gè)熟練的操作人員，得到相同的結(jié)果也需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)，使用果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)，一個(gè)初學(xué)者就能在幾分鐘內(nèi)獲得的上述結(jié)果。

2） 課程多維分析

果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)可以將有聯(lián)系的數(shù)據(jù)集自動(dòng)關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行多維分析。比如，對(duì)于樣本課程，可以從學(xué)生、班級(jí)、專(zhuān)業(yè)、學(xué)院和時(shí)間等各個(gè)角度進(jìn)行分析。將學(xué)生的班級(jí)專(zhuān)業(yè)的信息和學(xué)生課程成績(jī)相關(guān)聯(lián)，就可以獲得班級(jí)或者專(zhuān)業(yè)在樣本課程的平均分。圖3顯示的是不同專(zhuān)業(yè)在2003年-2015年間樣本課程的平均分。同樣也可以得到不同班級(jí)的平均分。

我們還可以結(jié)合多個(gè)角度同時(shí)對(duì)課程進(jìn)行分析，如圖4藍(lán)色曲線，顯示的是從2003--2015學(xué)年的課程平均分：

從圖4中可以看出一個(gè)規(guī)律是整個(gè)曲線呈現(xiàn)出鋸齒狀，一個(gè)學(xué)期分?jǐn)?shù)高，下一個(gè)學(xué)期分?jǐn)?shù)低。原因何在？我們可以對(duì)比每個(gè)學(xué)期選修的學(xué)生人數(shù)。從圖4中可以看到，分?jǐn)?shù)低的那個(gè)學(xué)期選修課程的學(xué)生人數(shù)也很少，經(jīng)常只有個(gè)位數(shù)，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的調(diào)查得知：大部分學(xué)生都是在學(xué)年的第一學(xué)期選修該課程，在第二學(xué)期選修的學(xué)生是重修的，因此成績(jī)一般較差。

篇幅所限其他實(shí)證分析功能不一一展現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上表明，無(wú)論是教師還是學(xué)生，都能夠很容易地掌握果仁學(xué)習(xí)系統(tǒng)的分析過(guò)程和方法，迅速獲得其感興趣的分析結(jié)果，可視化的分析結(jié)果更加友好直觀、易于理解并且從中發(fā)現(xiàn)奇異值。在今后的工作中，筆者將繼續(xù)完善果仁學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的效率，不斷改善其用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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