張效尉,王 偉,姜 靜
(1周口師范學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院,河南 周口 466001;2周口師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,河南 周口 466001)
當(dāng)前高校學(xué)生測(cè)評(píng)主要是根據(jù)已有的學(xué)生成績信息和量化積分,參照相應(yīng)的管理制度給出一個(gè)分?jǐn)?shù),作為學(xué)生評(píng)優(yōu)評(píng)先和評(píng)定獎(jiǎng)學(xué)金的依據(jù),評(píng)測(cè)結(jié)果很難體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、發(fā)展進(jìn)程,難以成為調(diào)節(jié)和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展的風(fēng)向標(biāo),造成學(xué)生在校期間過度追求課程學(xué)習(xí)和獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定,不注重個(gè)人全面發(fā)展,這已成為高等教育發(fā)展的難題[2].針對(duì)當(dāng)前高校綜合測(cè)評(píng)方式單一、人才欠缺、數(shù)據(jù)挖掘意識(shí)不強(qiáng)等狀況,高校日積月累的學(xué)生數(shù)據(jù)并沒有得到有效的開發(fā)和利用,要盤活學(xué)生數(shù)據(jù),挖掘出數(shù)據(jù)背后的信息,只靠人工是無法完成的,“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代必須借助于新一代信息技術(shù).
隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與普及,20世紀(jì)90年代,國內(nèi)高校開始建設(shè)校園網(wǎng),初期以建設(shè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施為主,建成校園內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對(duì)外通過路由設(shè)備接入廣域網(wǎng),滿足校園內(nèi)部用戶的上網(wǎng)需要.進(jìn)入21世紀(jì)后,國內(nèi)高校開始以數(shù)字化信息和校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建設(shè)數(shù)字化校園,相繼開發(fā)針對(duì)人事、教務(wù)、財(cái)務(wù)等各個(gè)部門的信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化,提高學(xué)校的工作效率和管理水平.伴隨云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展,高校紛紛建設(shè)智慧校園,開始高校信息化建設(shè)的新階段,利用云計(jì)算建設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,收集物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)使用過程中的數(shù)據(jù),使用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘潛在的有用信息,以提高服務(wù)的靈活性、全面性和易用性,從而實(shí)現(xiàn)校園智慧化服務(wù)和管理的新模式[3].“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,針對(duì)當(dāng)前高校學(xué)生測(cè)評(píng)的狀況,利用新一代信息技術(shù),完成高校學(xué)生信息的采集、存儲(chǔ)、分析與可視化,是當(dāng)前高校提高學(xué)生測(cè)評(píng)水平所必須解決的問題.
大數(shù)據(jù)時(shí)代,學(xué)生數(shù)據(jù)量激增,數(shù)據(jù)類型多樣,針對(duì)高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)體系不完善的現(xiàn)狀,需分析出有價(jià)值的信息,使學(xué)生在校各個(gè)方面量化測(cè)評(píng)成為可能.在已構(gòu)建的數(shù)字化校園的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)平臺(tái),逐步完善各種數(shù)據(jù)源,提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,建立跨不同業(yè)務(wù)職能部門與各種應(yīng)用系統(tǒng)、綜合測(cè)評(píng)學(xué)生在校情況的分析挖掘和結(jié)果展現(xiàn)平臺(tái).建立在大數(shù)據(jù)之上的高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng),應(yīng)遵循以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)原則[4].
2.1.1合理收集和整合內(nèi)部資源,搭建統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)
海量數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)分析的原材料,需利用技術(shù)手段采集學(xué)生日常行為數(shù)據(jù),可以研究通過技術(shù)手段如日志信息收集、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集等合法途徑獲取數(shù)據(jù),如根據(jù)學(xué)生一卡通使用情況,獲得高校學(xué)生日常消費(fèi),進(jìn)出宿舍和圖書館等大量學(xué)生行為信息.與此同時(shí),高校的每個(gè)管理部門都會(huì)產(chǎn)生與學(xué)生相關(guān)的數(shù)據(jù),如學(xué)生處、教務(wù)處、圖書館、后勤保障處、網(wǎng)絡(luò)中心等,不同部門將本部門產(chǎn)生的數(shù)據(jù)保存在各自數(shù)據(jù)庫中,以供本部門系統(tǒng)日常工作運(yùn)行.學(xué)生作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體,其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不能分割開來單獨(dú)測(cè)定,需將不同部門數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換和加載,按照統(tǒng)一的格式整合起來,放到一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫中,打破業(yè)務(wù)部門間的數(shù)據(jù)界限,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“1+1>2”的使用效果.
2.1.2重視大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用
隨著智慧校園的建設(shè),對(duì)學(xué)生信息的全面感知,形成學(xué)生數(shù)據(jù)體量大,數(shù)據(jù)達(dá)到TB級(jí)或PB級(jí);數(shù)據(jù)類型多,除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),未來學(xué)生綜合測(cè)評(píng)中,還需考慮學(xué)生上網(wǎng)日志、微博發(fā)表文字和圖片、監(jiān)控視頻等半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的信息;數(shù)據(jù)量的增大,類型的繁多,使得存儲(chǔ)和處理學(xué)生數(shù)據(jù)時(shí),需考慮當(dāng)前流行的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái),比如Hadoop、Spark和MangoDB分布式數(shù)據(jù)庫等大數(shù)據(jù)的分析與存儲(chǔ)工具[5].
2.1.3注重關(guān)系挖掘,綜合測(cè)評(píng)學(xué)生在校表現(xiàn)
大數(shù)據(jù)技術(shù)價(jià)值的核心在于從海量數(shù)據(jù)中挖掘出不同類型數(shù)據(jù)的相關(guān)性,而非單純的考慮因果關(guān)系,自然界各種事物存在必然的邏輯關(guān)系,分析挖掘出事物之間的潛在關(guān)系,為人們的決策提供參考,是大數(shù)據(jù)的真正意義所在.如學(xué)生吃早餐與學(xué)習(xí)成績,這兩個(gè)看似不相關(guān)的問題,實(shí)則有很大的相關(guān)性,經(jīng)過分析挖掘后就會(huì)發(fā)現(xiàn)成績好的學(xué)生早上會(huì)吃早餐,因?yàn)樗麄冊(cè)缟弦ド险n,學(xué)習(xí)本身也要消耗大量體力,而成績差的學(xué)生吃早餐的次數(shù)就少,他們不愿起床上課.充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生信息,構(gòu)建學(xué)生綜合測(cè)評(píng)的新方法,不能只考慮硬性指標(biāo)和測(cè)評(píng)結(jié)論等方面,要考慮針對(duì)學(xué)生的個(gè)性化差異進(jìn)行分析和過程性引導(dǎo),使新評(píng)測(cè)體系既注重整體性,又兼顧差異化,既注重定性分析,又兼顧定量分析.
“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代高校學(xué)生測(cè)評(píng)系統(tǒng)的構(gòu)建,需要以云計(jì)算作為平臺(tái)支撐,以大數(shù)據(jù)為處理核心,以智能感知作為主要信息來源,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生信息的智能分析[6],其具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.
圖1 學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(1)智能感知層.學(xué)生在校期間,通過校園網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)登錄慕課與各種在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行日常學(xué)習(xí),彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足,學(xué)生在線學(xué)習(xí)點(diǎn)擊的過程中,留下了大量的行為操作日志.通過校園一卡通刷卡,學(xué)生留下消費(fèi)和行為習(xí)慣記錄,同時(shí)學(xué)生使用微博、QQ空間等發(fā)布圖片、文字和位置等信息.通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的校園一卡通和各種感應(yīng)技術(shù),全面感知學(xué)生在校的行為信息,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,為大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源保證.這些海量的學(xué)生信息為通過數(shù)據(jù)挖掘手段,獲得學(xué)生在校的生活規(guī)律提供可能,感知層建立了現(xiàn)實(shí)世界與物理世界連接的橋梁.在高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)建設(shè)過程中,主要考慮學(xué)校各部門應(yīng)用系統(tǒng)中存儲(chǔ)的學(xué)生信息和一卡通使用過程中學(xué)生的日常行為日志信息作為數(shù)據(jù)源.
(2)網(wǎng)絡(luò)通信層.智慧校園建設(shè)過程中,信息傳輸必不可少,決定信息的流動(dòng)過程,保證系統(tǒng)之間的信息交換.近年來,有線網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的同時(shí),移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展且逐漸起主導(dǎo)作用,人們進(jìn)入4G 時(shí)代,當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)具有傳輸速度快、安全性能高、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)、覆蓋面廣等特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的徹底互聯(lián)互通提供保證.學(xué)生通過有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò),隨時(shí)隨地地接入實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián),保證數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸,當(dāng)前建立學(xué)生測(cè)評(píng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方面的基礎(chǔ)條件已經(jīng)具備.
(3)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)層.在學(xué)生測(cè)評(píng)系統(tǒng)建設(shè)中,云計(jì)算與大數(shù)據(jù)層是核心,利用云存儲(chǔ)保存采集的學(xué)生相關(guān)海量數(shù)據(jù)信息,使用云計(jì)算的分布式處理能力計(jì)算數(shù)據(jù),采用大數(shù)據(jù)技術(shù)合理地分析學(xué)生數(shù)據(jù),構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘模型,利用建立的測(cè)評(píng)模型評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)學(xué)生的行為.學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)云計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí),考慮到系統(tǒng)的易用性、穩(wěn)定性、與學(xué)校原有平臺(tái)的兼容性,不同于當(dāng)前企業(yè)大多采用開源的Openstack平臺(tái).項(xiàng)目采用VMware公司企業(yè)版的虛擬化軟件vSphere 5.5,在該軟件基礎(chǔ)上部署多臺(tái)虛擬機(jī),安裝上Ubuntu Linux操作系統(tǒng),提供分布式計(jì)算能力.海量學(xué)生數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí),在傳統(tǒng)的磁盤冗余陣列基礎(chǔ)上,引入分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù),在云計(jì)算平臺(tái)上部署Hadoop系統(tǒng),打造大數(shù)據(jù)處理生態(tài)圈,利用Hadoop系統(tǒng)中的HDFS分布式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)學(xué)生日積月累產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù).同時(shí),為進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)分析的能力,項(xiàng)目采用當(dāng)前流行的Spark平臺(tái)分析處理數(shù)據(jù),相對(duì)于 Hadoop的MapReduce計(jì)算處理框架,Spark在內(nèi)存中運(yùn)行,速度更快,Spark SQL允許開發(fā)人員采用類似SQL語句的方式分析數(shù)據(jù),Spark Streaming保證系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理學(xué)生數(shù)據(jù),MLlib保證系統(tǒng)可以采用調(diào)用庫的形式使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理數(shù)據(jù).
針對(duì)學(xué)生在校產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的模塊,設(shè)計(jì)過程分兩部分實(shí)現(xiàn):①針對(duì)學(xué)生總體信息統(tǒng)計(jì)、一卡通消費(fèi)、進(jìn)出宿舍和圖書館等方面的分析,采用Java語言編寫程序調(diào)用Mysql數(shù)據(jù)庫接口,利用SQL語言中的命令和函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算,該部分屬于系統(tǒng)功能性的實(shí)現(xiàn),因?qū)W生數(shù)據(jù)量龐大,故采用Hadoop中的Hive與Spark平臺(tái)中的Spark SQL結(jié)合實(shí)現(xiàn).②針對(duì)學(xué)生在校情況綜合測(cè)評(píng)模塊,采用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,從學(xué)生的個(gè)人信息、一卡通消費(fèi)、課程成績、進(jìn)出宿舍和圖書館等方面提取影響測(cè)評(píng)結(jié)果的特征,采用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、邏輯回歸、聚類等多種模型分析學(xué)生的行為,給出學(xué)生在校情況的好與差判斷.
(4)可視化層.將學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理的結(jié)果通過網(wǎng)頁設(shè)計(jì)技術(shù)可視化顯示,用戶通過各種智能終端查看結(jié)果,與系統(tǒng)進(jìn)行交互.學(xué)生測(cè)評(píng)的結(jié)果可視化展示時(shí),應(yīng)簡潔美觀,多采用圖表等形式,直觀地顯示學(xué)生測(cè)評(píng)的情況,同時(shí)應(yīng)考慮移動(dòng)端的顯示,使用戶無論所處任何環(huán)境,都可以查看,以貼心的服務(wù),提升用戶體驗(yàn).分析結(jié)果可視化展示一般采用JavaScript或D3.js方法.
高校學(xué)生綜合體系構(gòu)建過程中,要弄清楚從大數(shù)據(jù)中得到什么,目標(biāo)是否明確,分析的結(jié)果是否科學(xué)可靠,否則很容易浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力,走進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘的迷途.“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,大數(shù)據(jù)技術(shù)的利用,數(shù)據(jù)海量、類型多樣且多源異構(gòu),使數(shù)據(jù)分析結(jié)果錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)增加,探尋有價(jià)值的信息困難.因此,學(xué)生綜合測(cè)評(píng)體系構(gòu)建時(shí),要目標(biāo)明確,定義清晰,科學(xué)擬定體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)指標(biāo),從高質(zhì)量的數(shù)據(jù)中選取指標(biāo),使其能構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)系,相互制約的有機(jī)整體,全面反映學(xué)生在校各個(gè)方面的情況.學(xué)生測(cè)評(píng)體系構(gòu)建時(shí),即要注重學(xué)生群體的宏觀分析,又要針對(duì)單個(gè)學(xué)生個(gè)體的習(xí)慣愛好和成長需求實(shí)現(xiàn)微觀分析;既要注重學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)的定性分析,又要從數(shù)據(jù)結(jié)果中定量分析;既要保證測(cè)評(píng)體系的操作可行性,又要注重測(cè)評(píng)結(jié)果的科學(xué)性[7].
隨著教育信息化的發(fā)展,高校建立的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)中積累了海量數(shù)據(jù),并且數(shù)據(jù)的增長速度伴隨“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃的開展,大量新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署正迅猛增加,但是當(dāng)前學(xué)生數(shù)據(jù)分析和挖掘工作還非常有限,大量的工作體現(xiàn)在學(xué)生信息的統(tǒng)計(jì)分析,缺少成熟的系統(tǒng)和學(xué)生信息被開發(fā)利用的成功案例.造成上述情況的主要問題是大數(shù)據(jù)時(shí)代,數(shù)據(jù)的類型不再局限于數(shù)字,大量文字、圖片和視頻數(shù)據(jù)的出現(xiàn),給數(shù)據(jù)分析帶來新數(shù)據(jù)源,目前針對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析技術(shù)不成熟,給數(shù)據(jù)分析帶來難度[8].未來的學(xué)生信息挖掘,要改變現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析的思維模式,充分利用大數(shù)據(jù)分析的技術(shù),采用數(shù)據(jù)分析的最新研究成果和技術(shù),利用Hadoop和Spark等開源數(shù)據(jù)平臺(tái),服務(wù)于學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)等高校數(shù)據(jù)分析挖掘系統(tǒng).
高校學(xué)生使用校園網(wǎng)留下訪問日志,一卡通消費(fèi)記錄學(xué)生日常開支,手機(jī)無線定位記錄學(xué)生位置信息等,這些學(xué)生行為數(shù)據(jù)為大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源保證,但同時(shí)也帶來一個(gè)新問題,即學(xué)生的個(gè)人隱私保護(hù),如何在現(xiàn)有法律下合理利用數(shù)據(jù),又不侵犯學(xué)生的隱私,是高校建設(shè)學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)中所必須考慮的問題,否則會(huì)帶來一系列的法律糾紛和其他惡性事件.高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)構(gòu)建過程中,要充分重視學(xué)生的隱私保護(hù),具體應(yīng)體現(xiàn)如下:①建立防火墻等措施保障網(wǎng)絡(luò)安全,防止數(shù)據(jù)被不法獲??;②針對(duì)數(shù)據(jù)管理和使用人員,進(jìn)行安全教育,設(shè)置各類人員的訪問權(quán)限,區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)管理者和開發(fā)者,建立數(shù)據(jù)倉庫,使開發(fā)者只能訪問數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù);③制定制度保障學(xué)生綜合測(cè)評(píng)結(jié)果的保密性,對(duì)外公開給學(xué)生的結(jié)果應(yīng)科學(xué)可信,不涉及隱私,不惡意傳播,重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)分析結(jié)果的宣傳和解釋,消除學(xué)生對(duì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的誤解和疑慮,將測(cè)評(píng)結(jié)果作為學(xué)生在校情況分析的輔助工具[9].
目前,高校教育信息化的工作大多由網(wǎng)絡(luò)中心承擔(dān),受限于編制和業(yè)務(wù)范圍,網(wǎng)絡(luò)中心人員較少,大部分網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的運(yùn)維交由專業(yè)公司完成,網(wǎng)絡(luò)中心變?yōu)榻橛谛姓图夹g(shù)業(yè)務(wù)之間的部門,即承擔(dān)教育信息化方面方案的提出,日常的管理,又需要對(duì)接公司,完成整個(gè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行.上述情況造成網(wǎng)絡(luò)中心人員少且工作任務(wù)繁重,無法形成專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析,更難于實(shí)施像學(xué)生測(cè)評(píng)體系的構(gòu)建和系統(tǒng)的研發(fā)等業(yè)務(wù)需求.高校應(yīng)組建專業(yè)的團(tuán)隊(duì)和人員完成類似高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)體系的構(gòu)建等業(yè)務(wù)的需求分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘模型的構(gòu)建、可視化分析結(jié)果、系統(tǒng)的測(cè)試和運(yùn)維等工作,真正在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代為高校教育信息化提供制度和人才保證.
在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建學(xué)生信息處理的平臺(tái),綜合分析學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和日常行為數(shù)據(jù),利用統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)分析方法,驗(yàn)證所提出的學(xué)生綜合測(cè)評(píng)方法的效果,完善高校現(xiàn)有的學(xué)生綜合測(cè)評(píng)體系.通過構(gòu)建能綜合反映學(xué)生在校情況的測(cè)評(píng)體系,良好的可視化結(jié)果查看頁面,不僅學(xué)生能及時(shí)了解自我,而且能為相關(guān)管理部門的決策提供依據(jù),使所提出的學(xué)生綜合測(cè)評(píng)體系能成為引導(dǎo)學(xué)生在校生活和學(xué)習(xí)的風(fēng)向標(biāo),用更正確的方向指引學(xué)生度過美好的大學(xué)生活,提升高校教學(xué)質(zhì)量.
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