鄭金龍 聶盼紅

摘要：利用信息技術(shù)及時(shí)分析學(xué)生的學(xué)業(yè)狀態(tài)并實(shí)施學(xué)業(yè)預(yù)警是目前高等院校應(yīng)對(duì)學(xué)業(yè)危機(jī)的重要舉措，而學(xué)業(yè)成績(jī)是其學(xué)業(yè)狀態(tài)分析的重要指標(biāo)，因此依托教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并研發(fā)基于成績(jī)的學(xué)業(yè)預(yù)警分析系統(tǒng)。通過成績(jī)數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、分析與可視化過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)業(yè)異常，實(shí)施學(xué)業(yè)預(yù)警，同時(shí)為學(xué)校、教師、學(xué)生和家長(zhǎng)提供了很好學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)程的交流平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：學(xué)業(yè)危機(jī);學(xué)業(yè)預(yù)警;數(shù)據(jù)預(yù)處理;Oracle;ETL

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）05-0097-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

在高等教育大眾化的背景下，學(xué)分制已在高等院校得到廣泛的應(yīng)用。學(xué)分制在一定程度上為學(xué)生提供了多元化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)環(huán)境，但同時(shí)也出現(xiàn)了學(xué)生選課比較隨意和盲目，很少考慮自己的成長(zhǎng)目標(biāo)，甚至出現(xiàn)“考試不通過”可以補(bǔ)考或重修的心態(tài)。特別是部分自控力和自主學(xué)習(xí)能力偏弱的學(xué)生，很容易產(chǎn)生消極的心理[1]，從而產(chǎn)生學(xué)業(yè)危機(jī)[2]。因此，很多高校都陸續(xù)實(shí)施“學(xué)業(yè)預(yù)警”制度3-4]，制定各類學(xué)業(yè)預(yù)警規(guī)則，幫助學(xué)生順利完成學(xué)業(yè)[5]。

在學(xué)業(yè)預(yù)警制度實(shí)施的過程中，首先需要設(shè)置具體的預(yù)警規(guī)則，然后根據(jù)預(yù)警規(guī)則收集相關(guān)的預(yù)警數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到預(yù)警級(jí)別[6-8]，而且根據(jù)不同的預(yù)警級(jí)別，將相關(guān)的預(yù)警信息反饋給學(xué)生、班主任、輔導(dǎo)員等學(xué)生管理人員，以便及時(shí)干預(yù)，同時(shí)還要收集學(xué)生、班主任等管理員的反饋，及時(shí)對(duì)預(yù)警規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)。這些工作若采用傳統(tǒng)的方式，顯然效率較低。因此，很多高等院校運(yùn)用信息技術(shù)等手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生現(xiàn)實(shí)的學(xué)業(yè)問題，警示其可能導(dǎo)致的不良后果[9-10]。同時(shí)使學(xué)生管理人員及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)業(yè)狀態(tài)，實(shí)施學(xué)業(yè)幫扶[13-15]。

高校的學(xué)業(yè)成績(jī)作為高校學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的重要指標(biāo)，其在學(xué)業(yè)預(yù)警實(shí)施中占有重要的地位。但是目前基于各個(gè)學(xué)校的學(xué)業(yè)預(yù)警制度和方案的不同，教務(wù)管理系統(tǒng)一般沒有通過統(tǒng)一的預(yù)警功能，因此本文以教務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)給出了一個(gè)基于成績(jī)的學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

2 基于成績(jī)的學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

系統(tǒng)以我校學(xué)業(yè)預(yù)警制度為背景，利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)基于教務(wù)數(shù)據(jù)的學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)。其核心功能結(jié)構(gòu)如圖l所示。

2.1.1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理

利用數(shù)據(jù)挖掘ETL工具，按照已定義的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，定期從學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取學(xué)業(yè)預(yù)警相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括培養(yǎng)計(jì)劃、課程成績(jī)、教師數(shù)據(jù)、學(xué)生基本數(shù)據(jù)等，存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)學(xué)業(yè)預(yù)警規(guī)則，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)學(xué)業(yè)預(yù)警分析算法，生成學(xué)業(yè)預(yù)警的結(jié)果數(shù)據(jù);按照學(xué)院、年級(jí)、專業(yè)、班級(jí)、預(yù)警級(jí)別等不同維度完成學(xué)業(yè)預(yù)警狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)查詢。

2.1.3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理

通過該功能能夠?qū)崿F(xiàn)班級(jí)輔導(dǎo)員和班主任信息的維護(hù)，班級(jí)信息定期與教務(wù)數(shù)據(jù)同步更新;學(xué)業(yè)預(yù)警規(guī)則的管理和維護(hù)。

2.1.4學(xué)分修讀統(tǒng)計(jì)查詢

通過該功能實(shí)現(xiàn)已修學(xué)分和未修學(xué)分統(tǒng)計(jì)查詢、不同類型課程學(xué)分查詢、不及格課程查詢、課程績(jī)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)查詢等。

2.2 學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)總體方案

基于成績(jī)的學(xué)業(yè)預(yù)警分析系統(tǒng)的核心是學(xué)業(yè)預(yù)警算法，通過數(shù)據(jù)獲取、分析和可視化的過程完成學(xué)業(yè)預(yù)警級(jí)別的計(jì)算。其系統(tǒng)總體方案如圖2所示：

3 學(xué)業(yè)預(yù)警分析

3.1 預(yù)警規(guī)則

學(xué)校學(xué)業(yè)預(yù)警程度由低到高依次為：藍(lán)色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警，根據(jù)我校學(xué)業(yè)預(yù)警制度，其預(yù)警條件的形式化定義如下：藍(lán)色預(yù)警：已修讀的課程累計(jì)不及格課程門數(shù)為1門;黃色預(yù)警：已修讀的課程累計(jì)不及格課程門數(shù)大于或等于2門，且未達(dá)到5門;橙色預(yù)警：已修讀的課程累計(jì)不及格課程門數(shù)大于或等于5門，且未達(dá)到8門;或累計(jì)不及格課程學(xué)分大于或等于15學(xué)分，且未達(dá)到24學(xué)分;紅色預(yù)警：已修讀的課程累計(jì)不及格課程門數(shù)大于或等于8門，或累計(jì)不及格課程學(xué)分大于或等于24學(xué)分。

3.2 預(yù)警分析過程

學(xué)業(yè)預(yù)警分析過程包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、預(yù)警級(jí)別分析和查詢及可視化四個(gè)階段，在每個(gè)階段采用視圖和庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)計(jì)算，每個(gè)階段結(jié)束后將計(jì)算結(jié)果保存到臨時(shí)表，便于后面階段的數(shù)據(jù)處理。

3.2.1 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)數(shù)據(jù)分析的目標(biāo)，通過ETL從遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取在校學(xué)生課程成績(jī)的原生數(shù)據(jù)，其字段包括：【學(xué)年、學(xué)期、選課編號(hào)，學(xué)號(hào)，姓名，課程名稱，學(xué)分，折算成績(jī)，總評(píng)成績(jī)，重修成績(jī)，補(bǔ)考成績(jī)，重修標(biāo)記，課程性質(zhì)，輔修標(biāo)記，績(jī)點(diǎn)】;其次對(duì)成績(jī)數(shù)據(jù)的欄目進(jìn)行分析，以便了解字段數(shù)據(jù)是否符合數(shù)據(jù)分析的要求，下面是主要字段分析：“折算成績(jī)”是將總評(píng)成績(jī)折算成百分制的成績(jī);“總評(píng)成績(jī)”“補(bǔ)考成績(jī)”“重修成績(jī)”可能為不同類型的成績(jī)，如百分制、二分制等;同一個(gè)學(xué)生的同一門課程因?yàn)橹匦薅啻螌?dǎo)致在成績(jī)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)兩條以上記錄;“重修標(biāo)記”和“輔修標(biāo)記”表示該門課程成績(jī)?yōu)橹匦蕹煽?jī)或輔修成績(jī);“績(jī)點(diǎn)”字段的值為第一次計(jì)算折算成績(jī)后填寫，同一記錄的補(bǔ)考成績(jī)和重修成績(jī)的變化不影響其值。

3.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

通過數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段對(duì)數(shù)據(jù)特征的分析，有針對(duì)性地進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括成績(jī)的規(guī)范化、學(xué)生課程合并和最高成績(jī)計(jì)算等。

1）因折算成績(jī)和總評(píng)成績(jī)等價(jià)，所以后面的分析中使用折算成績(jī)。重修成績(jī)和補(bǔ)考成績(jī)，需要統(tǒng)一折算為百分制成績(jī)。

2）課程合并和最高成績(jī)計(jì)算：因?yàn)榇嬖诓糠謱W(xué)生因多次重修，導(dǎo)致同一個(gè)學(xué)生的同一門課程在成績(jī)數(shù)據(jù)中有多行記錄，根據(jù)課程編號(hào)計(jì)算每位學(xué)生每門課程的最高成績(jī)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一張臨時(shí)表。視圖如下：[學(xué)號(hào)、課程編號(hào)、課程名稱、學(xué)分、最高成績(jī)、績(jī)點(diǎn)]。

3.2.3 預(yù)警級(jí)別分析

根據(jù)預(yù)警規(guī)則，計(jì)算預(yù)警參數(shù)的值，為了簡(jiǎn)化程序的復(fù)雜性，每個(gè)參數(shù)分別采用不同的視圖進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行合并操作。其中，總的補(bǔ)考次數(shù)（包括同一門課程補(bǔ)考多次）、補(bǔ)考學(xué)分總數(shù)、重修次數(shù)（包括一門課重修多次）、重修學(xué)分總數(shù)等4個(gè)參數(shù)目前僅作為預(yù)警參考數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給學(xué)生管理人員，不作為預(yù)警級(jí)別判定的依據(jù)。預(yù)警級(jí)別計(jì)算的基本過程如圖3所示：

3.2.4 預(yù)警統(tǒng)計(jì)查詢及可視化

根據(jù)不同角色創(chuàng)建不同的統(tǒng)計(jì)分析視圖，主要包括兩個(gè)方面的視圖：

1）學(xué)生查詢個(gè)人學(xué)業(yè)預(yù)警結(jié)果及預(yù)警原因視圖，包括學(xué)分和基點(diǎn)修讀統(tǒng)計(jì)視圖等;

2）管理人員查詢所有學(xué)生預(yù)警結(jié)果及原因視圖和根據(jù)學(xué)院、年級(jí)、專業(yè)、班級(jí)等不同維度的學(xué)業(yè)預(yù)警統(tǒng)計(jì)視圖

4 學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于成績(jī)的預(yù)警系統(tǒng)核心功能包括學(xué)業(yè)預(yù)警級(jí)別的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的查詢。學(xué)業(yè)預(yù)警級(jí)別的計(jì)算主要采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)和開源ETL工具Pentaho Data Integration（PDI）實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢及可視化采用Phalcon框架（PHP）、HTML5和Chart.js等軟件開發(fā)技術(shù)。

4.1 預(yù)警級(jí)別計(jì)算

1）利用ETL工具定時(shí)從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)將學(xué)業(yè)預(yù)警相關(guān)的數(shù)據(jù)同步到本地的學(xué)業(yè)預(yù)警預(yù)處理庫(kù)，并完成部分預(yù)處理任務(wù)。首先創(chuàng)建“轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程獲取，然后利用“作業(yè)”實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)。因?yàn)槭菑倪h(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)表獲取數(shù)據(jù)，并插入本地空表，所以輸入采用“表輸入”模式，輸出采用“插入/更新”模式。

2）利用Oracle存儲(chǔ)過程、視圖技術(shù)和豐富的庫(kù)函數(shù)，按照預(yù)警級(jí)別分析過程實(shí)現(xiàn)預(yù)警級(jí)別的計(jì)算，下面給出主存儲(chǔ)過程代碼：

4.2 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)查詢功能實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)查詢功能的實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)層面根據(jù)查詢角色的不同創(chuàng)建不同的查詢統(tǒng)計(jì)視圖，然后通過PHP程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)查詢數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為前端視圖技術(shù)要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。主要包括學(xué)業(yè)預(yù)警結(jié)果的統(tǒng)計(jì)查詢和學(xué)生學(xué)分修讀情況的統(tǒng)計(jì)查詢。圖4是根據(jù)給定條件查詢學(xué)生的學(xué)業(yè)預(yù)警結(jié)果的視圖，圖5是按照學(xué)期、學(xué)院、專業(yè)、年級(jí)、班級(jí)等維度統(tǒng)計(jì)查詢學(xué)業(yè)預(yù)警總體情況。

5 結(jié)束語

本文研究和設(shè)計(jì)的基于成績(jī)的學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)，初步完成了基于課程成績(jī)的預(yù)警級(jí)別計(jì)算和統(tǒng)計(jì)查詢，其是高校學(xué)業(yè)預(yù)警制度中的重要組成部分，幫助提高學(xué)業(yè)預(yù)警的實(shí)施效率和效果。之后將逐步增加其他類型的學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)，提高預(yù)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，如考勤數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)、第二課堂等數(shù)據(jù)，并依據(jù)不同的專業(yè)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)業(yè)預(yù)警。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2（）19-12-15

作者簡(jiǎn)介：鄭金龍（1982-），男，甘肅蘭州人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘;聶盼紅（1976-），女，山西人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)。