韋德華 韋小鈴

摘? 要： 網(wǎng)絡實驗教學是教育信息化環(huán)境下大學生掌握理論知識、形成綜合實踐能力的重要手段，現(xiàn)代網(wǎng)絡實驗教學平臺多是通過作業(yè)、測試的方式進行教學評價，僅通過學生成績對教學效果進行檢驗是不合理的。文中構(gòu)建完善的網(wǎng)絡實驗教學評價體系，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)設計網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)，以此挖掘網(wǎng)絡實驗教學中有價值的信息作為原始數(shù)據(jù)，并且處理原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)評價結(jié)果的輸出，從而實現(xiàn)全面評價網(wǎng)絡實驗教學的效果，進一步科學、合理地完善網(wǎng)絡實驗教學的評價和管理，進一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)挖掘; 教學平臺; 網(wǎng)絡實驗教學; 評價系統(tǒng); 數(shù)據(jù)收集模塊; 數(shù)據(jù)庫設計

中圖分類號： TN710?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）03?0142?04

Design of network experimental teaching evaluation system based on data mining

WEI Dehua1， WEI Xiaoling2

（1. Wuzhou University， Wuzhou 543002， China; 2. Beibu Gulf University， Qinzhou 535011， China）

Abstract： The network experimental teaching is an important way for college students to master theoretical knowledge and shape comprehensive practical ability under the environment of educational informationization. The modern network experimental teaching platform performs teaching evaluation mainly by means of homework and test. However， it is unreasonable to evaluate the teaching effect only by students′ achievement. In view of this， a perfect network experimental teaching evaluation system is built in this paper， which is then designed on the basis of data mining technology， and the valuable information in the network experimental teaching is mined as the original data. Then， the original data is processed to realize the output of evaluation results， so as to evaluate the network experimental teaching effect comprehensively， and further improve the network experimental teaching evaluation and management scientifically and reasonably， and improve the quality of personnel training.

Keywords： data mining; teaching platform; network experimental teaching; evaluation system; data collection module; database design

0? 引? 言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、網(wǎng)絡課程、MOOC、虛擬仿真教學和在線學習平臺在高校的廣泛應用，與之對應的網(wǎng)絡實驗教學平臺也得到快速發(fā)展。網(wǎng)絡實驗教學平臺不僅實現(xiàn)了教學資源共享，還能夠整合教學資源，促進師生更密切的溝通與交往，有效彌補了傳統(tǒng)課堂互動環(huán)節(jié)，使教師教學質(zhì)量和學生學習興趣得到提高。因其所具備的這些優(yōu)勢及高校對實驗教學質(zhì)量的重視，網(wǎng)絡實驗教學平臺逐漸被更多的高校關(guān)注。目前，網(wǎng)絡實驗教學平臺在教學評價方面有所欠缺，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡實驗教學評價體系不夠完善、評價主體單一，對網(wǎng)絡實驗教學中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)缺乏有效的分析和關(guān)聯(lián)挖掘，不能為網(wǎng)絡實驗教學和管理提供決策建議。為此，本文結(jié)合教學評價理論提出網(wǎng)絡實驗教學評價體系，并基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)設計了網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)，挖掘后臺數(shù)據(jù)庫有價值的信息，實現(xiàn)關(guān)鍵信息的提取、量化和分析，最終得到有用的關(guān)聯(lián)規(guī)則，發(fā)現(xiàn)與網(wǎng)絡實驗教學存在必然聯(lián)系的因素，實現(xiàn)完善網(wǎng)絡實驗教學評價的目的。

1? 數(shù)據(jù)挖掘概念

數(shù)據(jù)挖掘也稱資料探勘和數(shù)據(jù)采礦，是使用人工智能技術(shù)從海量的看似無關(guān)的數(shù)據(jù)中尋找數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和規(guī)律的技術(shù)，是一個探尋數(shù)據(jù)庫知識的過程[1]。探尋數(shù)據(jù)規(guī)律、數(shù)據(jù)知識的主要方法有分類、聚類和關(guān)聯(lián)規(guī)則等，以規(guī)則、規(guī)律、模式和概念等數(shù)據(jù)知識為挖掘目標。

在獲得知識的過程中，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘?qū)儆谟葹橹匾募夹g(shù)，能夠識別數(shù)據(jù)庫中的屬性類別及其關(guān)系[2]。如果變量之間存在某種相關(guān)性，關(guān)聯(lián)規(guī)則分析就能夠通過數(shù)據(jù)庫尋找出隱藏于其中的關(guān)系網(wǎng)。

2? 評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘體系結(jié)構(gòu)

隨著Internet技術(shù)的興起和發(fā)展，B/S架構(gòu)廣泛應用于網(wǎng)絡平臺設計上，這一模式統(tǒng)一客戶端，用戶以WWW瀏覽器為工作界面，通過Web Server交互后臺數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，使開發(fā)周期得到有效的簡化。使用ASP技術(shù)設計動態(tài)網(wǎng)頁文件，存放于服務器中，用戶通過瀏覽器向服務器發(fā)送HTTP請求，服務器接到用戶請求后生成HTML文件并發(fā)送給客戶端瀏覽器，瀏覽器將響應文件解釋和呈現(xiàn)給用戶，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新。

以上所述的技術(shù)特點，符合網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的設計需求，因而本系統(tǒng)的開發(fā)采用了B/S模式，使用了ASP的開發(fā)手段和SQL Server數(shù)據(jù)庫。應用基于數(shù)據(jù)挖掘的網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的基本過程是，從數(shù)據(jù)庫的大量數(shù)據(jù)中整合出有待挖掘的數(shù)據(jù)集，使用數(shù)據(jù)挖掘方法探尋數(shù)據(jù)集中的規(guī)律和知識，將規(guī)律和知識以用戶可視化的方式呈現(xiàn)出來。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘步驟如圖1所示。

教師的教學行為對學生的學習行為起到引發(fā)、維持和推動的作用，教師教學質(zhì)量分析除了采用傳統(tǒng)的聽課、評課方式對教師的教學進行“望、聞、問、切”診斷外，還可通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對教師的教學行為進行B超掃描式的數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達，以中西醫(yī)結(jié)合的方式開展教學質(zhì)量評價[3]。網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集上則主要指向教師的網(wǎng)絡實驗教學行為數(shù)據(jù)，從可行性上分析：

1） 保障數(shù)據(jù)來源的豐富性。為了提高數(shù)據(jù)挖掘的效果，從而實現(xiàn)有效教學評價，就要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效收集。可被挖掘的數(shù)據(jù)除了存在于網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)之外，還分布在在線學習平臺、網(wǎng)絡精品課、MOOC等平臺，甚至還可以是常規(guī)和傳統(tǒng)的教學管理資料中。

2） 保證數(shù)據(jù)來源的質(zhì)量。對于數(shù)據(jù)類型不一、規(guī)格不一造成的數(shù)據(jù)質(zhì)量低、數(shù)據(jù)不適合挖掘的問題，需要先進行數(shù)據(jù)的清洗。

3） 明確在教師的實驗教學中哪些數(shù)據(jù)作為教師網(wǎng)絡實驗教學行為數(shù)據(jù)。如在網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)中，教師本學期內(nèi)登錄系統(tǒng)的時長，登錄平臺的次數(shù)，平均每次在線時間，在網(wǎng)絡學習論壇中發(fā)帖組織師生交流的次數(shù)、時長、點擊量、回帖數(shù)，電子實驗報告批改次數(shù)、時長、批改評語，教學進度與教學計劃的匹配度，學生電子簽到率，輔助課件數(shù)量及點擊數(shù)等。

3? 網(wǎng)絡實驗教學評價體系的構(gòu)建

在采集教師的網(wǎng)絡實驗教學行為數(shù)據(jù)后，需要有一套科學合理的教師教學質(zhì)量評估體系作為教師教學質(zhì)量評價的依據(jù)和目標。采用結(jié)構(gòu)分析法，建立不同的教學質(zhì)量評價主體的評價指標，實現(xiàn)教學主管、專家同行和學生的多元評價。在網(wǎng)絡實驗教學評價的總目標下建立教學態(tài)度、實驗準備、教學內(nèi)容、教學方法、考核與效果等一級指標[4?5]，再分解為若干個具體的二級指標，這些具體指標是網(wǎng)絡實驗教學評價的行為目標，可運用具體的操作化行為對其進行描述。將初步構(gòu)建的網(wǎng)絡實驗教學評價體系通過問卷調(diào)查的方式向任課教師、教學主管、專家同行和學生開展調(diào)查、分析和調(diào)整后，本文提出網(wǎng)絡實驗教學評價的指標體系，如表1和表2所示。

4? 基于數(shù)據(jù)挖掘的網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的詳細設計

4.1? 系統(tǒng)功能構(gòu)成

教學主管、專家同行、學生為多元化的網(wǎng)絡實驗教學評價主體，分布在不同評價層次中，都能夠利用校園網(wǎng)實現(xiàn)評價信息的提交和瀏覽。系統(tǒng)的物理構(gòu)成如圖2所示。

網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)并非一個獨立的系統(tǒng)，其應成為網(wǎng)絡實驗教學平臺中的一個主要部分，要求其和平臺各功能相互集成、融合，實現(xiàn)一體化的管理。同時也要求其具備獨立性，方便其今后的擴展與靈活配置?？傮w分析，其在邏輯構(gòu)成上主要包括教學評價指標體系、教學評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，及由此二項功能產(chǎn)生的評價數(shù)據(jù)和評價結(jié)果數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成如圖3所示。

4.2? 登錄模塊

登錄模塊能夠驗證用戶的身份，并且實現(xiàn)權(quán)限分配。學生通過學號，教師、專家同行和主管領(lǐng)導等評價人員通過工號分別登錄到系統(tǒng)中，在完成初始密碼修改后就可以進到系統(tǒng)的有關(guān)功能模塊中。系統(tǒng)登錄流程如圖4所示。

4.3? 數(shù)據(jù)收集模塊

用戶在完成登錄后，其身份也就得到了確認，其在系統(tǒng)中就能夠采用預先設計好的相應類型的實驗教學質(zhì)量評價指標體系開展評價。系統(tǒng)對用戶的錄入信息按照數(shù)據(jù)規(guī)則進行有效提取、整理和轉(zhuǎn)換處理，并存儲到數(shù)據(jù)倉庫中，使這些數(shù)據(jù)成為網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘來源之一。當然可被挖掘的數(shù)據(jù)還分布在在線學習平臺、網(wǎng)絡精品課、MOOC等平臺，甚至還可以是常規(guī)和傳統(tǒng)的教學管理資料中，也可以在教學評價系統(tǒng)中添加在線調(diào)查子系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡調(diào)查方式得到數(shù)據(jù)。為了保證收集數(shù)據(jù)的可靠性及公正性，評價者可使用匿名方式進行教學評價，并且利用學生識別號跟蹤實現(xiàn)學生重復評價與超范圍評價控制[6]。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的流程如圖5所示。

在數(shù)據(jù)采集過程中，來自不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可能存在數(shù)據(jù)類型不一、規(guī)格不一、數(shù)據(jù)缺失等問題，需要進行數(shù)據(jù)的預處理。據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)預處理的用時占數(shù)據(jù)挖掘全程時長的60%，而數(shù)據(jù)挖掘本身僅占10%的時間[7]。對教學行為數(shù)據(jù)預處理的過程就是對數(shù)據(jù)進行清洗、集成、變換和規(guī)約的過程[8]。數(shù)據(jù)清洗就是對網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)中的無關(guān)數(shù)據(jù)、無效數(shù)據(jù)、不完整數(shù)據(jù)進行處理，例如，在網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)中刪除重復注冊而沒有學習記錄的用戶信息，刪除空缺值，更正有誤信息。數(shù)據(jù)集成是對來自不同數(shù)據(jù)庫的教學評價數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的規(guī)格集中到同一個教學評價數(shù)據(jù)庫上，并對重復記錄進行刪除。數(shù)據(jù)變換是將教學評價數(shù)據(jù)變換為適合于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)規(guī)約是將原始數(shù)據(jù)進行壓縮表示，例如，將與用戶在線學習時間相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以分鐘計時的數(shù)據(jù)。

4.4? 綜合評價模塊

這一模塊是網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的核心，經(jīng)過前期的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理，本模塊主要目的是從數(shù)據(jù)中建模，形成預測模型和描述模型等主要模型，預測模型可以通過已知數(shù)據(jù)預測未知數(shù)據(jù)，描述模型可以通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)新模型[9]。

在綜合評價模塊中，主要涉及到數(shù)據(jù)挖掘中的分類分析、聚類分析和關(guān)聯(lián)分析等應用工具。分類的目的是對數(shù)據(jù)進行類別指定，例如，根據(jù)教師在網(wǎng)絡實驗教學平臺上的操作行為判斷其教學風格;聚類是把特征近似的數(shù)據(jù)歸集起來，進行數(shù)據(jù)分組;關(guān)聯(lián)是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間隱藏的某種規(guī)律，例如，發(fā)現(xiàn)學生網(wǎng)絡實驗教學效果與教師教學風格的關(guān)聯(lián)。網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)的綜合評價模塊流程如圖6所示。

4.5? 結(jié)果查詢模塊

評價教師網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量的主體主要包括學生、專家同行與教學管理人員。任課教師通過結(jié)果查詢模塊能夠查看本人的網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量評價結(jié)果。教學管理人員通過此模塊查看全校教師網(wǎng)絡實驗教學評價結(jié)果，可以從一個側(cè)面對全校實驗教學質(zhì)量進行宏觀上的了解和把握，并可據(jù)此修改、完善和制定相應的實驗教學質(zhì)量評價體系和管理制度[10]。本系統(tǒng)結(jié)果查詢的流程如圖7所示，教師查詢評價結(jié)果的界面如圖8所示。

5? 系統(tǒng)測試

在完成網(wǎng)絡實驗教學評價的數(shù)據(jù)挖掘之后需要對數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果進行鑒別，使用驗證數(shù)據(jù)集來測試所發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹的準確率和精度，之后對有效性進行判斷。在具體實踐中，為網(wǎng)絡實驗教學評價系統(tǒng)建立驗證數(shù)據(jù)集，驗證數(shù)據(jù)集可以是此前所采集的數(shù)據(jù)，也可以是一個獨立的數(shù)據(jù)集，用驗證數(shù)據(jù)集測試挖掘出的關(guān)聯(lián)規(guī)則的有效性，某條關(guān)聯(lián)規(guī)則測試中正確率大于80%時，判斷該關(guān)聯(lián)規(guī)則有效。有效的關(guān)聯(lián)規(guī)則還要放到網(wǎng)絡教學實踐中進行小范圍應用，取得滿意效果之后再擴大應用范圍。

6? 結(jié)? 語

本系統(tǒng)的開發(fā)采用了B/S模式，使用了ASP的開發(fā)手段和SQL Server數(shù)據(jù)庫，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量評價系統(tǒng)的設計，對數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性進行分析，解決網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量評價中主觀性及片面性等問題，為教學主管部門提供決策參考，提高了網(wǎng)絡實驗教學質(zhì)量評價的科學性與準確性，具備一定應用價值。

參考文獻

[1] 范明，范宏建.數(shù)據(jù)挖掘?qū)д揫M].北京：人民郵電出版社，2015.

[2] 李悅，孫健，邱志祺.基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的研究與應用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（23）：121?123.

[3] 王陸，魏寧.課堂教學行為大數(shù)據(jù)：架設理論與實踐的橋梁[J].中國信息技術(shù)教育，2017（12）：9?17.

[4] 朱德全.教育測量與評價[M].北京：高等教育出版社，2016：168?171.

[5] 徐學福.教學論[M].北京：人民教育出版社，2012：245?252.

[6] 吳元慶.基于數(shù)據(jù)挖掘的體育教學信息系統(tǒng)的研究與設計[J].自動化與儀器儀表，2017，12（3）：77?78.

[7] 元昌安.數(shù)據(jù)挖掘原理與SPSS Clementine應用寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：40.

[8] 丁國勇，錢靜珠.教育數(shù)據(jù)挖掘在高校實驗教學中的應用研究[J].實驗室研究與探索，2018，37（1）：204?207.

[9] 李宇帆，張會福，劉上力，等.教育數(shù)據(jù)挖掘研究進展[J].計算機工程與應用，2019，55（14）：15?23.

[10] 尹亞晶.基于數(shù)據(jù)挖掘的體育評價決策支持系統(tǒng)開發(fā)與研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（9）：108?111.