薄瑜　夏朝　王璨

摘要：為了讓學生更加直觀的了解自己的個人能力，給學生學習過程改進提供可視化數(shù)據(jù)支持，本文首先探討了基于大數(shù)據(jù)的學生能力畫像系統(tǒng)的背景、意義，接下來明確學生能力畫像系統(tǒng)構建的研究目標、學生能力畫像系統(tǒng)構建過程以及學生能力畫像系統(tǒng)構建需解決的關鍵問題，最后對全文進行了總結?；诖髷?shù)據(jù)技術的學生能力畫像系統(tǒng)對教學評價機制的改革和人才培養(yǎng)水平的提升起到了至關重要的作用。

關鍵詞：學生能力;畫像;大數(shù)據(jù)

1.學生能力畫像系統(tǒng)建立的意義

大數(shù)據(jù)是近年來快速發(fā)展的技術方向，關于大數(shù)據(jù)的研究與應用與日俱增，并不斷深入影響社會生活。在現(xiàn)代教育事業(yè)發(fā)展的過程中，將教育數(shù)據(jù)挖掘與學習分析技術進行有機融合，從而在教育領域建立起有關模型，對影響現(xiàn)代教育的各種因素起到了至關重要的作用。本文利用大數(shù)據(jù)技術，對學生能力畫像系統(tǒng)進行研究，通過多種信息化和數(shù)據(jù)挖掘的手段收集與學生相關的學習和能力數(shù)據(jù)，構建合理的信息模型，通過數(shù)據(jù)可視化技術展示相關的結果和信息，為學生生成能力畫像，根據(jù)能力畫像，使學生認識自己在知識能力和綜合能力上的不足，讓學生更加清楚自己所具備的能力，發(fā)現(xiàn)自己的短板并彌補短板。

2.學生能力畫像系統(tǒng)構建的研究目標

學生能力畫像系統(tǒng)構建的研究目標是按照工程教育認證的標準，從八個維度細化出關于學生畫像的特征值，利用特征值結合大數(shù)據(jù)分析技術進行模型建立，構建出學生能力畫像，通過學生能力畫像評判學生的綜合能力。

3.學生能力畫像系統(tǒng)構建過程

（1）學生能力分析

按照工程教育認證的標準，通過對本校不同的專業(yè)的培養(yǎng)方案進行調研，分析出學生應該具有：誠信與決策力、心智習慣、分析與創(chuàng)造力、溝通能力、領導力及團隊合作能力、信息技術及數(shù)理能力、全球視野、適應行和探索能力這八項能力。

（2）學生能力畫像系統(tǒng)架構分析

該系統(tǒng)在功能架構上分為4層，視圖層（也稱用戶應用層）基礎信息、學生能力畫像、能力評價;控制器層（也稱業(yè)務邏輯層）包括數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)處理、邏輯處理、身份驗證;模型層包括學生能力畫像模型、能力評價模型;數(shù)據(jù)訪問層（也稱數(shù)據(jù)庫層）包括學生成績庫、學生行為庫、用戶信息庫。

（3）學生能力畫像系統(tǒng)構建思路

前期利用Python爬蟲技術進行教務系統(tǒng)、學習通、慕課等平臺的數(shù)據(jù)爬取，將收集數(shù)據(jù)儲存至數(shù)據(jù)庫，人工分析集成學生的實體作業(yè)成果進行數(shù)據(jù)錄入，構建初階數(shù)據(jù)模型，采用輕型的flask后端框架進行網站平臺的搭建，通過前端UI（echart）進行數(shù)據(jù)顯示，通過Ajax進行前后端的數(shù)據(jù)傳遞或直接通過Python回顯視圖，此時用戶登錄之后，Python后端只進行了簡單的登錄、信息計算、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)顯示等邏輯處理。然后抽取相應的特征值進行分析，使用ID3算法等不斷對初步構建的數(shù)據(jù)模型進行合理優(yōu)化，使學生在使用并平臺的得出的學生能力畫像更加精確，并找出學生畫像的臨界、標準（合格）情況，讓學生更加直觀的了解自己的個人能力。

中期通過JAVA編碼進行實現(xiàn)，通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)，集成Mapreduce對大量的數(shù)據(jù)節(jié)點進行機器學習，強化訓練，不斷地對初構建的數(shù)據(jù)模型進行統(tǒng)計、衡量、優(yōu)化。

后期繼續(xù)完善平臺功能，為學生展示其更多有用的信息，進行數(shù)據(jù)挖掘，讓學生能更加了解自己的能力，同時也可在系統(tǒng)中添加一些顯示課程表、四六級課程推送的這樣方便實用的功能。

4.學生能力畫像系統(tǒng)構建需解決的關鍵問題

（1）學生數(shù)據(jù)的收集

基于大學生現(xiàn)有在校學習信息，通過Python爬蟲進行數(shù)據(jù)收集，囊括學習通、慕課、教務系統(tǒng)等網絡平臺，再通過人工分析的方式將學生作業(yè)、實訓成果等數(shù)據(jù)進行集成轉換，一同利用分布式儲存的方式保存至數(shù)據(jù)庫，通過不同專業(yè)人才培養(yǎng)方案的課程的調查研究課程于能力特征之間的關系，進行課程模型、作業(yè)模型、網課學習模型的初步建立，通過學生對于該平臺的使用，為學生提供登錄接口對其學習數(shù)據(jù)進行收集，并通過初步模型分析計算出得到學生的基本能力和基本特征，并保存其除隱私外的個人信息。

（2）模型算法的建立

通過ID3機器學習算法的分析，進行建立的數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。其中ID3算法是一種構造決策樹的方式，以信息熵的下降速度為選取測試屬性的標準，即在每個節(jié)點選取還尚未被用來劃分的具有最高信息增益的屬性作為劃分標準，然后繼續(xù)這個過程，直到生成的決策樹能完美分類訓練樣例。決策樹是對數(shù)據(jù)進行分類，然后在通過ID3算法的分析之后得出學生的特征值并生成決策樹，對應每一位大學生的信息選用不同的分析方式得出計算結果，根據(jù)已有數(shù)據(jù)進行機器訓練，使其計算結果更精確合理。

（3）學生能力的可視化

借助以往課程成績信息，基于矩陣分解的降維技術，分析學生對具體基礎知識的掌握程度，并獲得每門課程所含有的知識體系?；谶@些信息，該系統(tǒng)可以分析出每個學生的個人能力，也可以預測出這個學生在未來發(fā)展就業(yè)可能性。是通過分析課程、學習記錄、學習成果在能力體系上的相關性來進行能力預測。

5.結語

學生能力畫像利用學生的在校學習記錄數(shù)據(jù)，將分散層次不齊的數(shù)據(jù)進行標準化構建數(shù)據(jù)模型行為，包括課程成績、人才培養(yǎng)課程數(shù)據(jù)、網絡平臺網課學習記錄等，運用大數(shù)據(jù)分析手段，量化學生在理論、實踐、修養(yǎng)等多維度的特性，揭示學生的個人能力，基于其數(shù)據(jù)模型對學生的能力、畢業(yè)水平、就業(yè)優(yōu)勢等進行預測，對教學評價機制的改革和人才培養(yǎng)水平的提升起到了至關重要的作用。

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作者簡介：

薄瑜（1982.01），女，吉林榆樹人，碩士，副教授，研究方向：大數(shù)據(jù)技術，工作單位：大連科技學院數(shù)字技術學院。

夏朝（2001.08），男，專業(yè)：軟件工程，大連科技學院數(shù)字技術學院在校生。

王璨（1984.05），女，碩士，副教授，研究方向：計算機推理，工作單位：大連科技學院數(shù)字技術學院。