基于data cube的成绩分析系统的设计

朱 江 （东莞理工学院资产后勤管理处，广东 东莞523808）

周 斌 （东莞理工学院外语系，广东 东莞523808）

在培养高水平人才的过程中，科学的教学效果评估是一个关键环节。当前教学效果评估体系有两大问题需要解决，首先是对于教学活动受体的学生如何对其学习效果进行评价，其次是对于教育活动的主导者——教师如何评价其教学效果[1]。

在实际运行和操作过程中，由于一些主客观因素的影响会导致评价结果失真和异化。因此寻找一种更客观、更公正、更有效的评教方法成为目前教育活动中迫切需要解决的一个重要问题。为此，笔者利用数据仓库、数据挖掘技术，研发一套创新的基于数据立方体的学生成绩分析系统，实现多维、多层次地分析和展示学生在各个知识点的学习效果和教师的教学效果。这套系统为教学效果的评估提供了定量的数据支持，有助于提高评估体系的客观性和公正性，并为实际应用中教育教学改革提供可行的策略和方法。

1 系统功能结构

系统功能结构图如图1所示。

图1 系统功能结构图

1.1 课程模块

1）课程信息存储 存储课程的相关信息，包括编号、名称、开课时间、任课教师 （可增加其他信息，要求进行具体设计），提供增删改操作。

2）选课 课程信息与用户信息之间的关系数据，设计选课表，包括学生选课和教师选课功能。

1.2 试题试卷模块

1）试题信息存储 设计各种类型试题的数据库结构及表示方法 （可参考学校网络课程系统，试题应包括难度等级、所属专业／课程等信息），提供各类试题的增删改操作，建立试题及试题的维护功能。特殊要求：提供简单的专业符号录入。

2）试题难度动态更新 对于每次考试之后，同一道试题根据横向和纵向的答题纪录来动态计算其难度系数并自动更新。

3）定制试题库 类似试题存储，但入库试题特征 （如题干、答案、所属类别等）不允许更新，只有辅助信息允许动态更新 （如难度等）。

4）历史试卷记录 要求设计试卷的存储结构，对任意已经进行过的考试可查询原始考卷。

5）生成试卷 根据专业、课程生成对应试卷，要求各份试卷总体难度可设定，题目由教师在试题库中选取生成 （可设计试卷各类题型比例和数量、分值等），每份试卷要有相应的信息记录。

1.3 考试模块

1）试卷发放 按用户相关信息及时间设定发放考卷，要求必须是正确的用户、正确的时间、发放指定考卷。

2）考试时间控制 自动计时，时间到时自动收卷，每隔一定时间自动记录试卷完成情况，出现问题可保证在某个时间点之前的答卷内容得以保存，并能够读取出来继续作答。

3）试卷提交 可由用户提交或时间结束自动提交试卷。

4）答案储存 对每个用户的每份试卷答案进行存储，设计存储结构 （结合历史试卷记录）。

1.4 成绩模块

1）试卷批改 部分题型可由系统自动批改 （如选择题），特殊类型题目要求手动批改并给出成绩。

2）成绩存储 存储每人每份试卷的成绩。

1.5 成绩分析模块

1）个人成绩统计 包括考试成绩、历史试卷、学习曲线等。

2）试卷难度分析 根据考试结果及参加考试学生群体以往考试情况，分析试卷难度给出建议。

3）课程教学效果分析 根据每道试题的难度、以往答对率来衡量某次考试的学生群体对该题目的掌握程度，进而对课程的学习情况进行统计，结合试卷难度来评价教学效果。

4）教师教学水平分析 对同一门课程的历史纪录结合每个学期的教学效果来评价该门课程各位任课教师的教学水平，将任课教师所教的所有课程教学水平进行综合统计得到教师的总体教学水平指标。

5）学生整体素质分析 类似教师教学水平分析，衡量学生的整体素质[2]。

1.6 用户模块

1）用户分类及权限控制 按照系统的需求将用户主要分为3类：学生、教师和管理员，相应权限为：学生：选课、考试、个人成绩统计、试卷查询 （仅对个人成绩和试卷）；教师：选课、试题、试卷、成绩、成绩分析；管理员：管理模块、题库管理。

2）用户信息维护 主要是个人信息维护，用户的注册，用户名和密码等信息的修改。

1.7 管理模块

主要分为用户管理、试卷管理、考试管理、成绩管理等。

2 系统设计

2.1 系统数据源连接

实现的主要操作步骤如下：①单击 “开始”按钮，指向 “设置”，单击 “控制面板”，然后双击 “管理工具”，再双击 “数据源（ODBC）”。②在 “系统DSN”选项卡上单击“添加”按钮。③选择 “SQL SERVER”，然后单击 “完成”按钮。④完成相应输入 （见图2）。

图2 SQL SERVER新数据源输入界面

2.2 建立数据库和数据源

1）建立数据库结构 实现的主要操作步骤 （见图3）如下：①在 Analysis Manager树视图中展开 “Analysis Servers”。②单击服务器名称，即可建立与Analysis Servers的连接。③右击服务器名称，然后单击 “新建数据库”命令。④在 “数据库”对话框中的 “数据库名称”框中，输入 “成绩分析1”，然后单击 “确定”按钮。⑤重新完成②，③部分，在 “数据库”对话框中的 “数据库名称”框中输入 “知识点分析”，然后单击 “确定”按钮。⑥在 Analysis Manager树窗格中展开服务器，然后展开刚才创建的 “知识点分析”数据库。

2）建立数据源 实现的主要操作步骤如下：①在Analysis Manager树窗格中，右击 “成绩分析1”数据库下的 “数据源”文件夹，然后单击 “新数据源”命令。②在 “数据链接属性”对话框中，单击 “提供者”选项卡，然后单击 “Microsoft OLE DB Provider for SQL Server”。③单击 “连接”选项卡，然后从 “使用数据源名称”列表中单击 “CS-5JOA8P0NDXCH”，数据库选择 “chenjifenxi”。④单击 “测试连接”以确保一切工作正常。在 “Microsoft数据链接”对话框中应出现一条消息，说明连接成功。在消息框中单击 “确定”按钮。⑤单击 “确定”按钮关闭 “数据链接属性”对话框。⑥重复步骤①～⑤，建立数据库 “知识点分析”数据源。

图3 建立数据库结构操作示意图

2.3 建立多维数据集

1）成绩分析部分 打开多维数据集向导；向多维数据集添加度量值。

2）知识点分析部分 打开多维数据集向导；向多维数据集添加度量值；建立学生维度；建立知识考点维度；完成多维数据集的生成；使用存储设计向导设计存储；浏览多维数据集数据。

图4 数据透视表

2.4 输出

以 “对来自不同地区学生学习效果进行比较”为例构造数据透视表。从表中可以清楚的了解北京和上海2个地区学生对 “高等数学”、“数据结构”和 “数据库”3门课程的掌握程度。

3 结 语

现有的成绩分析系统从某种意义上讲并不是真正的分析系统，它只是单纯的以数字表示成绩，并对成绩进行统计，而成绩本身内在的信息完全被忽略，如构成成绩的各个试题的信息、知识点的掌握情况、学生对知识的掌握程度等，都没有体现出来。而只是将成绩作为一个数据利用查询语句加以简单统计和表示，并没有真正的实现分析功能[3]。

笔者设计的系统是基于元数据信息的，率先利用数据挖掘技术的支持将信息细化，对于成绩的分析可基于不同粒度和层面。系统通过对海量成绩的分析找到客观的评测学生和教师的标准，能够通过对挖掘结果的分析提供改进教学的依据，这是现有任何成绩分析系统无法实现的。通过该系统对东莞理工学院2008级、2009级学生的成绩分析，任课教师根据系统反馈的分析结果对教学方法进行改进，取得了较好的教学效果。

[1]姚晟，李龙澍.学生成绩分析专家系统的研究与应用 [J].安徽大学学报 （自然科学版），2007，31（1）：23-26.

[2]俞能福，陈邦考.主成分分析法在学生成绩分析中的应用 [J].安徽建筑工业学院学报 （自然科学版），2007，15（1）：73-75.

[3]丁志病，袁方，董贺伟.数据挖掘在高校学生学习成绩分析中的应用 [J].计算机工程与设计，2006，27（4）：590-592.