西藏民族大学综合素质测评可视化应用研究*

陈怡霏 高屹，2**

（1.西藏民族大学；2.西藏光信息处理与可视化技术重点实验室，陕西 咸阳 712082)

1 研究背景

大数据时代加速了西藏经济社会的发展，对于广大大学生来说，综合素质成为了新时代的能力要求，传统单一的知识型大学生已完全不能符合西藏经济社会对高水平人才的要求。素质和能力是逐步成为大学生就业的核心竞争力。大学生要想在踏入社会、进入职场中取得主动、优势地位，需要在大学期间努力做好知识储备的同时，有意识的提高自身综合素质［1］与能力，从而提升自己的竞争优势。

西藏民族大学综合素质测评不同于一般通用型测评，有其特殊的民族性、地域性及其他差异性。平面二维的测评数据很难能够直观的反应现实情况，尤其在复杂的大数据挖掘环境下，需要利用用户画像的方式实现复杂的统计分析并建模表达。学生们也可以利用这些可视化的数据呈现方法，收集并解析实体对象的行为属性、生活习惯、业余活动情况。

因此，本文所设计的数据可视化平台能够立体的呈现大学生综合素质评定的结果［2］，还能详尽、精确地对大学生在校阶段所有数据进行汇总与统计分析,借助图谱、二维表等可视化手段有助于学生们更全面地了解个人的综合能力发展、专业和核心能力情况、综合素质评估结果等信息。

2 可视化技术研究现状

2.1 国外研究现状

数据可视化技术在国外发展较早，技术成熟，在哈佛大学、麻省理工学院等一些知名的大学都将数据可视化作为研究课题。麻省理工学院的研究小组以城市信息化的可视化为研究重点，已发表了数篇被广泛引用的论文。斯坦福正在进行的项目包括交互式可视化的新语言、理论模型、探索性分析和设计工具、评估可视化效果的感知实验，以及用于大规模文本分析、人口基因组学和其他领域的可视化分析系统，从而推动数据可视化工具的研究进展。

2.2 国内研究现状

相对国外而言，国内可视化研究相对较晚，始于20 世纪90 年代初。数据可视化在不同领域被广泛研究，国内许多高校成立了专门的数据可视化研究团队做相关技术方面的研究并取得一定成果，例如北京大学的“所见即所得”可视化系统，用户可以根据需求调节参数与可视化系统进行交互，建立了以面向目标为特点的新可视化人机交互机制；浙江大学对高维时变数据实现突破等。

除了学术研究领域,媒体、企业、工作室和个人也都积极加入数据可视化研究当中。随着数据可视化技术的逐步成熟，国内许多学者都撰写了关于数据可视化的论文，而且国内的数据可视化平台、技术、工具也层出不穷，例如百度团队研发的基于Java Script 脚本语言所实现的Echarts可视化平台，本文也采用这款工具进行可视化实现，这些研究都将极大的推动可视化技术在我国的迅猛发展。

3 相关技术

近年来，国内互联网技术迅猛发展，许多软件开发技术［3］应运而生，其中，HTML5 是目前最受欢迎的网页设计技术之一，负责数据格式化的展示，决定网页的结构和内容；Css3 可以通过样式表美化网页，使网站设计锦上添花；Java Script 是一种弱类型脚本语言，对网页行为进行编程，其源代码不需要经过编译，由浏览器解释运行；ECharts 是一款用JavaScript 实现的数据可视化库，目前在计算机领域应用较多。

3.1 HTML5+Css3+JavaScript框架概述

超文本标记语言［4］HTML（Hyper-Text-Markup-Language）是结构化标准语言之一。HTML5 作为新一代的HTML 标准，主要使用Web 技术进行开发，融合了许多新型元素。区别于传统网页语言，HTML 还具备许多新特性及新规则，使得各个浏览器有了统一的标准。其主要优势在于可以实现跨平台浏览页面，是未来发展的趋势，并且适应新时代市场的需求。

Css 释义为层叠表样式，专门表现HTML、XML 等格式文件样式的特定语言，它是Css 的最新一代规范版本，提供了丰富的文档样式外观，使得页面布局更加灵活，配合HTML 语言进行页面外观控制，真正实现内容与表现分离。在Css2.1 的基础上增加了很多更加强大的功能，完善了选择器、背景效果、视觉效果、盒模型等，以便于开发人员解决一些实际面临的问题。

Java Script 是一种标准解释型脚本语言，通常在客户端运行，以ECMA-Script为标准，已被广泛应用于Web 应用开发，为网页添加各种样式的动态效果［5］。它和Css 一样也属于一种文本信息，JavaScript 用于动态交互式网页的开发，可以解决用户和浏览器之间的交互问题，使得网站的用户体验得到大幅提升。

3.2 ECharts概述

Enterprise-Charts 是ECharts 的简称，商业级数据图表，是一个典型Java Script图表库，可以在诸如移动设备、PC 上流畅运行，对各类浏览器非常友好。支持各类图表，同时提供多种可交互组件，支持多图表、组件的联动和混搭显现。由于ECharts 具有丰富可视化类型、能展现千万数据、绚丽的特效、动态数据［6］等特性，本文选择ECharts 作为综合素质数据可视化工具，尽可能增强用户体验、展示数据。

4 数据部分

4.1 数据来源

本项目侧重数据可视化的呈现，对数据类型，数据格式及数据针对性有较高的要求，因此本文以西藏民族大学信息工程学院19 级各班学生的综测数据作为数据样本，综测指标体系主要包括基本素质测评、学业学术测评、实践能力测评三部分，其中基本素质测评包括政治思想素质、行为规范、学习态度、身心健康，此部分成绩占比20%；学业学术测评占比80%，占比最大，也说明了它的重要性，主要包含各科成绩、在校期间的学术研究；第三部分是对学生的社会实践能力、社会工作能力进行综合性考察与分析，其中社会工作一般是对学生的工作能力、协作能力等进行考察，而对于社会实践能力来说，是考察学生在社会实践参与方面的情况，比如是否积极参加各种义务劳动及社会实践活动等，此维度占比20%.

4.2 数据分析与处理

西藏民族大学学生综合素质测评主要通过纸质测评表、表格统计方法实现，再进行自评和评议小组互评方式，根据学生平时表现和学业成绩，形成学生德智体美劳等方面的数量化评价结果，其主要业务流程如图1所示。学工处根据西藏民族大学学生综测素质测评相关规定，设计出合理的测评表，通过各学院辅导员分发至各班班主任，班主任组织本班学生实事求是地填写测评表上每一栏内容，并提供相关材料加分证明；评议小组依据评测标准和查阅相关佐证材料后计算出每位学生最后测评分数，并由班主任上交至本学院辅导员审核，审核通过后将测评数据电子版交由学工处，完成采集全校学生综合素质测评数据的工作。学工处对各学院上交的数据测评表进行分析，生成各种类型的统计报表，最后上交至学校领导。由于数据可视化时的数据必须完整，而上述过程中采集的学生综合素质测评数据可能会出现缺失值、异常数据等情况，本文利用大数据技术进行存储、加工、处理和交换，通过特征分析、聚类、分类和异常分析，对异常、缺失数据进行处理，最终形成了可进行可视化呈现的原始数据集。

图1 业务流程图

4.3 数据库设计

数据库是可视化系统的重要组成部分，从数据库的概念结构设计角度来看，在本文的学生综合素质测评可视化平台中，需要存储学生的的各项成绩，包括：学生基本素质成绩、学业学术成绩、实践能力成绩，经过对本项目的需求模型的分析，得到如图2所示的ER模型。

图2 E-R图

再将上述E-R图向关系模型转化：

（1）学生关系模型：学生〔学号（主键），姓名，院系，性别，班级〕；（2）综合素质测评关系模型

综合素质测评〔学号（主键），基本素质成绩，实践能力成绩，学业学术成绩〕；（3）班级关系模型班级〔班级编号（主键），班级名称，所属院系〕；（4）院系关系模型院系〔院系编号（主键），院系名称〕

物理结构设计是数据库设计的最后一个阶段，关系型数据库的物理结构实质上是使用一个二维表格来呈现，并设计具体的表、字段、数据类型、索引等，以下对关系模型中的部分关系数据表进行设计。

学生信息表用于反应学生的基本情况，主要包含学号、姓名、院系、性别、所属班级，其主键为学号，能够唯一标识某个学生，具体信息表如表1所示。

表1 学生信息表

综测素质测评表是反应学生各反面成绩，对学生成绩的展现需要使用综测表，主要包括学号、基本素质成绩、实践能力成绩、学业学术成绩，以学号作为主键，具体数据表如表2所示。

表2 综测素质测评表

班级关系表用于存储班级基本信息和编号之间的关系，主要包含班级编号、班级名称和所属院系，具体数据表如表3所示。

表3 班级关系表

院系关系表用于存储学院基本信息和编号之间的关系，主要包含院系编号和院系名称，具体数据表如表4所示。

表4 院系关系表

5 可视化设计

可视化是以图像的形式将枯燥繁杂的数据呈现出来，以提高人们完成某些任务的工作效率。可视化图形的工具有Matplotlib、Echarts 等，包括传统图表形式如：柱状、饼状、雷达、折线、散点等，还提供新型图表如：箱线、小提琴、热力等类型。目前国内绝大多数高校采用汇总打分、量化积分等方式对学生进行综评，从而实现从定性评价到定量统计的综合评定，具备一定的科学性。然而西藏民族大学学生综测数据形式多样，既包含结构化和非结构化数据，还存在大量的非连续的离散数据，反映学生日常生活的复杂数据无法抽象成类似分数一样的量化数据，强行转换会造成评价结果失真，无法及时正确的得到测评结果。

近年来，许多学者对大学综合素质测评方法进行了探索。随着大数据技术的发展，将大数据分析技术融入到学生综合素质评价过程中成为他们研究的重点。其中，基于大数据技术的用户画像技术［7］是使用真实数据描述个体用户或群体用户特征的过程。针对学生为研究实体，采集实体对象在校期间学习、生活、科研等行为中产生的各类数据，利用大数据技术进行存储、加工、分析，最后以图谱可视化形式展现出来，塑造一个虚拟化的学生模型，提升学生综合素质评价的支持度和置信度，使学校能够快速、清晰地查看每个学生的综合能力，也为学生制定个人规划提供可行性依据。

数据图谱可视化是实现数据抽象及数字画像原型的主要方法。通过图谱、组图等形式，可视化展示数据分析结果，可以帮助决策者有效地利用数据分析结论指导和改进教育教学工作。本项目设计的学生综合素质可视化大屏一共包括学生个人素质模块、班级内部对比模块和班级之间的对比模块三个部分。其中，学生个人素质模块包括学生基本素质、各科分数、实践能力和学生总分统计，分别使用ECharts 中的雷达图、树状图、柱形图、仪表盘图呈现；班级内部对比分别用环形图和饼图展现班级内各分数段的人数和男女比例；班级之间对比模块使用堆叠柱形图展示各班级总成绩分数段对比、多折线图展示各班平均分对比、折线柱形图展示各班级学生性别比例对比。

该界面使用HTML5 语言设计网页结构，实现了内容与样式分离，便于用户维护与修改。通过Css 改变文本颜色、盒子的宽高、段落间距、字体样式和背景颜色，根据不同的布局设计，不同设备的屏幕尺寸变化都会产生不同的变化；运用盒子模型［8］、div、Css 等技术完善模块控制，让网页布局更加灵活。Java Script使网页可以动态交互，使得页面具有动态效果。

借助可视化模型，学生综合素质评价的定量数据被转换为可视化图谱，管理者能够清晰地查询学生的道德素质、学习状况、实践能力等信息，还可以通过学生各科成绩排名推进教学方法并对教学设计进行改革；通过对学生评价结果分析与反馈，重新调整规划，进而达到引导、规范以及激励大学生全面发展的要求。

可视化大屏主要内容及关系图，如图3所示。

图3 可视化大屏主要内容及关系图

6 功能实现

本设计实现的页面功能主要有前期数据格式［9］转化、选择班级提示框、联动菜单、可视化分析等。主要功能图如图4所示。

图4 主要功能

6.1 数据格式转换

在Web服务领域，系统之间传递数据最常用的格式便是JSON，他很容易理解，因为绝大多数场景下,JSON 数据都和字典是一样的，采用键值对（Keys:Values）的方式记录数据，非常直观，可读性较好。本项目的数据是直接从Excel表格中复制到Echarts表格转换工具，转换为一个二维数组，将转化结果复制到一个js文件，将字符串从Web 客户机传递给服务器端程序，通过html文档中函数的运行在浏览器控制台生成最终需要的JSON 格式［10］的数据，完成了数据的处理和转换。

6.2 选择班级提示框及联动菜单

界面中对比班级选择采用Bootstrap［11］模态框（Modal）插件实现，显示出所有班级供用户选择，可以在不离开父窗体的情况下有些互动，本项目中模态框由三部分构成：modal_title 为头部，用于体现标题和close 按钮；modal_body 是模态框的主体部分，显示所有班级；modal_footer 是脚部，用于显示关闭和提交按钮。模态框图如图5所示。

图5 模态框

界面中班级或学生姓名的切换使用联动菜单，此提示框在选择了班级时，学生姓名下拉框数据会联动切换为对应班级的学生姓名，这使得程序更简洁、用户操作更加便捷、界面更加美观。

6.3 可视化分析

在当前复杂的数据环境下进行学生的综合素质评测，需要利用用户画像方法从真实的用户行为中将复杂的数据结果通过模型完整的呈现出来。管理者以可视化组图的数据呈现方式，收集与分析相关研究实体的各类属性，如行为、生活、学习等，能够充分描述目标群体的特性。

学生综合素质测评可视化平台利用建模、图谱、组图、大屏综合等方式挖掘学生行为数据，揭示其规律性，提升学生综合素质评价的置信度［12］、提升度和可信度，有利于学生更直观地了解自己的现状并对今后的学习生活进行更合理的规划，可视化大屏如图6所示。

图6 可视化大屏

本项目设计的界面中有四个部分呈现学生个人的各方面成绩，学生能够全方位了解个人数据情况，还能够预测学生规划发展是否一致，了解学生本人在学生群里中的定位与差距。界面中也展现班级内部学习状况，有利于班主任了解本班学生状况，从而创建更加完善的班级管理体制发挥学生的主体性。界面中还包含班级对比模块，以西藏民族大学19级某部分学生综合素质测评数据为例，图中可以看出19级各班学生综合素质总成绩大部分集中在60～70 之间，少数班级学生成绩在90分以上，可视化实现对学生的基本素质、学业成绩、社会实践情况等相关数据进行分析展示，预警展示学生异常数据，为管理者提供有效的决策数据。利用技术手段丰富数据采集维度，逐步降低数据获取难度。以实现对学生、教学、学校管理等环节中产生的各级各类数据统计、清洗、存储，以可视化模型形式对学生学习能力、综合素质竞争力及身心健康等方面的展示。

7 结语

对于许多大学生来说，在大学里陷入迷茫已经成为一种常态，对自己的专业和兴趣、生活和学习不知道该如何去平衡，甚至对自己的未来陷入迷茫。本文设计的可视化大屏是通过HTML5 与Css3 以及Java Script 的有机结合设计出网页，通过对学生自身目前的生活状态和学习成绩等基本情况的呈现，让学生对自己有一个更好更清晰的认知。社会的发展对当代大学生综合素质要求更高，大学生要努力适应发展变化的社会，必须努力提升自身的综合素质。本项目研究也存在一些不足之处，主要是研究数据样本数量较小，学生综合素质评价指标体系设计不够健全，在后续的研究中，将进一步细化指标标准及权重，完善指标体系结构，扩大样本总数和数据采集范围，从而提升体系模型的普适性。