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基于數(shù)據(jù)挖掘的成績分析系統(tǒng)
摘要：教學數(shù)據(jù)挖掘(EDM)在大數(shù)據(jù)和云計算的時代會起到越來越重要的作用，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的成績分析系統(tǒng)就顯得很有必要。文章提出基于數(shù)據(jù)挖掘的成績分析系統(tǒng)的設(shè)計要求及目標，介紹系統(tǒng)界面及各模塊功能，在分析了軟件開發(fā)模式及其優(yōu)點的基礎(chǔ)上，選擇了當前比較流行的基于B/S架構(gòu)的三層體系結(jié)構(gòu)，并詳細介紹了系統(tǒng)框架及設(shè)計實現(xiàn)方案設(shè)計。
關(guān)鍵詞：EDM 成績分析系統(tǒng) B/S 數(shù)據(jù)挖掘
目前隨著云計算和大數(shù)據(jù)等概念的普及，在教育教學中運用已經(jīng)存在的大數(shù)據(jù)來指導教學越來越成為可能。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以根據(jù)已有的學生的表現(xiàn)及成績，為在校學生改善學習方法、完善職業(yè)規(guī)劃、提高學生學習成績及為學生的學習提供個性化服務提供技術(shù)服務。
教學數(shù)據(jù)挖掘(EDM)是一個新興的領(lǐng)域，它充分運用大多學校中存在卻沒有用到的“死”數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的要求進行分析處理、統(tǒng)計分類，可以有效預測學生的在未來一段時間的表現(xiàn)。
一、基于數(shù)據(jù)挖掘的成績分析系統(tǒng)的設(shè)計要求及目標
成績分析系統(tǒng)的最終作用就是實現(xiàn)有效決策，從而有效指導學生的學習和就業(yè)。這就要求數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)類型的挖掘任務，比如課程總成績之間的關(guān)系，課程各模塊之間的關(guān)系等，可以采用序列模式的發(fā)現(xiàn)、分類模式的發(fā)現(xiàn)、聚類模式的發(fā)現(xiàn)、關(guān)聯(lián)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)等等。這就要求系統(tǒng)在設(shè)計上應該注重系統(tǒng)功能的完備。
成績分析系統(tǒng)的好壞，關(guān)鍵看此系統(tǒng)是否能夠從已有的數(shù)據(jù)中實現(xiàn)準確的預測，這就不可避免的要對以往存在大量數(shù)據(jù)進行存取交互操作，這就要求此成績分析系統(tǒng)與底層數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)緊密藕合，盡可能的使用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的各種功能。由于此系統(tǒng)是可以通過網(wǎng)絡進行分析處理數(shù)據(jù)的，所以要很好的支持Internet/Intranet環(huán)境，在網(wǎng)絡中存取數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)的安全性要求很高，所以數(shù)據(jù)庫的設(shè)計也是此系統(tǒng)的重要一個環(huán)節(jié)。軟件的使用和開發(fā)講究可移植性和可拓展性，并且數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)并不是一成不變的，這要求我們在系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的時候充分考慮到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的可擴展性。
二、系統(tǒng)框架及功能設(shè)計
成績分析系統(tǒng)的框架設(shè)計要充分考慮系統(tǒng)的特點、系統(tǒng)要求及用戶體驗，保證系統(tǒng)能夠高效、協(xié)調(diào)的運行處理數(shù)據(jù)。
整個系統(tǒng)將數(shù)據(jù)預處理模塊、用戶界面、數(shù)據(jù)挖掘模塊、數(shù)據(jù)庫和外部文件緊密地結(jié)合在一起，構(gòu)成了一個層次結(jié)構(gòu)。在這個分析系統(tǒng)中，主要有用戶界面，數(shù)據(jù)挖掘和處理部件、數(shù)據(jù)預處理模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊組成。
2.1用戶界面
用戶界面是一個系統(tǒng)軟件的門戶部件，主要包括圖形界面，web界面和用戶任務界面等，其主要提供的功能包括：
用戶操作任務提交：將用戶的操作提交到后臺，為用戶要處理的數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)挖掘的預處理，選擇要操作的數(shù)據(jù)庫及使用的算法等功能，也包括各類參數(shù)的選擇。
將處理結(jié)果反饋給用戶，從關(guān)聯(lián)規(guī)則的文本形式及樹表現(xiàn)形式或是層次結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式反饋給客戶。
給用戶提供數(shù)據(jù)挖掘算法的各類參數(shù)，屬性等供用戶選擇和修改。
2.2數(shù)據(jù)預處理模塊
數(shù)據(jù)預處理模塊主要是對分析的數(shù)據(jù)進行整理及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)庫的不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠處理的格式，或是批量將數(shù)據(jù)進行關(guān)系型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，此功能對本系統(tǒng)的擴展性和可移植性至關(guān)重要。
2.3數(shù)據(jù)挖掘模塊
此模塊是學生成績分析系統(tǒng)的核心部件，主要是根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘算法進行分析數(shù)據(jù)主要利用不同的算法進行數(shù)據(jù)處理，有關(guān)聯(lián)規(guī)則算法，聚類分析算法，預測算法等。
2.4 DBMS模塊
此模塊主要是用來數(shù)據(jù)庫管理，可以管理數(shù)據(jù)庫中底層數(shù)據(jù)，而且還可以管理已經(jīng)挖掘出來的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以為以后增量挖掘做準備。
三、實現(xiàn)方案設(shè)計
傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式，一般會有專門的客戶端，即“C/S”軟件應用模式，采取兩層結(jié)構(gòu)的此種類型的軟件，在使用上會有不少突出問題。系統(tǒng)的安裝維護及升級困難，可伸縮性能較差，根據(jù)目前流行的軟件開發(fā)模式，本系統(tǒng)的開發(fā)采用基于B/S的三層體系結(jié)構(gòu)。由瀏覽器、數(shù)據(jù)庫、應用服務器組成，客戶端由專用軟件改為瀏覽器，為軟件的升級及系統(tǒng)的可伸縮性提供了可能;數(shù)據(jù)庫服務器為獨立運行的服務器，為軟件的安全性及性能上提供了保證;應用服務器為應用邏輯處理服務器，主要是用來過程處理，從數(shù)據(jù)庫服務器中獲取數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果反饋給客戶端瀏覽器。
基于B/S的三層結(jié)構(gòu)的主要特點包括：(1)保持數(shù)據(jù)庫獨立，使系統(tǒng)更加安全和便于維護。(2)應用服務器的放在應用層，和數(shù)據(jù)庫服務器，客戶端瀏覽器獨立存在，便于功能共享和拓展。(3)利用應用服務器的并行性和服務器本身的性能，可以對數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)并行處理，提高數(shù)據(jù)處理效率。
根據(jù)以上的結(jié)論，本成績分析系統(tǒng)采用基于B/S的三層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫服務器，應用服務器負責數(shù)據(jù)預處理和數(shù)據(jù)挖掘功能，提供各種下數(shù)據(jù)挖掘工具和算法，底層數(shù)據(jù)庫服務器存放各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這樣，客戶端將任務請求發(fā)送給應用服務器，應用服務器啟動數(shù)據(jù)挖掘工具對象，將各種查詢參數(shù)封裝，并在訪問數(shù)據(jù)庫服務器后完成指定任務，并將分析結(jié)果返回給客戶端。
四、總結(jié)及展望
教學數(shù)據(jù)挖掘(EDM)雖然是一個新興的領(lǐng)域，但是已經(jīng)引起了不少專業(yè)人士的重視，通過EDM可以使得一些看似無用的教學數(shù)據(jù)變得活躍起來，通過EDM可以進行學情分析，并有效指導學生的學習和就業(yè)。本文根據(jù)部分學院需求設(shè)計了一個可提供數(shù)據(jù)挖掘應用技術(shù)研究的實驗性平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上可以進一步拓展功能，為學院政策制定和執(zhí)行提供有力的數(shù)據(jù)保障，從而進一步推動數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教育教學中的應用。
參考文獻：
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