（教育技术学专业论文）基于数据挖掘的课堂教学质量评价系统的研究与开发.pdf

四川i 师范大学硕士学位论文 基于数据挖掘的课堂 教学质量评价系统的研究与开发 专业：教育技术学 研究生：林殉 指导教师：王玲教授 对数据挖掘技术的研究，国内外已经取得了许多令人瞩目的成就， 并成功地应用到了许多领域，但在教育领域中的应用并不广泛。本文尝 试将数据挖掘技术应用到教师课堂教学质量评价中，结合传统的统计方 法，充分发挥数据挖掘技术的作用，逐步建立起以促进学校和教师共同 发展为根本目标的教师课堂教学质量评价体系，让教学质量评价数据真 正成为学校科学管理，科学决策的重要依据。 本文在分析讨论了当前谋堂教学质量评价现状及存在问题的基础 上，结合四川i 师范大学的特点和学校对教师发展的特殊要求，研发了“基 于数据挖掘技术的课堂教学质量评价系统”。系统以促进学校和教师共同 发展为评价目标，完整地实现了从数据准备到网上数据采集、数据仓库 数据抽取、数据预处理、数据统计和挖掘分析整个过程，并在四川i 师范 大学教务处的协助下成功地投入使用。主要工作如下： 1 在阅读了大量文献资料的基础上，深入分析了国内外教师评价的现状 及存在的问题，建立了一个基于数据挖掘技术的，以学校和教师共同 发展为根本目标的教师课堂教学质量评价系统，并已投入使用。 四川师范太学硕士学位论文 2 。农详细调查了学校已嚣疑潺熬基础上，裁订7 浮价系统豹懿体方紫。 钟对该系统对数据挖黼的特撩要求，设计了按主题对数据避行经秣存 放豹疆瑚数据挖掘鲍数据仓撵。 3 。缔箭了大量程膊，实璃了数瓣裙始傀、数据采集、数据掏欺、数攥统 计和数糍挖掘渤能。 4 。程研究了常用数据挖擞援术瀚基础上，确寇7 激糨糙集技零来实璃本 系统的数据挖撼。基予已采嶷的评份数据，从对课黛教学质量的姆征 提取释影响漂黛教学旗垂耨凝因素瓣发瑰簿方瑟，窭臻了数据挖黼， 并给出了一些褥用的规则。 该系统提交佼瘸蓐，学校反疵嶷好：槿蓿薅麓工誓筝瓣逶一疹舞震鄹数 据激集的逐步完蛰，该系统将念对促进教师鄂学校的欺同发艘发挥熙犬 静隼筝雳。 美键逶：教学谔输鼗爨挖掘躲谖羧凌数据仓摩载糙集 四川i 师范大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft e a c h e r si n - c l a s sq u a l i t y e v a l u a t i o ns y s t e mb a s e do nd a t am i n i n gt e c h n o l o g y m a j o r ：e d u c a t i o nt e c h n o l o g y a u t h o r ：l i nx u n s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gl i n g t h er e s e a r c ho fd a t am i n i n gh a sr e a c h e ds i g n i f i c a n ta c h i e v e m e n ta n dh a sb e e n a p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nm a n ya r e a s h o w e v e r , s u c c e s s f u la p p l i c a t i o no fd a t am i n i n g i nt h ef i e l do fe d u c a t i o nh a sn o tb e e nr e p o r t e d t h eo b j e c t i v eo ft h i ss t u d yw a st o d e v e l o pat e a c h e r si n - c l a s sq u a l i t ye v a l u a t i o ns y s t e mb yc o m b i n i n gu s eo fd a t a m i n i n gt e c h n i q u e sw i t hs t a t i s t i cm e t h o d s t h i ss y s t e ma i m st oa c h i e v eac o n s t a n t d e v e l o p m e n to ft e a c h e r s t e a c h i n gq u a l i t ya n du n i v e r s i t i e s p e r f o r m a n c e i nt h i sw a y ， t e a c h e r s e v a l u a t i o nd a t ac a ns e r v e sa sa ni m p o r t a n tr e s o u r c ef o rs c i e n t i f i c d e c i s i o n m a k i n ga n de f f i c i e n tm a n a g e m e n ti nu n i v e r s i t i e s b a s e d0 nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o b l e m si nt e a c h i n gq u a l i t y e v a l u a t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eu n i v e r s i t yh a v eb e e nc o n s i d e r e dt om e e tt h e r e q u i r e m e n to fe v a l u a t et e a c h e r s t e a c h i n gq u a l i t y t h ep r o c e s s e so fd a t ap r e p a r a t i o n ， d a t ac o l l e c t i n g ，d a t aw a r e h o u s e ，d a t as a m p l i n g ，d a t ap r e p r o c e s s i n g ，d a t as t a t i s t i c a n dd a t am i n i n gh a v e b e e ni m p l e m e n t e d f u r t h e r m o r e ，t h i s s y s t e mh a sb e e n s u c c e s s f u l l yp u ti n t ou s ea ts i c h u a nn o r m a lu n i v e r s i t yw i t ht h eh e l po fe d u c a t i o n a l a d m i n i s t r a t i o no f f i c eo ft h i su n i v e r s i t y t h ep r o c e d u r e sf o rt h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 a f t e rr e a d i n gl a r g ea m o u n to f r e l e v a n tm a t e r i a l s ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h e a v a i l a b l el i t e r a t u r e sr e l a t e dt oc u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o b l e m so ft e a c h e r s e v a l u a t i o n b o t hh o m ea n da b r o a da n dr a i s e dt h ep r o p o s i t i o nt oe s t a b l i s ht e a c h e r s i n c l a s s t e a c h i n gq u a l i t ye v a l u a t i o ns y s t e m ，w h i c hw a sb a s e do nt h et e c h n o l o g yo fd a t a m i n i n ga n da i m e dt oa c h i e v ec o - d e v e l o p m e n to ft e a c h e r sa n du n i v e r s i t i e s 凹j i i 师范犬学硕士学位论文 2 b a s eo nt h eu n i v e r s i t ya v a i l a b l er e s o u r c e sa n df a c i l i t y ，d a t a - w a r e h o u s eo r i e n t e d s y s t e mw a sd e s i g n e dt om e e tt h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so fd a t am i n i n g 。i nt h ed a t a w a r e h o u s e ，d a t ai ss t o r e da n do r g a n i z e da c c o r d i n gt od i f f e r e n ts u b j e c t sw h e ni tf a c e s d a t am i n i n g ， 3 l a r g ea m o u n to fp r o g r a mc o d e sw e r ec o d e df o rt h ef u n c t i o n so fd a t ai n i t i a t i o n ， d a t ac o l l e c t i o n ，d a t as a m p l i n g ，a n dd a t as t a t i s t i c 4 t h i ss t u d yc o m p a r e dm a n yg e n e r a lm e t h o d so fd a t am i n i n ga n dc h o s et h e m e t h o do fr o u g hs e tt oi m p l e m e n td a t am i n i n gf o rt h es y s t e m b a s e do nt h ec u r r e n t d a t ao ft e a c h e r s q u a l i t ye v a l u a t i o n ，d a t am i n i n gw a si m p l e m e n t e di nr e s p o n s et o i n c l a s st e a c h i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e l a t e df a c t o r st h a ti n f l u e n c et e a c h e r s i n c l a s s t e a c h i n gq u a l i t y s o m en e wf i n d i n g sw e r es u m m a r i z e d k e y w o r d s ：t e a c h i n ge v a l u a t i o n ，d a t am i n i n g ，k n o w l e d g ed i s c o v e r y ，d a t a w a r e h o u s e ，r o u g hs e t 四川师范大学硕士论文 1 前言 随潜计算机技术在教育领域的渗透，使得各种教育管理水平得到了很大的 提裹。藏褥诗冀辊按术嚣震舂藏模、长鬏懿教辩译俊灞动，痤瘸瑷代数据挖掇 技术对教师评价数据进行深入分析和利用，有助于改蒋教师的教学质爨，提高 学校懿竞争力。本系统尝试痤掰数据笼握技本，建立一耱发震性夔漂囊教学矮 量评价系统，通过对教师的评价、评价信息反馈等活动，增进学校、教师和学 生三煮之阕熬稳至交淡，涛学棱葸律发蓑需要稳教簿令体发矮嚣要楣夏融合， 实现学校和教师共同发展。 嚣袋蚕耱谨徐溪动鄂是鸯了获褥一个考效瓣译餐终果。当我察逶避浮徐数 据采集获得了大量的评价数据以后，如何利用现有的数据获得一个有效的评价 结果，蠡然藏为了译徐潘动孛涂了数掇采集之捧熬又一令重点。数据熬握技术 作为一种新兴数据分析工具，熊够通过对数据的深入分析，实现对数据库中知 识款发魂，挖糖墨其中漶藏熬、潜在鸯薅戆熟识模式，龌韵我稍获褥一个有效 的评价结果。 曩藏，世羚范羹悫慰数撂挖掘鼓术豹碜 究敬提了令人骣晷豹残裁，已经戏 功地将其应用到了市场、工业、金融、工程与科学研究、医疗保险、司法等多 耪疆域。但在教育领域中还没蠢荦寻到广泛熬应燃，悉衣教育售崽纯的丈趋势下， 将数据挖掘技术应用于教育领域内的数据分析，必然会有十分广阔的前景。 本文在分挺讨论了警藏课堂教学震星评价现状及存在的问题的基硝上，尝 试将数据挖掘投术应用到课堂教学质爨评价中，结合本校特点和学校对教师发 展的要求，研发了“基于数据挖掘的课堂教学璇量评馀系统”。完整地实现了从 数据准备、网上数据聚集、数攒仓库的数据抽取、数据预处理、数据统计和挖 掘分析的整个过程，劳- t - 2 0 0 2 年开始，在四川魉范大学成功投入使用。 四川师范大学硕士论文 1 。1 教魉评价摄述 教师评价是在噩三确的教育价值的指导下，根据学校的教育目标粒教师历应 承襁的任务，按照规定的瑕序，运用科学的方法，借助现代技术广泛收集评价 信息，对教师个体的工作旗量进行价值判断，从丽为教师敬进工作，为学校加 强和改进教师队伍的管理与建设及进行决策提供依攒的过稔”】。如何建立一种科 学磷公正的教师评价制度，充分调幼教师的积极性和创造 生，一越是世界各国 教育界的学者们致力研究的重要课题。 世界各国对教师评价十分重视，日本早柱1 9 5 8 牮就开始推行教师评价制度， 并檄据本国的教育瑷状，避行了多次改革瞄l 。西方番国一壹在探索种切实有效 的教师评价制度，剿2 0 世纪8 0 年代末，以英国为代表的些发达国家开始推 彳亍箍高教师综合素瘊的发麓往教孵评价制麓，著获得了教筛广泛静支持和认可 【3 1 。日本和英国都制定了一整套适食其国家的教育和经济情况的教师评价制度， 并猩一定时期取得了较好豹效采。在我鬣。教j 萃译价淹未建立起究整静体系， 虽然国家十分重视激师评价，并将激师考评列入教师法，但是从目前进行教 师评价的学校来著存在着：评价模式不一、标准不一、途径不一帮效栗不等 诸多问题1 4 】【”。 胰瑾论上诱，教师评价在侄遴教筛发栽，培养翻薪入才，帮韵管理纛谲整 人才的政策上具有踅要的作用。然而在实践中，教师评价的效果却不尽人意， 评价懿臻戆缀难实蠛。导致这释瑶象豹覆黼是多方蘑款，一些是戏念、体制主 的问题，另一些是由于面对大量的评价结果缺乏有效的数据分析与理解的工具 造成静嘲。 对于前者，国内外已缀有很多学者进行了大缀有益的探索。华东师范大学 王斌华教授，羁焉在英藿访学懿穰会，专门臻究势撰著了发震经教拜浮徐翩 度一书，将发展性教师评价问题系统地介绍给我国教育界。发展性教师评价 是释形成性评徐，它不数奖惩爻整数，鬻是在没有奖鬈豹条孛下挺进教疼豹 专业发展，从而实现学校的发展目标。发展性教师评价强调教师个人在学校中 豹羧篷，秘售教爨令人吴凑骰窭委确判羧豹缒力，阍对糕承谈教疼令久懿发震 四川师范大学硕士论文 需要又承认学校的发展需要1 7 】is l 【9 】。因此，实旌发展性教师评价对于促进教师自 身的发展需要和学校需要的融合，对于促进教师的心态与学校氛围的融合，对 于促进教师现实表现与未来发展的融合等都具有十分重要的意义。近几年来， 我国己有学者在尝试运用这一理念构建教师的评价模式【l o 】【l l 】。 对于后者，目前，数据挖掘技术正是一种被广泛应用的，能够发掘数据中 隐藏的、潜在有用的知识的一种新兴的数据分析技术。数据挖掘技术已经成功 的应用于许多领域。本文尝试将它应用于教师评价中，通过数据挖掘技术对评 价历史数据的正确分析，找出隐藏在数据中的有用的信息，从而制订切实可行 的方案使教师的成长和发展得到有效的帮助。 1 2 数据挖掘技术及应用概述 随着数据库技术的迅速发展，数据存储量大量增加，海量数据的背后的许 多重要信息可以很好地支持人们的决策。但是挖掘海量数据的背后隐藏着的知 识的手段远远不足。从而导致了“数据爆炸但知识贫乏”的现象。而在计算机 技术的另一领域人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 自1 9 5 6 年诞生之 后取得了重大进展。该领域目前的研究热点是机器学习用计算机模拟人类 学习的一门科学。用数据库管理系统来存储数据、用机器学习的方法来分析数 据，这两者的结合促成了数据挖掘( d a t am i n i n g ，d m ) 技术的产生【l “。 数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中， 提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程 z 3 1 z 4 。也有人称之为知识发现( k n o w l e d g ed is c o v e r yi nd a t a b a s e ，k d d ) ，长 期以来，在知识发现领域，“知识发现”与“数据挖掘”这两个术语的范畴和使 用界限一直不很清晰，直到k d d 9 6 国际会议上知识发现研究领域的知名学者 f a y y a d 、p i a t e t s k y s h a p i r o 和s m y t h 就这两个术语关系作了如下阐述：k d d 是 数据库中知识发现的全过程，而d a t am i n i n g 只是全部过程中的一个特定步骤u 5 ( 如图1 1 所示) 。但是，由于两个术语的内涵大致相同，一般情况下，数据挖 掘和知识发现可以作为互换的术语f 1 6 】1 1 8 】。 四i l 师范大学硕士论文 图11 ：知识发现全过程 目前，从总体上看，国外在数据挖掘领域中的研究内容十分广泛。从挖掘的 知识的种类看，已经取得了明显的成果，研究重点从发现方法逐步转向系统应用， 注重多种发现策略和技术的集成以及多种学科之间的相互渗透，并且已经开发出 了十多种关于数据挖掘的软件。比如：s a s 公司的e n t e r p r i s em i n e r 、i b m 公司 的i n t e l l i g e n tm i n e r 、s g i 公司的s e t m i n e r 、s p s s 公司的c l e m e n t i n e 、s y b a s e 公司的w a r e h o u s es t u d i o 、r u l e q u e s t 等等【1 9 】【2 0 1 。与国外相比，国内对于数据 挖掘与知识发现的研究稍晚。但自1 9 9 3 年国家自然科学研究基金首次支持该领 域内的研究项目以来，近几年已经有相当多的数据挖掘和知识发现方面的研究成 果，在许多学术会议上都设有专题进行学术交流【2 ”。大量的科研单位和高等院 校竞相开展数据挖掘的基础理论及其应用研究，并在互联网上进行广泛的讨论和 交流( 比如：复旦大学的“数据挖掘讨论组h t t p ：w w d m g r o u p o r g c n ”) 。 数据挖掘是- f 交叉学科，涉及到机器学习、模式识别、统计学、智能数据 库、知识获取、数据可视化、高性能计算、专家系统等多个领域。数据挖掘的成 果可以用在信息管理、过程控制、科学研究、决策支持等许多方面。从现有的研 究成果来看，数据挖掘技术分为五类 2 2 】，即预测模型化、聚类、数据归纳、依 赖模型化以及发现变化和偏差。常用的数据挖掘方法有决策树方法、神经网络方 法、覆盖正例排斥反例方法、粗糙集方法、概念树方法、遗传算法方法、公式发 现方法、统计分析方法、模糊论方法、可视化技术的方法等【2 4 】【2 5 】。 在数据挖掘的众多挖掘方法中，粗糙集( r o u g hs e t ，r s ) 方法对于处理复 4 四川师范大学硕士论文 杂系统是一种较为有效的方法。粗糙集理论是一种新的处理模糊和不确定性知 识的数学工具，其主要思想是在保持信息系统分类能力不变的前提下，通过知 识的约简，导出问题的决策或分类规则( 粗糙集理论的详细介绍见4 ，1 节) 。目前， 粗糙集已经被成功地应用于机器学习、决策分析、过程控制、模式识别、数据 挖掘等领域【2 “。前几年，粗糙集在数据挖掘领域得到了成功的应用，建立了不 少基于粗糙集的数据挖掘系统，其中最具代表性的有l e i s ，r o s e ，k d d r ， r o s e t t a 和r o u g he n o u g h 等。l e r s ( l e a r n i n gf r o me x a m p l e sb a s e do nr o u g hs e t ) 系统是美国k a n s a s 大学开发的集于粗糙集的实例学习系统【2 7 】。r o s e ( r o u g hs e t d a t ae x p l o r e r ) 是波兰p o z n a n 科技大学基于粗糙集开发的用于决策分析的系统。 k d d r 是由加拿大的r e g i n a 大学开发的基于可变精度租糙集模型的采用可辨识 矩阵方法实现的医学数据分析系统。r o s e t t a 是由挪威科技大学计算机与信息科 学系和波兰华沙大学数学研究所合作开发的一个基于r o u g h 集理论的表格逻辑 数据分析工具包，是一个很好的实验研究平台f 可以在 h t t p ：w v c w i d t u n i t n o a l e k “r o s e a a r o s e t t a h m a l 下载得到、。r o u g he n o u g h 是由挪 威的t r o l ld a t ai n c 公司开发的数据挖掘工具( 可在网站 h t t p ：w w w t r o l l d a t a n o m n o u g h 下载该软件) 。目前，数据挖掘领域中应用粗糙集 方法进行数据挖掘是一个非常有前途的应用领域，许多学者致力于研究基于粗 糙集理论的高效约简算法、大数据集问题以及数据挖掘的多方法的融合【2 8 】【2 9 】 3 0 l ( 粗糙集的最新研究进展可以在h t t p ：w w w c s u r e g i n a c a - r o u g h s e t 的e l e c t r o n i c b u l l e t i no ft h er o u g hs e tc o m m u n i t y 中了解到) 。 目前，几种典型的数据挖掘问题是：关联规则数据挖掘、时态数据挖掘、 w e b 挖掘、分布式并行挖掘、移动计算中的数据挖掘等等【3 ”。进行数据挖掘的 对象主要有关系数据库、数据仓库和w e b 数据【3 2 】。 数据挖掘与数据仓库的结合，是目前应用数据挖掘进行决策支持领域的新 技术。最初，人们在构建数据挖掘系统时，自然而然地想到建立在传统的联机 事务处理系统的数据库基础之上( 因为数据库技术正日趋成熟，特别是关系数据 库技术的飞速发展，使数据库的整体性能得到了迅速地提高) 。但是，随着数据 量越来越大，查询越来越复杂逐渐出现了许多难以克服的问题，其中最为严 u u 川师范大学坝i ：论文 重的有以下几点： f 1 ) 数据缺乏组织性； ( 2 ) 系统效率极为低下，数据难以转化为有用信息； ( 3 ) 数据挖掘系统和联机事务处理系统相互干扰，难以满足系统的性能要求； ( 4 ) 数据挖掘系统常常需要对一段历史时期的数据来加以分析，但是联机事 务处理系统中一般只存储短期数据，难以满足数据挖掘系统对不同时间段的历 史数据实现连续分析的需要1 3 2 j 1 3 。 随着时间的推移，人们越来越意识到，基于传统的数据库的数据挖掘系统 已经不能很好地满足需要p 。人们的需求增多，于是数据仓库应运而生。数据 仓库是面向主题的、集成的、与时间相关的、不可修改的数据集合。主要是面 向知识工人( 比如：经理、主管、分析人员等) 的数据分析，它管理大量的历 史数据提供汇总和聚集机制，并可在不同的粒度级别上存储和管理信息，使得 数据容易用于决策分析。尽管数据仓库的创建有自身的特点，但从根本上来说， 其技术仍然是以数据库为主【3 5 1 1 3 6 。 虽然数据挖掘技术的研究和开发已经取得了令人瞩目的进展，但是与此同 时，一些尚待解决和需要完善的课题也摆在了研究者的面前1 3 7 1 ，比如：针对更 大型数据库挖掘算法的效率和可扩充性、互联网络上数据的挖掘、和其它系统 的集成、挖掘结果的可理解性以及数据挖掘应用领域的推广等等。 随着数据挖掘技术的进一步发展，必然会带给用户更大的利益。 1 3 本文的主要工作及意义 本系统尝试建立一种发展性的课堂教学质量评价系统，通过对教师的评价、 评价信息反馈等活动，增进学校j 教师和学生之间的交流，实现学校总体发展 需要和教师个体发展需要的融合，从而促进学校和教师的共同发展。为实现既 定的目标，四川省重点实验室四j i l i j i l i 范大学软件实验室，立项研发了“基于 数据挖掘的课堂教学质量评价系统”。 匹l 川师范大学硕士论文 数据挖掘是近几年来一个十分活跃的研究领域，已经成功应用于市场、工 业、金融、工程与科学研究、医疗保险、司法等多种领域。“。但目前，还没有 出现将数据挖掘技术应用到教师评价领域的实例。因此，本文尝试建立一个基 于数据挖掘技术的课堂教学质量评价系统，将数据挖掘这种新兴的数据分析技 术与传统的统计方法相互融合。利用统计计算对教师评价结果给出定量描述； 利用数据挖掘技术对教师评价结果给出定性的描述，并且将评价数据中一些隐 藏的规律提取出来用以提供管理决策，最终实现学校和教师共同发展的目标。 在进行“基于数据挖掘的课堂教学质量评价系统”的研发过程中的具体工 作如下： ( 1 ) 根据系统功能的要求进行了系统的初步调查，基本了解了课堂教学质量 评价的业务流程( 见图1 2 ) ，以及实现该系统所存在的一些需要解决的问题。 并根据学校现有的各方面条件制订了系统的可行性分析。 ( 2 1 通过分析讨论和对系统的详细调查以后，设计了一个基于网络的可扩展 的c s 和b s 相结合的分布式三层体系结构的课堂教学质量评价系统的实现方 案。 ( 3 ) 通过分析讨论，从师德修养、敬业精神、教学效果、教学改革意识与实 践四方面，制定了衡量课堂教学综合素质的评价指标体系。 ( 4 ) 设计开发了基于w c b 的评价信息采集子系统。主要实现各类评价信息的 实时采集。 7 四川师范大学硕士论文 ( 5 ) 设计开发了评价初始数据处理子系统。主要实现了不同数据源数据的集 成、集成数据的规范化处理、各类评价数据表的自动生成。 ( 6 ) 设计开发了数据预处理子系统。数据预处理子系统主要是为数据挖掘准 备数据，将数据变换成适合于挖掘的形式，以保证数据挖掘引擎能够挖掘出有 用的知识。主要实现评价数据从实时操作数据库到数据仓库的转存、数据变换 和空缺属性的数据补齐等功能。 ( 7 ) 设计开发了数据统计子系统，主要是应用传统的数据统计计算方法，对 评价数据进行统计计算，得出教师评价的一个量化的表示，并以图形化和数字 化等多种表示方式提供给用户评价数据的横向和纵向的多维度、多方位的比较 结果。 ( 8 ) 设计开发了数据挖掘子系统，主要应用基于粗糙集( r o u g hs e t ) 理论的 知识约简的方法实现数据挖掘，最后以决策规则的形式给出每一位教师的特征 描述，不同分析维度( 年龄段、职称、学历等) 的教师的教学特点，以及教师 的教学效果同哪些因素相关等。参评教师可以根据评价数据分析结果对自己的 教学情况的优点和弱点有一个全面客观的认识，并能够制定出有针对性的自我 完善措施。学校可以通过评价信息宏观掌握学校教师的教学情况，作为制定教 师进修、教学质量的改革等教学管理决策的一项重要依据。 ( 9 1 讨论分析了系统需要进一步完善的地方和在系统实施过程中的一些不足 的地方，并提出了今后需要进一步完善的工作。 系统的研发进度如下： 0 2 0 0 1 年8 月2 0 0 1 年1 2 月进行系统的前期调研和功能分析； 0 2 0 0 2 年1 月一2 0 0 2 年3 月进行系统的详细调查和可行性分析； 0 2 0 0 2 年4 月2 0 0 2 年5 月进行系统实现的详细设计； 0 2 0 0 2 年5 月2 0 0 2 年6 月中旬开发完成了评价初始数据处理子系统、信息采 集子系统，并于2 0 0 2 年6 月底到7 月初顺利实现了第一次教师评价； 0 2 0 0 2 年7 月2 0 0 2 年9 月开发完成了数据统计予系统，并提交使用； 0 2 0 0 2 年9 月2 0 0 3 年2 月完成了数据挖掘子系统的开发，并提交使用。同时 根据第一次评价所存在的问题对评价初始数据处理子系统、信息采集子系统、 秘；婚范大学硕士论文 数撂绫耄子系绶进罩亍了煮缀改叛，著予2 0 0 2 年1 2 月疯弱2 0 0 3 年l 舞窃戒功 地实现了第二次教师评价。 通道本系统在酉矧舞范大学翡蘧次残功应惩，逐步崔学铰建立怒耱长麓 有效的，以教师和学校的未来发展为评价根本目标的课堂教学质量评价体系。 塞等貌搜豹教躁一般不仅仅只承担教攀王据，述要承攘科学磷宠、教毒孝编写、 研究新课程等工作，本系统只对教师的课堂教学质量进行评价。系统借鉴了英 嚣魏发蒺蛙教簿译狯制度熬部分愚想，整令兹谬捡过稷满足教爨耋尊釉塞我实 现要求，尊重教师的个人隐私，将评价结果的公布严格限定在定的范围之内。 系统尝试改进了传统教疼谬徐款不是。传统教搏译馀的不避畜： ( 1 ) 评价数据采集技术相对落后，导致很难获取长期的、有舰模的评价数据； ( 2 ) 缺乏对大量豹谤馀历史数据进行长期连续豹存镶，缀难傈蟹太娥模鲍历 史评价数据； f 3 ) 译偷数攥分辑只 乍一些簿单统计，只能找出一些毒在予数据表嚣的嫂律： f 4 ) 没有应用先进的数据分析技术对教师评价的历史数据进行多方位的深入 分享厅，缀难找感隐藏程数据之中的对教烬和学校有用的耀则。 本系统改进传统教师评价的实施方案有： ( 1 ) 应用现代计算枫技术和曩联网技术，实现基于w e b 的评价数据采集，使 得评价活动能够长期的、有规模的开展； ( 2 ) 剩用数据仓库技术的磷囱主题嬲方式，按照对间维度，对于大量的评价 历史数据进行缎织存储； ( 3 ) 实现基于数据仓库数据的多维度，多方位的数撂统计分柝，能够提供绘 用户多层次的数据信息： ( 4 ) 应用先进的数据挖掘技术，对评价数摄实现深入分析，发掘隐藏予数据 之中的，潜在有用的藏刘呈现给用户，帮助用户实现麓距分轿和管理决策，傻 得教师评价数据真正成为学校教学管域的重要的数据资源。 9 四川师范大学硕士论文 2 教学质量评价系统的分析和设计 开展课堂教学质量评价是为了通过评价活动调动教师工作的主动性和创造 性，逐步将学校发展的需要和教师发展的需要相融合，建立一种学校和教师共 同发展的课堂教学质量评价体系。本章就如何建立一个发展性的课堂教学质量 评价系统，进行了一番探索，使得系统既能评价教师担任教育教学工作的适合 程度又关注教师个人的能力发展。根据课堂教学质量评价的目的，对“基于数 居挖掘的课堂教学质量评价系统”进行了详细的设计。 2 1 系统分析 2 1 1 可行性研究 ( 1 ) 系统的目标 ( a ) 通过本系统的实现，以教师、学校、学生三方共同信任为出发点，形成 一个实现学校和教师共同发展的课堂教学质量评价体系。 ( b ) 通过本系统研发，首次实现数据挖掘技术在教师评价领域的应用。 ( c ) 应用校园网和计算机，实现基于w e b 的无纸化评价。评价数据采集的自 动化使得经常性的、大规模的教师评价成为可能。 ( d ) 应用数据仓库技术保存数据挖掘所需要的各类数据信息。并进行相应的 计算和预处理。 ( 2 ) 系统的范围与边界 在用户需求方面：学校各级领导高度重视对教师的课堂教学质量的评价。 为本系统的研发和实施，学校领导给与了大力的支持，曾先后多次在全校范围 下文通报，全力满足系统研发的各项要求。为保证第一次课堂教学评价活动顺 l o 四门l 师范大学硕士论文 利进行，学校暂停了网管中心的升级，确保进行课堂教学评价时网络畅通。 在参评人员方面：需要提前让所有参与评价的人员了解评价的意义和作用。 根据学校领导的要求，本系统首先需要采集的是学生对课堂教学质量的评价， 经调查，大部分学生对课堂教学评价活动是支持的，认为评价是对自己有益的 活动，并表示会以严肃认真的态度参与对课堂教学的评价。本系统的评价活动 要求学生自主参与，在已经成功实现的两次评价中，分别都有近7 0 的学生积极 主动地，利用休息时间参与了评价。 在技术可行性方面：使用成熟的c 1 i e n t s e r v e r 结构和b r o s w e r s e r v e r 结 构，利用学校现有的校园网络可以方便地实现数据的采集和信息的反馈。 在经济可行性方面：首先学校的测试中心、图书馆、计算机科学学院等单 位的现有的机房的计算机已经完全可以承担学校师生的评价工作；其次仅需要 购置服务器一台，用于为保证网络数据采集的安全性、完整性和准确性。 在系统提交使用方面：由于大量的师生参与的评价工作是放在b 端，减少 了逐台配置客户端的麻烦，并且评价界面简单易用，所以只需在评价前对参评 人员稍作讲解即可正式开始评价，无需进行专门的培训。评价结束后，系统管 理员只需通过c 端的简单操作就将采集的评价信息从实时操作数据库中转入数 据库服务器中的用于数据挖掘的数据仓库，之后利用系统设计的数据统计子系 统和数据挖掘子系统即可对数据进行详细深入的分析。 2 1 2 系统的功能结构分析 基于数据挖掘技术的课堂教学质量评价系统与传统的课堂教学质量评价系 统的共同点在于：都需要进行评价数据的采集、统计和分析，为用户提供相应 的评价结果。不同的是：传统的评价活动中只对评价数据进行简单的统计计算、 评价结果是单一的以分数或等级的形式提供给用户量化的评价结果，对评价数 据的所有操作是针对本次评价活动的，没有包含各次评价活动的历史数据。基 于数据挖掘技术的课堂教学质量评价系统中，不仅要对本次评价数据进行统计 计算、并以分数或等级的形式给出量化的评价结果，还需要应用数据挖掘技术 四川师范大学硕士论文 对大量评价数据( 包括本次评价数据也包括评价历史数据) 进行多粒度、多方 位、多维度深入的分析和发掘，并能以决策规则的形式将隐藏在数据中的潜在 有用的的知识以规则的形式呈现给用户。因此，基于数据挖掘技术的课堂教学 质量评价系统不仅包括数据采集和数据统计、查询等功能，还应该有满足数据 挖掘要求的数据仓库的数据抽取、数据预处理、数据挖掘等功能。 ( 1 ) 系统模型 根据以上分析，基于数据挖掘技术的课堂教学质量评价系统主要分为评价 数据采集、数据预处理、数据分析挖掘、结果显示输出四大部分。具体的系统 模型如图2 1 所示： 数据采集 数据预处理 数据分析挖掘结果显示 图2 1 ：基于数据挖掘技术课堂教学质量评价系统模型 ( 2 ) 系统的业务流程 根据以上系统的模型分析，可以绘制出实现本系统的内部单位和人员之间 删川i 师范犬攀硕士论文 业务关系、 乍业顺序和管理信息流动的业务流程图( b f d ) ，用以描述本系统的 业务活动，进行规范化说明，表达出管理部门之闻的信怠流动和存储情况。 本系统务流程图采用分层方式进行撵述。共绘制5 张业务流程图，以下列 出l 张系统总体业务流程图( 觅图2 2 所示) ，其余略。 ( 3 ) 系统的逻辑模型 图2 2 ：系统业务流程图 根据对系统模型和系统业务流程的分析可以得到系统的逻辑模型。系统的 逻辑摸型出数掇流图和数据字媳共同构成系统。显然没有数据字典数据流图就 不严格，没有数据流豳的数据字典也难于发挥作用。数据字热是关于数耀的依 息的集合，是对数据流图中包含的所商元素的定义的集合，它在软件分析和设 必川师范大学硕j 一论文 计的过程中给人提供关于数据的描述信息。下面列出本系统的顶层数据流图( 见 图2 3 ) 和其中一份数据字典( 见表2 1 ) 。 f 1 ：导入学校排课总表 f 2 ：信息初始化 f 3 ：处理结果 f 4 ：信息采集 f 5 ：采集信息 f 6 ：信息转存至数据仓库 f 7 ：数据仓库信息统计分析 f 8 ：信息统计、分析结果 d 卜d 4 ：相关数据 图22 ：系统顶层数据流图 表21 ：数据存储班级课程教师的数据字典 系统名：基于数据挖掘的课堂评价系统 条目名：班级课程教师( c l a s s c t 3 一i n f o ) 数据存储 编号 别名 存储组织：全校每一个l 记录数：约2 0 0 0 班级开设的课程以及i 数据量：约3 5 0 k b 任课教师的信息。 主关键字：未设定关键字。由班级 编号、开设课程、任课教师三个字 段同时确定一条记录。 记录组成： 字段名：班级编号( c 3 一c l a s s i d ) 近似长度：8 课程名称( c 3 一c o u r s e ) 任课教师( c 3 一t e a c h e r ) 备注( c 3 一b z ) 简要说明：班级课程教师表是本系统进行评价信息采集和数据统计分析的基础，后面的大部分 工作都需要从本表获取信息。 修改记录：i 编写l 日期 2 0 0 2 0 4 2 8 审核1 日期 1 4 叫川师范大学硕士论文 2 2 系统设计 根据上文对系统的详细分析，本系统是一个多层分布式、规模可变的系统。 其主要主要业务涉及到学校教学管理部门、校内各教学部门以及学校大部分师 生。师生以及各相关单位的评价和查询、修改等活动可以在校园内进行也可以 在校园外远程进行。学校教学管理部门、校内各教学部门可以通过对采集到的 大量评价数据进行查询、统计、分析，快速、准确、高效地获取所需信息，能让 学校的相关决策建立在科学可靠的基础上，能让教师及时发现自身的不足和薄 弱环节以便及时修正和提高。结合系统的业务特点本系统采用分层结构来实现， 具体划分为三层( 如图2 3 所示) 。 图2 3 ：系统实现框架 这种三层体系结构以分布对象技术为基础架构，通过应用层( 中间层) ，将 客户层( 表示层) 与数据层隔开，实现数据的集中管理，以保证各模块共享数 据的可靠性、一致性和安全性。具有连接缓冲，负载均衡，安全管理等功能， 从而提高了系统的灵活性，可伸缩性，可扩展性以及安全性。 ( 1 ) 表现层是用户接口，它们与用户交互，接收用户请求并返回结果，提 列门1 师范大学硕士论文 供面向用户的服务。通过键盘、显示器、鼠标、打印机等进行人机交互。提供 校园网内外任何时间、地点的访问支持( 校园内借助于校园网；校园外借助于 拨号上网) 。评价数据的采集和评价结果的简单查询以及对评价基本信息的核 对、修改、录入、打印等工作采用基于网页的解决方案，即所谓的“瘦客户机” 解决方案。系统通过w e b 页面向用户提供静态或动态可交互的信息处理功能， 系统应用d h t m l a s p 的特征和内部包含的处理能力，对不同的用户提供不同的 查询和服务功能。应用本方案仅需设置服务器端网页文件，勿需设计专用的前 台应用程序。数据初始化处理、数据预处理、信息统计和数据挖掘等工作采用 基于网络的e x e 解决方案，即所谓的“胖客户机”解决方案。本方案实现需要 编写前台源程序，以实现不同数据源的正确集成，数据仓库的数据抽取，数据 预处理和数据统计挖掘等工作。工作平台选用w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，开发工具 选用微软的v i s u a lb a s i c 6 0 。 ( 2 ) 中间层( 应用服务层) 完成事务处理规则和业务流程约束数据的处理。 考虑到本系统问题的规模以及复杂程度、难度等，本系统业务层应用m i c r o s o f t i i s 以及动态链接库d l l 等完成业务层的功能。 ( 3 ) 数据层由一组数据服务实体构成，为用户提供不同类型的信息。本系 统的数据服务层采用微软的m i c r o s o f ta c c e s s 和m i c r o s o f ts q ls e r v e r 数据 库管理系统来实现。 2 2 1 系统主要部分功能结构的设计 根据对系统功能结构的分析，本系统主要需要实现信息初始化、数据采集、 数据预处理、数据分析挖掘四大功能。每一部分的具体功能结构设计如下： ( 1 ) 信息初始化 信息初始化部分是系统运行的基础。主要目标是准确及时地完成系统进行 评价所必须的各项数据的收集、核对、修改等操作。此外，还需要综合考虑数 据统计、数据挖掘分析子系统所需要的各类数据信息的处理。特别是有些数据 四j i 师范大学硕上论文 信息在进行评价数据采集时是不必要的，但是在数据挖掘分析时却十分重要。 例如：系统在进行数据挖掘分析时，需要分析教师的教学效果同教师的年龄、 学历、职称等是否相关，这就要求系统有完整的参评教师档案数据，而在评价 信息采集时，并不需要教师的以上信息。所以，数据初始化模块需要综合考虑 后续各个模块的需求，对数据信息进行初始化处理。信息初始化需要完成的主 要任务有： ( a ) 对不同数据源数据的正确集成。系统评价所需的班级数据、教师任课情 况、以及实现数据挖掘所需要的教师详细档案都存在于不同的应用系统中，本 过程需要将这些来自不同系统的数据源集成到本系统的实时操作数据库中。这 一过程实现的主要技术难点是对实体的识别，准确的实体识别可降低集成数据 的冗余，为系统进行数据挖掘准备高质量的数据。本系统采用一个数据表来收 集用户分析出来的各相同实体在不同数据源中的不同名称，供系统集成数据时 用以识别不同名的相同实体。这样可实现用户随机设置各