基于數(shù)據(jù)挖掘的體育成績管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊崇軍

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 咸陽 712000)

0 引言

學(xué)校軟硬件質(zhì)量的不斷提升，促使教學(xué)系統(tǒng)不斷的完善和優(yōu)化，基于數(shù)據(jù)的優(yōu)越性，各科間的溝通和交流逐漸加深，提升了學(xué)校教育的科學(xué)性和合理性。學(xué)校的教學(xué)資源豐富，有大量的數(shù)據(jù)可以借鑒使用，但在實際應(yīng)用中數(shù)據(jù)的使用率較低，數(shù)據(jù)資源大部分都被閑置在資料庫中，沒有發(fā)揮應(yīng)有的價值，這種情況在體育教學(xué)內(nèi)尤為明顯，為了合理利用數(shù)據(jù)資源，提升體育教學(xué)的質(zhì)量和效率，需要制定一套科學(xué)合理的方案，以及有利于體育成績管理的系統(tǒng)，并在實際應(yīng)用中發(fā)揮真正的作用。

1 系統(tǒng)應(yīng)用與相關(guān)理論技術(shù)分析

1.1 基于數(shù)據(jù)挖掘的體育成績管理系統(tǒng)

本文系統(tǒng)主要針對體育成績管理中的重點和難點，提出了成績管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，通過對系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計，解決現(xiàn)階段體育成績管理中的問題，實現(xiàn)自動化和信息化的成績統(tǒng)計與管理。系統(tǒng)根據(jù)不同的登錄用戶信息，設(shè)置不同的使用權(quán)限?？稍黾?、修改或刪除相關(guān)測試類型信息，根據(jù)各項目的總分，合理分配各項目的分值和權(quán)重，系統(tǒng)可以完成成績分制的轉(zhuǎn)換，根據(jù)需要導(dǎo)出學(xué)生成績，或進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計分析，同時還能夠?qū)W(xué)生成績進(jìn)行評定，結(jié)合平時的測試情況，對目前學(xué)生的體質(zhì)狀況進(jìn)行分析，找出體育教學(xué)中問題和不足，幫助體育教師采取更有針對性的訓(xùn)練方式，更好的提高教師的工作效率及學(xué)生的綜合素養(yǎng)[1]。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)挖掘能夠通過相應(yīng)算法搜索到隱藏在其中的信息。數(shù)據(jù)挖掘通常與計算機(jī)科學(xué)有關(guān)，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在線分析處理數(shù)據(jù)，以及機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)(依靠過去的經(jīng)驗法則)和模式識別等方法來實現(xiàn)上述目標(biāo)。本文依據(jù).NET三層體系結(jié)構(gòu)[2]，允許應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊和共享數(shù)據(jù)，融合web技術(shù)并使用SQL數(shù)據(jù)庫平臺，用于存取數(shù)據(jù)以及查詢、更新和管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 需求分析

在體育教學(xué)方面，每到體育考試階段，教師需面臨龐大工作量的現(xiàn)實問題，隨著國家對學(xué)生體質(zhì)的重視程度不斷提高，如何建立完善的成績管理系統(tǒng)，通過對學(xué)生歷年的體育成績的統(tǒng)計和管理，實施更具針對性的教學(xué)，是現(xiàn)階段體育教學(xué)面臨的重要課題。系統(tǒng)面向的用戶為管理員、教師、學(xué)生，不同的角色對應(yīng)不同的操作權(quán)限，用戶需用個人賬號和密碼完成登錄，系統(tǒng)根據(jù)個人賬戶信息提供用戶不同的使用權(quán)限，進(jìn)而完成相應(yīng)權(quán)限的操作。體育測試項目類別比較多，不同項目測試方法、分值和計分方式不同，因此在計算成績時需要根據(jù)不同測試項目設(shè)置不同計分形式，各類測試項目的分值總為100分。這些測試項目類別的添加、修改或刪除，都需由系統(tǒng)實現(xiàn)[3]。

2.2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

為了提高體育教學(xué)的質(zhì)量，使體育教師擺脫繁忙的數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理工作，本文設(shè)計了基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的體育成績管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由表示層、業(yè)務(wù)邏輯層，數(shù)據(jù)訪問層組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中表示層直接接觸用戶，對接虛擬與現(xiàn)實，主要負(fù)責(zé)接收用戶的訪問請求，然后將請求結(jié)果反饋給用戶；作為系統(tǒng)核心部分的業(yè)務(wù)邏輯層，主要負(fù)責(zé)處理用戶發(fā)送過來的請求，是數(shù)據(jù)的訪問層和表示層的中介；數(shù)據(jù)訪問層主要負(fù)責(zé)訪問和執(zhí)行數(shù)據(jù)請求，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果反饋給用戶。

2.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

作為系統(tǒng)重要開發(fā)過程之一，只有完成對功能模塊的設(shè)計才能夠滿足用戶要求，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。本文系統(tǒng)的總體功能圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

共分為 5大模塊。測試類型管理模塊主要負(fù)責(zé)按照體育測試的項目不同類型，設(shè)置用戶不同的使用權(quán)限，實現(xiàn)增加、修改或刪除等操作功能，添加新的體育測試項目通過在系統(tǒng)中增加測試類型即可實現(xiàn)，系統(tǒng)能夠自動按照測試項目給予不同的劃分；測試類型的修改主要是根據(jù)體育測試的需要，修改已存的測試項目，將修改結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中；刪除測試類型主要判斷該測試類型是否存在，若存在，系統(tǒng)會提示用戶該測試項目存在，不能刪除；若不存在，系統(tǒng)提示可以執(zhí)行添加和刪除體育測試項目的操作[4]。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

成績管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)隨著使用會逐漸增多，存儲工作將由數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，同時讀取系統(tǒng)的請求和操作，將是系統(tǒng)開發(fā)的重點。 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計工作需要完成出數(shù)據(jù)庫的概念、物理及邏輯等的設(shè)計 。 本文數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計采用實體-聯(lián)系圖(E-R 圖) ，實現(xiàn)客觀事物的聯(lián)系。 在成績管理系統(tǒng)中主要的實體包括測試類型與項目、學(xué)生信息及測試成績等。用戶信息實體-聯(lián)系圖負(fù)責(zé)記錄用戶的個人信息及類型等。 學(xué)生信息實體-聯(lián)系圖(E-R)主要記錄學(xué)生的個人信息及類型等；完成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計，需對數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計中的 E-R 圖完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換需遵循一對一原則(一個實體對應(yīng)一種關(guān)系)；數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計需要按照給定的 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS，是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫)，對存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫概念和邏輯，設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。

3.2 ID3 學(xué)習(xí)算法的運用

ID3算法以信息熵的下降速度為選取測試屬性的標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，然后繼續(xù)這個過程，直到生成的決策樹能完美分類訓(xùn)練樣例，即以信息熵作為依據(jù)選擇屬性標(biāo)準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)計算為基礎(chǔ)，從而得到準(zhǔn)確的信息熵值，將這些信息熵值進(jìn)行比較，選擇其中最大的熵值，作為選擇屬性的標(biāo)準(zhǔn)，及決策樹的根節(jié)點。ID3 算法按照最大的信息熵的屬性，按照對訓(xùn)練分類有利的原則，實現(xiàn)在算法中獲取最佳分類 。某個屬性的信息增益會降低系統(tǒng)信息熵，而 ID3 算法的關(guān)鍵操作在于實現(xiàn)各個屬性的信息的計算和比較。以代表訓(xùn)練樣本為例介紹決策樹節(jié)點，判斷樣本是否在同一類別中。 選擇最佳樣本分類屬性作為測試的節(jié)點屬性，根據(jù)這個節(jié)點屬性劃分樣本，如果某一個分支缺少樣本，對比訓(xùn)練集群的樣本類型，得到最大的標(biāo)準(zhǔn)值。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 體育測試類型管理

體育測試類型管理主要包括增加、刪除、修改及權(quán)重設(shè)置等，這些過程與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)類型相對應(yīng)。本文以成績刪除為例，其實現(xiàn)過程如下：首先根據(jù)實際需求用戶選擇要刪除的體育測試項目，通過判斷體育測試項目ID，系統(tǒng)完成是否需要刪除的驗證，即判斷測試項目的存在與否，若不存在，則執(zhí)行刪除操作，若存在，提示用戶測試項目存在，操作完成后退出程序。

4.2 成績管理

要完成對學(xué)生體育成績的管理，需通過查詢、錄入、刪除及導(dǎo)出成績等操作。(1) 錄入測試得分：選擇系統(tǒng)中的得分信息表，在表中插入需要的新的數(shù)據(jù)表，用來記錄學(xué)生的學(xué)號、ID 及對應(yīng)的分值。(2) 系統(tǒng)獲取信息后進(jìn)行程序判斷(3) 對比數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，判斷輸入信息是否存在，存在則提示用戶不需要輸入，不存在則完成信息的錄入；(4) 根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的返回值判斷錄入成功與否，系統(tǒng)顯示True則錄入成功[5]。其流程圖如圖 3 所示。

圖3 成績管理流程圖

根據(jù)流程圖，給出實現(xiàn)該部分功能的關(guān)鍵代碼：

{

.........

modulus.grade worth 1= this. gradeValue1.Text ；

modulus.grade worth 2= this. gradeValue1.Text ；

modulus.grade worth 3= this. gradeValue1.Text ；

.........

if ( ! CMMUtil.Is Null Or Empty ( this.

txtPnlProVoloum.Text.ToString ()))

{

modulus.grade worth

if ( this.hidOperation.Value == "0" ) // 如果是增

加操作

{

bll.Add Grade ( mod )；

4.3 系統(tǒng)測試過程中存在的問題以及解決辦法

在對體育成績管理系統(tǒng)進(jìn)行測試的過程中所出現(xiàn)的問題與解決辦法如下：1)系統(tǒng)安裝完畢之后，對體育成績進(jìn)行統(tǒng)計，此時不能完成對學(xué)生成績的下載，系統(tǒng)也不給予報錯提示。解決辦法：這種問題的出現(xiàn)大多是由于系統(tǒng)中沒有安裝office相關(guān)軟件，安裝之后根據(jù)服務(wù)器重啟提示便可以實現(xiàn)。如果仍不能實現(xiàn)，需要對組件的權(quán)限情況進(jìn)行修改。2)在對IIS進(jìn)行注冊與寫數(shù)據(jù)庫時，程序出現(xiàn)錯誤，終止安裝。解決辦法：這種情況的出現(xiàn)一般是由于沒有安裝.NET環(huán)境或是所安裝的版本與項目開發(fā)的版本不符合，或者是SQL語言出現(xiàn)錯誤，通過這兩方面進(jìn)行完善便可以解決當(dāng)前問題。

4.4 教師使用評價

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)下體育成績管理系統(tǒng)經(jīng)過半年時間的系統(tǒng)維護(hù)，正式投入使用，在使用過程中一致受到體育老師的好評，通過該系統(tǒng)，大大降低體育老師的工作量，將體育教師從繁雜的數(shù)據(jù)處理工作中解脫出來，有效的提升工作效率，真正實現(xiàn)通過機(jī)器來替代手工勞動，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)下的體育管理系統(tǒng)應(yīng)用，能夠進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)管理的正規(guī)化。

5 總結(jié)

計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，為各學(xué)校的信息化建設(shè)提供技術(shù)保障，本文在數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，構(gòu)建三層架構(gòu)的體育成績管理系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的功能模塊的介紹，和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，應(yīng)用ID3 學(xué)習(xí)算法完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘，最終完成各功能模塊的操作，對系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明系統(tǒng)運行狀態(tài)穩(wěn)定，體育教師日常的體育成績統(tǒng)計及管理等工作，通過本系統(tǒng)可以更輕松的完成，提升了教師的工作效率，使體育教師能投入更多精力到體育教學(xué)質(zhì)量的提升中，進(jìn)一步提高了體育成績的自動化和信息化管理水平。