基于SpringBoot的成績(jī)可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜 楠，莊新慶，李宣廷

(大連民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116650)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，高校教育規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得高校逐步積累了大量教學(xué)數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)有教學(xué)數(shù)據(jù)管理方式以及用戶(hù)對(duì)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的理解能力和觀察視角等因素的限制，這些海量教學(xué)數(shù)據(jù)沒(méi)有充分體現(xiàn)價(jià)值，也不能直觀展示給用戶(hù)，在一定程度上造成了這些數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)。國(guó)外相較于國(guó)內(nèi)更早的把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育相結(jié)合，發(fā)達(dá)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)教育數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)的建設(shè)具有教育意義[1]。近幾年中國(guó)也在積極把互聯(lián)網(wǎng)、可視化等相關(guān)信息技術(shù)與教育相結(jié)合，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)尤其是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將可視化技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)，國(guó)內(nèi)一些高校也將可視化應(yīng)用于圖書(shū)館服務(wù)、掛科預(yù)警、學(xué)籍預(yù)警、思想動(dòng)態(tài)分析等[2]。近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)資源的豐富，在基金的積極支持下，國(guó)內(nèi)可視化的研究成果逐漸豐富，高校教學(xué)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合也在積極探索中。文章通過(guò)對(duì)高校學(xué)生成績(jī)進(jìn)行整合，準(zhǔn)確分析出各個(gè)班級(jí)各門(mén)課程成績(jī)的差異，以及學(xué)生學(xué)習(xí)此門(mén)課程存在的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)圖表的方式直觀展現(xiàn)，更加清晰明了發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生存在的問(wèn)題，因材施教，使得有限的教育資源得到最大化的利用。

1 可視化體系總體架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。主要由物理資源層、基礎(chǔ)環(huán)境層、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)可視化層四部分組成。

(1)物理資源層。包括CPU計(jì)算資源、內(nèi)外存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所需的網(wǎng)絡(luò)通信資源，以及其他的硬件條件，主要為數(shù)據(jù)可視化分析平臺(tái)運(yùn)行和開(kāi)發(fā)提供所需的物理硬件條件支撐[3]。

(2)基礎(chǔ)環(huán)境層。基于Windows7操作系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)可視化分析平臺(tái)提供運(yùn)行和開(kāi)發(fā)需要的Java IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、JDK1.8、SpringBoot框架，以及平臺(tái)運(yùn)行和開(kāi)發(fā)所需要的其他必要環(huán)境支撐。

(3)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層。以高校學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，采用JDBC數(shù)據(jù)連接管理方法和JSON數(shù)據(jù)對(duì)象表示方法從中抽取可視化分析平臺(tái)所需的成績(jī)數(shù)據(jù)，為平臺(tái)數(shù)據(jù)可視化層的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)和邏輯業(yè)務(wù)支撐。

(4)數(shù)據(jù)可視化層。學(xué)生成績(jī)可視化系統(tǒng)以Web平臺(tái)為載體，采用ECharts可視化插件將從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層抽取得到的數(shù)據(jù)以圖表的形式直觀地展示在前端頁(yè)面，為用戶(hù)提供一個(gè)可以直觀查詢(xún)學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)分析的界面。

2 混合教學(xué)成績(jī)與可視化技術(shù)

混合教學(xué)就是把傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教育結(jié)合在一起，將兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這樣就會(huì)取得明顯優(yōu)于兩者單一的使用效果。國(guó)家對(duì)科技教育一直都很重視，這也為混合教學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的推動(dòng)作用[4]。現(xiàn)在我們使用的混合教學(xué)方式是雨課堂平臺(tái)與線下教學(xué)相結(jié)合。雨課堂開(kāi)發(fā)的目的就是應(yīng)用于高校教學(xué)，教師可以通過(guò)雨課堂上傳課件、發(fā)布習(xí)題、發(fā)布公告、組織簽到，在線答疑解惑。學(xué)生在線做題、簽到、閱讀公告、教師講解PPT過(guò)程中學(xué)生可以發(fā)送彈幕，隨時(shí)與老師溝通。雨課堂可以記錄下學(xué)生的課堂表現(xiàn)，相關(guān)課堂數(shù)據(jù)存放在Excel表中。這種使用課前、課中、課后相互聯(lián)結(jié)的新型教學(xué)形式，可以使學(xué)生在每一個(gè)環(huán)節(jié)都能獲得全新的體驗(yàn)，同時(shí)增加與教師之間的互動(dòng)，使教學(xué)變得更加便捷高效，并在課堂上最大程度的激發(fā)教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的能量，促進(jìn)教學(xué)改革的成功[4]。增加老師和學(xué)生的互動(dòng)，更好的提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

數(shù)據(jù)可視化主要借助于圖形化手段，清晰有效地傳達(dá)與溝通信息。人類(lèi)從外界獲得的信息約有80%以上來(lái)自于視覺(jué)系統(tǒng)，當(dāng)把數(shù)據(jù)通過(guò)可視化技術(shù)以圖的形式展現(xiàn)在分析者面前時(shí)，分析者能夠快速洞悉數(shù)據(jù)背后隱藏的信息。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)包含以下幾個(gè)基本概念：(1)數(shù)據(jù)空間：是由n維屬性和m個(gè)元素組成的數(shù)據(jù)集所構(gòu)成的多維信息空間；(2)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)：是指利用一定的算法和工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的推演和計(jì)算；(3)數(shù)據(jù)分析：指對(duì)多維數(shù)據(jù)進(jìn)行切片、塊、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作剖析數(shù)據(jù)，從而能多角度多側(cè)面觀察數(shù)據(jù)；(4)數(shù)據(jù)可視化：是指將大型數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)以圖形圖像形式表示，并利用數(shù)據(jù)分析和開(kāi)發(fā)工具發(fā)現(xiàn)其中未知信息的處理過(guò)程。

高校教育與可視化技術(shù)密不可分，可視化技術(shù)極大促進(jìn)了高校教育的發(fā)展。也對(duì)高校教育變革起到了促進(jìn)作用。教學(xué)成績(jī)可視化是將教學(xué)過(guò)程中不斷生成和積累的數(shù)據(jù)予以可視化呈現(xiàn)。在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，將教學(xué)成績(jī)與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)結(jié)合可以更加有效地提取出教學(xué)成績(jī)潛在的價(jià)值，可以更好利用這些寶貴的數(shù)據(jù)資源，也是對(duì)高校教學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的一種探索。教學(xué)數(shù)據(jù)可視化也是教師數(shù)據(jù)素養(yǎng)發(fā)展的重要內(nèi)容。幾年來(lái)數(shù)據(jù)教育應(yīng)用的常態(tài)化亟需教師能夠理解與應(yīng)用數(shù)據(jù)，以不斷改進(jìn)教學(xué)和促進(jìn)學(xué)生發(fā)展[5]。數(shù)據(jù)可視化可以幫助教師減少一些復(fù)雜的工作，可以使得教師從繁雜的教學(xué)數(shù)據(jù)中脫身。教師只需要通過(guò)數(shù)據(jù)可視化之后的圖表來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，分析出各個(gè)班級(jí)成績(jī)數(shù)據(jù)的差異以及學(xué)生學(xué)習(xí)此門(mén)課程的薄弱環(huán)節(jié)，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 可視化在教學(xué)成績(jī)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)形式與預(yù)處理

現(xiàn)在所采取的課堂教學(xué)形式主要是“傳統(tǒng)教學(xué)”與“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”相結(jié)合。課堂教學(xué)過(guò)程使用雨課堂小程序，教師可發(fā)布課堂簽到、發(fā)布公告、發(fā)布課堂練習(xí)、發(fā)布期中期末成績(jī)。相應(yīng)的學(xué)生進(jìn)行課堂簽到、閱讀公告、解答課堂練習(xí)、參加期中期末考試。最后雨課堂小程序可以對(duì)這些參與過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，把每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課程的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到Excel表格中，教師可以下載Excel表格。數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)收集和整合之后, 需要按照一定的規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、去重、清洗等預(yù)處理操作，清除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)，以方便后期的數(shù)據(jù)操作。

3.2 學(xué)生成績(jī)分析

以18級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程四個(gè)班級(jí)期末試卷成績(jī)?yōu)槔M(jìn)行分析。

(1)先整體分析這四個(gè)班級(jí)的學(xué)生成績(jī)，了解學(xué)生考試的整體情況。將成績(jī)劃分為0～59分，60～74分，75～84分，85～100分四個(gè)區(qū)間，以柱狀圖和折線圖相結(jié)合的形式展示成績(jī)分析結(jié)果。分析結(jié)果如圖2。

通過(guò)這個(gè)圖可以看出各個(gè)區(qū)間所占的人數(shù)，折線圖描繪出各區(qū)間的變化趨勢(shì)?？梢钥闯鲈?～59分的人最多，其次是60～74分區(qū)間，85～100分的人數(shù)和75～84分的人數(shù)相差無(wú)幾。

(2)對(duì)比四個(gè)班級(jí)的不及格0～59、及格60～74、良好75～84、優(yōu)秀85～100所占人數(shù)數(shù)量，通過(guò)柱狀圖對(duì)比展示，這樣可以直觀的看出每個(gè)班級(jí)之間的差異;分析結(jié)果如圖3。

通過(guò)這個(gè)柱狀圖看出182班的0～59分區(qū)間人數(shù)最多，181班的0～59區(qū)間人數(shù)最少。183班85～100分區(qū)間人數(shù)最少，184班85～100分區(qū)間人數(shù)最多。181班、182、183班成績(jī)?cè)诩案?、良好、?yōu)秀成績(jī)區(qū)間人數(shù)相差較多，說(shuō)明這個(gè)幾個(gè)班級(jí)成績(jī)差距較大。184班在及格、良好、優(yōu)秀成績(jī)區(qū)間人數(shù)相差無(wú)幾，這也看出184班成績(jī)比較均勻，整體表現(xiàn)較好。

(3)對(duì)比四個(gè)班級(jí)的離散數(shù)學(xué)平均成績(jī)，以柱狀圖的形式呈現(xiàn)結(jié)果，分析結(jié)果如圖4。

通過(guò)圖4柱狀圖可以直觀的表示每個(gè)班級(jí)的平均成績(jī)以及班級(jí)之間的差異。從圖4可以看出181班和182班的平均成績(jī)相差0.7分，差別不大。183班和184班的平均成績(jī)相差0.23，差別非常小。但是181班、182班和183班、184班的平均成績(jī)相差大約6分，它們之間的差距還是很大的，各班平均分人數(shù)餅狀圖如圖5。各個(gè)班級(jí)成績(jī)大于或小于平均分的人數(shù)所占的比例。181班大于平均分的人數(shù)占比最高為62.5%，其余三個(gè)班的比例大約各占一半。結(jié)合圖3，可以分析出：雖然183班和184班平均成績(jī)相差無(wú)幾，但是183班60～74分區(qū)間人數(shù)大約為184班的兩倍，這也說(shuō)明184班學(xué)生成績(jī)優(yōu)秀率比較高。

(4)對(duì)四個(gè)班級(jí)的學(xué)生成績(jī)進(jìn)行匯總之后，繪制散點(diǎn)圖，分析結(jié)果如圖6。

通過(guò)這個(gè)散點(diǎn)圖，可以看出絕大部分的學(xué)生成績(jī)大于40分，在40～75分之間。極少數(shù)的學(xué)生成績(jī)小于40分，少數(shù)的學(xué)生成績(jī)大于80分。

(5)從四個(gè)班級(jí)中找出兩個(gè)較高分試卷，兩個(gè)較低分試卷。把試卷提煉出四個(gè)標(biāo)簽：基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算能力、理解能力、完整度、工整度。通過(guò)每個(gè)人答題得分情況，為這每個(gè)標(biāo)簽賦值。經(jīng)過(guò)分析繪制成雷達(dá)圖,分析結(jié)果如圖7。

通過(guò)雷達(dá)圖得到成績(jī)94分的同學(xué)與成績(jī)90分的同學(xué)在試卷工整度、試卷完整度以及計(jì)算能力方面幾乎沒(méi)有差別，在基礎(chǔ)知識(shí)和理解能力方面稍微有點(diǎn)差別，成績(jī)94分的同學(xué)在這兩方面略高于成績(jī)90分同學(xué)。成績(jī)25分的同學(xué)在工整度和完整度方面表現(xiàn)較好，與成績(jī)高的同學(xué)在基礎(chǔ)知識(shí)和理解能力方面差別較大。成績(jī)10分的同學(xué)，在這5個(gè)方面表現(xiàn)都不好。由此得知，基礎(chǔ)知識(shí)和理解能力對(duì)學(xué)生成績(jī)影響較大。

4 結(jié) 語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代，高效教學(xué)應(yīng)該積極尋求與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的途徑，探索新時(shí)代背景下新的教學(xué)模式，變革已有的教學(xué)模式，使得教學(xué)往數(shù)字化、智能化、可視化的道路上發(fā)展。增加老師和學(xué)生的聯(lián)系，使得每個(gè)同學(xué)都能參與到課堂當(dāng)中，增加課堂的活潑氛圍，更好的調(diào)動(dòng)老師和同學(xué)們的積極性。

本文利用可視化技術(shù)對(duì)課程成績(jī)進(jìn)行可視化，將數(shù)據(jù)挖掘分析的思想與真實(shí)的課程成績(jī)相結(jié)合，把原本繁雜的數(shù)據(jù)通過(guò)圖表的形式向用戶(hù)直觀展現(xiàn)教學(xué)成績(jī)的分析，發(fā)掘這些數(shù)據(jù)的潛在的含義，最大限度的發(fā)揮這些教學(xué)數(shù)據(jù)的價(jià)值，為教學(xué)工作提供大量的有用信息，幫助老師更加清晰明了的發(fā)現(xiàn)每個(gè)班級(jí)存在的問(wèn)題，因材施教，使得有限的教育資源得到最大化的利用。所有的分析都是根據(jù)課程的教學(xué)特點(diǎn)來(lái)分析，所呈現(xiàn)的分析結(jié)果也具有較高的實(shí)際意義[6]。在高等教育與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的道路上積極探索，使高等教育治理和教育研究逐漸走向科學(xué)化[7]。