高校大數(shù)據(jù)展示設(shè)計(jì)研究

王濤濤　施煒利

摘要：為了提高高校的管理決策能力、教學(xué)評(píng)估水平、學(xué)生管理水平等，很多高校正在推進(jìn)教育大數(shù)據(jù)建設(shè)。課題組成員以江西省某高校實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為例，構(gòu)建了高校教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)的技術(shù)構(gòu)架和數(shù)據(jù)分析模型，設(shè)計(jì)了教師評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)、教學(xué)效果、學(xué)校發(fā)展等幾種典型的專題大數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了可視化展示，為學(xué)校管理水平的提高提供了有益的支撐。

關(guān)鍵詞：高校大數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)挖掘;數(shù)據(jù)分析;可視化展示

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）03-0026-002

1 引言

大數(shù)據(jù)時(shí)代，高校管理創(chuàng)新面臨新的機(jī)遇，如何有效使用大數(shù)據(jù)以促進(jìn)教育管理水平的提高，是每個(gè)高校亟須解決的問題。如何按照高校需求建立大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析服務(wù)，支持各管理部分進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用，并為學(xué)校政策制定、落實(shí)重大決策提供科學(xué)依據(jù)。很多高校已作為一項(xiàng)重要工作在推進(jìn)。

然而，教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用之路卻充滿荊棘，在應(yīng)用中的難題不斷。課題組在研究推進(jìn)本校大數(shù)據(jù)實(shí)施方案的過程中，最突出的問題便是數(shù)據(jù)分析問題。

2 高校大數(shù)據(jù)研究進(jìn)展

課題組以數(shù)據(jù)挖掘和教育為關(guān)鍵詞，分析了國內(nèi)近10年的論文共計(jì)2040篇，圖1顯示了2010-2020年各年發(fā)表篇數(shù)分布情況。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，近10年來，對(duì)教育大數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用呈逐年上升趨勢(shì)。國內(nèi)學(xué)者已對(duì)教育大數(shù)據(jù)挖掘以及整體框架設(shè)計(jì)和相關(guān)平臺(tái)建設(shè)展開了較有成效的探索。

清晰科學(xué)的架構(gòu)設(shè)計(jì)是高校教育大數(shù)據(jù)可持續(xù)應(yīng)用與發(fā)展的基礎(chǔ)保障。楊現(xiàn)民等[1]提出四步建設(shè)策略。劉邦奇等[2]提出應(yīng)用體系建設(shè)、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、制度建設(shè)三個(gè)關(guān)鍵要素的協(xié)同配合。余勝泉等[3]剖析了教育大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集、模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析、智能推薦、決策分析等總體框架。另外，還有學(xué)者從平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行機(jī)制、信息的共享、質(zhì)量監(jiān)控與評(píng)估等進(jìn)行了研究。

在應(yīng)用方面，構(gòu)建了教育質(zhì)量改進(jìn)模型，將學(xué)生服務(wù)、教師教學(xué)、家長協(xié)同、學(xué)校管理利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化分析與改進(jìn)。崔延強(qiáng)[4]利用大數(shù)據(jù)在教育質(zhì)量監(jiān)控與評(píng)估方面進(jìn)行了有效的探索。林麗丹[5]分析了高校大數(shù)據(jù)存在問題，探討了大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。萬晨[6]設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)方案，并通過該方案有效提升了課堂教學(xué)質(zhì)量。鄒琴琴[7]提出通過大量數(shù)據(jù)建立起學(xué)習(xí)分析模型，對(duì)于教育行業(yè)發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。

3 高校大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)

課題組對(duì)某高校大數(shù)據(jù)平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)分析模式及專題應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)。研究構(gòu)建了數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)展現(xiàn)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層等五個(gè)層次的構(gòu)架。并將安全保障體系貫穿于五個(gè)層次，以確保數(shù)據(jù)的安全性（如圖2所示）。

3.1 數(shù)據(jù)采集層

平臺(tái)數(shù)據(jù)來源包括學(xué)校各大信息系統(tǒng)，包括教務(wù)、招生、就業(yè)、科研、后勤、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、官網(wǎng)、圖書館等，通過這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，可以獲取較為全面的運(yùn)行數(shù)據(jù)。隨著監(jiān)控、門禁、WIFI等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的有效采集，可以逐漸提高信息化資源的利用率與水平。

3.2 數(shù)據(jù)處理層

高校大數(shù)據(jù)應(yīng)用與建設(shè)要解決的首要問題是數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，需要通過去除虛假、重復(fù)、矛盾、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗。數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)處理是發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值的關(guān)鍵。

3.3 數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層是平臺(tái)的“大腦”，如何提高大腦“智商”取決于數(shù)據(jù)分析模型的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，教育界比較主流的分析模型包括適應(yīng)性學(xué)習(xí)模型、學(xué)習(xí)預(yù)警模型、學(xué)生畫像模型、決策支持模型等。課題組根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，將從預(yù)測(cè)性分析、診斷分析、描述性分析三個(gè)層級(jí)去實(shí)習(xí)，實(shí)現(xiàn)小顆粒度、目標(biāo)聚集的數(shù)據(jù)分析模型。

描述性分析主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性的分析。比如教師情況分析、學(xué)生成績分析、學(xué)校投入情況等。

診斷分析可以直達(dá)數(shù)據(jù)核心，將問題原因找出來。例如，學(xué)生有哪些知識(shí)缺陷、學(xué)校有哪些障礙、學(xué)科能力如何、具有哪些學(xué)科優(yōu)勢(shì)等，利用方法有知識(shí)診斷檢測(cè)、知識(shí)追蹤模型、相關(guān)分析等，以實(shí)現(xiàn)診斷分析。

預(yù)測(cè)分析利用數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、發(fā)展等，對(duì)教育相關(guān)事件的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，可以利用決策樹、回歸分析等算法來預(yù)測(cè)某個(gè)學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)水平的變化等。

以上三類分析從易到難，對(duì)高校教育發(fā)展的作用也越來越大。

3.4 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示是有利于利用數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，便于決策和干預(yù)。數(shù)據(jù)展示主要呈現(xiàn)基礎(chǔ)信息、教師隊(duì)伍、學(xué)生綜合、教育安全等大數(shù)據(jù)。通過以上數(shù)據(jù)的可視化展示，實(shí)現(xiàn)校級(jí)層面的數(shù)據(jù)“看、用、管”，實(shí)時(shí)掌握學(xué)校的概貌與動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)決策[8]。

3.5 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用是此項(xiàng)工作的最終目標(biāo)。如何基于數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)問題提出合理化建議，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)校健康、高效、持續(xù)發(fā)展，是研究的核心。因此，數(shù)據(jù)應(yīng)用層要圍繞政策制定、資源配置、質(zhì)量監(jiān)控、評(píng)價(jià)體系最重要的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。并且通過應(yīng)用以促進(jìn)數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示的持續(xù)優(yōu)化。課題組設(shè)計(jì)了幾種常用的專題大數(shù)據(jù)。

3.5.1 資源大數(shù)據(jù)

資源大數(shù)據(jù)的分析與利用，可以讓高校管理者了解學(xué)校的總體發(fā)展情況，能為管理者合理規(guī)劃提供決策支持。

3.5.2 師資大數(shù)據(jù)

師資大數(shù)據(jù)的分析與利用，可以讓師資培訓(xùn)與提升提供更精準(zhǔn)的規(guī)劃，并能促進(jìn)教師的合理化配置，更好地為教師管理服務(wù)，從而促進(jìn)教師隊(duì)伍管理的現(xiàn)代化。

教師大數(shù)據(jù)除了大家熟知的基本信息（學(xué)歷、職稱、專業(yè)、年齡等），還有培訓(xùn)數(shù)據(jù)、教育教學(xué)活動(dòng)數(shù)據(jù)，更重要的還有教師幸福指數(shù)、教學(xué)發(fā)展指數(shù)、科研發(fā)展指數(shù)等。這樣才能更全面的了解教師的整體情況以及每一位老師的發(fā)展情況。

3.5.3 學(xué)生大數(shù)據(jù)

學(xué)生大數(shù)據(jù)的分析與利用，可以更好地調(diào)整人才培養(yǎng)方案，以達(dá)成人才培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)生大數(shù)據(jù)包括德育數(shù)據(jù)、體測(cè)數(shù)據(jù)、成績數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)軌跡、獲獎(jiǎng)數(shù)據(jù)、就業(yè)跟蹤等數(shù)據(jù)，可以很好地評(píng)估一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)完成情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)干預(yù)和預(yù)警并及時(shí)的實(shí)現(xiàn)家校聯(lián)動(dòng)。

4 高校大數(shù)據(jù)可視化展示

通過分析各高校建設(shè)的平臺(tái)，以及相關(guān)企業(yè)大數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品，綜合提出幾種典型模式。

4.1 可視化圖表

傳統(tǒng)的可視化具有通俗易懂的優(yōu)點(diǎn)，將折線、餅、氣泡、儀表盤燈圖結(jié)合在一起，成為當(dāng)下數(shù)據(jù)可視化的主流呈現(xiàn)方式?；诳梢暬瘓D表，管理制可以清楚了解學(xué)校的整體情況，以及發(fā)展趨勢(shì)。

4.2 地圖

基于地圖的展示具有直觀的優(yōu)點(diǎn)，可以把宏觀到微觀全部進(jìn)行視覺呈現(xiàn)。

4.3 可視化圖表與地圖相結(jié)合

將可視化表與地圖進(jìn)行組合呈現(xiàn)，可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以實(shí)現(xiàn)視覺效果與數(shù)據(jù)價(jià)值的最佳體現(xiàn)，能夠給高校管理者提供具有時(shí)空分布的直觀體現(xiàn)又可以深挖某一個(gè)方面的問題，找出具體原因。

4.4 數(shù)據(jù)流

基于數(shù)據(jù)的展示是將數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、交互進(jìn)行可視化的映射?；跀?shù)據(jù)流通常要結(jié)合數(shù)據(jù)本身或者數(shù)據(jù)池來展示。例如，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)池，包括了課件、視頻、音頻、題庫、學(xué)習(xí)痕跡、教學(xué)痕跡等，通過數(shù)據(jù)池的展現(xiàn)可以實(shí)時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行情況。

5 結(jié)語

高校大數(shù)據(jù)正在進(jìn)入快速應(yīng)用事情，在應(yīng)用實(shí)踐中很多問題不對(duì)出現(xiàn)，阻礙了數(shù)據(jù)應(yīng)用的有效性，也阻礙高校應(yīng)用的積極性。下一步，團(tuán)隊(duì)將圍繞網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)模型構(gòu)建進(jìn)行深入的研究。

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