学情分析系统中分析反馈功能的设计

宋阳　周波　赵冬梅

摘  要： 目前，大部分院校的学情分析工作仍处于手工统计和借助Excel等办公软件的阶段，难以为有效教学提供可靠信息和科学保障。因此本文拟设计一款学情分析系统，着重给出系统数据分析和结果反馈这两大难点问题的解决思路，使系统能够有效地解决数据采集、统计分析的信息化、自动化问题，深度挖掘基础数据，实现对学情质量及时有效地监控、诊断和反馈。

关键词： 学情分析;数据分析;结果反馈

中图分类号： TP311.52    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.07.019

【Abstract】： The academic analysis of most colleges is still in the stage of manual statistics and Excel office software at present， which is difficult to provide reliable information and scientific guarantee for effective teaching. Therefore， this paper intends to design the academic analysis system， focusing on the solution of the two difficult problems of data analysis and result feedback， so that the system can effectively solve the data acquisition， informationization and automation of statistical analysis， and deeply mine the basic data to realize timely and effective monitoring， diagnosis and feedback.

【Key words】： Academic analysis; Data analysis; Result feedback

0  引言

學情分析系统能够帮助教员全面把握阶段性教学成果、实现教学质量动态监测，及时发现教学过程存在的问题并依此对教学方法和教学重点、难点做出合理的改进或调整，有的放矢地解决在教学中存在的各种问题，达到提升教学质量的目的[1-3]。

目前的学情分析主要存在以下问题：（1）无视或轻视“学情分析”。一些教员并未意识到学情分析的重要价值，敷衍了事。（2）学情分析中教员的主观意识严重。教员不及时地进行学情分析，依靠自己的教学经验进行总结。（3）学情分析视角单一，方法简陋。在目前的学情分析中，缺乏对科学的学情分析方法的使用，学情分析过于表面化、简单化、老套化，缺乏有价值的理论挖掘[4-6]。

1  研究思路及方法

由于学员信息的高度保密性，校园不开设互联网，连接军网易引入安全隐患等军队院校的特殊性，本系统拟设计为一款单机版软件，单机版软件不需要后期维护，占用内存较小，失误率较少，教员在个人计算机和windows操作系统下即可完成相应操作。本系统将利用C#语言编程，可以提供友好的图形操作界面，用户体验性好。

一套充分借助自动化手段的功能完备的学情分析系统首先要能够存储、统计学员的基本信息，其次能够对学员的成绩等数据进行采集存储，最重要的是能够综合各种数据并深度挖掘数据间的联系，分析数据，反馈学员的学习情况和教员的授课效果。因此，本系统需要实现模块参数的设定，数据的采集存储和结果的分析反馈这三大功能。

本系统的关键和难点问题集中在“结果的分析反馈”这一功能的实现上，主要包括以下两方面：一是采用何种算法分析采集存储的数据，二是针对数据的分析结果，系统如何给出相应的反馈意见。下面本文将着重介绍这两大功能的解决思路。

2  分析数据的算法

目前，常采用的分析数据的算法主要是数据挖掘技术和数理统计方法。数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，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[7]。数理统计是数学的一个分支，它以概率论为基础，研究大量随机现象的统计规律性。首先从来源上讲，数据挖掘与数理统计都来源于统计基础理论，它们的很多方法在很多情况下都是同根同源的[8]，普遍观点认为数据挖掘是数理统计方法的延伸和发展。分析人员需要确定数据分布和描述变量间的关系时，适合使用数理统计的分析方法，但相对于海量、杂乱的数据时，数据挖掘技术有更加明显的应用优势。经过深入研究，本系统拟采用数据挖掘中的统计分析方法中的常用统计、相关分析和差异分析等方法。

考试的分数是一组杂乱无章的随机数据，为了反映考试成绩中的各种客观信息，通过前期的调研，本系统拟采用下列算法实现分析数据功能。

2.1  计算分析

2.1.1  集中趋势指标

成绩的集中趋势指标可以反映班级学员的成绩的一般水平和学员成绩分布的集中趋势，有利于学员确定自己在班级成绩中的位置，也便于不同班级之间的成绩比较。能够体现成绩集中趋势的指标包括：实考率、缺考率，分数段及各分数段比率，及格率，算数平均数（平均分），中位数和众数。

（1）实考率、缺考率

由于军队院校学员的公差任务和伤病情况较多，学员缺考现象时有发生。为了提高数据统计分析的准确性，需要在进行考试成绩统计分析与评估前统计实考、缺考人数和实考、缺考率。

实考率、缺考率的计算公式：

实考率=实际参加考试的人数/应该参加考试的人数*100% （1）

缺考率=缺席参加考试的人数/应该参加考试的人数*100% （2）

以下指标中涉及的总人数均为实际参加考试的人数。

（2）平均成绩

平均成绩由算数平均数、中位数和众数决定。算数平均数是我们计算平均成绩最常用的方法和基本形式。算术平均数具有科学、严密、可靠、易于计算和理解的优点，缺点是容易受极端数值的影响。中位数是通过排序得到的，它不受极端数值的影响，部分数据的变动对中位数没有影响，一旦算数平均数受到极端值的影响而失去代表性时，中位数可作为全班学员的平均成绩，但中位数的缺点是计算不方便。众数是指数据中出现频率最多的数，众数计算简便、易于理解，不受极端数值影响，当许多学员的成绩都为同一个数值或成绩分布偏态较严重时，用众数作为平均成绩有其特殊意义。

（3）分数段及各分数段比率、及格率

通过分数段人数的统计可以反映出学员成绩的集中情况，可以从分数段人数的统计上检验本次成绩是否成正态分布。本系统拟对成绩进行五级的分数段划分，即60分以下段，60-69分段，70-79分段，80-89分段，90分以上段，分别对应成绩的不及格，及格，中等，良好和优秀水平。各分数段的人数除以参加考试的总人数即为各分数段的比率。

及格率是考试成绩达到最低通过标准的人数比例，可作为班级之间横向比对的数据。

2.1.2  离散程度指标

为了全面评价学员成绩，除了分析集中趋势指标之外，还必须测定分数之间的离散程度。离散指标越大，说明差异程度越大，集中趋势越弱，成绩分布越不均匀，平均成绩代表性越差;离散指标越小，表明学员的成绩越接近，说明考试难度过大或过小，未能反映学员在学习中的真实差距。适合评价考试分数离散程度的指标主要有最高分、最低分，极差，标准差，标准差系数和标准分。

（1）最高分、最低分

最高分和最低分分别为一次考试中成绩最高 的分数和成绩最低的分数，反映考试最好和最差的情况。

（2）极差、标准差、标准差系数

极差又称全距，是最大值与最小值的差，是测定学员成绩离散程度最简单的指标。极差计算简单，意义明确，但只取决于极端数值的大小，忽视了中间学员成绩的差异，因此，只能粗略地反映学员成绩的差异情况。标准差又称均方差，是方差的算术平方根。标准差可以避免受极端数值的影响，对数据反映的是拉开成绩的容易程度，即反映学员成绩南北极分化现象是否严重，标准差过大过小都说明考试中存在着不正常状况。标准差系数又称变异系数，它的大小不仅取决于标准值的离差程度，还决定于数据平均水平的高低，主要用于对不同级别数据的离散程度进行比较。

（3）标准分

在学校、社会的常规考试中，用百分制表示的原始分数是目前应用最为广泛的成绩表示方法，上述分析算法也是针对原始分数。然而，在不同难度、不同班级、不同时间的考试中，原始分数不具备可比性，为了真实反映考生之间学习情况和个人能力的差别，必须将原始分数转化为可比较的标准分，标准分的科学性和合理性已经越来越受到人们的  关注。

2.2  图表分析

（1）正态分布

正态分布也称常态分布，又名高斯分布，是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布。在统计某次考试成绩分布规律的时候，將成绩按分数段制成统计图，如果中等成绩占最多数，其余成绩以中等成绩为中轴，向两侧逐次降低，则称这次成绩呈正态分布。教员可以从考试的成绩分布规律来检验考试成绩的合理性。

（2）偏度

偏度又称偏态系数，是表征概率分布密度曲线相对于平均值不对称的程度，是反映一次考试成绩分布不对称的指标。

偏度大于0，表明成绩分布为正偏态，说明低于平均分的人数超过了一半;偏度小于0，表明分数的分布为负偏态，说明高于平均分的人数超过了一半。偏度能够反映出该部分内容的难易程度和学员的普遍掌握程度。

（3）峰度

峰度又称峰态系数，是表征概率密度分布曲线在平均值处峰值高低的特征数。

峰度大于0，说明本次考试中等分的学员人数多，低分和高分少;峰度小于0，说明本次考试高中低分数的人数比较接近。

综上所述，分析成绩数据的算法体系如图1所示，采用科学合理的方法分析学员的成绩，能够激发学员的学习动力，实时掌握学员的学习情况，教员可以结合实际情况调整教学计划，提高教学质量。

3  反馈结果的方法

本系统的一大创新点是针对分析结果，自动给出正确有价值的反馈意见，系统拟从下面三个方面实现反馈结果的功能。

3.1  分析数据的结果反馈

（1）数据反馈

在数据反馈部分中将分析数据功能中计算的反映班级整体成绩情况的指标以及学员某次考试的原始分和标准分进行反馈显示。反馈形式：原始分和标准分举例如表1所示，分析计算得到的指标参数如表2所示，根据分析数据的结果，总结出重要的考试成绩信息。

（2）图表反馈

将学员成绩10分为一组，分为10级，绘制成绩分布直方图，使每一组分数的情况一目了然，便于检验成绩是否符合正态分布。反馈形式：成绩分布直方图举例如图2所示，以及正态分布结果。

图表分析结论：

成绩符合正态分布，为负偏态分布，试卷偏简单或者学员掌握情况良好。

3.2  学员、教员意见反馈

收集学员对本次考试的意见，导入保存显示学员的反馈意见，并录入保存显示教员依据试卷情况和往年教学经验的反馈意见[9-11]。

举例：

①学员反馈：判断故障题难;分析题没见过。

②教员意见：学员自己动手分析故障问题的能力欠缺，这部分内容需要进一步强化练习;学员看书不够，分析题大多出自教材。

3.3  生成总结报告

（1）单次成绩报告

单次成绩报告包括：班级学员单次成绩的原始分、标准分;反映班级整体情况的指标参数及结论;成绩分布直方图及结论;学员及教员的反馈意见。

（2）学期总结报告

学期总结报告包括：班级学员平时成绩、学期各次测验总成绩的原始分;期末考试成绩的原始分、标准分;针对期末考试成绩反映班级整体情况的指标参数及结论;期末考试成绩分布直方图及结论;学员及教员的反馈意见。

综上所述，系统的反馈体系如图3所示，有效地结合分析数据的分析结果和文字反馈信息，给出合理的能够直接应用于教学的综合性反馈意见和总结报告，既能够给教学提供参考意见，又能推进教学改革，实现教学相长。

4  结束语

本文设计的学情分析系统充分借助信息化、自动化手段，实时有效地实现对教学中重要数据的采集整理和统计分析，为教员“因材施教”，改进当下的教学活动，为后续教学设计的预设与调整提供重要信息。本文重点给出的学情分析系统的数据分析和结果反馈两大难点问题的解决思路，为其他开发设计人员提供参考，并将依据此思路进一步实现系统的设计。

参考文献

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