高校物理實踐課中數據挖掘技術的應用分析

帕爾哈提江?吐爾孫

【摘要】信息技術的不斷發展給人們的生活帶來很大的變化，特別是在高校的物理實踐課教學管理工作中，雖然原有的數據庫系統不斷成熟，但是對一些數據的分析利用并沒有達到應有的水平，數學挖掘技術的出現，使物理實踐課在學生成績數據分析上有了很大的發展。本文通過分析數據挖掘技術在高校物理實踐課中的應用，探討了數據挖掘技術的應用優勢，僅供參考。

【關鍵詞】物理實踐課；數據挖掘技術；應用分析

隨著高校教育水平的不斷提高，很多學科的教學方法都發生了很大的改變，特別是在物理實踐課中，傳統的數據分析方法已經不適合現代教學需求，容易使很多實驗數據大量堆積，很難在大量數據中快速辨別信息的真偽，數據挖掘技術的出現使這一現象得到了很大的改善，不僅促進了物理實踐課內容的進一步豐富，還很好的適應了現代化教學管理的發展需求。

一、高校物理實踐課對數據挖掘技術的需求

在高校物理實踐課的教學管理中，面對大量的數據信息，如果沒有正確的數據分析方法，是很難分辨其中真偽的，傳統的數據分析方法難以滿足大量的數據需求，直到數據挖掘技術的出現，使教師可以通過計算機內的特定系統來對數據進行分析，它可以在大量的數據中隨機的抽取一些隱藏的數據信息，并通過規則、概念、模式等形式表現出來。數據挖掘技術是對數據信息、人工、技術等內容的融合，涉及到很多的領域和內容，隨著社會的不斷發展，數學挖掘技術逐漸發展成一項獨立的技術，在物理實踐課中的應用也越來越廣泛。

二、數據挖掘技術在高校物理實踐課中的應用

高校物理實踐課的教學管理包括學生學籍的管理、教學儀器的管理、還有教師對學生的指導管理、對學生成績的管理等。顯然這些內容當中就包含大量的數據信息，在這其中很多隱藏的內容都沒有得到開發利用，學習成績作為教師評價學生的重要內容，可以反映出學生在實踐課中的掌握情況。這一過程的學習成績，不僅僅是單純的書面成績，還有出勤、課堂表現、參加的活動等方面的成績，是一種綜合性的考評內容。而且學習成績不僅作為考核教師工作和學生學習成果的指標，還可以反作用于教學工作，是一種反饋性的信息內容，所以高校在物理實踐課中做好對學生學習成績的記錄非常重要。

通常情況下對學生學習成績的評定有兩種方式，一種是定量的評定，一種是定性的評定，定量評定的內容是根據學生在學習過程中取得的成績分數進行記錄，其評定的等級分為優、良、中、差四個等級，這種評價的方式僅僅是針對學生在某一課程而進行的，不可避免的存在一定的片面因素，而數據挖掘技術在對學習成績進行評定時，是從定性的角度進行分析，可以對學生多方面的成績進行綜合的反映，可以實現對學生成績更深層次的內容進行分析，對數據背后的隱藏內容進行挖掘，可以實現對教學內容的指導，因而可以更有效地應用在高校的物理實踐教學中。

三、ID3算法在決策樹法中的應用

數據挖掘技術具體包括決策樹法、神經網絡法、集合論法、遺傳算法等，人們又把決策樹法分為ID3算法、CLS算法、IBLE算法等，在運算的過程中是以信息論為主要基礎，以信息的增益度為主要的衡量標準，然后通過對數據的整合進行分類。

四、對實際的例證進行分析

根據高校物理實踐課中的評定標準，通過實際的事例來論證數據挖掘技術和決策樹方法在教學實踐課中的應用。

1、實踐對象

一般情況下高校的物理實踐課都是每年對學生進行一次考核，考核的內容由三部分組成：課堂的教學內容、課后的實踐報告和每一學期的期末考核成績。在實踐的過程中，學生要在規定的時間內完成實驗內容，并把實驗報告整理出來，考核的內容主要取決于實驗報告的內容和質量，其次是實驗課和歷來期末考核的內容。通過對物理實驗內容的分析整理，建立相應的數據模型，包括的內容有：學生學號、性別、實驗報告、期末考核、平均成績、名次等。

2、已知的內容

選擇2個班，每班25人，對學生情況數據庫進行如下的量化、轉換、清理、集成等處理工作，得到了相應的數據庫（如表1所示）.

表1 學生情況數據庫

學號字段定義為：1—50；性別字段定義為：男或女；實驗報告加分定義為：0表示沒有通過，0.5表示通過，1表示較好；實驗課加分定義為：0表示基本不上實驗課，0.2表示適當上實驗課，0.5表示按期上實驗課；期末考核加分定義為：0表示基本不參加期末考核，0.5表示參加期末考核并取得了較好的成績；平均成績定義為：學習成績總體情況，字段值為：0—100；名次定義為1—50，且記錄按名次從高到低排列。

3、對數據的挖掘分析

應用ID3算法建立相應的決策樹，先確定正例個數p和反例個數n.將名次排在前15名成績好的學生定義為正例，后35名成績不好的學生定義為反例，即p=15，n=35。

通過計算可知，實驗報告加分具有最大的信息增益，故將實驗報告加分選為根節點并向下擴展，最終生成的決策樹，如圖1所示.

4、結論

1） 學生在上完實踐課的教學后，如果可以在限定的時間內完成實驗得出實驗報告，學生的成績一般都比較好。

2） 如果實驗報告完成的滿意度比較高，學生在課上的動手能力也就比較強，而且對于實驗的內容具備觀察思考的能力，可以通過親自動手實驗，來對實驗結果進行歸納總結，既減輕了學生沉重的課業壓力，而且對于提高學習成績也有著很大的幫助。

3） 如果學生的實驗報告符合測評的標準，這時的情況就比較復雜，要根據具體的情況進行分析，有兩個方面的情況，一方面是在學生的課業壓力比較大、實驗課程、考試安排比較緊張的情況下，學生的成績依然很好，另一方面就是在學生沒有課業壓力、實驗課程、考試安排的情況下，成績依然不好。

通過教師多學生進行的課前輔導，在課上講授的內容就可以進行適當的延伸，學生在課前就可以對課上的內容進行預習，這對于提高課堂的聽課效率有著很大的幫助，而且在輕松又緊張的環境下完成實踐課程，對于學習內容的掌握也更加深刻，而且學生的學習熱情也得到很大的提高。

五、結束語

近幾年數據挖掘技術的發展十分迅速，在各個領域的應用也很廣泛，隨著信息技術的不斷發展，數據挖掘技術要從大量的信息數據中挖掘到有用的知識線索，然后通過利用挖掘技術對其中潛藏的客觀規律進行探究，可以使得決策更加科學合理，高中物理實踐課程在數據挖掘技術上的應用，一方面是社會發展的實際需要，另一方面通過該技術的運用，可以為日常教學提供有用的信息，有助于學校管理決策工作的有效進行。

參考文獻

[1]陳熙謀，吳祖仁.普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修）1[M].北京：教育科學出版社，2004.

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