基于數據挖掘的體育成績管理系統設計與實現

楊崇軍

(陜西能源職業技術學院， 咸陽 712000)

0 引言

學校軟硬件質量的不斷提升，促使教學系統不斷的完善和優化，基于數據的優越性，各科間的溝通和交流逐漸加深，提升了學校教育的科學性和合理性。學校的教學資源豐富，有大量的數據可以借鑒使用，但在實際應用中數據的使用率較低，數據資源大部分都被閑置在資料庫中，沒有發揮應有的價值，這種情況在體育教學內尤為明顯，為了合理利用數據資源，提升體育教學的質量和效率，需要制定一套科學合理的方案，以及有利于體育成績管理的系統，并在實際應用中發揮真正的作用。

1 系統應用與相關理論技術分析

1.1 基于數據挖掘的體育成績管理系統

本文系統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的設計方案，通過對系統的開發和設計，解決現階段體育成績管理中的問題，實現自動化和信息化的成績統計與管理。系統根據不同的登錄用戶信息，設置不同的使用權限。可增加、修改或刪除相關測試類型信息，根據各項目的總分，合理分配各項目的分值和權重，系統可以完成成績分制的轉換，根據需要導出學生成績，或進行相應的統計分析，同時還能夠對學生成績進行評定，結合平時的測試情況，對目前學生的體質狀況進行分析，找出體育教學中問題和不足，幫助體育教師采取更有針對性的訓練方式，更好的提高教師的工作效率及學生的綜合素養[1]。

1.2 數據挖掘技術

該系統采用數據挖掘技術，在數量龐大的數據中，數據挖掘能夠通過相應算法搜索到隱藏在其中的信息。數據挖掘通常與計算機科學有關，通過統計數據，在線分析處理數據，以及機器學習、專家系統(依靠過去的經驗法則)和模式識別等方法來實現上述目標。本文依據.NET三層體系結構[2]，允許應用程序通過網絡進行通訊和共享數據，融合web技術并使用SQL數據庫平臺，用于存取數據以及查詢、更新和管理關系數據庫系統等工作。

2 系統設計

2.1 需求分析

在體育教學方面，每到體育考試階段，教師需面臨龐大工作量的現實問題，隨著國家對學生體質的重視程度不斷提高，如何建立完善的成績管理系統，通過對學生歷年的體育成績的統計和管理，實施更具針對性的教學，是現階段體育教學面臨的重要課題。系統面向的用戶為管理員、教師、學生，不同的角色對應不同的操作權限，用戶需用個人賬號和密碼完成登錄，系統根據個人賬戶信息提供用戶不同的使用權限，進而完成相應權限的操作。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不同測試項目設置不同計分形式，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，都需由系統實現[3]。

2.2 系統的總體架構

為了提高體育教學的質量，使體育教師擺脫繁忙的數據統計管理工作，本文設計了基于數據挖掘技術的體育成績管理系統，該系統由表示層、業務邏輯層，數據訪問層組成，其結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

其中表示層直接接觸用戶，對接虛擬與現實，主要負責接收用戶的訪問請求，然后將請求結果反饋給用戶；作為系統核心部分的業務邏輯層，主要負責處理用戶發送過來的請求，是數據的訪問層和表示層的中介；數據訪問層主要負責訪問和執行數據請求，將數據處理的結果反饋給用戶。

2.3 系統功能模塊設計

作為系統重要開發過程之一，只有完成對功能模塊的設計才能夠滿足用戶要求，實現系統功能。本文系統的總體功能圖如圖2所示。

圖2 系統功能結構圖

共分為 5大模塊。測試類型管理模塊主要負責按照體育測試的項目不同類型，設置用戶不同的使用權限，實現增加、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中增加測試類型即可實現，系統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體育測試的需要，修改已存的測試項目，將修改結果存儲到數據庫中；刪除測試類型主要判斷該測試類型是否存在，若存在，系統會提示用戶該測試項目存在，不能刪除；若不存在，系統提示可以執行添加和刪除體育測試項目的操作[4]。

3 系統數據庫設計

3.1 數據庫系統設計

成績管理系統中的數據隨著使用會逐漸增多，存儲工作將由數據庫實現，同時讀取系統的請求和操作，將是系統開發的重點。 數據庫的設計工作需要完成出數據庫的概念、物理及邏輯等的設計 。 本文數據庫概念設計采用實體-聯系圖(E-R 圖) ，實現客觀事物的聯系。 在成績管理系統中主要的實體包括測試類型與項目、學生信息及測試成績等。用戶信息實體-聯系圖負責記錄用戶的個人信息及類型等。 學生信息實體-聯系圖(E-R)主要記錄學生的個人信息及類型等；完成數據庫的邏輯設計，需對數據庫概念設計中的 E-R 圖完成轉換，轉換需遵循一對一原則(一個實體對應一種關系)；數據庫物理設計需要按照給定的 數據庫管理系統(DBMS，是一種操縱和管理數據庫的大型軟件，用于建立、使用和維護數據庫)，對存儲的數據結構和方法進行設計。根據系統的功能需求，并結合數據庫概念和邏輯，設計相應的數據表。

3.2 ID3 學習算法的運用

ID3算法以信息熵的下降速度為選取測試屬性的標準，即在每個節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準，然后繼續這個過程，直到生成的決策樹能完美分類訓練樣例，即以信息熵作為依據選擇屬性標準，以數據計算為基礎，從而得到準確的信息熵值，將這些信息熵值進行比較，選擇其中最大的熵值，作為選擇屬性的標準，及決策樹的根節點。ID3 算法按照最大的信息熵的屬性，按照對訓練分類有利的原則，實現在算法中獲取最佳分類 。某個屬性的信息增益會降低系統信息熵，而 ID3 算法的關鍵操作在于實現各個屬性的信息的計算和比較。以代表訓練樣本為例介紹決策樹節點，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點屬性，根據這個節點屬性劃分樣本，如果某一個分支缺少樣本，對比訓練集群的樣本類型，得到最大的標準值。

4 系統實現

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、修改及權重設置等，這些過程與數據庫中的數據類型相對應。本文以成績刪除為例，其實現過程如下：首先根據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

要完成對學生體育成績的管理，需通過查詢、錄入、刪除及導出成績等操作。(1) 錄入測試得分：選擇系統中的得分信息表，在表中插入需要的新的數據表，用來記錄學生的學號、ID 及對應的分值。(2) 系統獲取信息后進行程序判斷(3) 對比數據庫中的數據，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) 根據數據庫中的返回值判斷錄入成功與否，系統顯示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

根據流程圖，給出實現該部分功能的關鍵代碼：

{

.........

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進行測試的過程中所出現的問題與解決辦法如下：1)系統安裝完畢之后，對體育成績進行統計，此時不能完成對學生成績的下載，系統也不給予報錯提示。解決辦法：這種問題的出現大多是由于系統中沒有安裝office相關軟件，安裝之后根據服務器重啟提示便可以實現。如果仍不能實現，需要對組件的權限情況進行修改。2)在對IIS進行注冊與寫數據庫時，程序出現錯誤，終止安裝。解決辦法：這種情況的出現一般是由于沒有安裝.NET環境或是所安裝的版本與項目開發的版本不符合，或者是SQL語言出現錯誤，通過這兩方面進行完善便可以解決當前問題。

4.4 教師使用評價

數據挖掘技術下體育成績管理系統經過半年時間的系統維護，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，大大降低體育老師的工作量，將體育教師從繁雜的數據處理工作中解脫出來，有效的提升工作效率，真正實現通過機器來替代手工勞動，通過數據挖掘技術下的體育管理系統應用，能夠進一步促進教學管理的正規化。

5 總結

計算機和網絡技術的進步，為各學校的信息化建設提供技術保障，本文在數據挖掘的基礎上，構建三層架構的體育成績管理系統，完成了系統的功能模塊的介紹，和數據庫的設計，應用ID3 學習算法完成系統的數據挖掘，最終完成各功能模塊的操作，對系統進行測試，測試結果表明系統運行狀態穩定，體育教師日常的體育成績統計及管理等工作，通過本系統可以更輕松的完成，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質量的提升中，進一步提高了體育成績的自動化和信息化管理水平。