基于數(shù)據(jù)挖掘的計算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計分析

摘要：傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助課堂教學(xué)存在系統(tǒng)用戶容量低、信息兼容性差、資源索引時間長等問題。為了提升輔助課堂教學(xué)效果，現(xiàn)對原有系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘深入改造設(shè)計，本設(shè)計采用B/S機(jī)構(gòu)框架，利用信息收集模塊的形式來提升課堂信息數(shù)據(jù)處理效果。整個數(shù)據(jù)分析均采用個性化數(shù)據(jù)挖掘并行化技術(shù)，運用了

（1）K?means聚類算法;（2）Map Reduce并行計算框架，生成了新的教學(xué)規(guī)則，體現(xiàn)了教學(xué)系統(tǒng)的智能化和個性化特點。現(xiàn)針對數(shù)據(jù)挖掘為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助課堂系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究，希望能夠為對應(yīng)的單位提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘;計算機(jī)輔助課堂教學(xué);系統(tǒng)設(shè)計分析

在信息化教學(xué)模式改革下，傳統(tǒng)的教學(xué)模式正在不斷更新，由國家發(fā)起的高等人才培養(yǎng)信息化、綜合化、多元化教學(xué)要求得到了教育領(lǐng)域廣泛的關(guān)注。目前的流行的“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教育同步模式”是最為實用且流行的教學(xué)輔助工具，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)作為知識傳播載體的目標(biāo)，體現(xiàn)了教學(xué)資源的高效、高速特征，全面提升了師生之間的互動性。此外，計算機(jī)輔助教學(xué)還具有打破空間教學(xué)、分組教學(xué)、特長教學(xué)等優(yōu)勢，現(xiàn)將其分析如下。

1.分析傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助教學(xué)模式存在的不足

二十多年來，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)作為計算機(jī)技術(shù)研究領(lǐng)域的重要組成部分，已經(jīng)取得了重大的、廣泛的進(jìn)展。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)自開發(fā)以來就主要是面向應(yīng)用領(lǐng)域的，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘作為數(shù)據(jù)挖掘中的一項重要技術(shù)，同樣是針對應(yīng)領(lǐng)域用的。目前，人們己經(jīng)越來越重視從眾多數(shù)據(jù)中找出相關(guān)的關(guān)聯(lián)規(guī)則。傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助教學(xué)模式書屬于舊式書本化教學(xué)的改革，在很大程度上實現(xiàn)了教學(xué)資源優(yōu)化、減少教學(xué)壓力、實現(xiàn)多元化教學(xué)的目標(biāo)。但是在實際的教學(xué)應(yīng)用中依舊存在信息化滲入程度不高、個性化能力差、智能化教學(xué)應(yīng)用不明顯等問題。

2.基于數(shù)據(jù)挖掘的計算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用初衷

以數(shù)據(jù)挖掘為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助教學(xué)理念，目的是拓展傳統(tǒng)教學(xué)的資源容量，提升信息過濾效率，完成數(shù)據(jù)信息增值。通過將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)運用在計算機(jī)輔助教學(xué)模式中，可以全面提升信息的利用效率，為實現(xiàn)信息交互、網(wǎng)絡(luò)互動、學(xué)生資料管理等有推動作用，在很大程度重新定義了“教”、“學(xué)”。

3.簡述計算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

3.1整體系統(tǒng)設(shè)計

參照國家教育教學(xué)要求，以數(shù)據(jù)挖掘為主的計算機(jī)輔助教學(xué)課堂系統(tǒng)設(shè)計需要考慮教學(xué)應(yīng)用、資源過濾、使用管理等三個內(nèi)容。基于B/S三層結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以將其分為用戶登錄、教學(xué)資源設(shè)計和教學(xué)應(yīng)用層三個方面。其中教學(xué)用戶登錄區(qū)分了教師、學(xué)生、游客瀏覽三個等級，并采用權(quán)限登錄的方式，訪問各自的信息頁。教學(xué)應(yīng)用層是一個人機(jī)交互的界面，主要分為了信息收集、信息預(yù)處理、個性化應(yīng)用和模塊調(diào)度幾個模塊，分別實現(xiàn)不同功能;資源管理層是存儲教學(xué)資源和基本用戶信息的結(jié)構(gòu)，屬于后臺運營以及數(shù)據(jù)分析的環(huán)節(jié)。

3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

首先，收集信息資源是系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)鍵，信息收集模塊設(shè)計包括了學(xué)生信息數(shù)據(jù)的收集和儲存，內(nèi)容涉及到了OLAP、OLTP等多類型數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)消息同步等功能。具體的設(shè)計采用模塊化的方式，可完成數(shù)據(jù)和模塊元數(shù)據(jù)交互配置，實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集和約束。信息收集的模塊設(shè)計方法如下：①數(shù)據(jù)源提供數(shù)據(jù)信息;②將數(shù)據(jù)經(jīng)過流動式同步、下載式同步的方式完成交互;③完成信息數(shù)據(jù)庫收集或信息過濾任務(wù)。

其次，建立個性化的數(shù)據(jù)分析模塊，此階段運用到了

（1）K?means聚類算法、（2）Map Reduce并行計算兩個算法，以保證個性化數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)，實現(xiàn)用戶信息預(yù)處理質(zhì)量。按照后期的數(shù)據(jù)運用也可以將其分為個性化數(shù)據(jù)源處理以及個性化數(shù)據(jù)分析模型兩個方面。通過兩個處理方式以及兩種算法系統(tǒng)會自動化生成新的教學(xué)規(guī)則，并將其存儲到B/S框架中的資源管理層，之后通過人機(jī)交互遞交給用戶，從而實現(xiàn)智能化、個性化教學(xué)。

4.基于數(shù)據(jù)挖掘為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助課堂教學(xué)應(yīng)用結(jié)果研究

4.1系統(tǒng)功能性測試

計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)收集和準(zhǔn)各，在這個過程中更需要對

數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的預(yù)處理，才能保障該系統(tǒng)的正常、有效地使用。

實驗測試針對設(shè)計中的B/S框架進(jìn)行功能性測試，分別針對三個區(qū)域的功能性質(zhì)進(jìn)行研究分析，結(jié)果表示：（1）判斷用戶信息處理效果，數(shù)據(jù)庫針對游客、學(xué)生、教師等用戶實現(xiàn)了分類授權(quán)信息瀏覽需求，且所有的數(shù)據(jù)都能夠被及時查詢和更新，實現(xiàn)了教師信息、學(xué)生信息的綜合處理。（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)成績以及個人信息狀況分析，基于數(shù)據(jù)挖掘的算法，實現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)成績以及學(xué)習(xí)行為的評分研究，系統(tǒng)可自動生成學(xué)生學(xué)習(xí)、行為評分結(jié)果以及優(yōu)化措施建議。（3）教學(xué)資源下載分析，在系統(tǒng)的特定權(quán)限內(nèi)，學(xué)生可以按照自身權(quán)限下載一定的教學(xué)資源，且教學(xué)資源下載流程。系統(tǒng)的綜合功能顯著，表示設(shè)計有效。

4.2系統(tǒng)信息檢索時間分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)研究分析，在系統(tǒng)改革前，網(wǎng)頁數(shù)據(jù)加載和傳輸?shù)乃俣取z索新頁面彈出的速度約為1.47秒-2.63秒左右，經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計改革后，整個檢索時間控制在了0.69秒左右，下載反應(yīng)速度也控制在了1 .5秒內(nèi)。對于常規(guī)的教學(xué)輔助系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢索時間段，運行效率高，全面提升了計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的針對性和高效性，建議研究推廣。

4.3實際教學(xué)資源占比分析

后測試本系統(tǒng)的承載運行能力和資源控制能力，現(xiàn)分析系統(tǒng)的資源占用率通過人機(jī)交互、信息與處理以及信息過濾等途徑對比分析。傳統(tǒng)輔助課堂教學(xué)的CPU占用率為36.48%，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘改革后，系統(tǒng)CPU占用率為18.52%，系統(tǒng)資源承載力更強(qiáng)，信息處理更流暢，建議推廣。

5.結(jié)語

綜上所述，基于數(shù)據(jù)挖掘為基礎(chǔ)的計算機(jī)輔助課堂教學(xué)理念好，通過基于實踐應(yīng)用角度設(shè)計的計算機(jī)輔助程度，可以通過個性化的數(shù)據(jù)處理和信息控制提升數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，在后期的（1）K?means聚類算法、（2）Map Reduce并行算法影響下，教學(xué)規(guī)則生成明顯，信息傳輸效率高，實現(xiàn)了個性化教學(xué)目標(biāo)。綜上所述，本系統(tǒng)可以全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，帶動教學(xué)氛圍，幫助教師和學(xué)生構(gòu)建一個李湘的教學(xué)資源環(huán)境，建議研究推廣。

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作者簡介：胡蓉，1981年7月出生，女，漢族 ，籍貫貴州省貴陽市，副教授，學(xué)歷本科，碩士學(xué)位， 貴州財經(jīng)大學(xué)，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。