基于Python的學科知識點學習情況統計與分析

郎沁爭 謝艷萍

摘要：教師獲取教學反饋的主要途徑是課堂提問、布置作業、階段性考試、期末考試等，其目的是了解學生對知識點的掌握情況，將以上途徑信息化，進行統計分析，有助于教師從各個角度了解學生學習情況，及時調整教學活動，以提升教學質量。Python具有簡單易學、功能強大、可操作性高等特點，適合于大數據、云計算、人工智能等領域。本文將實現知識點學習情況的信息化，采用Python進行統計分析，并將結果進行可視化顯示。

關鍵詞：Python;數據統計;數據分析;教學反饋

0引言

教師在教學活動中，通過課堂提問、布置作業、階段性考試、期末考試等方式了解學生對知識點的掌握情況，以上方式需要教師在批改成績上投入大量的時間，同時學生學習情況的結果不方便統計分析，是教師個人主觀上的一個評價。本文將以上途徑信息化，利用Python進行數據處理、統計分析、可視化顯示，有助于教師本人、以及其他人員從各個角度了解學生學習情況，及時調整教學活動，因材施教，以提升教學質量[1-3]。

1設計思路

本文整體設計包含信息化測試模塊、自動閱卷模塊、統計分析模塊和可視化模塊。“信息化測試”主要是實現將考核知識點信息化，得到Excel格式的答題數據，方便后期數據分析等工作;“自動閱卷”是使用Python實現自動化閱卷，得到每個學生的答題正確情況;“統計分析”主要是從學生個人和班級整體兩個角度進行分析，每個角度從三個維度進行分析，分別是：每個題的答題情況、每個知識點的答題情況和每個章節的答題情況;“可視化”是將前面統計分析的數據以圖形化的方式顯示出來，使結果更加直觀。

2設計實現

2.1信息化測試

信息化測試首先需要將課程知識點進行細分，并對每一個知識點出若干個有階梯難度的測試題，然后對每一個測試題進行編號，編號規則是用兩位表示章節號、兩位表示知識點號、三位表示題號，如0201002表示第2張第1個知識點的第2個測試題。其中知識點號按照知識點的前后關系進行編號，題號按照每一個知識點的考核的難易程度編號，以方便后期展示學生學習情況。

電子試卷采用微信小程序中的“趣問卷”來實現，即將上一步的試題在“趣問卷”中實現電子化。將“趣問卷”的電子試卷分享給學生，學生可以答題，實現電子測試。最終可以在“趣問卷”將所有學生的答題情況導出為Excel表格，方便后期統計分析。

2.2自動閱卷

在Excel表格的第2行插入標準答案，以方便自動閱卷。采用python讀取Excel文件，將每個學生的答案和標準答案進行比對，正確標識為1，錯誤標識為0，以實現自動閱卷。

同時可以根據每個學生在每個題的答題情況，可以統計出來班級在每個題的答對率。

2.3統計分析

統計分析從學生和班級兩個角度進行，每個角度從每個題答題情況、知識點答題情況和章節答題情況三個維度進行。其中每個題答題情況在自動閱卷環節已經完成。

（1）知識點答題情況統計

統計每個學生和整個班級的知識點答題情況需要將相同知識點編號的進行合并，算出該知識點答題的正確率，以體現每個學生和整個班級在該知識點掌握情況，其中合并相同知識點是通過修改列名來實現的，然后對每個學生和整個班級的相同列名的數據進行求和，得到答對的總數，再除以該知識點考題的總數，得到統計結果。

（2）章節答題情況統計

統計每個學生和整個班級的章節答題情況需要將相同章節編號的進行合并，算出該章節的正確率，以體現每個學生和整個班級在該章節掌握情況，其中合并相同章節是通過將修改列名來實現的，然后對每個學生和整個班級的相同列名的數據進行求和，得到答對的總平均率，再除以該章節的總數，得到統計結果。

2.4可視化

采用可視化圖形的方式將統計分析的結果展示出來，能夠更加直觀的觀察學生的學習情況。每個學生和整個班級都會有一個成績圖，并以學生名稱和班級名稱命名保存為圖片文件，成績圖中會展示出在每個考題、每個知識點、每個章節的折線圖。

通過以上可視化的操作，學生個人的成績分析圖如圖1所示，班級成績分析圖類似。

3結果和結論

從學生成績分析圖中，可以很直觀的看出該學生在第2章第2知識點存在很大問題，同時在整個第3章處于中等答對率的水平，這樣子可以有針對性的學習;從班級成績分析圖中也可以直觀得到各種指導性信息。

通過上面的分析可以確定，該方案不僅能夠實現快速自動閱卷，而且能夠快速、高效、直觀的分析學生個人和班級整體的學習情況，從而能夠讓教師及時調整教學，提高教學效率和質量。

參考文獻

[1]聶鑫.基于Python的測試成績處理與分析[J]信息與電腦，2020（21）：47- 49.

[2][美]WesMcKinney.利用Python進行數據分析[M].徐敬一，譯.北京：機械工業出版社，201

[3]韓文煜.基于Python數據分析技術的數據整理與分析研究[J].科技創新與應用，2020（4）：157-158.

作者簡介

郎沁爭（1987-），男，河南沁陽人，碩士研究生，主要研究方向為嵌入式系統、FPGA設計、python數據分析;謝艷萍（1980-），女，河南孟州，碩士研究生，主要研究方向是軟件開發。