摘  要： 結(jié)合高職院校職業(yè)技能的評(píng)估情況,，利用流行的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù),，應(yīng)用改進(jìn)的決策樹ID3算法和XML技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了高職學(xué)生綜合技能評(píng)估系統(tǒng),，為高職教學(xué)提供可行的數(shù)據(jù)和決策支持,。

　　關(guān)鍵詞： 綜合技能評(píng)估；數(shù)據(jù)挖掘,；ID3算法,；XML

　　如何讓教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生給出建設(shè)性的學(xué)習(xí)意見,；如何讓學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)成績(jī)和自身素質(zhì),，了解學(xué)習(xí)特點(diǎn)，明確專業(yè)學(xué)習(xí)方向,，是高職院校教育工作者應(yīng)該致力解決的問(wèn)題,。設(shè)計(jì)并開發(fā)適合高職學(xué)生特點(diǎn)和職業(yè)崗位要求的、能夠?yàn)楦呗殠熒虒W(xué)和學(xué)習(xí)提供數(shù)據(jù)和決策支持的學(xué)生綜合技能評(píng)估系統(tǒng),，對(duì)于檢驗(yàn)學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)情況,，做好在校期間的職業(yè)生涯規(guī)劃，有著積極的指導(dǎo)意義,。

　　數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）是指從大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中提取有用的信息和知識(shí)的過(guò)程,，是知識(shí)發(fā)現(xiàn)的有效手段[1]。通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),，可以將目前高職院校的各種管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有效利用,，并應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)決策和學(xué)習(xí)指導(dǎo)中，對(duì)提高高職教學(xué)質(zhì)量是非常有建設(shè)意義的,。

　　本文利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù),，改進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的分類ID3算法，給出開發(fā)高職學(xué)生綜合技能評(píng)估系統(tǒng)的基本思路和實(shí)現(xiàn)方法,。

　　1 設(shè)計(jì)思路

　　根據(jù)高職教學(xué)的基本特點(diǎn),，綜合技能評(píng)估系統(tǒng)的主要功能是對(duì)學(xué)生當(dāng)前的課程成績(jī)和基本素質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，以及依據(jù)當(dāng)前成績(jī)對(duì)學(xué)生的未來(lái)職業(yè)方向進(jìn)行預(yù)測(cè),，并給出學(xué)習(xí)的指導(dǎo)性意見,。

　　在綜合技能評(píng)估系統(tǒng)中，無(wú)論是課程成績(jī)的評(píng)估,，還是對(duì)學(xué)生綜合技能的預(yù)測(cè)評(píng)估,，考慮到應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的分類ID3決策樹方法,，選取一門課程的不同類成績(jī)，或者學(xué)生綜合技能的相關(guān)課程成績(jī),，以此作為數(shù)據(jù)樣本,，生成相關(guān)決策樹，最后依據(jù)決策樹的葉子節(jié)點(diǎn)給出評(píng)估結(jié)論或者評(píng)估建議,。

　　1.1 ID3算法

　　ID3算法是由Quinlan首先提出的,。該算法是以信息論為基礎(chǔ),，以信息熵和信息增益為衡量標(biāo)準(zhǔn),，首先檢測(cè)所有屬性，選擇信息增益值最大的屬性產(chǎn)生決策樹節(jié)點(diǎn),，由該屬性的不同取值建立分支,，再對(duì)各分支的子集遞歸調(diào)用建立決策樹節(jié)點(diǎn)的分支，直到所有子集僅包含同一個(gè)類別的數(shù)據(jù)為止,，最后得到一個(gè)決策樹,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新的樣本的歸納分類[2]。

　　ID3算法中,，對(duì)于一個(gè)訓(xùn)練集X,，其具有目標(biāo)屬性U={u1，u2,，…,，um}，Ui在所有樣本中出現(xiàn)的頻率為pi（i=1,，2,，…，m）,，則該訓(xùn)練集Ｘ所包含的信息熵E定義為：

　　通過(guò)式（1）可以看出,，算法處理過(guò)程要進(jìn)行多次對(duì)數(shù)運(yùn)算。當(dāng)出現(xiàn)較多數(shù)據(jù)量時(shí),，尤其是在成績(jī)?cè)u(píng)估系統(tǒng)中（可能會(huì)出現(xiàn)大量并發(fā)操作）,，這樣的運(yùn)算勢(shì)必會(huì)影響生成決策樹的效率，可見在綜合技能評(píng)估系統(tǒng)中對(duì)ID3算法進(jìn)行改進(jìn),，節(jié)省生成決策樹時(shí)間,，提高處理效率，是十分必要的,。

　　1.2 對(duì)ID3算法的改進(jìn)

　　對(duì)于一個(gè)在線評(píng)估系統(tǒng)來(lái)說(shuō),，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)大量的并發(fā)操作，從而影響系統(tǒng)性能,，因此,，考慮對(duì)傳統(tǒng)的ID3決策樹分類算法進(jìn)行改進(jìn),。

　　在改進(jìn)的算法中，利用了高等數(shù)學(xué)中的麥克勞林的近似公式：

　　當(dāng)存在f（x）=ln（1+x）時(shí),，且當(dāng)x→0時(shí),，ln（1+x）≈x

　　利用上述的近似公式，通過(guò)一系列推導(dǎo)后,，信息熵公式為：

　　這里設(shè)定屬性值的個(gè)數(shù)為N,。

　　在式（3）中，用常見的加法,、乘法和除法運(yùn)算代替了對(duì)數(shù)運(yùn)算,，與式（1）相比，節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間,。通過(guò)上述算法的改進(jìn),，在進(jìn)行決策樹分裂節(jié)點(diǎn)選取的函數(shù)運(yùn)算時(shí)，使信息熵只受屬性取值個(gè)數(shù)N的限制,，可以克服傳統(tǒng)ID3算法容易出現(xiàn)的選擇偏向問(wèn)題,。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

　　評(píng)估系統(tǒng)面向不同用戶，分為前臺(tái)系統(tǒng)和后臺(tái)系統(tǒng),。前臺(tái)系統(tǒng)面向?qū)W生和教師,，后臺(tái)系統(tǒng)面向教務(wù)管理人員。對(duì)于學(xué)生用戶,，可以通過(guò)前臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)基本素質(zhì)測(cè)評(píng),、查看課程成績(jī)?cè)u(píng)估情況、查看專業(yè)依照完成的課程成績(jī),，通過(guò)評(píng)估算法,，了解自身的技能學(xué)習(xí)走向和技能學(xué)習(xí)指導(dǎo)意見；對(duì)于教師用戶,，可以查看授課班級(jí)學(xué)生的課程成績(jī),、制定課程評(píng)估策略、成績(jī)分析,、對(duì)照課程技能點(diǎn)給出學(xué)生的學(xué)習(xí)指導(dǎo)意見,；專業(yè)負(fù)責(zé)人可以設(shè)計(jì)專業(yè)相關(guān)基本素質(zhì)的測(cè)試試題，比照學(xué)生基本素質(zhì)答卷給出學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)指導(dǎo)意見,、制定綜合技能評(píng)估策略,、依據(jù)學(xué)生各科成績(jī)?cè)诩寄茉u(píng)估算法的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)方向有總體的掌握,；對(duì)于后臺(tái)管理用戶可以執(zhí)行上述操作的基礎(chǔ)上,，還具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入、用戶管理,、新聞管理,、留言管理,、數(shù)據(jù)備份、查看日志等管理性工作,。評(píng)估系統(tǒng)的用例如圖1所示,。

　　2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

　　評(píng)估系統(tǒng)的科目成績(jī)數(shù)據(jù)、教師用戶數(shù)據(jù),、學(xué)生用戶數(shù)據(jù)來(lái)源于學(xué)院使用的凌展教務(wù)管理系統(tǒng),，由后臺(tái)教務(wù)管理人員通過(guò)導(dǎo)入模塊進(jìn)行導(dǎo)入，基本素質(zhì)測(cè)評(píng)試題由專業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行錄入,，課程評(píng)估策略由課程教師進(jìn)行設(shè)計(jì)和錄入,，專業(yè)綜合技能評(píng)估策略由專業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行設(shè)計(jì)和錄入，關(guān)鍵數(shù)據(jù)表及其主要結(jié)構(gòu)如下,。

　?。?）基本素質(zhì)試題表（B_Question）,。主要結(jié)構(gòu)：編號(hào),、內(nèi)容、類型,、考察點(diǎn),、專業(yè)編號(hào)、選項(xiàng)分值等,。

　?。?）課程信息表（Course）。主要結(jié)構(gòu)：課程號(hào),、課程名,、課程類型、開設(shè)專業(yè),、是否核心課程等,。

　　（3）課程成績(jī)表（C_Score）,。主要結(jié)構(gòu)：課程號(hào),、學(xué)號(hào)、開設(shè)學(xué)期,、任課教師,、考核方式、平時(shí)成績(jī),、知識(shí)掌握情況,、課堂學(xué)習(xí)情況、成績(jī)等級(jí),、期末成績(jī)等,。

　?。?）課程體系表（C_System）。主要結(jié)構(gòu)：課程號(hào),、專業(yè)號(hào),、專業(yè)方向、前導(dǎo)課程號(hào),、后繼課程號(hào),、相關(guān)課程等。

　?。?）課程評(píng)估策略表（C_ES）,。主要結(jié)構(gòu)：編號(hào)、策略文件,、課程編號(hào),、創(chuàng)建日期、創(chuàng)建人等,。

　?。?）綜合技能評(píng)估策略表（IS_ES）。主要結(jié)構(gòu)：編號(hào),、策略文件,、專業(yè)編號(hào)、專業(yè)方向,、創(chuàng)建日期,、創(chuàng)建人等。

　?。?）專業(yè)指導(dǎo)意見表（P_View）,。主要結(jié)構(gòu)：學(xué)號(hào)、專業(yè)編號(hào),、專業(yè)方向,、技能總評(píng)成績(jī)、指導(dǎo)意見類型,、指導(dǎo)意見等,。

　　（8）課程指導(dǎo)意見表（C_View）,。主要結(jié)構(gòu)：學(xué)號(hào),、課程編號(hào)、課程總評(píng)成績(jī),、課程指導(dǎo)意見類型,、指導(dǎo)建議等。

　　除上述表外,，還有新聞表,、留言表,、學(xué)生信息表、專業(yè)傾向表等,。

　　3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境

　　考慮到評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象的廣泛性,，系統(tǒng)采用目前流行的B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2005,，開發(fā)環(huán)境使用Visual Studio 2005,，應(yīng)用.Net框架進(jìn)行開發(fā)，能夠發(fā)揮系統(tǒng)的效率,，也能夠保證系統(tǒng)的安全性,。

　　3.2 評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

　　整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括基本專業(yè)素質(zhì)評(píng)估、課程評(píng)估和綜合技能評(píng)估3個(gè)環(huán)節(jié),，其中基本專業(yè)素質(zhì)測(cè)評(píng)相對(duì)簡(jiǎn)單,，就是根據(jù)學(xué)生選擇的選項(xiàng)計(jì)算得分，根據(jù)得分的范圍給出相關(guān)指導(dǎo)性意見,，而課程和綜合技能的評(píng)估則是采用改進(jìn)的ID3分類算法來(lái)執(zhí)行的,，由于算法雷同，本文僅以綜合技能評(píng)估的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)明,。

　?。?）原始數(shù)據(jù)的獲取

　　用于技能評(píng)估的數(shù)據(jù)是核心課程體系中的相關(guān)課程成績(jī)，其來(lái)源于學(xué)院的教務(wù)管理系統(tǒng)學(xué)生核心課程成績(jī),，通過(guò)程序模塊可以導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。

　　在進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入的時(shí)候,，要進(jìn)行不必要數(shù)據(jù)的清理工作,。因?yàn)榇罅空n程成績(jī)信息是以無(wú)次序、無(wú)規(guī)則的數(shù)據(jù)記錄保存的,，是有噪聲的,。需要對(duì)大量的、潛在的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行清理,，去除噪聲并識(shí)別離群點(diǎn),、糾正數(shù)據(jù)中的不一致值[3]。

　?。?）數(shù)據(jù)整理

　　篩選掉與綜合技能評(píng)估的成績(jī)數(shù)據(jù)后,，要對(duì)導(dǎo)入進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，即依照學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行課程等級(jí)的評(píng)定,?？紤]到計(jì)算的復(fù)雜性，成績(jī)等級(jí)分為A,、B,、C 3個(gè)等級(jí),。

　　UpDate C_Score set成績(jī)等級(jí)=′A′where期末成績(jī)>=90 and期末成績(jī)<=100；

　　UpDate C_Score set成績(jī)等級(jí)=′B′where期末成績(jī)>=70 and期末成績(jī)<=89,；

　　UpDate C_Score set成績(jī)等級(jí)=′C′where期末成績(jī)>=60 and期末成績(jī)<70,。

　　（3）決策樹構(gòu)建

　　數(shù)據(jù)整理之后,，即可以利用改進(jìn)的ID3算法構(gòu)建決策樹,，這個(gè)過(guò)程要經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)類別屬性信息熵、計(jì)算信息增益,、產(chǎn)生根節(jié)點(diǎn)等步驟,，簡(jiǎn)要算法如下。

　　輸入：S_data（樣本數(shù)據(jù)）,，Attr_list（屬性集）

　　輸出：D_Tree（決策樹）

　?、俳⒔Y(jié)點(diǎn)Node；

　?、趇f S_data in類C then,；

　　③返回Node為一個(gè)葉節(jié)點(diǎn),，將其歸類為C,；return；

　?、躨f Attr_list is NULL then,；

　　⑤設(shè)置Node為葉節(jié)點(diǎn),，標(biāo)記S_data為高頻類,；

　　⑥select高頻類,；//選擇最高增益屬性

　?、咴O(shè)置Node為高頻類；

　?、鄬?duì)于每個(gè)高頻類中的值va,，創(chuàng)建一個(gè)由Node長(zhǎng)出的值為va的分支；

　?、嵩O(shè)定Si是S_data中值為va的樣本集合,；

　　⑩If Si is NULL then,。

　　加上一個(gè)葉子,，標(biāo)記Si為S_data中的高頻類

　　Else

　　加上一個(gè)有Make_Dtree返回的節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)構(gòu)建決策樹

　　利用上述算法程序構(gòu)建之后的一個(gè)（網(wǎng)絡(luò)專業(yè)網(wǎng)站設(shè)計(jì)方向）簡(jiǎn)化決策樹模型如圖2所示。該圖中對(duì)于核心課程體系中的任何一門課程成績(jī)少于60分,，即為綜合技能不合格,，因此該等級(jí)在決策樹中不予體現(xiàn)。

　?。?）決策規(guī)則表示

　　根據(jù)決策樹的分支情況,，即可以生成綜合技能評(píng)估的決策規(guī)則。如圖2所示,，一條分類規(guī)則就是從根節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的一條路徑,，每一個(gè)屬性值構(gòu)成分類規(guī)則的條件，而葉子節(jié)點(diǎn)表示的是該規(guī)則的結(jié)果[3],。分類規(guī)則采用“if-then”規(guī)則,，如：

　　①If Asp=′A′and網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)=′A′Then網(wǎng)站設(shè)計(jì)綜合技能=′合格′

　?、贗f Asp=′B′and網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)=′C′ and平面設(shè)計(jì)=′C′Then網(wǎng)站設(shè)計(jì)綜合技能=′不合格′

　?。?）評(píng)估策略文件的存儲(chǔ)

　　在存儲(chǔ)決策規(guī)則的時(shí)候，系統(tǒng)使用易于樹形表示的XML文檔格式進(jìn)行存儲(chǔ),，將文件名記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中（即綜合技能評(píng)估策略表中的策略文件）,，基本文檔表示如下：

　　<Rule name="規(guī)則1">

　　<Course>ASP|網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)</Course>

　　<Score>A|A</Score>

　　<Result>合格</Result>

　　</Rule>

　　<Rule name="規(guī)則2">

　　<Course>ASP|網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)|平面設(shè)計(jì)</Course>

　　<Score>B|C|C</Score>

　　<Result>不合格</Result>

　　</Rule>

　　評(píng)估策略確定之后，專業(yè)主任可以依據(jù)學(xué)生的核心課程成績(jī)對(duì)其綜合技能進(jìn)行評(píng)估,、學(xué)生和教師也可以根據(jù)當(dāng)前課程學(xué)習(xí)情況,，對(duì)未來(lái)要學(xué)習(xí)的課程做出預(yù)判，從而確定學(xué)習(xí)的努力程度,，或者對(duì)學(xué)生給出專業(yè)學(xué)習(xí)建議,。

　　利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)改進(jìn)的ID3算法，進(jìn)行高職院校綜合技能評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā),，可以高效地依據(jù)專業(yè)核心課程體系中各科成績(jī)進(jìn)行分析,、對(duì)專業(yè)綜合技能進(jìn)行評(píng)估和評(píng)定，為高職院校教學(xué)管理,、專業(yè)建設(shè)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供決策技術(shù)支持，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量起著輔助作用,。在系統(tǒng)中,，利用XML技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)課程和綜合技能的評(píng)估策略，使其更加利于決策樹的表示,，提高了存取效率,，也節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

　　該系統(tǒng)目前已經(jīng)在遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系進(jìn)行試運(yùn)行,，目前運(yùn)行穩(wěn)定,，得到了使用方的認(rèn)可，證明了其具有實(shí)用性和可靠性,。

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