（教育技术学专业论文）基于bs结构的多策略成绩统计分析系统研究与应用.pdf

论文摘要 本文主要对c 叫、学考试成绩统汁的理沦。j 方法徽了综台研究。首先，探讨了 考试本身的内涵和考试统汁的意义和价值，并着重研究了对考试成绩采用多策略 的分析方法对中小学教学过程的指导意义。木项研究以文献调研和实地调研的形 式对上海市中小学考试成绩统计现状以及国内外研究现状进行了分析，指出当的 考试成绩统计领域的特点和存在的刁i 足之处； b 于这些不足主要束源于教育统计 学理论和现有统计工具两方面的欠缺，因此拟通过对教育统计学理论的研究以及 巾小学考试成绩统计的需求调查和分析规划个较为理想的成绩统计分析系统。 在研究过程c h 主要从理论发塍和应j j 发眨两个方面对现有的成绩统计1 ：其 提了进一步完善的要求。理论上，尝试将往商业领域t i ，广泛应用的数据挖：i l i i 理 论与技术迁移到考试统计学理沦r 1 1 去用以提高考试成绩统汁分析j t 具的智能性 和手段的多样性。同时，对所涉及的数据挖掘理论进行了比较详细地介绍，包括 数据挖掘的定义、流程、着重介绍了数据挖捌的分类和方法：其中，如何适当地 在考试成绩统计领域中运用数据挖捌技术是本项研究的重点，本文从多个方面介 缁丁各种数据挖掘技术存考试成绩统汁中的应用并辅以实例。通过这些实用性研 究，证明将数据挖掘技术弓l 入到考试成绩统计领域是一个有益的尝试。在应用上， 着重探究如何才能构建一个符合教育教学特点的专门化考试成绩统计环境。本文 通过对数个学校教师的需求调研分析，结合对多种统计分析方法的对比研究，找 出了些在实际中并不为一线教师所熟悉的有效的考试成绩统计方法，并详细描 述了其在成绩分析中的作用，同时结合数据挖掘方法，希望能够让教师摆脱单一 的分析模式，使用多策略的成绩分析方法：在此基础上，通过对常用统计分析模 型、a s p 技术以及s o ls e r v e r 2 0 0 0 数据挖掘接口技术的研究，并深入分析了考 试成绩统计领域的专业特点，规划了一个基于w e b 的成绩统计分析系统，通过这 一系统可以实现对考试成绩进行多角度分析、预测和挖掘的功能。最后，对该系 统做了初步的丌发，取得了定的实践成果。 本文从上述几个方面讨论了考试成绩统计分析在新的理论环境和技术环境 下的新发展，对当前广谱性统计工具提出了教学专门化的要求，并对考试成绩统 计常用的统计手段和方法做了进一步的丰富，运用新方法和新技术提高了考试成 绩统计分析工具的有效性和实用性。相信将会有更多、更新的技术应用到考试成 绩统计领域中。 关键词：成绩统计分析，多元分析方法与策略，数据挖掘，在线统计平台 a b s t r a c t n l ct h e s i sf o c u s c so nt h er e s e a r c ho ft e s ts c o r es t a t i s t i c sa n dl t sr e l a t e di s s u e s i n g e n e r a ls p e a k i n g ，t h ek e yp r o b l e m s a r et h ed e v e l o p m e n to f t h e o r ya n dt e c h n i q u e i nt h i st h e s i s ，t h e c o n c e p ta n dt h em e a n i n go fe x a m i n a t i o n a r c f i r s t l yb r o u g h t f o r w a r d ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l ys h o wt h ev a l u eo fo u rr e s e a r c h a f t e rt h e g e n e r a l l i t e r a t u r ei n v e s t i g a t i o na n df i e l ds u r v e y ，w ec a nd e s c r i b et h ep r o f i l co fs c o r es t a t i s t i c s a c t u a l i t yi ns h a n g h a ie l e m e n t a r ys c h o o l s t h e r ea r es o m eo ft h ed e f i c i e n c i e si n s i d eo f i t t h el a c ko ft h e o r yi n n o v a t i o na n dt e c h n i q u eu p d a t el e a dt ot h er e s u l tt h a ts of e w t e a c h e r sa r ew i l l i n gt ou s es t a t i s t i c a lt o o l st oa n a l y s et h es c o r e ，o u rt a s ki st op r o g r a m a l li d c a la n ds p e c i a l i s t i cs t a t i s t i c a ls y s t e m b yu s i n gn e wt h e o r ya n dn e wt e c h n i q u e d u r i n gt h ep r o c e s so ft h e o r yr e s e a r c h ，w et r yt ot r a n s f e rt h en e wi h e o r y d a i a m i n i n gt ot h ef i e l do ft r a d i t i o n a le d u c a t i o n a ls t a t i s t i c s t h et e c h n i q u eo fd a t am i n i n g i s c f f e c t i v em e a n sf o ra b s t r a c t i n gu s e f u li n f o r m a t i o nf r o mt h ev a s td a t a ，a n di ti sw i d e l y a p p l i e dt ot h ef i c l d so ff i n a n c ea n dc o m m e r c e ，b u ti t i sn o ts oi nt h ef i e l do fe d u c a t i o n o i t e a c h i n g o rt e a c h i n g a n ds o m ef a c t o r st h a ti n l l u e n c et h ee f f e c to fs c o r ea n a l y s i sa r e c o n s e q u e n t l yi g n o r e d t h e t h e s i si n t r o d u c e st h e p r o f i t a b l e t r i a la b o u th o wt h e t e c h n i q u e o fd a t a m i n i n g i sl e di nt h ee x a m i n a t i o ne v a l u a t i o n ；i nt h ec o u r s eo f a p p l i c a t i o nr e s e a r c h ，w ee m p h a s i z e h o wt od e s i g na s p e c i a l i s t i cs c o r es t a t i s t i c a ls y s t e m w h i c hm a t c h e st h ef e a t u r e so f t e a c h i n g a f t e r p e r f o r m i n g s o m e r e s e a r c ho n s t a t i s t i c a l m o d e l ，t e c h n i q u e o fd a t a m i n i n g ，a s pa n ds q l s e r v e r2 0 0 0d a t am i n i n gi n t e r f a c e ，t h eb l u e p r i n to fw e b b a s e d s c o r es t a t i s t i c a la n a l y s i ss y s t e mi sd e s i g n e d t h i si d e a la n da v a i l a b l es c o r es t a t i s t i c a l s y s t e mh a ss o m ei n f r e q u e n t - u s e db u t u s e f u ls t a t i s t i c a l t e c h n i q u e s a n dc a nd i s c o v e rt h ei n s i d er u l e a m o n gt h e s c o r e d a t a b a s e ，a n dh e l pt h ed e c i s i o nm a k i n g t h e nw ei m p l e m e n ti t t e n t a t i v e l y w eh o p e m o r ea n dm o r en e w t e c h n i q u e c t q mb eu s e dt ot h ef i e l do fs c o r es t a t i s t i c s k e y w o r d ：s t a t i s t i c so f t e s ts c o r e ，m u l t i a n a l y s i st e c h n i q u e s t r a t e g y , d a t am i n i n g ， 0 n l i n es t a t i s t i cp l a t f o r m 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：阻 塑遣 日期： 生! ：f f 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 日期：巡! ：! ：! 苎 学位论文作者签名：协k 昔萎 黾甄j 炒j jri | 椭名：印孑j f 辛易 医鱼缝硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 张际、f教授华尔师范人学教育信息技术系土席 张琴珠教授 华尔师范人学教育信息技术系 葛惠慢副教授华尔师范人学教育信息技术系 爱奎副教授 i l i 尔理i 人学汁算机学院 张祖忻教授 【海外国诏人学传 f ；半_ | 皖 基于b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与应蹦 引言 信息技术币以前所未有的速度改变着世界，各行各业都在以全新的姿态应 对信息化的挑战，毫无疑问，教育信息化将是当前教育改革共同的话题，它正 试图挣脱深涩难懂的理论而逐步渗入到学校日常教学的方方面面中去。 传统教育是工业文明的产物，是适合工业文明、为工业社会服务的教育， 然而进入了全新的信息化社会的今天，教育学科的每一个研究领域必将经历一 番脱胎换骨。如今，信息技术特别是互联网技术，正在从根本上改革了现行教 育的基础，催生出适应信息文明的新教育。 考试，作为教育过程中的一个重要环节，是保证教育活动，实现教育目的 的一个重要评估手段，也是相对于其它的测评方法来说更为公正客观的一种， 教育模式的一再改变，都不曾动摇考试在教育体制中的核心地位，任何教育模 式都无法缺少考试这一环节。尽管考试这一研究领域经历了不断地发展与变 迁，它仍是当前教育科学中一个重要的研究方向。但现今对于考试成绩统计与 分析的专门化探究却相对较少，仅有的研究也大多停留在传统的教育统计学范 畴和试卷分析领域，针对考试成绩统计方法和手段的创新性研究并不多，相应 的研究报告和成果也较为少见。但这恰恰是学校f l 常教学工作中出现频率颇高 且必不可少的内容，也是最需要不断加以丰富和完善的理论与实践。 传统的考试成绩统计方法在现代信息社会中，需要改变其累赘枯燥的手 段，将乏味耗h 、j 的简单重复性操作交给适宜的工具，同时利用这一工具来实现 更为深入地分析与思考并为完善教学工作提供有力的依掘，并且能够使教学双 方更有效地交流沟通。对于考试成绩统计分析的发展也正是经历了这样的转 型。在早期的教育教学工作中，成绩统计只是简单的手工作业，只涉及几种简 单的统计内容，例如总分，平均分，排序等等，而仅利用人工操作定会耗费大 量的精力，尤其是涉及大量的统计对象及样本时更是如此。随着我国教育改革 的深入发展，各种新的教学手段和技术加速了考试统计学的形式发展和内容的 丰富。国家基础教育课程指导纲要中指出：“要大力推进信息技术在教学过程 中的普遍应用，充分发挥信息技术的优势为学生的学习和发展提供丰富多彩 的教育环境和有力的工具”。在这样的形势下，考试统计学势必要跟上信息化 的步伐，打被落后的手段和观念，在理论和实践领域不断的创新和突破自己， 重新巩固其在教育学领域中的感召力和生命力。 凌云：考试统计学；武汉：华中师范人学出版社2 0 0 2 5 ；p 2 8 基于b i s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与戍_ 【l j 第一章研究综述 加德纳曾经说过：“过去和现在我都相信评估对于教育是最有力的手 段。”毫无疑问，一个完整的教育教学过程必定包含着评价分析这一环节，在 许多文章著作中都已经不厌其烦地对其做了阐述，而在此要关注的则是在考试 成绩统计与评价分析领域中的若干问题。 1 1 研究背景及问题的提出 教育信息化渗透了教育学的每个分支领域，由此带来的新问题层出爿i 穷 在近十年的时问里，相关的改革与发展是显而易见的，但是仍有相当一部分教 育学分支学科并未完全得到改善和发展，这是引起我们关注的重要原因。 1 1 1 研究背景与内涵 每一个教育教学领域的研究者都早已对教育信息化一词烂熟于心，然而尴 尬的局面却是：一方面，教育信息化的热潮一浪高过一浪，网络课程、校园 网、校校通工程、教学资源库等硬件建设轰轰烈烈的展开，另一方面，一线教 师仍然沿袭着陈旧的教学和评价模式，仍然抱怨着信息技术的生涩难懂，在考 试统计学领域，最能直接体现学，土学习水平的考试成绩数据仍处于半浪费的状 态，并没有完全得到充分合理的利用。 素质教育的丌展强调了对学生评价的全面客观性，即不能仅以考试成绩的 高低作为唯一的评判标准，但迄今为止，暂时还无法将考试排除在教育领域之 外，因此，如何j 下确有效且全面地评估考试成绩、不仅仅对学生的分数做简单 的统计工作，而是进一步深入地探究在成绩背后反映出的深层意义，从多方 面、多层次地将隐藏的一些关联和规则提取出来，并使得一线教师能够很好地 理解和使用这些公析方法，这将是本项研究的重点。 考试，就其本质来说，是对教育教学成果作最直接的量化检验。对考试成 绩进行分析。既是针对考试本身进行的，也是针对考试所涉及的教学工作进行 的。可以通过对考试结果的深入、科学地分析，使学生从横向、纵向等多个方 面来了解自己在群体中的相对位置，明确自己学习的得失以及与他人的差异， 从而最大限度地利用成绩所提供的信息，来促进自己的学习；同时，使得教师 和学校教育决策者洞悉教学中存在的问题，对试卷质量进行反思，最大限度地 利用成绩所提供的信息优化教育教学的计划与决策。 从表面上看，考试成绩仅仅是一些分数而已。但从教育统计学的角度看，可 以从这些似乎毫不相关的分数中综合、提炼出许多对学生和教学情况进行评价 的有意义的信息。通常的做法是先对成绩和试卷作定量分析，在此基础上结合 2 基于b ；s 结构的多毁略成绩缆计分 厅系统研究与麻j 教学工作的各环节再进行定性分析， 分析是考试综合评价的前提与基础 化、科学化。 从而综合评定考试的结果。所以说，量化 有助于整个考试结果分析与评定的客观 与考试成绩分析工作密切相关的内容就是分析方法和工具，教育统计学本 身的发展也有赖于技术和工具的不断进步。在教学评价理论中有几种常用的统 计方法，虽然可以从分数兔度总体评价在一定范围内成绩的差异情况，但并不 能说明分数的高低究竟与哪些因素有关，无法知道教学中的成功与失败之处； 试卷的效度、难度、知识含量、信度等参数也只能对考试的总体难易水平、知 识点考察的全面程度、测量结果的可靠性进行衡量。这些指标有其特定的考察 对象，因此只能检验出教学效果的某一侧面问题，并不能进行综合性的分析。 随着计算机技术的发展，特别是数据库管理系统的广泛应用，积累的成绩数据 越来越多，这些数据中必然隐含着某些重要的规律信息。但在庞大数据中发现 隐藏的关系和规则却不是件容易约事，解决这样的问题就需要在考试统计的过 程中引进新的方法和技术手段。数据库技术的日新月异为教育统计的发展创造 了契机，数据挖掘技术则是其中的翘楚，它能很好地满足在海量数据中针对全 体数据对象提炼规律和发现规则这一需求。同时教育统计领域内相当数量的 研究者也意识到：只有借助外部手段和技术，爿能从根本上推动统计学在信息 时代的新发展。 在教育统计学的研究中，如果能根据以上要求，设计出符合教学规律、适 应教学需求的、专门化的考试成绩统计工具，将会给学校教学的重要环节 考试统计与分析带来全新的面貌。 1 1 。2 国内外研究现状 在教育信息化的浪潮中，中心目的就是要采用新的技术手段改革、优化当 前教学的各个环节。因此，要解决教育教学的每一个问题，都必须找到一条切 实可行的道路，研究并解决其发展过程中的瓶颈问题，从而不造成资源的浪 费。为了更加全面地了解整个考试统计的背景情况。首先有必要对国内外的考 试统计现状作综合探究。 在发达国家，统计学是一个极受重视的学科其发展的程度相当高，这直 接影晌到了教育统计学以及考试统计学的发展，些国家有专门的教育测量和 评估机构，在研究相关理论和技术的同时，也为许多学校的教育考试测评工作 提供了相当的帮助和借鉴。 在美国，有一系列这样的研究机构支撑着全美教育考试统计评价工作的开 展，其中包括国际教育评价协会( i n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o nf o re d u c a t i o n a l 基于b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与麻_ l a s s e s s m e n t ，i a e a ) ，它一直以积极的态度不断地帮助世界各地的教育机构发 展和应用评价技术来提高教育质量和促进教育统计工作的完善。 全美教育评估标准、学生考试研究中, g , ( t h e n a t i o n a lc e n t e rf o rr e s e a r c ho n e v a l u a t i o ns t a n d a r d sa n ds t u d e n tt e s t i n g ，c r e s s d 一直致力于丌展新教育统计 评估方法的效度研究。c r e s s t 的研究人员已对测评的效度标准进行了阐释， 这些标准为鉴定教育测评的质量提供指导，包括的范围有；认知需求、评价中 语言使用的合适性、内容的质量、来自数据的推论且涉及公正性的有关问题、 测评对教育的灵敏的适应性、教育系统的影响。 目前，一些欧盟国家f 在研究将国际上公认的质量认证控制体系理念引入 到教育测评领域。由于以1 s 0 9 0 0 0 族为代表的质量认证标准的基本思路和框 架，更加注重过程的控制以及持续的改进，注重管理体系的文件化、操作过程 的程序化、文件编制的规范化，注重目标与措施、个性化与符合性的有机结 合。这些思想非常符合教育信息化的特点和教育测评的需求。2 相比之下，国内的情况则有些良莠不齐，我国专门研究教育考试测评的机 构并不很多。最早在上海建立的全国普通教育评价专业委员会，以及后束的中 国教育评价研究协作组、上海教育评估事务所等，都未能够长期、有效、深入 地开展工作，许多的考试统计评估研究并没有建立统一的标准，各个学校考试 统计工作都是各自为政地- 丌展缺乏必要的交流与合作。 在文献以及实地调查中发现，对于考试成绩的统计分析，学校大都还处于 浅层次阶段，一些学校的重视程度较低，然而可喜的是，我们也发现了对此极 为重视的学校如上海的大同中学，格致中学等，其最大的特点是：将成绩统计 板块融入到了校园信息化建设之中。这些学校无例外地将这一内容添加到了 学校管理系统中，用信息化手段将考试成绩统计与教学管理工作推入了发展新 的阶段。 众所周知，一个比较完整的校园管理系统包含以下几个板块，它主要为学 校从操作型管理向决策型管理的转换过程中提供了必要的信息支撑。其过程一 般为数据收集、处理、分析、渗断。其中，一个较为理想的、嵌入在学校管理 系统中的学生成绩管理予模块不但具有记录和查询功能，更重要的是能提供对 学生成绩进行直观准确地分析，甚至可以给出学生全方位的信息，包括学生 德、智、体、美、劳等五大方面的记录与评价，最终形成每个学生的综合素质 报告。 t 粱玉娟、曲朝霞、林燕春、王玉英：“教育评价的前沿研究调查”；教育评价技术课程 组；2 0 0 3 1 2 ：p 8 4 基于b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与戍心 学生成绩管理系统在校园管理体系中的位置如下图所示 幽i - i 校同管理系统 在上海格致中学，他们提出的口号是：校园网为学校的教育教学管理服 务。该校的“学校管理信息系统”由校务学籍管理、选课管理、成绩管理等1 4 个子系统构成。在成绩管理予系统中，学生的各科成绩可由教师输入到办公室 计算机中，教务处在网上汇总后根据各种统计形式进行记录。登记，统计， 备案，快捷方便。学生也可通过“w e b 查询系统”查阅自己的成绩。 宝山中学的学籍电子化管理展示了现代信息技术在学校管理中发挥的巨大 作用，其中的成绩管理模块将学生成绩数据从静态保存发展到了动态展示。将 各种数据动态地分析并展示学生情况，如“学生成绩发展趋势图”，还编制了 “发展趋势图分析介绍”，既能够系统地展示学生目前的学习状况，也可以展 示学生学习发展变化的情况。 上海大同中学在面向新世纪的校园信息化建设中注重管理平台对管理和评 价的量化，提供了数据统计和分析功能，以便更好地为课程改革提供参考。其 中的学分制管理模块则是在成绩管理基础之上，增加了符合学校实际情况的学 分制管理部分，为学分制提供了量化的评价机制和管理平台。3 这类统计板块的好处在于和校园管理系统自成一体，内容和形式上比较统 一，也便于各级管理。其主要的缺陷表现为统计内容过于简单，通常只有求 和、排序、平均等功能，通常都不能满足教师的全部需求，因此迫切需要一些 新理论的指导和新技术的补充来加以完善。 ，张民生；上海市中小学校园网建设指南；上海科技教育山版社：上海2 0 0 2 6 ；p s i 基t - b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与应心 当然，除了以上介绍的学生成绩管理系统之外，一些专门的统计软件如 e x c e l ，甚至是最普通的计算器也是一线教师很常用的成绩统计工具，它们共同 的特点是，能够进行常规的考试数据统计，而分析的工作则只能通过教师的主 观判断来完成，显然缺乏了一定的可信度。 总之，通过调研发现，我国的考试统计学依然沿袭了旧的学科内容，在日 益发展和丰富的数理统计方法和数据库技术面前，显得颇有些落伍。而且，在 近几年教育改革的历程中也没有受到很高的重视，尤其是考试学层面的教育统 计工作更是没有统一的标准，各个学校各自为政，缺乏交流和借鉴，其视野也 显得较为狭窄。同时，专门针对中小学的成绩统计工具虽然较多，但比较杂， 而且统计方法和呈现手段单一，往往不能获得良好的收效。作为学校教师来 说，计算机水平参差不齐，而现有的统计工具和方法不够智能化、多样化、简 洁化和人性化，以至于大部分教师还是宁愿手工统计数据，给教学工作带来了 极大的不便。其实考试成绩数据中包含了相当多的信息，如果不加以利用，容 易造成数据的浪费。 国外的教育研究机构和学校对这一问题也关注甚少，在其进行的课程改革 和考试改革的过程中尽管有意识地融入了考试评价体系的建设，但考试作为了 - - n 独立的学科，考试成绩作为一个重要的考评标准，在相应的理论和实践上 还是缺少与时俱进的发展和完善。 因此在研究中，我们将重点放在探讨考试统计的各种方法和手段、如何将 新的分析技术迁移到考试统计学中、如何入性亿地呈现统计功能和分析结果等 方面，力争提出新的研究思路和视角，让考试统计学的发展顺应当前需求。 1 1 3 研究课题的提出 基于以上的研究发现，考试统计学领域并未得到高速发展的主要原因是： 理论创新不足：由于考试统计学是一门综合性交叉学科，其父学科包括教 育学、数理统计学、计算机科学等，因此学科本身的发展有赖于不断地吸 收和借鉴其父学科的新理论和方法，通过适当的改造和转化融入自身内容 体系中去，一旦疏于吸收，其学科的发展就会停滞不前甚至落后过时。 缺乏适宜的专门化统计分析工具：现有的工具和软件大多是广谱性的，适 用于各行各业，但是由于教育考试统计领域的特殊性，使得许多一线教师 无法真正理解许多统计功能的用途，造成了现今使用的统计方法和统计内 容颇为单一。同时，就考试统计的现状而言，研究、发掘、创新出科学实 用的方法、技术与工具，已成为提高考试统计质量的当务之急。 根据现状分析可以看出，面对r 新月异的信息技术，考试统计学正面i 临以 6 基于b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与赢则 下三方面的需求： l 、数据的集中存储与管理 许多教师采用手工统计成绩的原因就在于考试历史和当l i i 数据未得到有效 的存贮和管理，而利用数据库技术，可以实现数据的集中存储和统一管理，使 当前数据和历史数据能够随机查询、统一评估并充分麸享，从而进行有效的统 计分析、预测评估和使用，快速地为教学管理提供科学依据。 2 、查询方式和分析手段的更新 随着统计数据处理方式由逐级汇总到计算机超级汇总的转变，统计报表和 统计分析需要从大量各种各样的原始材料中汇总整理出各种适应不同需求、反 映不同侧面的综合分析数据，同时，教师可以根据任意条件、任意模式进行任 意组合生成查询结果，并利用该工具进行分析处理，方便地组成各种多维报表 和统计图形。另外，针对一些深层次的研究需要。还应提供一些统计分析智能 软件和智能算法以成绩预测未来发展模式和走势。 3 、与w e b 技术的有机结合 利用数据仓库及w e b 技术可以实现网上动态信息发布、网上随机查询和网 上联机分析处理等功能，最终目标是实现统计人员的工作完全在w e b 上实现。 就此，可以认为，在考试统计学这样一个信息化程度不足的背景下，如果 能够利用其父学科的发展来推动其自身的壮大，是很有意义的，这也将是对这 一有着很强实用性的学科发展的一次积极尝试。 1 2 研究目标与意义 根据以上分析，此项研究的问题属于教育技术学范畴，因此，相应的研究 过程也将采取以教育学领域的理论为基础，以计算机技术为支撑的研究方式。 1 2 1 研究目标与关键问题 本课题研究的主要目标为： 理论的迁移与整合：探索考试统计学科发展的新内容，将数据库技术中的 数据挖掘技术迁移到考试统计学理论与技术研究中，探究数据挖掘技术在 考试统计学中运用的可行性，并结合案例着重介绍数据挖掘的各种方法在 考试统计中使用的现实意义，实现考试统计学理论与技术的扩充和丰富。 多策略统计方法以及工具软件的介绍：通过对考试统计学的各种统计方法 的研究，力图提炼出一些在现有的中小学教学中使用较少的、但对于成绩 统计工作具有积极意义的、且方便实用的统计学方法，将其引入本项研 7 基丁b i s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与麻h j 究，并结合数据挖掘方法，以此形成多策略的成绩统计手段。同时介绍相 关的考试统计工具及其特点，掘宽视野，起烈使用指南的作照。 专门化成绩统计系统指标体系规划与初步实现：利用考试统计学中的数理 统计方法和计算机领域内的数据挖掘的思想和技术，规划一个适用于中小 学的网上考试成绩统计系统的指标体系，其中明确了在丌发专门化的考试 成绩统计系统时需要关注的各项指标以及权重，为相关研究人员的， ：发工 作提供一定的依据和帮助：同时，根据该指标体系作了初步的系统实现与 应用。 研究的几个关键问题包括： l 、在教育信息化环境下如何进一步理解考试的本质内涵、成绩统计分析的价值 2 、探索如何使用新方法、新工具，多角度、卓有成效地分析考试成绩 3 、如何人性化地展示各种统计功能在实际教学中的运用，并简明易。瞳地呈现统 计结果 4 、如何将数据挖掘技术运用于成绩统计的过程 5 、如何构建基于魁络的考试成绩统计环境 6 、如何实现客观的、量化的试卷分析过程 1 2 2 研究意义及其可行性分析 一、本课题的研究意义 考试成绩作为教学过程中的重要产出，有着不可动摇的地位和意义，是对 学生的学习水平进行评判的基准。对考试成绩进行合理地统计分析，不仅实现 了对教学工作的有效反馈，也能使现行的教育教学改革始终保持最佳状态。 在新形势下，如何更科学全面地对学生的考试成绩进行统计和分析，协助 教师完善教学过程、帮助学生认识自我、促进教与学的全面发展，这是深化改 革，全面推进素质教育过程中重大的理论与实践课题，也是国家新一轮基础教 育课程改革的目标之一。国务院在关予基础教育改革与发展的决定中多次 强调指出，“要改革考试评价制度。探索科学的评价方法，发现和发展学生的 潜能，帮助学生树立自信心，促进学生积极主动地发展。”因此，研究与探讨 多策略地考试成绩统计分析是十分有意义的，围绕考试成绩进行透彻的分析也 显得十分必要。 二、课题研究的可行性分析 考试统计学的若干父学科在近几年中都有了全新的发展，作为研究对象之 一的数据挖掘技术在近躺的发展已经进入了一个相对成熟的时期，也有部分研 究者对其在教育教学领域的应用做了一定的尝试，均肯定了其应用价值。在统 s 基1 二b $ 结构的多策略成绩统计分析系统研究与麻_ j 计实践方面，山于传统的考试统计及测量的公式比较繁杂，不易计算，在考试 统计实践中运用有定的难度。设想将统计公式转化为专门的考试统计系统， 让教师只要明晰公式的教育学意义、使用公式的前提条件和适用范围就可以套 用，同时给出解释性的统计结果加以对比参照，既简洁又实用；其次，利用一 定的数据挖掘算法可以帮助教师迅速处理大量的成绩和历史数据，使之较快的 找出其内在规律，科学地作出决策和预测。 现代教育改革越来越需要科学的理论指导，更需要各种真实的数据反馈， 因此，教育统计学的发展显得越来越重要。同时，由于该研究领域还未有太多 研究者涉足，使得我们能够放丌手脚，做一些较为大胆的探索和尝试，力争能 够取得较为满意的效果。 三、论文研究思路与框架 i 背景研究r 一 i 目虱勾外现状硝究l i i l - + i 形成研究问题 f 文献研究l 还 l 基础理论研究理定应 r 1 叫实地调研l f 需求分析 论研 用 l 理论创新1 1 研 卜 究 研 恒究 对究 r 象 u 工具研究i i 理论实用性研究i 士 i 研究整台l i 形成方案i 0士 系坑初步实现撰写研究结果 幽】- 2 研究思路与框架 1 _ 3 研究方法 在课题的研究过程中，主要采用多种研究方法相结合的手段。 1 3 1 主要研究方法 、查阅文献法 9 基丁b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与麻j h 在本课题研究中，主要通过查阅大量的理论和技术资料，更具体地限定研 究课题的边界，了解本领域内已做的工作，熟悉研究的背景，找到对当前研究 有用的研究思路及方法，并能够较好地预见和把握研究中可能出现的差错。 二、调查研究法 这是本课题采用的最重要的研究方法，通过对多个个体进行的问卷和访谈 调查，清楚地了解了研究对象的现状，掌握了许多现有的事实和数据，了解了 受众对该研究本身的看法，搜集了一些倾向性意见与态度。在对调查结果进行 分析和评论之后，也得出了较为可行的课题研究思路。 三、定性与定量研究法 以考试成绩本身作为研究的对象，其量化的特征是不言而喻的，通过利用 各种统计分析手段，从中发现教育规律，确定它们之间的关系以及解释变化的 原因，以指导教育实践，这完全符合定量研究的本质。但是在研究中，也不可 能完全依照成绩分数本身豹高低，我们还试图了解考试过程中参与者双方( 学 生和教师) 的观点，旨在关注教学双方的态度和对成绩分数的不同理解，以揭 示定量研究所忽视或舍弃了的那些主观特性层面4 。 四、对比研究法 由于本研究的主要内容为考试成绩统计分析手段的创新和工具的革新。因 此，试图通过对原始的考试统计状态与使用新工具后的一些反馈情况来加以对 比研究，同时对各种工具本身的特点和性质加以研究，力争通过各项内容指标 以及调查数据对比来发现两者之i j j 较为显著的差异。 1 3 2 多种研究方法综合 本课题作为教育科学范畴的研究，其复杂性决定了我们应采用多层次、多 方位和多指标的方法，而不应局限于一种研究方法。只有将各种研究方法综合 使用，互为补充的、互相支持，才能更好地从不同的侧面、用不同的方法对这 一事物进行全面地研究，才有可能充分揭露它的性质和规律。 4 袁振国：教育研究方法；北京：高等教育出版社：2 0 0 0 7 p 3 6 l o 基丁b s 结构的多锖略成绩统计分析系统研究与应用 第二章相关理论文献综述 考试，作为教育过程的一个不可避免的环节，在内容的发展上，必定和教 育学的各个分支学科有着千丝万缕的关联，其中最有关联的两个父学科当属教 育评价学和教育统计学；同时，在统计手段上始终受到了计算机科学技术发展 的影响。因此，这些学科的发展总会对考试统计学的发展起到相当关键的指导 和借鉴作用。 2 1 教育评价学基础 教育评价学是现代世界上教育科学研究的三大重要领域之一。教育学家格 兰朗德( n e g r o n l u n d ) 对“评价”一词在教育教学活动情境下的典型解释 为：评价是为了确定学生达到教学目标的程度，收集、分析和解释信息的系统 过程；评价包括对学生的定量描述和定性描述两方面。根据格兰朗德的观点， 评价总是包括对测量结果需求程度的价值判断。一个完整的评价计划用公式表 达为： 评价= 测量( 定量描述) + 非测量( 定性描述) + 价值判断5 1 9 8 1 年，美国教育评价标准联合委员会综合了各种评价观点，给教育评价 下了一个综合性的定义：教育评价是对教育目标和它的优缺点与价值判断的系 统调查，为教育决策提供依据的过程。 总体来说，所谓教育评价是指按照一定的价值标准和教育目标，利用测量 和非测量的种种方法系统地收集资料信息，对学生的发展变化及其影响学生发 展变化的各种要素进行价值分析和价值判断，并为教育决策提供依据的过程。 教育评价作为一门综合性、交叉性、边缘性的教育学科，以教育学，心理 学，教商管理学等为理论基甜i ，以系统理论为方法论基础，以教育测量、教育 统汁、计算机软件等为基本工具。教育评价学中的一个重要分支学科教育 统计学就是为教育评价输送定量与定性分析结果的工具学科，尤其是比较复杂 的教育活动，如何探讨和掌握教育活动规律，如何评价教育活动结果，如何科 学地进行评价就更需要学习和掌握教育统计方法。 2 2 教育统计学基础 教育统计学是教育科学的分支学科，它是从数量角度、运用数理统计的原 理和方法对教育现象进行数量化描述和分析的学科，它的主要任务是研究如何 搜集、整理、分析由教育调查和教育实验等途径所获得的数字资料，并以此为 依据，进行科学推断，从而揭示蕴含在教育现象中的客观规律。此外，教育统 5 黄光扬；教育测量与评价；上海：华东师范人学山版社；2 0 0 2 ，p 5 l 基- 】：b s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与麻瑚 计学还提供了各种统计方法的应用和统计结果的解释。因此是一门具有工具性 的应用学科。 教育统计学应用数理统计方法对教育规律进行数量化研究，就其内容来说 可以分为描述统计、推断统计和多元统计分析三大部分。 1 、描述统计 描述统计主要研究如何将统计调查、实验或观察得到的数据资料科学地加 以整理、简缩和表述，把研究的问题或现象的数量特征、分布状态特征用统计 图或数量表示出来，如制成表格，画出图形，计算一些常用的统计参数等，用 以揭示某些方面的特征。描述统计在平时的教育工作中经常使用，如在学校考 试中，经常需要求各科的平均成绩、优秀率、及格率等6 。 2 、推断统汁 推断统计主要是研究如何利用实际获得的样本资料和信息。它根据样本所 提供的信息，运用概率论的理论进行分析、论证，在一定可靠程度上对总体的 特征、关系进行估计、推断和预测，以揭示事物的内在规律。推断统计的内容 包括总体参数的估计及统计假设检验的理论和各种具体方法。在教学中，主要 用其来进行成绩显著性差异检测以及教学元素的相关性检测等。 3 、多元统计分析 多元统计分析是从经典统计学中发展起来的一个分支，是一种综合分析方 法，能够在多个对象和对个指标互相关联的情况下分析它们的统计规律，多元 统计分析主要包括多元回归分析、多元方差分析、主成分分析、因子分析、对 应分析、判别分析、典型相关分析，主要是研究和处理包含了多因素、多变量 的教育问题。一般用于较高层次的教育问题研究。在考试研究中，常用于考试 成绩的预测，判别影响考试的主要因素和次要因素及其彼此之间的关系。 目前在中国，统计学本身的发展总体还处于“肢体不全”的状态。一随到 统计，人们总想到的就是报表。而不是从学科角度认识它。因此教育统计学的 发展总是处于停滞不前的状态，很少有新方法和新思路的加入，这也对它的分 支学科造成了一定的影响。 2 3 考试统计学基础 考试是人类社会一种特有的测量、评定人的知识、技能、能力、性格等个 体差异特征的社会活动。考试结果往往以直接或问接的方式用数字呈现出来。 这类数字之中蕴含着大量能反映人的个体差异特征和考试活动规律的信息。由 于考试研究对象的个体差异很大，起作用的条件和不可控制的偶然因素很多， s 千景英：小学教育统计与测量：北京：人民教育出版社：2 0 0 2 ，p 1 2 基丁b t s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与虑心 人的内外各种因素的相互作用及其复杂。因此，采用数理统计方法，系统地、 综合地、整体地研究人的知识、技能、能力、性格等差异特征及其考试活动的 规律性，进而指导考试工作实践，便成为考试科学发展的必然需求。考试统计 学币是为研究如何收集、整理、分析考试信息资料，如何根据已知的局部信息 对未知的总体特征进行科学推断，以揭示考试活动规律而产生和发展起来的。 考试统计学主要的的研究特点为：学科研究的实证性：数量关系的总体性；性 质区分的规定性；现象测量的复杂性。其主要的研究方法为：大量观察法、统 计分组法和综合指标法。 考试统计学作为研究大量考试现象的数量表现和数量关系的一门科学，继 承了教育统计学的主要统计手段，是统计学方法在教育考试背景下的实践应 用，i f 如我国著名的统计学家陈希孺院士所说的：“数理统计学的生命在于应 用，实用统计应是统计学发展的主流”，山于考试统计学同时兼具很强的学科 理论基础以及应用基础，因而发展前景广阔。 考试研究本身涉及的内容范围很广，除了以上提到的教育评价学、教育统 计学，加上心理学，教育学、教育j 9 i | i 量学、信息科学等，都是考试学汲取养料 的学科，近年来，考试技术不断革新这给考试统计学提出了更高的发展要 求。在教育信息化的大背景下。有必要结合当前突飞猛进的信息科技手段，来 实现其应用的最优化和效益的最大化。 2 4 数据挖掘理论与技术基础 计算机科学在考试统计学理论与方法中占有不可小觑的地位，尤其在数据 库技术和海量数据计算方面。由于统计方法的大规模推广有赖于计算能力的不 断增强，所以，可咀说计算机让统计学变成了真正的实用科学。近年来，随着 数据库容量呈几何级数扩展，大量历史数据的二次应用成了人们关注的焦点， 因此，数据库技术也面临了更新的挑战。 数据挖掘( d a t am i n i n g ) 作为一种新兴的、强有力的计算机数据处理分析 技术，正扮演着入侵者和竞争者的角色，成为当前最有前途的发展方向。由于 数据挖掘的理论基础之一是数理统汁，因此也可以将其看作是数据统计的个 新发展。 一、数据挖掘的定义 什么是数据挖掘( d a t am i n i n g ) ? 关于定义。各人的说法不。美国加州 大学柏克莱分校统计博士赵民德( m i n t ec h a o ) 教授认为，基本上它可以用 一个例子讲清楚：先给你一个大的数据集假设你可以从中读取数据，下面 的问题是：从这里你可以得到什么? 从某种角度来看，这是百分之百的统计分 析工作。只是数据集太多的缘故罢了。但我们并不想忘记这些数据集是做i t 的 基tb i s 结构的多策略成绩统计分析系统研究与应h j 人这么多年来逐渐制造出来的更何况他们对于如何有效而快速地存储、选取 和管理数据，确是有一套真功夫。在i t 的骨架上把统计的精髓放进去，这的确 是对现在这个信息时代的大挑战。可以说，这是数据挖掘领域丌创和发展的真 f 原由。7 在众多数据挖掘的定义中，比较中肯的是h a n de ta 1 ( 2 0 0 0 ) 的说法： “d a t am i n i n gi st h ep r o c e s so f s e e k i n gi n t e r e s t i n go rv a l u a b l ei n f o r m a t i o ni nl a r g e d a t ab a s e s ( 数据挖掘是一种在大型数据库中寻找你感兴趣或是有价值信息的过 程。)