（教育技术学专业论文）教育信息数据的可视化研究.pdf

摘要 伴随着高校数字实验室的网络化管理，快速递增的数据加大了实验室领导 的决策需求难度。如何从海量信息中快速获取准确的信息，是管理者面临的难 题。把数据转换为动态图像的可视化方法简化了理解复杂数据的难度，是目前 数据可视化研究的一个重要方向。 本文针对历史数据的可视化问题进行了相关的研究。首先从现实需求角度 出发，探讨了课题研究的可行性与必要性。通过对目前较为成熟的商业智能技 术进行文献综述元分析，确定案例开发工具，并进一步确定课题研究的价值与 意义。然后对比研究不同的商业智能架构模型，探讨归纳适合本案例的架构模 型。根据设计的架构模型进行案例开发，实现教育信息数据的分析及可视化。 案例选取s q ls e r v e r2 0 0 8 与v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 为开发平台，实现了实验室 历史数据的可视化。针对上述问题，本文的案例研究主要体现在三个阶段：第 一阶段，建立数据集市，整合异构数据源( e q u i p m e n t 、c c m w f ) 的数据；第 二阶段，对数据集市中的数据进行多维分析；最后通过多样化报表实现数据的 可视化，并对有关实验室管理、实验教学的可视化报表做了详细分析，大大增 强了实验室管理员及教师挖掘复杂数据内涵与联系的能力，极大提高了实验室 管理信息化水平。 关键词：数据可视化、商业智能、报表 a b s t r a c t w i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n ti nu n i v e r s i t yd i g i t a ll a b s ， i n c r e a s i n gd a t a sm a k ei t sh a r d e rf o rl a b o r a t o r yl e a d e r st om a k et h ef i g h td e c i s i o n s h o wt oa c q u i r et h ea c c u r a t ei n f o r m a t i o nq u i c k l ya n de f f e c t i v e l yf r o mi n f o r m a t i o n - s e ah a sb e c o m eac h a l l e n g ef o rm a n a g e r s am e t h o do fd a t av i s u a l i z a t i o n ，w h i c h s i m p l i f i e st h ed i f f i c u l t yo fu n d e r s t a n d i n gc o m p l e xd a t av i ac h a n g i n gd a t ai n t o d y n a m i ci m a g e ，i sa l s oa ni m p o r t a n tr e s e a r c hb r a n c hi nd a t av i s u a l i z a t i o n t h i st h e s i sm a k e sr e l e v a n tr e s e a r c h e so nd a t av i s u a l i z a t i o n f i r s t l y ，i te x p l o r e s t h ef e a s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo ft h er e s e a r c hf r o mt h ev i e w p o i n to fr e a l i t y t h r o u g h m e t a - a n a l y s i s i n ga b o u tt h el i t e r a t u r er e v i e w , t h ea u t h o rs e l e c t st h em o r em a t u r et o o l o fd e v e l o p m e n t ：b u s i n e s si n t e l l i g e n c e ，a n dd e t e r m i n ei t sv a l u e s e c o n d l y , f r o m s t u d y i n go nt h ec o m p a r i s o no fd i f f e r e n tb u s i n e s si n t e l l i g e n c ea r c h i t e c t u r em o d e l ，i t d i s c u s s e sa n ds u m m a r i z e st h es t r u c t u r eo fm o d e lf o rt h i sc a s e t h e1 a s tb u tn o tt h e l e a s t ，d e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gt h ec a s eb a s e do nt h es t r u c t u r eo fm o d e lt oa c h i e v e a u t o m a t e da n a l y s i sa n dv i s u a l i z a t i o no ft h ed a t ao fe d u c a t i o n a li n f o r m a t i o n s e l e c t i n gs q ls e r v e r2 0 0 8a n dv i s u a l s t u d i 0 2 0 0 8a sd e v e l o p i n gp l a t f o r m ，t h e t h e s i sp r e s e n t st h ev i s u a l i z a t i o no ft h el a b o r a t o r y sh i s t o r i c a ld a t a t h ec a s es t u d yi n t h i st h e s i sm a i n l yc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ：f i r s t l y , d a t am a ni se s t a b l i s h e dt oi n t e g r a t e d a t af r o mh e t e r o g e n e o u sd a t as o u r c e ；s e c o n d l y , t h em u l t i - d i m e n s i o n a la n a l y s i si s m a d eo nt h ed a t ao fd a t am a r t ；f i n a l l y , t h ed i v e r s i f i c a t i o nr e p o r to nd a t ai s c o m p l e t e da n dt h e r e s u l to fv i s u a l i z a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i l s ，w h i c hh e l p st o e n h a n c et h ea b i l i t yo fl a b o r a t o r ya d m i n i s t r a t o r sa n dt e a c h e r si nm i n i n gc o m p l e xd a t a c o n t e n ta n dt r e m e n d o u s l yi m p r o v et h el e v e lo fl a b o r a t o r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t k e y w o r d s ：d a t av i s u a l i z a t i o n ；b u s i n e s si n t e l l i g e n c e ；r e p o r t i n gs e r v i c e s i i i 图目录 图卜1 实验室管理平台2 图卜2l m s 整合系统3 图1 - 3 设备借还报表4 图1 - 4 在外资产设备报表4 图卜5 数据的深层次演变5 图1 - 6 论文框架结构1 0 图2 11 9 9 9 2 0 0 9 文章数量变化统计图1 7 图2 2 文献类别统计分析图1 8 图2 - 3b i 应用领域图1 9 图2 4b i 文献行业分析对比图1 9 图3 - 1k s ib i 模型2 1 图3 - 2g r a p e c i t yb i 架构模型2 2 图3 - 3m i c r o s o f tb i 架构模型2 3 图3 - 4 数据集市与数据仓库的关系2 4 图3 - 5 架构方案2 4 图4 - 1b i 开发工具市场应用对比图2 8 图4 - 2 项目模板2 9 图4 - 3 架构模型2 9 图4 - 4 系统关系数据库模式图3 2 图4 5 维表之间的关系图3 9 图4 - 6e q u i p m e n t d m 数据集市雪花型模式图3 9 图4 - 7e q u i p m e n t f a c t 事实表4 1 图4 8e q u i p m e n t d m 4 2 图4 - 9d i m c o u r s e 维度表4 2 图4 - 1 0d i m c l a s s 维度表4 2 图4 - 1 1d i m s t u d e n t 维度表4 2 图4 - 1 2 定义新度量值4 4 图4 - 1 3 定义维度4 5 图4 - 1 4 定义维度用法4 5 图4 1 5e q u i p m e n tc u b e 结构图4 6 图4 - 1 6 架构生成进度4 6 图4 - 1 7 数据源视图4 7 图4 - 1 8e q u i p m e n t o m 中的表4 7 图4 - 1 9e q u i p m e n t o m 数据源视图4 9 图4 - 2 0 数据映射图5 l 图4 - 2 1 数据加载5 1 图4 - 2 2d i m e q u i p m e n t 维度表的部分设备数据图5 2 图4 - 2 3d i m s t u d e n t 维度表的部分人员信息图5 3 图4 - 2 4d i m c l a s s 维度表的部分设备组信息图5 3 图4 - 2 5e q u i p m e n t 多维数据集5 4 图4 - 2 6 设计查询器5 5 图4 - 2 7 报表服务器父文件夹5 6 v i i 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中 除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的 研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声 明并表示了谢意。 作者签名：粥蔷吼舢矗 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后 遵守此规定。 储签名鄯弼聊签啪老日期 o l o g z l 二海师范人学硕一i ：学位论文第一章绪论 “如何收集、管理和利用信息将决定您的胜负” 1 1 研究背景 一比尔盖茨 第一章绪论 伴随高校教育信息化与实验教学的发展，教育技术实验示范中心购置大批 先进硬件及软件资源( 高端设备资源及教学管理平台) ，依靠传统人工操作的 实验室管理方式显然已经不能满足需求。实验室设备在不断更新，资源的决策、 购买、出借、维修、协调、优化多样化的问题，致使实验室资源动态信息 的发布与更新，成为信息化实验室管理过程中日益紧迫的问题。通过对示范中 心实验室用户的访谈、问卷调查发现，实验室利用效率低的重要因素之一就是： 学习者无法适时了解实验室资源的详细信息；实验室的管理者也因设备使用情 况分析难、规则实施困难等因素，而导致实验室管理效率低下。在信息化飞速 发展的时代，实验室必须通过技术革新手段才能发挥其功能。实验室的管理、 决策和推广必须依赖信息技术，依靠信息化手段推动实验室的发展，是目前实 验室改革的当务之急1 。 本论文是基于上海师范大学教育技术实验示范中心的数字开放实验室平台 整合子项目，针对整合平台的数据可视化进行了相关的研究工作。在从事异构 信息平台搭建的过程中，发现了数字实验室历史数据可视化方面的问题。针对 此问题研究可行性与价值，进行深入探讨与分析，从而形成本论文课题的研究 工作。本文主要是利用商业智能技术管理和优化实验室管理系统的业务流程， 实现教育信息数据的可视化，以帮助管理者对其做出正确且科学的决策。同时 能够实现实验室的不同使用对象( 教师、管理者、领导) 对实验室利用情况的 了解，关注实验室动态发展的趋势。 郭君芳，季隽等w e b 2 0 理念下的数字开放实验室 j 现代教育技术，2 0 0 9 ，( 0 8 ) ：1 0 5 1 0 8 第一章绪论 l ：海师范人学硕十学位论文 1 1 1 实验示范中心软件建设 教育技术实验示范中心是服务于教育技术系和谢晋艺术学院的综合实验 室。在高校硬件资源大规模扩充建设过程中，数理学院也为实验室投入大量的 人力、物力、财力，购进大批先进的教学设备及管理平台，从硬件的角度实现 高标准的现代化实验室。但是从实验室管理角度而言，设备、机房、教学又分 别具有独立软件平台，没有形成一个完备的实验室管理系统。学习者使用这些 软件系统时，需要分别登录不同的信息平台获知相关信息，致使学习者不能快 速获取实验室的详细信息。有时甚至学习者多次前去实验室借用设备总是失望 而归，影响了学习者学习的积极性，进而造成了昂贵设备束之高阁，无人问津。 为解决先进的实验室设备利用率偏低的尴尬局面，学院领导集思广益，决定采 用信息化手段管理综合数字实验室。 当项目组从事教育技术实验示范中心实验室软件平台建设的开发工作时， 考察已经存在的多个管理系统，设计了几种数字开放实验室开发架构方案。通 过对现实因素、风险率、节约开发成本等因素的综合考虑与分析，最终选取了 整合数字开放实验室的方案。建立异构信息平台。与教育技术实验示范中心实 验教学相关的平台包括：万欣机房管理平台、设备管理平台、d m c 实验教学平 台。如图1 - 1 所示。 图1 - 1 实验室管理平台 设备管理平台是记录实验室设备的借还、维修、购进、废弃等详细信 息的单机版平台，主要服务于实验室管理员；万欣机房管理平台是用于实验室 机房管理与机房上机课程监控的平台；d m c 实验教学平台是基于m o o d l e 平台搭 建的网络版实验课程教学平台，主要存放实验课程的相关材料、实验课程教学 2 j 二海师范人学硕j ? 学位论文 第一章绪论 安排、实验专题讨论、学生作业上传为实验教学服务的教学平台。虽然每 个独立平台都有其不可替代的功效，在不同程度上发挥了很大的作用。但是这 三种独立的与实验相关的平台又存在着很多不足。单机版的管理平台不能满足 学习者获取实时动态网络实验信息的需求，网络实验教学平台亦不能查询到实 验室设备状态的详细信息，所以学习者借用设备还是必须去实验室了解信息， 机房上机课程遇到的情况也是不能通过在线网络得知。倘若要打破实验教学瓶 颈，必须在节约开发成本、降低风险的基础上，整合原有平台，实现异构平台 的信息交流，满足不同人群( 学生、教师、管理员、领导) 的需求，从而实现 实验系统的信息化管理。针对以上需求，网络版的d m c 实验教学平台改版为实 验室管理系统( l m s ) ，整合独立存在的万欣机房管理平台和实验室设备管理平 台。如图1 - 2 所示。 教师信息 厂课程信息 1 1 2 实验室决策需求 实验地点、 学生信息、 弋设备基本信息 ( 条形码) 图1 2 l m s 整合系统 教育技术实验示范中心的数字开放实验室整合项目业务系统的规划过程 中，本人一直在从事实验室管理系统业务需求的工作，同时帮助管理者整理原 有实验室相关设备数据。但是在设备管理系统的成千上万条记录报表中很难分 析出：紧缺设备、报废设备、缺失设备、维修设备当遇到这个难题时，笔 者一直在思考：数据库中累积的大量基础数据的可视化问题及相关功能。通过 对原有的单机版设备教学管理系统的研究，发现设备管理系统的大量操作数据 是通过报表的形式呈现，是静态的大量与设备操作相关的数据堆叠与罗列，并 且原设备管理平台在系统开发时已经规划设计好报表样式，用户不能够根据不 郭君芳，季隽等w e b 2 0 理念下的数字开放实验室 j 现代教育技术，2 0 0 9 ，( 0 8 ) ：1 0 5 - 1 0 8 第一章绪论上海师范火学硕上学位论文 同的需求动态地显示数据报表。为形象描述设备管理系统数据可视化致使信息 表达的不明确性，本文对设备管理平台的借还设备、在外资产报表进行部分截 图，如图i - 3 、图i - 4 所示。这两幅图片的数据可视化形式，其实只是设备借 还信息与目前在外设备的清单。但是如果成千上万条的设备操作记录信息简单 的罗列在报表中，其实对实验室管理决策作用甚微。 从下面两幅图片中可以清晰的看出，这只是单条设备的记录信息，并没有 对其进行汇总或者纵向、横向的比较。上千万条的设备操作记录信息单纯的靠 管理员统计是相当繁琐的事情。 设备蠲弓6 0 4 0 0 8 0 | 设备借还报表 爱岳笔社劳警嚣t i 图1 3 设备借还报表 在外资产设备报表 瞄x ：；气 曼掌咀酊越e 虻壤三二e ：咒g 萎尹毛譬重z 们c ，豇：玷：，- o p ：e 茄 杆2 2 e * t i re ? 罨孽覆才号簟重 ：口o r 舒* 口o ： 。妒： o 嚣：竹 毫e 氍奄既 * 罅7 ：l 毒毒毫鞋盘罨号糍嚯嚣o ，。! 。2 ：；：缸；嘲。科 ：；： 图1 4 在外资产设备报表 通常每年管理员都会打印大批的报表，基本上是用作实验室设备操作的存 档资料。而实验室的相关领导对实验室管理作出的重大决策时，是在参考管理 员上交的大量统计报表的基础上进行统筹规划。从现实角度来讲，实验室人员 4 j ：海师范人学顾 ：学位论文 第一章绪论 上交的报表，对实验室领导的决策起着至关重要的影响作用。但是通过对实验 室领导的访谈，发现这些多而繁杂的数据报表简单罗列与堆栈，因其没有对数 据进行有效的汇总、纵向( 横向) 比较，所以这些信息通常会使其眼花缭乱、 不知所措，没有实质性的功效。换句话说，目前业务系统中的大量数据报表不 能使决策者快速获取准确的信息，也就谈不上影响决策者的主观决策。目前实 验室的管理过程中，关于实验室设备的购买、放置、更新、废弃多数情况 下是人为主观因素在进行干预，数据报表的能效性甚微。当数据不能转化成有 用的知识时，主观决策可能就会科学水准，直接影响实验室的动态发展方向。 实验室沿着正确的轨道前进，依赖于科学合理的决策导航。而历史数据又 是其决策的牢固根基、底层信息。以往历史数据发挥的作用甚微，是因为不同 用户无法根据其需求快速获取有用的信息。数据可视化问题影响了获取信息的 速度，所以数据可视化的样式、内容将直接影响领导即将作出的决策。 可视化的样式、关键内容信息的获取与理解是比较困难的事情。后台数据 库中成千上万条设备记录中，如何界定关键数据、提取有用数据信息，并通过 一系列的方法使之转化为有用的知识，这将是目前实验室数据面临的现实问题。 其实实验室数据的能效性很高，但是必须通过多个环节步骤才能转化成为知识， 并对对所获取知识的深层研究与分析，挖掘数据蕴含的深刻内涵，预测实验室 进一步的动态发展决策，如图卜5 所示。数据自身的价值就是凭借人们所熟知 的信息、知识、方案预测凸显出来的。为验证数据的价值，本人曾翻阅大量相 关相关资料，发现数据的筛选汇总、形象生动的图例展示、动态化的报表设计 都有助于形成有效的知识，帮助决策者科学地判断，优化资源配置，革新策划 方案等关键环节。所以必须充分挖掘、汇总分析并可视化数字开放实验室数据 库中累积的基础数据，借助多维数据库技术及可视化技术分析其有用数据实现 客观决策，进而实现教育信息数据的可视化。 图1 5 数据的深层次演变 第一章绪论 i ：海师范大学硕i ：学位论文 1 1 3 历史数据需求 在实施实验示范中心实验教学平台整合项目时，实验室管理人员和领导一 直对三个数据库中历史数据的处理问题方面存在异议。虽然设备管理平台和万 欣机房管理平台存储的数据基本上是记录设备情况的档案资料，实验室管理员 也曾形象地将之称为“数据坟墓 ，是一堆死数据。但是他们都希望累积的历史 数据能够发挥出更大的价值。 由于本人对数据可视化方面的问题比较感兴趣，在项目开发过程中就过多 的关注了这一问题的解决方法。为验证课题研究的必要性与可行性，同时更好 地发挥历史数据的作用，本人对实验室的管理员和领导分别进行了2 0 分钟的访 谈。通过对领导和管理员访谈资料的细致整理，发现其共同点就是：都希望通 过历史业务数据发现实验教学和实验室管理的现状、背后存在的隐患，且做出 合理的预测。面对这一问题，本人也曾和导师、项目组成员进行了深刻地研讨， 如何才能揭示数据背后的“故事”，说枯燥无味的数据“开口说话，将是本课 题需要重点攻克的难题。 在整合开发工作进行过程中，本人在历史数据变迁之前，曾对独立的数据 库( s q ls e r v e r2 0 0 5 、m y s q l ) 做了大量细致入微的分析工作，主要包括：数 据库的表、表与表之间的关系、字段、数据类型、存储过程等方面的工作。数 据库中的数据每天都在不断更新，但是外界获知的有用信息却异常匮乏。如果 管理者们只是用数据库去累积数据，而不去理解数据的深层含义，那数据对他 们而言，将只能起到记录数据的作用，从而忽略数据所代表的深刻内涵。例如： 设备出借表是一条条设备出借记录地累积，但是管理员并不能从成千上万条记 录中直接分辨出哪些设备使用最频繁或者处于紧缺状态；哪些用户经常使用哪 一类设备；哪些设备使用率偏低管理员统计的报表不能详细的分析上述细 节内容，决策者从手头的报表中也归纳不出可用的知识，以至于可视化报表的 可用性很低。当他们扩充实验室设备时，就只能凭主观思想做出决策，这样的 决策有时甚至可能会浪费人力、物力和财力，虽实验室硬件设备或软件设备得 以更新，但是实验室的利用率仍然很低，管理效率亦然如此。 6 上海师范火学硕 ：学位论文 第一章绪论 1 1 4 实验教学需求 目前多数高校在教育教学工作中越来越重视高校实验教学，改善实验教学 的环境、加大实验教学的投资、提升实验教学的比重旨在创设现代化高标 准实验室，为实验教学提供多种教学仪器，为学习者的动手操作提供机会，全 面提升学习者的实践能力、合作创新能力、科研能力等。 以往受传统教学及教学模式的影响，高校实验教学工作较为偏重理论知识 的学习。由于教学条件的限制、实验设备欠缺、设备陈旧等不利因素，导致实 验教学的一线实践机会很少，在高校教育教学工作中所占比重比较小，长期发 展致使实验教学沦落为辅助性课堂。随着2 1 世纪信息化的发展、社会的需求及 政府的扶持等原因，高校人才培养模式发生了很大的变化，其中重视实践能力、 技术技能、创新能力的培养，是大多数高校一致认同的目标。随着我校教育技 术实验示范中心教学管理的改革，实验室先后购买大批先进的硬件资源( 多媒 体设备、网络机房设备、摄录像设备、电声设备) ，先进的教学设备保证了 实验教学的顺利实施。但是实验室的管理却并没有与之齐头并进，仍然沿袭了 原始的人工管理模式。学习者因不了解实验室中设备信息，以致于往返实验室 多次还未借到设备，致使其产生厌倦的心态，从而对实验室敬而远之。实验室 设备信息闭塞、实验资料短缺、实验作业延迟或缺失现象，与课余时间大 部分昂贵设备资源反被束之高阁形成鲜明的对比。随着网络课程资源的推广、 网络教学的发展，学习者要求实验室开放的呼声与日俱增。如果实验室出借设 备能够像图书馆借还书籍一样方便容易，那么开放的实验教学将会极大的提高 学习者的实践操作能力。 实验室领导为满足实验教学的需求、学习者课余实践能力的培养，决定建 立在线数字开放实验室。项目开发活动历经一年的时间后，终于成功的对数字 开放实验室进行整合( 万欣机房管理系统、设备教学管理系统和m o o d l e 教学平 台) ，建立数字开放实验室管理系统平台，目前己在上海师范大学d m c 教学平台 成功使用。 在线数字开放实验室成功运行之后，师生交流信息数据、人员资源出借情 况、虚拟实验课堂信息丰富的数据都存储在s q ls e r v e r2 0 0 8 数据库中， 数据代表的具体含义、潜在的联系、真实的情况等信息，已经成为教师、管理 7 第一章绪论 上海帅范人学硕j ：学位论文 员、领导迫切想了解的问题。更确切地说，他们都希望这些记录数据能够转换 为可供判断、分析、研究的信息或知识。但是逾越数据与信息之间的鸿沟，必 须依靠对“数据坟墓”的充分挖掘，找出隐含的知识，并且可视化隐含知识。 教育信息数据的可视化使教学管理者能够充分了解班级学生实验学习的具体情 况，便于其实施个别化教学。 1 2 研究问题 本人曾参与数字开放实验室开发项目，熟悉原有设备教学管理平台、万欣 机房管理平台的数据库结构，对原来的设备管理平台简单的报表系统，特别是 对其简单的报表及功能进行了深刻地分析研究。对报表可视化的形式及报表的 简单功能产生了疑问，试图灵活地更改平台数据可视化的样式。 通过实践经历与技术的学习，本人一直在思考以下几个问题： 数据库中的数据能否根据特定用户的需求显示信息? 数据能否通过一定的技术手段自动预测实验设备、实验管理的需求，更 好地促进实验室的发展? 数据库中的数据能否根据实验教学的不同对象教师、管理员及领导可视 不同的内容，并且能够通过报表快速分析预测数据? 数字开放实验室报表系统的主要服务对象是管理员和上级领导，当然也可 以满足实验教师的需求。为了确定本研究问题的现实意义与价值，运用访谈法 采访( 访谈时间：2 0 分钟，访谈的问题详见附录一、附录二) 实验室主要相关 负责人和管理员，进一步明确本论文研究目标为： 分析实验室管理平台的业务系统累积的基础数据，提取其有用信息，以 帮助决策者了解实验示范中心运行的总体情况，并帮助其对实验室管理的具体 情况做出科学预测。 通过研读、分析、学习大量的多维数据库、商业智能、可视化等方面的大 量文献资料及大型案例，提出一个针对实验室数据可视化的商业智能解决方案， 最终借助于多样化的报表或数据透视表实现教育信息数据的可视化。 本论文研究的具体问题主要概括为以下三点： 多种数据可视化的形式，自定义报表的格式、内容、样式( 表 一t - 海师范人学硕i 等位论文 第一章绪论 格、二维图形、) ，便于管理员与领导分析数据信息，形成必要实验室管理 知识。 利用商业智能技术实现实验室设备相关信息的分析与预测，以便管理员 及领导洞察其现状，并作出科学决策。 为实验教师提供其所需教学的详细信息，动态预测分析学生的实验学习 现状，便于其更好地实施个别化教学。 1 3 研究方法 本论文在案例开发研究过程中，主要应用了以下几种研究方法： 1 访谈法 访谈实验室管理人员、实验室领导关于数字开放实验室网络整合平台的数 据可视化需求，明确使用对象需要的数据结果、视觉效果，限定研究范围，进 一步明确本论文的研究问题、研究目标和具体任务。此访谈方法收集的数据主 要包括访谈录音，是一种质性的研究方法。把访谈录音整理形成书面材料，归 纳总结本课题需要重点研究的问题。 2 文献研究法 通过“可视化 、“商业智能”等关键字的检索，阅读了2 0 0 多篇国内外“可 视化”、“数据可视化”及“商业智能”相关文章。了解了数据可视化的意义及 现状、商业智能技术目前在国内外应用的现状、领域及发展趋势。通过调查发 现利用“商业智能实现数据可视化”在教育教研网络平台中属于较为前沿的研 究，进而肯定本课题研究的价值。通过数字开放实验室平台中报表项目的开发， 设计一个决策支持方案，以供其他教育网站需要利用数据做决策时参考。 3 元分析法 通过元分析方法的运用，对1 0 0 多篇商业智能文献的分析研究，了解了商 业智能技术所能解决的问题、应用的领域、实现的方案、发展的历史等具体的 情况，并选择出实现商业智能的工具s q ls e r v e r2 0 0 8 ，利用较为前言的商业智 能技术解决教育信息数据的可视化问题，在实验教学中尚属较为前言的研究。 4 行动研究法 本论文是建立在商业智能知识和数据可视化知识学习的基础上，二次开发 9 第一章绪论 ：海师范人学硕 j 学位论文 设备管理平台的报表系统，分析建立数据集市，进行多维数据在线分析，对数 据深层次分析，从而实现数据可视化。在行动研究的过程中重点是：建立多维 数据库、实现聚合服务、分析服务及报表服务，最后对自动化报表进行深层次 的分析，探讨其优势、意义及决策建议。 1 4 论文框架 本论文在国内外可视化研究的基础上，基于实验室需求的研究背景和价值 取向的综合考察，开始了本论文的研究撰写工作。本论文是基于“数字开放实 验室( l m s ) ”项目的子项目，主要是实现设备管理系统中的智能化决策及后台 数据可视化。通过商业智能分析预测数据背后的深刻内涵和动态形象生动的统 计报表实现系统后台有关教育信息数据的可视化。本论文的研究思路主要遵循 “三个步骤”：提出问题一确定解决问题的方法一案例开发应用，本论文的研究 框架如图1 - 6 所示。 图1 6 论文框架结构 1 确定问题 在本文第一章的绪论部分着重分析现实需求、软件整合的背景，从而提出 本论文研究的问题。通过实验室使用对象的访谈工作，进一步明确所需要研究 l o 一j 二海师范人学硕j j 学位论文 第一章绪论 问题。论文的第二章主要是从文献的角度，主要从数据可视化及实现可视化的 热点技术商业智能两个视角，考察本课题研究的意义与价值。在现实条件与研 究的意义基础上，明确本课题的研究问题。急需解决以下四个问题： ( 1 ) 人员使用设备情况的具体分析，如班级人员对比、人员时间段对比、人 员对比、班级与班级对比等。 ( 2 ) 课程使用设备情况的具体分析，如实验教师的课程数量或类型对比、课 程所需设备的数量、课程班级人数等。 ( 3 ) 设备使用人员分析，如实验室具体使用对象分析。 ( 4 ) 设备分析，如实验室设备详细情况、实验室设备数量及状态、设备使用 情况对比、每年购进设备对比、设备出借频率对比、设备是否满足需求等。 2 确定解决问题的抽象方法 前面两个章节中已经界定了本文研究的问题及研究的价值。当明确课题的 研究目标以后，进一步明确本课题的具体研究问题。那么接下来要做的工作就 是寻找解决问题的方法。在第三章架构模型中对国内外大型著名商业智能服务 提供商的架构模型( 如：k s ib i 模型、b i p mi n s t i t u t e 模型、m i c r o s o f tb i 模型) ， 进行多角度( 技术比较、功能比较、方案比较) 类比，最后针对教育技术实验 示范中心的实验室决策需求，归纳出解决此类问题的抽象方法，为问题的解决 提供了坚实的基础。 3 技术支持 明确问题与解决问题的方法以后，就要进行实战技术开发环节。本文实验 室案例的开发工作主要表现在论文的第四章。第四章主要介绍了实验室数据仓 库系统案例开发的详细过程。围绕着第三章中的架构方案模型，开发过程主要 分为三个步骤：数据准备阶段一数据分析阶段一数据可视化阶段。 ( 1 ) 数据准备阶段重点是问题的设计、数据库建模和数据整合，研究问题的 子目标的确定、异构数据源的数据整合为案例开发做好前期准备工作。 ( 2 ) 数据分析阶段主要涉及到数据的联机分析、数据挖掘等方面，是案例开 发的重点。通过数据的分析，筛选汇总出有用的信息数据，挖掘潜在的联系， 决定可视化的内容，直接影响决策的制定。 ( 3 ) 数据可视化阶段是本课题研究的重点，前面的多维数据库、多维数据分 第一章绪论l ：海师范大学硕一l 学位论文 析都是为此阶段做铺垫，是本文最终实现的目标，多种可视化样式的实现、自 动定制w e b 功能报表的实现亦是本章的重点环节，也是本论文研究的重点之重。 4 解决问题 本文的目标是通过实现实验室数据库中数据的可视化，帮助领导、管理员、 教师更好的分析、预测实验管理与实验教学的现状与前景。所以w e b 界面前端 数据可视化的实现，是为辅助其更好地使用理解实验室的管理。通过对可视化 结果的讨论、分析，探讨实验室管理与实验教学需改进的方面，为其作出科学 的预测与建议。 第六章主要是对本研究课题的整体情况总结，其中重点谈到课题研究的成 果与不足，并且并且探讨实验室数据可视化实现的方案推广到教育教学管理， 以便商业智能技术在教育界发挥更大的作用，为教育界的领导、管理者服务。 1 2 上海师范人学硕j 二学位论文 第_ 二章研究综述 第二章研究综述 本章研究综述部分包括两个模块：第一模块主要介绍了数据可视化的发展 历程、现实需求、目前应用的现状及前景，明确了本课题的意义；第二个模块 主要是对实现数据可视化的热门技术一商业智能技术，选取2 0 0 篇有关“商业 智能”方面的文献资料。然后进行了文献元分析，归纳总结出利用商业智能技 术解决教育信息数据的可视化问题，属于较为前言的解决方案，从而明确了本 课题研究的价值。 2 - 1 数据可视化 如今网络已经普及到各个行业，大型门户网站的数据库中也存储了大量的 “鲜为人知的数据。对于爆炸性速度递增的数据，如何才能理解“数据孤岛” 中的重要信息资源，使之发挥潜在的价值为部门或者企业创造更高的价值，已 成为目前研究的热点问题。超市销售的“啤酒”与“尿布”的关联故事，引发 人们对探索多维数据库中海量数据的兴趣。用户需要对数据所隐含的意义进行 深层次的理解，使之发现知识、关联信息，为决策提供帮助。 可视化功能非常强大，它通过形象的图像或图表从海量信息中快速获取标 识数据所代表的涵义，快速获取感知信息，符合人类的视觉感知功能。随着“可 视化”呼声的日益加剧，可视化技术也就应用而生。它是指将信息模式、数据 的关联或趋势等以直观的图形方式表示，决策者可以通过可视化技术交互的分 析数据关系，对数据的剖析更清楚，以便于其更好地作出决策1 。 可视化( v i s u a l i z a t i o n ) 其实是将信息转化为一种视觉形式，充分利用人们 对可视模式快速识别的自然能力进行观测、浏览、判别和理解信息2 。可视化技 术通过视觉冲击、形象图形的对比、清晰直观的表示方法，在商业、科学、通 信、工程得到了广泛的应用。目前可视化根据研究侧重对象的不同，主要 分为三个分支：科学计算可视化( s c i e n t i f i cv i s u a l i z a t i o n ) 、数据可视化( d a t a 1 秦中林可视化风行 j 中国教育网络。2 0 0 9 ，( 0 6 ) ：4 0 4 1 2 朱德利s o ls e r v e r2 0 0 5 数据挖掘与商业智能完全解决方案 姗北京：电子工业出版出版社。2 0 0 7 第二章研究综述 上海师范人学硕 ：学位论文 v i s u a l i z a t i o n ) 和信息可视化( i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n 缩写为i n f o v i s 或i v ) 1 。 2 0 世纪8 0 年代可视化技术早期应用于计算科学中，产生了科学计算可视 化技术。科学计算可视化是指把科学数据( 测量获得的数值、图像或是计算中 涉及、产生的数字信息) 变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间 变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算2 。 在科学计算可视化的基础上，随着高性能计算机的出现，近年来又提出了数据 可视化技术。数据可视化是指对大型数据库或数据仓库中的数据可视化，它是 可视化技术在非空间数据领域的应用，使人们不再局限于通过关系数据表来观 察和分析数据信息，还能以更直观的方式看到数据及其结构关系3 。目前关于数 据可视化方面的案例很多，主要都集中在利用可视化软件或者数据分析工具发 现或预测丰富数据中的未知信息。 数据可视化研究的对象大致可分为两个层次：一是对具体的数据或者统计 信息用图表或图例进行可视化；一是对抽象概念采用富有创造性或趣味性的可 视化4 。数据可视化具有强大的图像生成能力，能够实现数据与图像的转化。促 使人们理解数据库中每天都在不断累积的数据，是数据分析与勘探的重要工具。 随着数据库技术、网络技术的发展，可视化技术也在不断向前发展。随着 多维数据库的盛行，目前已经开发出了多维可视化技术，主要包括：基于几何 的技术可视化、面向像素的技术可视化、基于图标的技术可视化、基于层次的 技术可视化、基于图形的技术可视化、基于降维映射的技术可视化5 。多维可视 化技术能够从根本上改变复杂、抽象的多维数据的表示方式，改变着人们与数 据交互、数据分析的方式。能够使其以一种较为简单的方式去理解多维信息， 能够帮助决策者全面了解信息的现状，促使其做出科学合理、高效准确的抉择。 有关多维数据可视化已逐渐成为决策支持与企业决策中的一个重要因素， 探索的信息潜在联系与模式，将会影响到组织或企业的未来发展6 。多维数据可 视化技术，在国外信息可视化领域的研究较为活跃，相关可视化解决方案也是 1 王媛媛b s 模式下数据可视化研究及其在商业智能中的应用 d 河北：河北工业大学，2 0 0 7 ，( 0 3 ) 2 刘勘，周晓峥，周洞汝数据町视化的研究与发展 j 计算机工程，2 0 0 2 ，( 0 8 ) 3 同上 4 d a n i e la k e i m 信息可视化以及可视化数据挖掘 j ：海电力，2 0 0 9 ，( 0 2 ) 5 朱德利s o ls e r v e r2 0 0 5 数据挖掘与商业智能完全解决方案 m 北京：电子工业出版社，2 0 0 7 6 ( 美) g e o r g em m a r a k a s 著，敖富江译数据仓库、挖掘和町视化一核心概念 m 北京：清华大学出版 社，2 0 0 4 ，( 1 0 ) 1 4 j ：海师范人学硕1 ：学位论文第二章研究综述 种类繁多；目前在国内可视化技术的研究则刚刚起步，有很好的发展前景与影 响力，有待于进一步的深入研究。 关于数据可视化的软件工具，目前主要集中在通用可视化系统方面。本文 预计采用计算机领域较为热门的技术“商业智能”，实现教育信息数据的可视化。 关于商业智能技术目前应用的现状及是否能够解决数据可视化问题，在第二模 块中通过文献元分析进行详细阐释与探讨。 2 2 商业智能文献元分析 随着网络信息化的飞速发展，与日俱增的数据也铺天盖地的迎面而来。以 往海量的数字报表只能作为数据总结，造成决策者不能够在复杂的数据中寻找 到彼此相应的关系，故在企业面临重大抉择时往往还是依靠决策者的经验进行 主观臆断，经常会因此造成企业一些巨大的损失。随着时代对可视化技术的需 求越来越高，在2 0 世纪8 0 年代末，商业智能技术顺应时代潮流应用而生。 商业智能( b i ，b u s i n e s si n t e l l i g e n c e ) 最早是由加特纳集团( g a r t n e rg r o u p ) 于1 9 9 6 年提出，凭借其收集、管理和分析数据，将集合的数据转化为有用的知 识，辅助企业领导做出明智的业务经营决策的优势1 。在经济迅速发展的当今时 代一炮走红，受到众多企业的追捧。 加特纳集团曾将商业智能定义为：商业智能描述了一系列的概念和方法， 通过应用基于事实的支持系统来辅助商业决策的制定。商业智能技术提供使企 业迅速分析数据的技术和方法，包括收集、管理和分析数据，将这些数据转化 为有用的信息，然后分发到企业各处2 。 m i c r o s o f t 认为：b i 是任何尝试获取、分析企业数据以更清楚地了解市场和 客户改进企业流程和更有效地参与竞争的努力3 。 简而言之，商业智能就是把有用的数据转换为有用的知识，使企业决策者 获得知识或洞察力，帮助决策者更科学地做出抉择。商业智能是一种综合优化 的知识分析解决方案。这种方案主要涉及到数据仓库( d a t a w h a