當(dāng)前，大數(shù)據(jù)以其獨(dú)特的功能及優(yōu)勢應(yīng)用于教育領(lǐng)域，開啟了教育科學(xué)發(fā)展的新時(shí)代，推動(dòng)了教育領(lǐng)域的眾多變革。基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教學(xué)、科學(xué)化評(píng)價(jià)、精細(xì)化管理、智能化決策、精準(zhǔn)化科研等，將對促進(jìn)教育公平、提高教育質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有不可估量的作用。
與電子商務(wù)、交通、醫(yī)療、金融保險(xiǎn)等領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)相比，教育大數(shù)據(jù)的采集過程更加復(fù)雜，模式應(yīng)用更具挑戰(zhàn)，挖掘分析更重因果?？己嗽u(píng)價(jià)作為加強(qiáng)和改進(jìn)教育教學(xué)過程、促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的重要途徑，其數(shù)據(jù)挖掘、分析與應(yīng)用尤為重要。然而現(xiàn)行教育考試制度的關(guān)注重點(diǎn)往往集中在考試方法創(chuàng)新、考試題型變革、考試成績評(píng)定等方面，對考試數(shù)據(jù)的分析和利用不夠深入，一定程度上造成了教育信息和資源的浪費(fèi)。高校應(yīng)建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)分析與質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，在考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)挖掘利用方面進(jìn)行重點(diǎn)研究，開展精準(zhǔn)化的學(xué)習(xí)診斷、分析和績效評(píng)估，進(jìn)而對教育教學(xué)工作給予客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。
《教育大數(shù)據(jù)：考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用》著者團(tuán)隊(duì)長期致力于研究挖掘考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的深層價(jià)值，從一門課程、一個(gè)專業(yè)、一類群體、一所學(xué)校的視角，深入解析考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析挖掘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建、算法驗(yàn)證、拓展應(yīng)用的全過程，旨在提供一些可操作、可移植、可推廣的典型應(yīng)用案例。
基于課程考核數(shù)據(jù)的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)分析
Apriori算法是一種布爾型的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，通過生成候選集、向下封閉檢測兩階段對頻繁項(xiàng)集進(jìn)行挖掘。在考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的分析研究中，運(yùn)行Apriori算法的原理為：（1）獲取考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理，分析數(shù)據(jù)有效性，根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行變量轉(zhuǎn)換；（2）定義事務(wù)項(xiàng)集，項(xiàng)集R包含具有某些知識(shí)點(diǎn)屬性的事務(wù)A和具有不同知識(shí)點(diǎn)屬性的事務(wù)B；（3）設(shè)置最小支持度閾值，項(xiàng)集R的支持度Support（A→B）=（同時(shí)出現(xiàn)事務(wù)A和事務(wù)B的事件總數(shù)）÷（所有事件總數(shù)）；（4）設(shè)置最小置信度閾值，項(xiàng)集R的置信度Confidence（A→B）=（同時(shí)出現(xiàn)事務(wù)A和事務(wù)B的事件總數(shù)）÷（出現(xiàn)事務(wù)B的事件總數(shù)）；（5）篩選有效的關(guān)聯(lián)規(guī)則，將所有項(xiàng)集的支持度、置信度與設(shè)定的最小支持度閾值、最小置信度閾值進(jìn)行比較，提取滿足閾值條件的關(guān)聯(lián)規(guī)則；（6）對提取的每條關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分析，通過對比、整理、綜合、歸納，得出結(jié)論。
Apriori算法的運(yùn)行原理
《教育大數(shù)據(jù)：考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用》一書中，通過對某領(lǐng)域升學(xué)考試高中數(shù)學(xué)考試成績分析，得出結(jié)論：考生整體對“5-圓錐曲線（拋物線）性質(zhì)”“15-排列”“16-極坐標(biāo)”3個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握一般，導(dǎo)致對“22-導(dǎo)數(shù)綜合應(yīng)用”掌握一般、對“12-圓錐曲線（雙曲線）”“17-數(shù)學(xué)歸納法”掌握差；由于考生整體對“12-圓錐曲線（雙曲線）”“16-極坐標(biāo)”“17-數(shù)學(xué)歸納法”掌握差，導(dǎo)致對“21-分布列與數(shù)學(xué)期望”“23-直線與圓綜合應(yīng)用”“24-空間幾何體（四棱柱）”3個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握差。因此，考生整體的弱項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)是“5-圓錐曲線（拋物線）性質(zhì)”“15-排列”“16-極坐標(biāo)”3個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
試卷知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖
基于改進(jìn)Apriori 算法構(gòu)建的試卷知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，可以直觀反映出學(xué)生的知識(shí)掌握過程，找出考生的弱項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)，從根源上幫助考生突破知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)瓶頸；同時(shí)，可為院校教育教學(xué)決策、教師改進(jìn)教學(xué)方法、促使學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)提供重要參考。
基于考試數(shù)據(jù)的課程體系優(yōu)化
人才培養(yǎng)方案中課程體系的優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及諸多因素，研究的視角也很多。《教育大數(shù)據(jù)：考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用》一書中，嘗試從社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的視角，通過對考試成績的定量分析與挖掘，提出一種新的驗(yàn)證方法和優(yōu)化方案。
在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析中，中心度和威望度是兩個(gè)十分重要的統(tǒng)計(jì)特征。節(jié)點(diǎn)中心度越大表示該節(jié)點(diǎn)越處于中心位置，對其他節(jié)點(diǎn)的影響也越大，若剔除它們則網(wǎng)絡(luò)會(huì)變得七零八落。而在有向網(wǎng)絡(luò)中，那些收到許多正選擇的節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是有威望的節(jié)點(diǎn)，如果正選擇不是雙向互利共惠的，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)的威望就尤為穩(wěn)固。以某校管理科學(xué)專業(yè)主干課程為例，運(yùn)用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，分析該課程體系中課程之間的支撐關(guān)系，從而確定課程的中心度、威望度。
基于中心度優(yōu)化的學(xué)科基礎(chǔ)與工程技術(shù)課程關(guān)系網(wǎng)絡(luò)
如上圖所示，邊的方向代表了課程之間的依存關(guān)系，邊的權(quán)值表示該依存關(guān)系的大小，節(jié)點(diǎn)的大小隨節(jié)點(diǎn)中心度的改變而改變，節(jié)點(diǎn)的不同顏色則代表不同的學(xué)期。在35門主干課程之間相互影響關(guān)系基于中心度優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)中，僅有15門課程對其他課程有不同程度的影響，按照中心度大小排序分別是：高等數(shù)學(xué)、電工電子技術(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、大學(xué)物理、C語言程序設(shè)計(jì)等。比如，《高等數(shù)學(xué)》作為基礎(chǔ)性極強(qiáng)的主干核心課程，必須放在突出位置予以重點(diǎn)關(guān)注。同理，基于威望度視角，也能構(gòu)建類似的課程關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，從而對課程體系優(yōu)化問題提供重要的參考信息。
基于學(xué)生成績的學(xué)習(xí)能力評(píng)價(jià)
規(guī)則空間模型（Rule Space Model）是將統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別與分類取向相結(jié)合而發(fā)展起來的一種認(rèn)知診斷模型。其基本假設(shè)是測試項(xiàng)可以使用特定的認(rèn)知能力或者屬性描述，而這些認(rèn)知能力或者屬性通常情況下是不可能被觀察到的。該模型通過被測驗(yàn)者的測驗(yàn)項(xiàng)目，來測試被測驗(yàn)者某些方面能力的掌握情況，如知識(shí)、技能、策略或加工過程等。被測驗(yàn)者個(gè)體的知識(shí)狀態(tài)或結(jié)構(gòu)通?？梢员硎緸橐唤M無法被直接觀察到的認(rèn)知屬性掌握模式，而利用相關(guān)測試方法，可以通過可觀察的項(xiàng)目反應(yīng)模式來反映不可觀察的認(rèn)知屬性掌握模式，進(jìn)而診斷出被測驗(yàn)者狀態(tài)。
《教育大數(shù)據(jù)：考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用》一書中，運(yùn)用規(guī)則空間模型方法，研究某群體560名學(xué)生能力掌握情況，可判歸為13種典型反應(yīng)模式，從而進(jìn)一步對學(xué)生個(gè)體能力掌握模式進(jìn)行診斷。如下表所示，ID為EXAM2058和EXAM2129兩名學(xué)生課程平均成績均為76.79分。按照傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，一般認(rèn)為兩名學(xué)生課程平均成績相同，均處于中等水平，其能力水平也基本相當(dāng)。但運(yùn)用規(guī)則空間模型進(jìn)行建模分析，在相同能力指標(biāo)系統(tǒng)中這兩名學(xué)生潛在能力值并不相同，分別為0.2和0.03，ID為2058的學(xué)生能力值明顯高于學(xué)生2129。通過分析兩名學(xué)生所屬典型反應(yīng)模式（如下圖所示），可以發(fā)現(xiàn)，ID為2058的學(xué)生掌握了7種核心能力中的前5種，即邏輯思維能力、語言應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)分析能力、工程思維能力和信息處理能力。ID為2129的學(xué)生只掌握了前4種能力，對信息處理能力掌握不夠理想。
相同成績學(xué)生典型反應(yīng)模式情況表
EXAM2058（76.79，MOD010）
EXAM2129（76.79，MOD006）
相同成績學(xué)生能力掌握情況圖
這說明學(xué)生的課程成績只能從一個(gè)側(cè)面反映學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)和能力掌握的大概情況，由于各門課程培養(yǎng)能力的側(cè)重點(diǎn)不同，相同成績的學(xué)生在相同的能力指標(biāo)體系中很有可能呈現(xiàn)不同的能力掌握狀態(tài)。
運(yùn)用規(guī)則空間模型理論，不僅可以準(zhǔn)確診斷學(xué)生能力，分析典型能力掌握模式，生成個(gè)體能力診斷報(bào)告，還可以對比核心能力指標(biāo)差異，構(gòu)建能力掌握路徑，為改進(jìn)院校人才培養(yǎng)和教學(xué)管理工作提供參考。
教育大數(shù)據(jù)：考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用
王鳳肆 等 著
責(zé)任編輯：喬宇尚，張春賀
北京：科學(xué)出版社，2020.6
ISBN：978-7-03-065500-4
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內(nèi)容簡介：
本書以大數(shù)據(jù)思維為指導(dǎo)，深入解析教育教學(xué)考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的分析、挖掘與應(yīng)用。本書以一門課程、一個(gè)專業(yè)、一類群體、一所學(xué)校的考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從典型案例的角度系統(tǒng)介紹考核評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)、算法建模、程序?qū)崿F(xiàn)，以及結(jié)果描述與實(shí)際應(yīng)用的整個(gè)過程，以期為讀者提供從理論到實(shí)踐的有益借鑒。
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