學(xué)生管理系統(tǒng)論文提綱

　　摘要：高校教學(xué)管理工作作為學(xué)校教學(xué)機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要前提，在高校管理工作中占有相當(dāng)重要的地位。高校教務(wù)管理系統(tǒng)使用至今，使大量的業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)化，雖然基本滿足了新的教學(xué)模式的業(yè)務(wù)需求，但由于數(shù)據(jù)量過大，導(dǎo)致隱含的規(guī)律無法被發(fā)掘，從而不能應(yīng)用這些規(guī)律去指導(dǎo)學(xué)校的工作。本文結(jié)合教學(xué)管理具體要求，通過設(shè)計適合教學(xué)管理決策需求的數(shù)據(jù)倉庫模型設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法，建立了完備、正確、無冗余的教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫模型，為后期進(jìn)行決策分析提供有效的支持和依據(jù)，從理論和實踐上提供一套有效的方法，為高校全面進(jìn)行數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)、聯(lián)機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘研究與開發(fā)提供參考。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)倉庫模型;數(shù)據(jù)倉庫;教務(wù)管理系統(tǒng);教學(xué)管理

　　引言

　　教學(xué)管理是計劃性、創(chuàng)造性和科學(xué)性很強(qiáng)的工作，是保證高校教學(xué)機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)的樞紐，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高，在高校管理工作中占有相當(dāng)重要的地位。教務(wù)管理系統(tǒng)是為了方便教學(xué)管理、提高管理工作效率而開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由于教學(xué)管理工作涉及多方面的內(nèi)容，因此在設(shè)計這些系統(tǒng)時，通常會根據(jù)用戶的需求將其設(shè)計為幾個子系統(tǒng)，包括培養(yǎng)計劃子系統(tǒng)、排課子系統(tǒng)、成績子系統(tǒng)、學(xué)籍子系統(tǒng)等等，每個子系統(tǒng)都包含若干個關(guān)系表，這些關(guān)系表中記錄著各種屬性信息。教學(xué)管理人員可以根據(jù)系統(tǒng)給予的權(quán)限對學(xué)生在校的各種相關(guān)信息進(jìn)行錄入、修改、審核、發(fā)布、查詢、打印、統(tǒng)計、匯總等功能。

　　最大限度地實現(xiàn)教學(xué)管理過程中的信息共享和交流，是教務(wù)管理系統(tǒng)的主要功能之一。

　　以培養(yǎng)計劃和排課兩個工作環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系為例。04年以前，在排課前向各開課學(xué)院下達(dá)教學(xué)任務(wù)的過程是這樣的：學(xué)院教學(xué)秘書根據(jù)下學(xué)期的教學(xué)計劃，將各個專業(yè)所上課程摘錄下來，然后將不同專業(yè)所上的相同課程進(jìn)行匯總，再將所有課程按開課學(xué)院進(jìn)行分類匯總，最后將任務(wù)書按開課學(xué)院下到有關(guān)學(xué)院。由于存在著學(xué)生和任課教師不在同一學(xué)院的情況，因此，各學(xué)院之間還需要相互頻繁地交換任務(wù)書�，F(xiàn)在這一切，隨著培養(yǎng)計劃系統(tǒng)的使用得到了很好的解決。由教務(wù)處統(tǒng)一按學(xué)院生成任務(wù)書，并下達(dá)到學(xué)院，并且所生的計劃數(shù)據(jù)，可以供排課系統(tǒng)直接使用，不用再像以前那樣，需要人工地建立每學(xué)期需要安排的課程和上課的班級數(shù)據(jù)。

　　高校教務(wù)管理系統(tǒng)使用至今，使大量的業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)化，基本滿足了新的教學(xué)模式的需求。但是，它也有不足之處。教務(wù)管理系統(tǒng)收集了大量的數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行近十年，學(xué)生選課數(shù)據(jù)達(dá)到近30萬條記錄，成績歷史數(shù)據(jù)達(dá)到近200萬條記錄，交費數(shù)據(jù)達(dá)到近10萬條記錄，教師課堂工作量達(dá)到近5萬條記錄，面對如此海量的數(shù)據(jù)，目前的教務(wù)管理系統(tǒng)只是對它們進(jìn)行一下查詢、更新操作，并沒有完全發(fā)揮信息技術(shù)的潛能。沒有去挖掘大量數(shù)據(jù)中所隱含的規(guī)律，從而應(yīng)用這些規(guī)律去指導(dǎo)學(xué)校的工作。因此，如何借用信息化的手段來為教學(xué)管理人員進(jìn)行決策支持服務(wù)，成為急需解決的問題。

　　課題研究的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及相關(guān)理論國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r數(shù)據(jù)倉庫目前大多應(yīng)用于商業(yè)或戰(zhàn)略目的，在教育管理方面的應(yīng)用暫時不多，且由于國內(nèi)外教育培養(yǎng)方式的差別，國外關(guān)于教育管理單方面的數(shù)據(jù)倉庫的研究及設(shè)計的并不是很多，更多是集中于學(xué)校整體教育評估的研究。綜合國內(nèi)外情況，目前關(guān)于數(shù)據(jù)倉庫理論在教學(xué)管理方面的應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：

　　(1)基于教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用開發(fā)研究;年，NikolaosDimokas等人在《》一文中，通過對希臘第二大綜合性大學(xué)亞里士多德大學(xué)的教育管理系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定學(xué)校建立數(shù)據(jù)倉庫的可行性和必要性，通過需求分析，確定所需要的數(shù)據(jù)維度和粒度級別，選擇星型模型，基于MicrosoftSQLServer2005建立數(shù)據(jù)倉庫并進(jìn)行聯(lián)機(jī)分析處理，結(jié)合MicrosoftSharePoint2007和Excel創(chuàng)建基于web用戶界面的OLAP應(yīng)用程序，為學(xué)校教學(xué)管理決策提供了科學(xué)有利的依據(jù)。

　　(2)基于教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)挖掘算法研究;年，王長娥在《數(shù)據(jù)挖掘在教學(xué)評價中的應(yīng)用研究》一文中，針對數(shù)據(jù)挖掘聚類算法k平均分區(qū)算法和層次凝聚算法的缺點，提出了一種新的改進(jìn)算法(NP 算法)，通過對濰坊學(xué)院的成人教育數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，得出了有意義的結(jié)論。

　　(3)針對教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)預(yù)處理算法研究;年，曹薇在《教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)清理方法的研究》一文中，從屬性清理和記錄清理兩方面對數(shù)據(jù)清理進(jìn)行了研究,研究了如何用貝葉斯分類方法來修補(bǔ)缺失值,

　　通過對原有方法的組合和改進(jìn)，提出了一種高效的檢測相似重復(fù)記錄的方法，減小了時間復(fù)雜度且提高了精度。

　　相關(guān)理論數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)管理手段，從它的誕生開始，就主要用于事務(wù)處理。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，在這些數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)保存了大量的日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)一般是直接建立在這種事務(wù)處理環(huán)境上的。數(shù)據(jù)庫技術(shù)一直力圖使自己能勝任從事務(wù)處理、批處理到分析處理的各種類型的信息處理任務(wù)，后來人們逐漸認(rèn)識到，在目前的.計算機(jī)處理能力上，直接使用事務(wù)處理環(huán)境來支持決策是行不通的。近年來，隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，人們嘗試對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，形成一個綜合的、面向分析的環(huán)境，以更好地支持決策分析，數(shù)據(jù)倉庫(Data Warehouse,簡稱DW)正是為了構(gòu)建這種新的分析處理環(huán)境而出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)存儲和組織技術(shù)。數(shù)據(jù)倉庫彌補(bǔ)了原有數(shù)據(jù)庫的缺點，將原來以單一數(shù)據(jù)庫為中心的數(shù)據(jù)環(huán)境發(fā)展為一種新環(huán)境：體系化環(huán)境。數(shù)據(jù)倉庫的建立并不是要取代數(shù)據(jù)庫，它要建立在一個較全面和完善的信息應(yīng)用基礎(chǔ)上，用于支持高層決策分析，而事務(wù)處理數(shù)據(jù)庫在企業(yè)的信息環(huán)境中承擔(dān)的是日常操作性的任務(wù)。

　　數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理是數(shù)據(jù)在進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)之前的處理過程，在這個過程中，需要將來自關(guān)系數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫或者文件系統(tǒng)等多個外部數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的抽取、清理、轉(zhuǎn)化和綜合，檢查數(shù)據(jù)的完整性、一致性等質(zhì)量指標(biāo)，對其中的噪音數(shù)據(jù)、空值等進(jìn)行處理，最后存入數(shù)據(jù)倉庫[1]。數(shù)據(jù)預(yù)處理與數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中要考慮以下幾個問題[2]：

　　(1)異構(gòu)平臺下的數(shù)據(jù)透明性(2)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與實時性的平衡(4)成本與維護(hù)性聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)聯(lián)機(jī)分析處理，英文名稱為On-LineAnalysisProcessing，簡寫為OLAP。

　　聯(lián)機(jī)分析處理具有靈活的分析功能、直觀的數(shù)據(jù)操作和分析結(jié)果可視化表示等突出優(yōu)點，從而使用戶對基于大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的分析變得輕松而高效，以利于迅速做出正確判斷。它可用于證實人們提出的復(fù)雜的假設(shè)，其結(jié)果是以圖形或者表格的形式來表示的對信息的總結(jié)。它并不將異常信息標(biāo)記出來，是一種知識證實的方法。

　　研究的主要內(nèi)容(1)在傳統(tǒng)教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，消除噪聲和不一致，整合存放在不同數(shù)據(jù)庫和文件中的數(shù)據(jù)。

　　(2)設(shè)計合理的系統(tǒng)模型，提取相關(guān)數(shù)據(jù)，采用適合的數(shù)據(jù)預(yù)處理算法，建立完備、正確、無冗余的教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫。

　　(3)基于所建立的數(shù)據(jù)倉庫，結(jié)合教務(wù)具體應(yīng)用需求，開發(fā)OLAP應(yīng)用。

　　(4)設(shè)計交互性良好的用戶界面，將分析結(jié)果用可視化和知識表示技術(shù)表示出來。

　　課題研究的主要技術(shù)路線教務(wù)管理系統(tǒng)中的組合數(shù)據(jù)清理技術(shù)以往常用的清理方法是根據(jù)不同的數(shù)據(jù)背景采用如平均、分類、聚類、預(yù)測、相關(guān)性分析等方法，對真實值進(jìn)行估計，但比較通用的算法目前還沒有。1969年，J.M.Bates和首次提出了組合預(yù)測的理論和方法以來，組合預(yù)測的理論在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本文從組合預(yù)測思想的出發(fā)，給出了數(shù)據(jù)清理的組合模型。該模型的思想是：

　　對于同一數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以用多種方法，每種方法都有各自的優(yōu)點和缺陷，為了有效的利用各種模型的優(yōu)點，回避其缺點，將不同的方法進(jìn)行組合，只要選好權(quán)重便可以得到較好的處理結(jié)果。實踐證明，任何一個獨立模型，哪怕是效果不佳的模型，只要它含有獨立的系統(tǒng)信息，當(dāng)與一個較好的方法進(jìn)行組合后同樣可以改善結(jié)果精度，增強(qiáng)模型的可靠性。本課題使用遺傳算法確定各種單一算法的估計結(jié)果的最優(yōu)權(quán)，然后加權(quán)平均，得到一種相對通用的算法。實驗表明，這種組合算法在大多數(shù)情況下比使用單一算法要精確。

　　數(shù)據(jù)倉庫模型設(shè)計學(xué)校教務(wù)數(shù)據(jù)主要存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，大量的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型，都是反映歷屆學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教師的教學(xué)任務(wù)以及教學(xué)計劃，已開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本上是面向事務(wù)處理的簡單的管理信息系統(tǒng)。隨著學(xué)校對決策信息需求的日益廣泛、復(fù)雜和迫切，這些傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存在的問題也越來越明顯：(1)原有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是面向OLTP而不是面向OLAP的;(2)原有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)難以適應(yīng)各類對象數(shù)據(jù)粒度的不同要求;在數(shù)據(jù)倉庫中，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵[3]。要成功地實施數(shù)據(jù)倉庫，首先要擬訂適合高校特點的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)框架，一個真正實用、有效、靈活的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的建立是十分必要的。近年來，國際學(xué)術(shù)界正積極對數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)展開研究，例如，美國大學(xué)的ADMS系統(tǒng)[4],Colorado大學(xué)的H2O系統(tǒng)[5]和Stanford大學(xué)的WHIPS計劃等。在對教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行深入調(diào)研和需求分析的基礎(chǔ)上，針對教務(wù)管理自身的特點，我們提出了一個集中式數(shù)據(jù)倉庫(即中央教務(wù)數(shù)據(jù)倉庫)、分布式數(shù)據(jù)集市(即部門學(xué)院級數(shù)據(jù)倉庫)

　　和個人級數(shù)據(jù)倉庫相結(jié)合的、適合教務(wù)管理的數(shù)據(jù)倉庫體系結(jié)構(gòu)下面就圖中各個部分予以簡要說明：

　　(1)信息源信息源(Information Source)即數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)源。它可以是異種或異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)據(jù)文件、學(xué)校內(nèi)部數(shù)據(jù)、市場調(diào)查報告或其它各種文檔數(shù)據(jù)等。在本課題中，數(shù)據(jù)主要來自兩種數(shù)據(jù)源：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(Interbase和SQLServer2000)、文件系統(tǒng)(早期數(shù)據(jù))。

　　(2)提取器提取器(Extractor)又稱為包裝器/監(jiān)視器(Wrapper/Monitor)。它主要負(fù)責(zé)如下工作：

　　數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換監(jiān)視標(biāo)明時間戳(3)集成器集成器(Integrator)主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)倉庫的各種規(guī)則(如一致的命名轉(zhuǎn)換、一致的編碼結(jié)構(gòu)、一致的數(shù)據(jù)物理屬性等)將數(shù)據(jù)正確加載到數(shù)據(jù)倉庫中。由于信息源眾多，數(shù)據(jù)集成是數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的一步，它包含下面幾個方面：

　　數(shù)據(jù)過濾數(shù)據(jù)匯總數(shù)據(jù)合并(4)元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)(Metadata)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它是數(shù)據(jù)倉庫的管理性數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計、運(yùn)行中起著極其重要的作用，是整個數(shù)據(jù)倉庫的核心。它描述了數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)和環(huán)境，用于存儲數(shù)據(jù)模型和定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換規(guī)則、倉庫結(jié)構(gòu)、控制信息等。

　　(5)中央數(shù)據(jù)倉庫中央數(shù)據(jù)倉庫的目標(biāo)是進(jìn)行決策支持，它是支持管理決策過程的、面向主題的、集成的、穩(wěn)定的、時變的數(shù)據(jù)集合，它面向主題組織數(shù)據(jù)，每個主題對應(yīng)一個客觀分析領(lǐng)域，它可以為輔助決策分析集成多個部門、不同系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)。

　　為了滿足不同應(yīng)用對數(shù)據(jù)庫的不同處理深度的要求，數(shù)據(jù)倉庫中的多重粒度是必不可少的，其數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)分為四個級別，即早期細(xì)節(jié)級、當(dāng)前細(xì)節(jié)級、輕度綜合級和高度綜合級四級粒度，如圖3所示。當(dāng)前細(xì)節(jié)級保存來自集成器的當(dāng)前細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，為單位當(dāng)年的詳細(xì)數(shù)據(jù);早期細(xì)節(jié)級保存歷史詳細(xì)數(shù)據(jù)，一般保存5-8年的歷史數(shù)據(jù)。詳細(xì)數(shù)據(jù)經(jīng)進(jìn)一步匯總，以綜合的數(shù)據(jù)進(jìn)入輕度綜合級和高度綜合級。隨著時間的推移，由時間控制機(jī)制將當(dāng)前細(xì)節(jié)級的老化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入早期細(xì)節(jié)(即轉(zhuǎn)為歷史數(shù)據(jù))。

　　(6)數(shù)據(jù)集市與個人級數(shù)據(jù)倉庫中央數(shù)據(jù)倉庫使數(shù)據(jù)發(fā)生了質(zhì)的變化，由原始的操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合分析的導(dǎo)出性數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)的不斷載入，中央數(shù)據(jù)倉庫將越來越龐大，若所有的決策分析工作都完全基于中央數(shù)據(jù)倉庫，性能將十分低下。因此，有必要建立數(shù)據(jù)集市(部門級數(shù)據(jù)倉庫)以及個人級數(shù)據(jù)倉庫，形成一個分層的數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境，校級、院系級和高級管理(個人)級數(shù)據(jù)倉庫渾然一體，以適應(yīng)學(xué)校不同層次分析的需要，并與原有的操作型環(huán)境形成一個四層的體系化環(huán)境數(shù)據(jù)集市(DataMarts)是一種更小、更集中的院系級數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)集市具有傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)倉庫的四個基本特征，它是按照某一特定的決策支持需求而組織起來的、針對特定主題的數(shù)據(jù)倉庫。圖4的四層體系化環(huán)境可以很好地與學(xué)校的各個院系組織結(jié)構(gòu)對應(yīng)起來。例如，對于所有學(xué)校的總體成績在教務(wù)處進(jìn)行宏觀管理，對于各個院系的成績在院系級進(jìn)行分析。高層管理的主要任務(wù)是進(jìn)行戰(zhàn)略決策，需要進(jìn)行復(fù)雜的分析加工，個人級數(shù)據(jù)倉庫面向這一層。

　　針對學(xué)校各個院系對數(shù)據(jù)訪問的局部性，有必要為訪問數(shù)據(jù)倉庫十分頻繁的關(guān)鍵業(yè)務(wù)部門建立自己的數(shù)據(jù)集市，以便節(jié)約開銷，提高響應(yīng)速度;對于一般通用業(yè)務(wù)的分析決策應(yīng)用，建立一個通用的數(shù)據(jù)集市，并且建立一個學(xué)校高層管理人員使用的個人級數(shù)據(jù)倉庫，以支持學(xué)校的宏觀戰(zhàn)略決策。這樣，既可以提高解決分析效率，又便于對中央數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行有效的維護(hù)。

　　結(jié)束語本文基于實際工作經(jīng)驗，通過對數(shù)據(jù)倉庫的關(guān)鍵技術(shù)的研究，在詳細(xì)研究數(shù)據(jù)倉庫體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法、實施策略及應(yīng)用技術(shù)等相關(guān)知識后，結(jié)合教學(xué)管理具體要求，尋找適合教學(xué)管理決策需求的數(shù)據(jù)倉庫模型設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法，設(shè)計建立完備、正確、無冗余的教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫模型，為以后進(jìn)行決策分析提供有效的支持和依據(jù)。通過本文的研究，從理論和實踐上提供一套有效的方法，為高校全面進(jìn)行數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)、聯(lián)機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘研究與開發(fā)提供參考。建設(shè)科學(xué)合理的教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫，不僅有效地提高了高校信息管理和數(shù)據(jù)利用的能力，并且加強(qiáng)了高層教學(xué)管理決策的合理性和科學(xué)性，是高校提高綜合競爭力的必經(jīng)之路。

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