一種面向計算機專業(yè)學(xué)生能力評估的可視化機制研究

葉 楓，陳 勇，張雪潔，李 凌，鄒由超

（1.河海大學(xué) 計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.南京龍淵微電子科技有限公司，江蘇 南京 211106）

1 背 景

隨著IT行業(yè)的迅猛發(fā)展，企業(yè)、國內(nèi)外大學(xué)均愈加注重計算機專業(yè)學(xué)生的綜合能力，包括知識獲取能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、表達(dá)交流能力、程序設(shè)計能力、科學(xué)研究能力等。現(xiàn)有的以考試成績?yōu)橹鞯脑u估方式片面性強、直觀度低，缺少全面展示計算機專業(yè)學(xué)生能力狀況和發(fā)展路徑的機制，相應(yīng)地也就難以讓老師因材施教。因此，研究如何對計算機專業(yè)學(xué)生的能力和發(fā)展?fàn)顩r進行合理評價，并以可視化的方式展現(xiàn)是非常有意義和應(yīng)用價值的。例如，當(dāng)學(xué)生參加應(yīng)聘時，若能利用可視化的評估結(jié)果有針對性地展現(xiàn)自身成績、特點等，更易于讓用人單位了解到自己的特長和能力；或者，能讓任課老師、輔導(dǎo)員以可視化的方式直接掌握學(xué)生的發(fā)展?fàn)顩r，進而提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和指導(dǎo)，更能實現(xiàn)真正意義上的個性化教育。

隨著大數(shù)據(jù)[1]、可視化技術(shù)[2]的快速發(fā)展和有力支持，教學(xué)評價、能力評估和學(xué)習(xí)分析漸漸從傳統(tǒng)的經(jīng)驗性向客觀性發(fā)展，從模糊化向直觀清晰化躍升。大數(shù)據(jù)、可視化技術(shù)能創(chuàng)新出新的機制去跟蹤、關(guān)注、評價教學(xué)者的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果。基于大數(shù)據(jù)、可視化技術(shù)，將有效地提升對計算機專業(yè)學(xué)生能力評估和展示的能力，也將為我們提供了最直接、最客觀、最準(zhǔn)確的培養(yǎng)依據(jù)?；诖?，我們提出了一種用于對計算機專業(yè)學(xué)生能力評估的指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，基于動態(tài)雷達(dá)圖，設(shè)計并實現(xiàn)了可視化的能力評估軟件。

2 面向計算機專業(yè)學(xué)生能力的評估指標(biāo)體系

國家和社會對于計算機專業(yè)本科生的人才需求和能力要求，是與國家信息化的目標(biāo)、進程密切相關(guān)的。從國家的根本利益來考慮，需要高等學(xué)校計算機專業(yè)培養(yǎng)掌握基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)的創(chuàng)新型、研究型人才。對于IT企業(yè)，往往期望計算機專業(yè)學(xué)生具有良好的動手能力、合作意識、學(xué)習(xí)能力，成為推動軟件產(chǎn)品不斷升級發(fā)展的工程型人才。對于其他一些應(yīng)用型行業(yè)，需要計算機專業(yè)學(xué)生具備溝通交流能力、應(yīng)用實踐能力等，能學(xué)以致用將計算機技術(shù)應(yīng)用到實踐中。

基于德爾菲法[3]所提出的計算機專業(yè)能力評估指標(biāo)體系可以用五元組P表示：P={基礎(chǔ)能力Bis，專業(yè)能力Pro，實踐動手能力Pra，創(chuàng)新能力Cre，主動學(xué)習(xí)能力Act}。

基礎(chǔ)能力Bis指的是計算機專業(yè)學(xué)生所具有的數(shù)理、外語的能力，可以通過學(xué)生的高等數(shù)學(xué)、離散數(shù)學(xué)、概率論、線性代數(shù)和外語成績來反映，計算方法如下：

專業(yè)能力Pro體現(xiàn)的是學(xué)生對計算機專業(yè)的主干課程掌握的程度，可以通過算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、程序設(shè)計方法學(xué)、軟件工程等課程的成績來反映，計算方法如下：

實踐動手能力Pra體現(xiàn)的是學(xué)生的實踐動手、編程開發(fā)、系統(tǒng)安裝調(diào)試的能力，通過上機實驗課的成績來反映，也可以通過參與學(xué)科的專業(yè)競賽，如中國軟件杯、ACM程序大學(xué)生程序設(shè)計競賽[4-6]等來反映，計算方法如下：

其中，競賽獲獎等級可按國家級獎項5分、省級獎項3分、參與獎項1分來計算，與課程的5分制績點保持一致。

創(chuàng)新能力應(yīng)體現(xiàn)計算機專業(yè)學(xué)生在申報發(fā)明專利、撰寫科技論文上的能力。比如，發(fā)表SCI、EI期刊文章算5分，EI會議、中文核心期刊文章和發(fā)明專利算3分，其他專利和科技文章算1分，因此，創(chuàng)新能力的計算方法如下：

由于計算機技術(shù)的發(fā)展日新月異，考查并評估學(xué)生們的主動學(xué)習(xí)能力也是非常重要的方面，它體現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的變化情況。為了定義該指標(biāo)，我們選擇使用黑爾指數(shù)評定法[7-8]來計算“進步分（ProgressingMark）”，即用指數(shù)方程確立進步幅度和難度，并根據(jù)高低分者的進步幅度，以不同的難度權(quán)重，最后根據(jù)兩學(xué)年獲得的“進步分”的多少予以評估。由于每學(xué)期課程不相同，難度也差異很大，因此，在實際計算中選用的是用于計算Pro和Pra的專業(yè)課和實驗課的平均績點作為成績，然后利用黑爾指數(shù)法計算出T分和進步分ProgressingMark。

以隨機選擇的兩名學(xué)生的數(shù)據(jù)為例（數(shù)據(jù)來自教務(wù)處系統(tǒng)）：1號男生基礎(chǔ)課成績較好，專業(yè)課分?jǐn)?shù)更高，體現(xiàn)出很好的專業(yè)能力；實驗課和參加競賽的表現(xiàn)優(yōu)異，獲得滿分的成績或競賽一等獎；有3篇發(fā)明專利，創(chuàng)新能力相當(dāng)不錯，并且隨著學(xué)年的增高，主動學(xué)習(xí)能力也是進步明顯。2號女生基礎(chǔ)課成績優(yōu)秀，專業(yè)課略顯遜色；實踐動手能力比較好，但是在論文、專利發(fā)表方面沒有取得成績，在創(chuàng)新性上還有提升空間。主動學(xué)習(xí)能力，保持穩(wěn)定（見表1）。

表1 2008-2010級應(yīng)屆畢業(yè)生成績、就業(yè)去向和競賽成績表例示表

3 雷達(dá)圖分析法與動態(tài)雷達(dá)圖的生成

對于計算機專業(yè)學(xué)生的能力評估，單靠表格的方式來展現(xiàn)多屬性數(shù)據(jù)不直觀清晰。對于能反映多屬性的數(shù)據(jù)特點或數(shù)據(jù)間的關(guān)系的可視化機制，雷達(dá)圖[9-11]是其中有代表性的一種。雷達(dá)圖由若干同心圓組成；同心圓之間等距，每個圓代表一定的分值，由圓心向外分值逐漸增加；從圓心向外引若干條射線，每條射線代表一個評估指標(biāo)；將各指標(biāo)值進行歸一化處理，并按比例標(biāo)識在該指標(biāo)對應(yīng)的射線軸上；將二維平面上相鄰射線軸上的各點依次連接起來得到的圖形，就是表征評價對象各指標(biāo)狀況的雷達(dá)圖?；诶走_(dá)圖的綜合評價法是將圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)非線性變換提取雷達(dá)圖的特征量，采用綜合評價函數(shù)計算評價函數(shù)值，用評價函數(shù)值表示評價對象的綜合評價結(jié)果。

要根據(jù)學(xué)生每個學(xué)期取得的成績，生成基于Web模式的動態(tài)雷達(dá)圖可視化機制，我們主要使用了Bootstrap[12]、D3.js[13-14]和Ajax[15]技術(shù)。Bootstrap是一款相當(dāng)受歡迎的 HTML、CSS和JavaScript框架，擁有豐富的開發(fā)組件，可用于快捷地開發(fā)響應(yīng)式布局、移動設(shè)備優(yōu)先的Web項目，其在系統(tǒng)中的作用是構(gòu)建基于Web的框架。D3.js是一種遵循Web標(biāo)準(zhǔn)的、基于JavaScript和HTML的可視化繪圖庫；它通過數(shù)據(jù)來操作文檔，然后使用HTML、SVG和CSS把數(shù)據(jù)鮮活形象地展現(xiàn)出來，并且不依賴于任何特定瀏覽器。D3.js用于實現(xiàn)動態(tài)雷達(dá)圖的展示功能，并嵌入到Bootstrap實現(xiàn)的框架中。Ajax可用于動態(tài)地刷新網(wǎng)頁，即向服務(wù)器請求某些操作，然后更改部分網(wǎng)頁或者提示用戶相關(guān)信息等，而不用重新加載整個頁面。其實質(zhì)是一種異步的JavaScript請求操作，能顯著地提高用戶體驗。因此，在系統(tǒng)中，使用Ajax是為了將后端存于數(shù)據(jù)庫的學(xué)生能力的評估值獲取后，更新到前端進行顯示。

4 案例與討論

當(dāng)前，我們已經(jīng)將所在學(xué)院應(yīng)屆畢業(yè)生的成績按指標(biāo)評估體系進行了計算，計算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫表。通過下拉框點選某一學(xué)生的姓名和學(xué)號，可以查看其能力雷達(dá)圖展示。圖1展示的是某學(xué)生大一、大三學(xué)年不同的能力雷達(dá)圖，其中利用不同顏色以區(qū)分不同學(xué)期的雷達(dá)圖形態(tài)。不難看出，該同學(xué)一直保持著主動學(xué)習(xí)能力，特別是在創(chuàng)新能力和實踐動手能力方面有了明顯提升，但是，對于基礎(chǔ)能力和專業(yè)能力方面進步有限，說明該同學(xué)在基礎(chǔ)能力、專業(yè)能力的相關(guān)課程上的成績方面，應(yīng)值得老師督促。

圖1 同學(xué)1大一、大三的能力雷達(dá)圖展示與對比

圖2 同學(xué)2本科期間的能力雷達(dá)圖展示與對比

圖2展示的是同學(xué)2本科期間的雷達(dá)圖。在該圖中，雷達(dá)的區(qū)域覆蓋是逐步變大的，高年級期間的雷達(dá)圖區(qū)域明顯覆蓋了低年級期間的雷達(dá)圖，易于說明該同學(xué)在大學(xué)期間，在各個方面都逐步進步。

通過上述兩個例子，能讓老師及時掌握每位同學(xué)每個學(xué)年的能力情況，并能及時關(guān)注到該同學(xué)的特長或進退步狀況，比如，某同學(xué)有較好的創(chuàng)新能力，或在實踐動手能力方面還需要重點幫扶等。另外，可以通過不同學(xué)年的對比、不同同學(xué)的對比，給師生提供最直接、最客觀、最準(zhǔn)確的培養(yǎng)依據(jù)。

5 結(jié) 語

在提出這種用于對計算機專業(yè)學(xué)生能力評估的指標(biāo)體系之后，基于動態(tài)雷達(dá)圖，與專業(yè)公司合作研發(fā)了可視化能力評估軟件。該軟件能有效地對計算機專業(yè)學(xué)生能力進行評估和展示，為我們提供了更直接、更客觀、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果。將在當(dāng)前的基礎(chǔ)上，擬在大數(shù)據(jù)處理機制、分析對比功能等方面進一步完善，增強用戶體驗，為學(xué)生工作推薦、教學(xué)幫扶工作提供更大幫助。

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