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一种基于校园大数据的学生成绩预测方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
杨宗凯;刘三女牙(刘三女牙);赵亮;朱晓亮;孙建文(孙建文);...
申请/专利权人:
华中师范大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-01-14
申请/专利号:
CN202010036203.1
公开时间:
2020-06-09
公开号:
CN111260514A
主申请人地址:
430079 湖北省武汉市武昌区珞瑜路152号
申请地区:
湖北
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种基于校园大数据的学生成绩预测方法,其特征在于该方法包括以下步骤: (1)数据融合; 以学习者为中心,开展动态的、无侵入式的学生多维行为数据采集,实现线上线下、课内课外校园大数据的汇聚与融合; (2)特征计算; 综合利用线性分析、深度学习和非线性分析技术,从行为变化、勤奋度和行为非线性三个角度对学生行为特征进行量化与计算,构建系统的多维行为特征体系; (3)成绩预测; 在特征选择的基础上,构建预测模型,对学生成绩进行预测,对高挂科风险学生提供反馈和预警。 2.根据权利要求1所述的一种基于校园大数据的学生成绩预测方法,其特征在于步骤(1)所述的数据融合的具体过程如下: (1-1)数据汇聚与预处理:首先,收集智慧校园环境下以SPOC为代表的线上学习行为数据和以一卡通和WiFi为代表的线下生活行为数据,实现学生线上线下、课内课外校园大数据的汇聚;其次,执行对数据的清洗、加密、和入库操作; (1-2)构建时间序列模型:基于SPOC Log日志、一卡通和WiFi数据,构建学生多维行为的时间序列模型;首先,理清多维行为关键字段间的对应关系,建立按时间排布的学生行为序列集,实现多维行为的汇聚与融合;其次,把每个学生的每种行为按周次进行初步统计,生成按周统计的行为序列;最后,设置长度为10分钟的时间窗口,把每个学生同一时间窗口内的同一种行为数据进行合并,生成多维行为序列。 3.根据权利要求1所述的一种基于校园大数据的学生成绩预测方法,其特征在于步骤(2)所述的特征计算的具体过程如下: (2-1)分别借助线性回归和长短期记忆模型对学生行为的变化进行度量; (2-1-1)借助线性回归,计算行为的斜率、拐点以及残差平方和,对一段时间内学生行为的线性变化进行度量;其中,斜率的值表征学生行为改变的方向和强度:斜率的绝对值越大表征学生行为变化越快,斜率的正负表征行为改变的方向;拐点是学生行为的断点,表征学生行为方式发生改变的时间,在断点之前和之后,学生的行为方式有所不同;残差平方和表征学生行为的线性拟合度:残差平方和越大,学生行为的线性拟合度越差; (2-1-2)借助LSTM,提取学生行为的时间序列特征;LSTM所提取的特征无量纲,反应了行为特征与时序之间的关系,即:学生行为随时间的动态变化过程; (2-2)计算勤奋度指标,对学生学习的努力程度进行度量,指标包括:进图书馆次数、图书借阅次数、出勤率、学习时长; (2-3)计算行为非线性指标,对学生多维行为的非线性特征进行度量,指标包括:熵、复杂度、李氏指数、Hurst指数和DFA指数,分别表征了学生行为的规律性/多样性、复杂程度、稳定性、可预测性和长程相关性,这五个指标,从不同角度衡量了学生行为的非线性特征:熵值越大,表征学生行为的规律性越差、不确定性越高即多样性越好;复杂度越大,表征学生行为的复杂程度越高;李氏指数越大,表征学生行为的稳定性越差;在Hurst指数大于0.5时,其数值越大,表征学生行为的可预测性越好;DFA指数越大,表征学生行为的长程相关性越显著。 4.根据权利要求1所述的一种基于校园大数据的学生成绩预测方法,其特征在于步骤(3)所述的成绩预测的具体过程如下: (3-1)在对行为特征进行预处理的基础上,通过特征选择,提取对学生成绩影响显著的特征集; (3-2)基于机器学习算法构建分类模型,对学习成绩进行预测,并借助交叉验证,检验预测模型的性能; (3-3)基于所预测的成绩,对高挂科风险学生群体提供反馈和预警。
摘要:
本发明涉及教育数据挖掘领域,提供一种基于校园大数据的学生成绩预测方法,包括:(1)数据融合;在智慧校园环境下,以学习者为中心,开展动态的、无侵入式的数据采集,实现学生线上线下、课内课外多维行为数据的汇聚和融合;(2)特征计算;综合利用线性分析、深度学习和非线性分析技术,从行为变化、勤奋度和行为非线性三个方面系统地构建学生多维行为特征体系,深入挖掘学生行为模式及其动态变化;(3)成绩预测;基于机器学习算法,构建高精度的成绩预测模型,为高挂科风险学生群体提供反馈和预警。本发明方法能够科学地、全面地对学生成绩进行预测,对高挂科风险学生提供预警。

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