一種面向計算機專業學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 計算機與信息學院，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行業的迅猛發展，企業、國內外大學均愈加注重計算機專業學生的綜合能力，包括知識獲取能力、創新能力、團隊協作能力、表達交流能力、程序設計能力、科學研究能力等。現有的以考試成績為主的評估方式片面性強、直觀度低，缺少全面展示計算機專業學生能力狀況和發展路徑的機制，相應地也就難以讓老師因材施教。因此，研究如何對計算機專業學生的能力和發展狀況進行合理評價，并以可視化的方式展現是非常有意義和應用價值的。例如，當學生參加應聘時，若能利用可視化的評估結果有針對性地展現自身成績、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、輔導員以可視化的方式直接掌握學生的發展狀況，進而提供相應的學習內容和指導，更能實現真正意義上的個性化教育。

隨著大數據[1]、可視化技術[2]的快速發展和有力支持，教學評價、能力評估和學習分析漸漸從傳統的經驗性向客觀性發展，從模糊化向直觀清晰化躍升。大數據、可視化技術能創新出新的機制去跟蹤、關注、評價教學者的學習過程和結果。基于大數據、可視化技術，將有效地提升對計算機專業學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、最準確的培養依據。基于此，我們提出了一種用于對計算機專業學生能力評估的指標體系的基礎上，基于動態雷達圖，設計并實現了可視化的能力評估軟件。

2 面向計算機專業學生能力的評估指標體系

國家和社會對于計算機專業本科生的人才需求和能力要求，是與國家信息化的目標、進程密切相關的。從國家的根本利益來考慮，需要高等學校計算機專業培養掌握基礎理論和核心技術的創新型、研究型人才。對于IT企業，往往期望計算機專業學生具有良好的動手能力、合作意識、學習能力，成為推動軟件產品不斷升級發展的工程型人才。對于其他一些應用型行業，需要計算機專業學生具備溝通交流能力、應用實踐能力等，能學以致用將計算機技術應用到實踐中。

基于德爾菲法[3]所提出的計算機專業能力評估指標體系可以用五元組P表示：P={基礎能力Bis，專業能力Pro，實踐動手能力Pra，創新能力Cre，主動學習能力Act}。

基礎能力Bis指的是計算機專業學生所具有的數理、外語的能力，可以通過學生的高等數學、離散數學、概率論、線性代數和外語成績來反映，計算方法如下：

專業能力Pro體現的是學生對計算機專業的主干課程掌握的程度，可以通過算法與數據結構、數據庫、程序設計方法學、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體現的是學生的實踐動手、編程開發、系統安裝調試的能力，通過上機實驗課的成績來反映，也可以通過參與學科的專業競賽，如中國軟件杯、ACM程序大學生程序設計競賽[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。

創新能力應體現計算機專業學生在申報發明專利、撰寫科技論文上的能力。比如，發表SCI、EI期刊文章算5分，EI會議、中文核心期刊文章和發明專利算3分，其他專利和科技文章算1分，因此，創新能力的計算方法如下：

由于計算機技術的發展日新月異，考查并評估學生們的主動學習能力也是非常重要的方面，它體現出學生學習過程中的變化情況。為了定義該指標，我們選擇使用黑爾指數評定法[7-8]來計算“進步分（ProgressingMark）”，即用指數方程確立進步幅度和難度，并根據高低分者的進步幅度，以不同的難度權重，最后根據兩學年獲得的“進步分”的多少予以評估。由于每學期課程不相同，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的專業課和實驗課的平均績點作為成績，然后利用黑爾指數法計算出T分和進步分ProgressingMark。

以隨機選擇的兩名學生的數據為例（數據來自教務處系統）：1號男生基礎課成績較好，專業課分數更高，體現出很好的專業能力；實驗課和參加競賽的表現優異，獲得滿分的成績或競賽一等獎；有3篇發明專利，創新能力相當不錯，并且隨著學年的增高，主動學習能力也是進步明顯。2號女生基礎課成績優秀，專業課略顯遜色；實踐動手能力比較好，但是在論文、專利發表方面沒有取得成績，在創新性上還有提升空間。主動學習能力，保持穩定（見表1）。

表1 2008-2010級應屆畢業生成績、就業去向和競賽成績表例示表

3 雷達圖分析法與動態雷達圖的生成

對于計算機專業學生的能力評估，單靠表格的方式來展現多屬性數據不直觀清晰。對于能反映多屬性的數據特點或數據間的關系的可視化機制，雷達圖[9-11]是其中有代表性的一種。雷達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；將各指標值進行歸一化處理，并按比例標識在該指標對應的射線軸上；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狀況的雷達圖。基于雷達圖的綜合評價法是將圖形與數據相結合，通過數據非線性變換提取雷達圖的特征量，采用綜合評價函數計算評價函數值，用評價函數值表示評價對象的綜合評價結果。

要根據學生每個學期取得的成績，生成基于Web模式的動態雷達圖可視化機制，我們主要使用了Bootstrap[12]、D3.js[13-14]和Ajax[15]技術。Bootstrap是一款相當受歡迎的 HTML、CSS和JavaScript框架，擁有豐富的開發組件，可用于快捷地開發響應式布局、移動設備優先的Web項目，其在系統中的作用是構建基于Web的框架。D3.js是一種遵循Web標準的、基于JavaScript和HTML的可視化繪圖庫；它通過數據來操作文檔，然后使用HTML、SVG和CSS把數據鮮活形象地展現出來，并且不依賴于任何特定瀏覽器。D3.js用于實現動態雷達圖的展示功能，并嵌入到Bootstrap實現的框架中。Ajax可用于動態地刷新網頁，即向服務器請求某些操作，然后更改部分網頁或者提示用戶相關信息等，而不用重新加載整個頁面。其實質是一種異步的JavaScript請求操作，能顯著地提高用戶體驗。因此，在系統中，使用Ajax是為了將后端存于數據庫的學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

當前，我們已經將所在學院應屆畢業生的成績按指標評估體系進行了計算，計算結果存入數據庫表。通過下拉框點選某一學生的姓名和學號，可以查看其能力雷達圖展示。圖1展示的是某學生大一、大三學年不同的能力雷達圖，其中利用不同顏色以區分不同學期的雷達圖形態。不難看出，該同學一直保持著主動學習能力，特別是在創新能力和實踐動手能力方面有了明顯提升，但是，對于基礎能力和專業能力方面進步有限，說明該同學在基礎能力、專業能力的相關課程上的成績方面，應值得老師督促。

圖1 同學1大一、大三的能力雷達圖展示與對比

圖2 同學2本科期間的能力雷達圖展示與對比

圖2展示的是同學2本科期間的雷達圖。在該圖中，雷達的區域覆蓋是逐步變大的，高年級期間的雷達圖區域明顯覆蓋了低年級期間的雷達圖，易于說明該同學在大學期間，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每個學年的能力情況，并能及時關注到該同學的特長或進退步狀況，比如，某同學有較好的創新能力，或在實踐動手能力方面還需要重點幫扶等。另外，可以通過不同學年的對比、不同同學的對比，給師生提供最直接、最客觀、最準確的培養依據。

5 結 語

在提出這種用于對計算機專業學生能力評估的指標體系之后，基于動態雷達圖，與專業公司合作研發了可視化能力評估軟件。該軟件能有效地對計算機專業學生能力進行評估和展示，為我們提供了更直接、更客觀、更準確的數據結果。將在當前的基礎上，擬在大數據處理機制、分析對比功能等方面進一步完善，增強用戶體驗，為學生工作推薦、教學幫扶工作提供更大幫助。

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