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數據分析設計范文1
關鍵詞：數據分析系統；交互界面；MFC；串口通信；USB通信
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）12-2798-04
目前在激光準直、測角、自動跟蹤等精密光電檢測系統中，探測目標位置的連續變化已經變得非常重要。位置敏感探測器（Position Sensitive Detector，PSD）是對入射到光敏面上的光斑能量中心位置敏感的光電感應器件，可以利用少數幾個輸出光電信號的相對程度來計算位置信息。由其構成的數據分析系統具有位置分辨率高、響應速度快等特點[1]；四象限探測器（Four-Quadrant photodetector，QPD）通過比較四個象限的電流來確定光斑中心在二維平面上的位置坐標，其數據分析系統可以探測目標位置的連續變化，具有位置分辨率高、響應速度快、調節方便等特點[2-3]。該文在對光電位置敏感器件構成的數據分析系統研究的基礎上，開發了一套上位機軟件界面。該上位機軟件交互界面設計了供用戶選擇位置敏感器件型號及輸入系統修正參數的窗口，通過對串口通信和USB通信方法的研究，設置了上下位機通信控制部分，同時，設計了光斑中心位置數據文本直觀顯示、模擬坐標繪制、歷史信息保存模塊，及設備狀態顯示模塊。軟件功能全面、界面友好、操作直觀、方便，且適用于其他型號的位置敏感器件數據分析系統中。
1 開發工具簡介
Visual C++ 6.0擁有強大的功能和友好的界面，能為用戶提供一個良好的可視化開發環境，它將程序和資源的編輯、編譯、調試和運行融為一體，且提供了大量的程序開發工具。MFC是它一個龐大的類庫，實現了標準的用戶接口，提供了管理窗口、菜單、對話框的代碼，可實現基本的輸入/輸出和數據存儲，為用戶開發Windows應用程序建立了一個非常靈活的應用程序框架[4]。
在MFC中對消息的處理利用了消息映射的方法，該方法的基礎是宏定義實現，通過宏定義將消息分派到不同的成員函數進行處理。因此，在這種機制的支持下，MFC具有強大的消息處理能力[5]。
借助VC++提供的軟件代碼自動生成可視化資源編輯的功能及MFC消息映射機制，可以很便捷地開發上位機軟件交互界面。
2 交互界面設計
上位機軟件交互界面包括供用戶選擇位置敏感器件型號及輸入相應修正參數的窗口部分，上下位機通信控制部分，數據/設備狀態顯示部分。
2.1 供用戶選擇輸入的窗口設計
利用下拉式列表框控件提供供用戶選擇位置敏感器件型號的窗口。通過給其連接變量m_Type，利用m_Type.AddString（）函數為列表框添加選項，m_Type.SelectString（-1， "HY1315（Active area 1.3*15mm）"）函數添加默認選項。軟件通過m_Type. GetCurSel（）函數獲得用戶的選擇，完成相應量程及坐標軸范圍的改變及顯示。利用編輯框控件提供用戶輸入增益及修正系數的窗口，以完善數據處理[6]。
2.2 上下位機通信控制模塊設計
上下位機通信控制模塊是數據分析系統實時數據采集的核心部分。設計中采用了串口通信和USB通信兩種方式進行數據采集與傳輸。其中，串口通信用于測試，USB通信用于實際數據傳輸。
圖1 USB通信流程圖
2.2.1 串口通信控制部分
利用單選按鈕控件提供串口號選擇窗口，通過函數GetCheckedRadioButton（）獲取串口號。通過按鈕控制串口設備的狀態，按鈕交互的實現，通過MFC類向導對按鈕按下時，觸發消息BN_CLICKED進行攔截，并重寫對應的消息處理函數On*Button（），在函數中完成相應按鈕的功能。串口控制區中，“Open”、“Close”按鈕對應的函數在獲取用戶選擇的串口號后，分別完成對應串口的打開及關閉功能；“Start”、“Stop”按鈕通過控制參數m_SPStop控制串口通信的開始與否。借助串口類成員函數OnComm（）實現接收字符及相應數據處理的功能[7]。
2.2.2 USB通信控制部分
USB通信接口具有即插即用的特點，方便與微處理器進行聯機通信，同時USB的通信效率要遠遠高于RS232、RS485等通信接口。USB通信控制部分通過按鈕控制數據傳輸，根據用戶選定的位置敏感器件型號，進行相應的數據處理。通信程序流程圖如圖1所示。
“Link”按鈕通過標志位m_OpenFlag控制設備是否連接?！癝tart”和“Stop”按鈕通過標志位m_stop控制數據接收與否?！癝uspand”按鈕通過參數m_pause控制數據傳輸的暫停和繼續，當按下該按鈕時，按鈕改變為“Continue”字樣，同時通過調用Invalidate（）函數使整個客戶區無效，這時Windows會在應用程序的消息隊列中放置WM_PAINT消息，MFC為窗口類提供了其消息處理函數OnPaint（）；當再次按下該按鈕時，OnPaint（）函數負責重繪窗口，從而重新進行數據傳輸。
上下位機的數據通信通過直接調用CH375DLL.dll動態鏈接庫實現。CH372是一款USB總線的通用設備接口芯片，是芯片CH375的功能簡化版，硬件成本更低，且完全兼容CH375，可以直接使用其WDM驅動程序和動態鏈接庫。CH372在計算機端提供了應用層接口，即由動態鏈接庫DLL提供的面向功能應用的API，包括：設備管理API、數據傳輸API及中斷處理API。設備管理API包含了打開設備函數CH375OpenDevice（），關閉設備函數CH375CloseDevice（）；數據傳輸API包含了讀取數據塊（數據上傳）函數CH375ReadData（），寫出數據塊（數據下傳）函數CH375WriteData（）等[8]。
2.3數據/設備狀態顯示設計
上位機軟件在數據傳輸過程中，借助CString類成員變量stateinfo直觀顯示設備狀態。數據接收處理后，借助Format（）函數，以文字形式直觀顯示光斑中心位置的橫縱坐標值，利用繪圖函數在模擬坐標中顯示光斑位置。借助文件實現數據歷史信息保存的功能，關鍵代碼如下：
GetDlgItem（IDC_RECEIVE_EDIT）PostMessage（WM_VSCROLL，SB_BOTTOM，NULL）；
CString strPath；
圖2 HY1315系統調試結果圖
GetModuleFileName（NULL，strPath.GetBufferSetLength（MAX_PATH+1），MAX_PATH）；
strPath.ReleaseBuffer（）；
//此時strPath內容為工程文件全路徑，如：E：＼TestPro＼Exam＼ Test.exe
//以下函數作用是獲取最后一個"＼"的位置
圖3 四象限探測器系統調試結果圖
int nPos=strPath.ReverseFind（'＼＼'）；
//開始取全路徑
strPath=strPath.Left（nPos+1）；//此時strPath保存為當前工程的全路徑，如：E：＼TestPro＼Exam＼
//保存文件
CFile m_rFile；
if（！m_rFile.Open（"Rec.txt"，CFile：：modeCreate | CFile：：modeWrite）） {
AfxMessageBox（"創建記錄文件失??！"）；}
m_rFile.Write（m_Receive，m_Receive.GetLength（））；
m_rFile.Close（）；
3 實際調試結果
上位機軟件設計完成后，運行程序，選擇位置敏感器件的型號為默認選項，即一維位置敏感探測器HY1315，連接其對應的系統設備，輸入需要的增益參數，選擇串口號，單擊串口控制區“Open”按鈕打開串口，“Start”按鈕接收數據，此時上位機界面數據、設備狀態顯示，模擬光斑坐標結果如圖2所示。再次運行程序，選擇四象限探測器型號，即QP36（Active area 6*6mm），連接相應系統設備，單擊USB通信控制區按鈕，可以控制數據傳輸設備的狀態，單擊“Link”按鈕打開設備，“Start”按鈕接收數據，此時上位機軟件界面結果如圖3所示。
4 結束語
針對位置敏感器件構成的數據分析系統，通過對串口通信和USB通信方法的研究，借助VC++提供的軟件代碼自動生成可視化資源編輯的功能及MFC消息映射機制，設計了上位機人機交互界面。調試結果證明，該界面能夠實現用戶選擇輸入，實現數據的上下位機通信傳輸，直觀顯示數據，準確繪出光斑在模擬坐標中的位置，完成光斑位置的歷史信息存儲。設計為數據分析系統提供了一套功能全面、界面友好、操作直觀、方便的上位機軟件。應用中只需修改對應的數據處理，即可應用到其他類似的數據分析系統中，很大程度上增強了系統的實際應用性。該界面已用于PSD及QPD數據分析系統試驗箱中。
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數據分析設計范文2
關鍵詞：物聯網；數據分析；網絡拓撲；節點管控
中國分類號：TP311?1文獻標識碼：A文章編號：10053824（2013）03003004
0引言
物聯網（internet of things， IoT）是指將各種信息感知設備及系統通過接入網絡與互聯網結合起來而形成的巨大的智能網絡[12]。物聯網作為一次技術革命，代表了通信技術和計算技術的未來，被稱作繼計算機和互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮[3]，受到了世界各國政府和科研機構的廣泛關注[4]。
作為物聯網的主要支撐技術之一[5]，信息處理軟件直接影響著物聯網的用戶體驗及其進一步發展[67]。但是已有的物聯網數據處理軟件的功能較為單一，可擴展性不足，應用領域受限。為了改善物聯網數據處理軟件的功能性和擴展性，為用戶提供快速、高效的物聯網實時管控方案，本文設計并實現了一種模塊化的多功能的物聯網數據分析與處理軟件。該軟件采用模塊化設計，以VC++ 6.0作為主控模塊實現環境，便于在Windows系統環境下方便地使用本軟件；服務器采用Apache Tomcat 6.0搭建；數據庫模塊基于MySQL 6.0實現，以保證軟件的易擴展性和穩定性；拓撲顯示模塊采用Flex和flash player ActivX 10.0進行開發，以改善用戶體驗。
1軟件的總體設計
1.1主要功能
本軟件旨在為用戶提供一套快速、高效的物聯網實時數據處理與管控方案，其主要功能包括以下幾個方面。
1）網絡數據解析和處理功能：軟件可對物聯網數據進行協議解析、分析、處理和存儲等操作，并同相鄰網絡層設備進行數據交互。
2）網絡數據的存儲功能：軟件可通過數據庫讀寫操作，將網絡重要歷史數據存儲于遠程數據庫中，并可進行讀取等操作，為物聯網網絡管理人員提供便利。
3）網絡拓撲顯示功能：軟件采用FLEX技術繪制目標物聯網網絡拓撲，并通過定時發送拓撲數據請求實現網絡拓撲狀態圖的實時更新，提供了優越的用戶體驗。
4）網絡信息查詢和控制功能：本軟件集成了網絡節點信息的顯示、查詢能力，用戶可對網絡節點相關狀態進行針對性的查詢；同時，提供網絡屬性調整和節點控制功能，用戶可根據實際需要修改網絡節點參數，控制網絡運行情況。
1.2軟件系統總體架構
本軟件系統運行于C/S架構的服務器平臺上，作為遠端服務器控制軟件完成網絡監聽與數據包接收、網絡數據分析處理、網絡拓撲狀態顯示以及節點信息查詢與控制等物聯網管控工作。系統總體組織架構圖如圖1所示。
圖1軟件總體架構圖軟件功能模塊主要由6個部分組成，分別是網絡通信模塊、參數設置模塊、數據處理模塊、拓撲顯示模塊、信息查詢模塊和數據庫交互模塊，如圖2所示。其中，網絡通信模塊完成底層的網絡通信工作；參數設置模塊接收并設定用戶輸入的軟件工作基本參數；數據處理模塊負責數據包的解析、判別和數據分類處理工作；拓撲顯示模塊負責為用戶提供網絡拓撲和節點簡要信息的顯示；信息查詢模塊為用戶提供網絡節點詳細屬性的查詢和節點控制；數據庫模塊負責完成網絡數據的存儲和查詢等工作。
圖2軟件系統功能模塊1.3軟件系統工作流程
本軟件功能模塊間的數據流關系如圖3所示。各模塊間通過相應接口完成網絡數據的上傳、分析與處理和控制命令的下發操作。首先，軟件接收來自網絡的各類型數據，并對其進行分類與解析。隨后，軟件將數據處理結果通過數據庫模塊進行存儲。在此基礎上，拓撲顯示模塊和信息查詢模塊分別通過查詢/更新數據庫進行信息顯示和用戶控制指令的下發操作。數據處理模塊和數據庫模塊掃描數據庫中的相應表項，提取控制信息后通過網絡通信模塊下發至目標網絡。
圖3軟件工作流程圖2主要功能模塊的實現
2.1網絡通信功能模塊
網絡通信模塊是本軟件的底層數據通信模塊，該模塊采用完成端口模型（I/O completion port， IOCP）作為本軟件的網絡服務引擎，由于IOCP規定了并行線程的數量，并使用線程池對線程進行管理，從而避免了反復創建線程和線程調度的開銷，提高了本軟件的并行處理能力。該模塊通過構造完成端口模型類（IOCPModeSvr），使用CreatIOCompletionPort（）函數創建完成端口對象；構造ListenProc（）函數監聽來自物聯網感知層網絡網關節點的連接請求；使用bool CIOCPModeSvr：：SendMsg（）函數響應上層控制命令的下發要求，向客戶端發送控制命令幀。
2.2數據分析與處理功能模塊
數據處理模塊是物聯網數據分析與處理軟件的關鍵組成模塊之一。該模塊接收來自底層網絡模塊的數據幀，并進行分類、分析、處理及重構等操作，為上層數據應用奠定數據預處理基礎。通過創建DataProc類實現該模塊，具體包括：
1）通過內聯函數checkType（）快速解析由底層網絡上傳的數據幀的協議類型與數據類型；
2）構造getInt（）、getRangeString（）等函數完成數據幀的數據進制與格式轉換；
3）使用ProcessRecvData（）函數分析數據幀，重構出信息處理所需數據；
4）完成相應數據處理功能，主要包括數據聚類、數據計算、數據范圍判斷、數據異常的處理、反饋數據幀的構造。
2.3參數設置模塊
參數設置模塊是物聯網數據分析與處理軟件的系統參數初始化模塊，該模塊讀取用戶設置的軟件運行參數，并對軟件進行相應運行參數初始化。該模塊響應用戶參數設置操作，讀取參數并判斷參數是否有效。若參數設置有效，則對軟件相應運行參數進行修改，同時顯示軟件當前連接狀態，界面實現如圖4所示。
圖4參數設置界面
2.4數據庫與Web服務器
本軟件采用MySQL數據庫進行原始數據的存放，其中已經直接保存了經由數據分析與處理模塊上傳的全部數據，主要數據表包括：表node_topu_stat，用以存儲網絡所有原始拓撲信息；表node_info_stat，存儲網絡節點上傳的狀態信息；表control_stat，負責存儲用戶的查詢和控制指令。由于上層的拓撲展示模塊所需要的是最新的數據信息，因而需要Web服務器模塊將冗余的原始數據進行初步處理，為拓撲顯示模塊提供無冗余的信息，以實現基于拓撲圖的物聯網實時監控。首先，通過對數據庫中各分類表加入觸發器實現數據的初步提取。其次，在本模塊中，數據處理模塊所生成的最新數據進一步轉換為能夠表示拓撲圖的XML文件，即將節點所上傳的鄰居表轉換為節點與邊的關系。本系統中使用了Web服務器所能支持的JSP技術實現了實時訪問數據庫生成轉換數據的功能，拓撲控制模塊直接訪問該頁面的地址，即可實現拓撲數據的獲取，如圖5所示。
圖5數據庫與Web服務器2.5拓撲顯示模塊
網絡拓撲顯示模塊是與用戶進行交互的主要模塊，用戶通過點擊“網絡拓撲”訪問拓撲展示模塊。該模塊通過定時向Web服務器數據處理模塊發起拓撲數據請求實現網絡拓撲的實時更新。通過向數據處理模塊獲取拓撲XML數據，圖形界面將其轉化為拓撲圖中的“節點”與“邊”的實際圖形對象，并將其他附加數據作為標簽保存在給節點，方便用戶查看。模塊工作流程及實現界面分別如圖6和圖7所示。
圖6拓撲顯示模塊圖7拓撲顯示界面2.6信息查詢與控制
本模塊中的查詢控制功能是指對物聯網可控節點發送控制指令。查詢控制指令與拓撲數據一樣，需要經過數據庫作為中轉，整個中轉回傳的代碼構成了控制模塊。控制指令需要根據實現指定的通信協議發送。在控制指令的收集窗口中，用戶可以進行相應的選擇，控制模塊負責將用戶在窗體中的選擇輸出至與數據庫相連的JSP頁面，并由JSP頁面將其存入數據庫中。網關通過定期與服務器通信獲得最新的操作指令，將其轉換為控制指令最終發送至物聯網節點，實現界面如圖8所示。
3結束語
本文設計并實現了一種多功能物聯網數據分析與處理軟件。該軟件通過網絡監聽、數據分析處理、網絡拓撲顯示以及節點信息查詢與控制等功能模塊實現對物聯網數據的有效處理。通過將該軟件移植于實際物聯網應用環境，驗證了該軟件能夠快速、高效地處理網絡數據，且易于擴展，為多模異構網絡條件下的物聯網創新應用平臺構建提供了新的思路。
圖8信息查詢與控制界面
參考文獻：
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數據分析設計范文3
Abstract： Combined with measurement of metal electric work function， designing the data processing and management sysetm by using Excel software. This system has the advantages of rapidity， conciseness and visualization， completely can compare common processing software with experiment teaching instrument accompanied. This design method is popular value.
關鍵詞： Excel軟件；數據處理；數據管理；金屬電子逸出功
Key words： Excel software；data processing；data management；metal electric work function
中圖分類號：TP274；O4—39 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）27—0216—03
0 引言
在物理實驗尤其是近代物理實驗以及科學研究中，經常產生大量測量數據，經過記錄、整理、計算、繪圖、分析等大量復雜繁瑣的數據處理后，方能給出科學結論。傳統方法往往是手工處理大量數據，最終僅在坐標紙上描點繪圖。因此效率低，易出錯，誤差大，甚至影響結論的準確性。
隨著計算機迅速發展，數據分析處理的軟件實現和應用也逐漸成為每個科研工作者必須掌握的一門技術。常見的數據處理軟件如Origin、MATLAB、SPSS等功能強大，專業性強，對使用者有較高要求，而Excel直觀易學，使用方便，數據處理過程簡單，無需精通計算機編程，因此成為處理物理實驗數據的首選工具。
Excel集數據表格、圖表和數據庫三大基本結構功能于一身，還提供了大量函數，用戶可通過這些函數進行統計管理、線性分析等工作[1—3]。并能很方便地將數據處理過程的基本單元制成電子模板，使用時只要調出相應的模板，輸入原始數據，激活相應的功能按鈕，就能得到實驗作圖要求的各項參數。
1 電子逸出功的測量原理簡介
由費米—狄拉克能量分布公式可得到熱電子發射的里查遜—熱西曼公式[4] I=AST2exp（—■）（1）
式中I是加速電壓為零時熱電子發射電流，稱零場電流。A與陰極材料有關，S為陰極有效發射面積，T為發射熱電子的陰極絕對溫度（該溫度與加熱電流對應關系可查表）。實際測量中采用理查遜直線法避開A、S測量，將（1）式兩邊除以T2，再取對數得
1g■=1gAS—■=1gAS—5.04×103？漬■（2）
可見，1g■與■成線性關系，由斜率即可求出該金屬的逸出電位？漬或逸出功e？漬。
由于肖特基效應，零場電流I與陰極發射電流Ia、加速電壓Ua有
1gIa=1gI+■■■（3）
式中Ia是加速電壓Ua為時陰極發射電流，r1和r2分別是陰極和陽極半徑。幾何尺寸一定的管子，陰極溫度T一定時，1gIa與■成線性關系，截距為1gI。
實驗一般在7個不同溫度值采集49組電壓和電流值，根據公式（3）進行7次直線擬合，采用直線外延法分別找出7個溫度對應的零場電流對數1gI，之后再根據公式（2）進行1g■～■直線擬合，找出該直線斜率，進而求出該金屬的逸出功e？漬。計算公式繁瑣，圖表較多，數據處理困難。
2 設計思路
本設計旨在實現數據的記錄管理和分析處理。使用者僅需錄入測量數據并保存，系統便自動生成處理結果以及相關圖表。保存后可獲得原始測量數據備份，避免隨意篡改偽造測量數據；同時，又可形成一個數據信息庫，為使用者查詢測量數據提供便利。
基于以上構思，數據錄入和數據處理作為兩個獨立且關聯的模塊，分別出現在兩個工作表中。數據錄入模塊將個人信息和測量數據輸入電腦，除必要輸入欄目，使用者沒有權限更改其他選項。處理分析模塊的數據來自于對管理模塊的鏈接，包括數據處理的中間過程和最終處理結果，為了便于管理還應包含使用者的基本信息。流程如圖1。
3 基于Excel實現測量數據的錄入和管理
本測量采用西安超凡光電設備有限公司WH—I型金屬鎢電子逸出功測量儀完成。
打開Excel，創建新工作表，該工作表作為數據記錄用表，命名為“原始數據”。根據測量原理和要求，該工作表由基本信息、數據記錄、溫度對照表三個部分組成，如圖2。
此工作表A1—H3為使用者基本信息，其中G2單元格輸入的內容為“=TODAY（）”，可獲取當前系統日期。A6—H12為數據Ia、Ua記錄欄。A14—H17為“加熱電流If與鎢絲真實溫度對照表”，數據處理過程中需查此表獲得陰極燈絲溫度。
4 基于Excel實現數據處理和分析
數據分析設計范文4
關鍵詞：狀態采集平臺；數據分析；圖表
中圖分類號：G717 文獻標識碼：A
1 網絡版高職院校狀態采集平臺動態數據分析系
統建設的必要性
為促進高職院校發展的需要，實現學校管理的科學化、現代化、規范化，提高人才培養質量，江蘇省自2008年開始推進《高等職業院校人才培養工作狀態采集平臺》系統的應用，每年采集一次數據。目前，高職院校的數據采集平臺是由上海行健職業技術學院開發的單機版[1]，近兩年推出了網絡版的采集平臺，但網絡版只有數據采集的功能，沒有開發數據分析的功能。
目前狀態采集平臺的數據分析系統使用的是江蘇經貿學院開發的單機版數據分析系統。該系統將全省80多所高職院校的統計數據整合起來，進行分析處理，以人們最能接受的直觀的圖表方式來呈現。界面簡潔，功能相對齊全。但單機版的數據分析系統因為受到各種條件的限制，存在一些缺點。
（1）自動化程度低。單機版數據分析系統的統計數據需要從每個院校的excel表格中獲取，獲取數據的自動化程度低。各個院校提交到省教育部門的是一個excel文檔，其中包括原始數據和統計數據。數據的獲取必須將80多個excel文檔中的統計數據項提取到一個新的excel文檔中，然后通過數據分析系統將這些統計數據以圖表的方式呈現。在數據提取的過程中，需要人為干預，耗費大量的時間和精力，容易出現錯誤。
（2）缺乏狀態采集數據的縱向比較。單機版的數據分析系統處理的都是單個年份的數據，只能對各個院校的數據進行橫向比較，而無法實現每個高校數據的縱向比較。而對于用戶來說，數據分析不僅需要在各個院校之間進行橫向的比較，同時也需要縱向比較。在本系統中，增加了縱向比較功能，通過對歷年的數據對比分析，以折線圖的表現方式直觀表現數據的變化，根據圖表對未來數據項進行預測。
（3）無法實現資源的統一管理和共享。狀態采集平臺目前收集了高職院校的大量數據，這些原始數據作為全社會一個公共的教育資源，應該進行統一管理和共享，不僅為教育部門和高職院校提供決策支持，同時讓更多的人參與了解高職院校的辦學情況、專業狀況等，進一步加強輿論監督的力量。在信息化的今天，資源的統一管理和共享顯得尤為重要。
隨著狀態采集平臺在全省院校中的應用推廣，其作用不僅僅是為了采集數據，更為重要的是對采集到的數據進行統計分析。隨著數據量逐年遞增，數據分析的重要性越來越突顯，分析結果將更具有參考價值。在此情況下，將一些雜亂的大量的沒有規律的數據轉換為有價值的決策信息，輔助各高職院校以及省級教育部門完善教學質量保障體系。因此建設網絡版的省級數據分析系統勢在必行。
2 省級狀態采集平臺數據分析系統的設計
為了增強系統的健壯性，本系統在設計中將狀態采集平臺的原數據與統計匯總的數據完全分開，一方面使得數據相對獨立，另一方面則保證數據分析系統的運行速度。系統的設計框架如圖1所示。
圖1 系統框架
狀態采集平臺的數據項以及狀態采集平臺整個系統還在不斷地完善中，每年的數據項、數據的名稱等會發生變化，比如數據庫表的字段名稱會發生變化，數據表會增加，以及數據庫中表的名稱會發生變化等等。在2013年狀態采集平臺中，數據項“學校代碼”修改為“學校標識碼”，“院校名稱”改為“學校名稱”，“應屆畢業生頂崗實習情況的畢業生錄用比例（%）”改為“企業錄用率（%）”，類似這樣的變化的數據項有很多。狀態采集平臺這些數據項的變化必然會導致數據統計系統的變化。為了使數據分析系統具有穩定性和健壯性，在系統的設計中，我們將統計和分析作為兩個獨立的系統，數據統計系統的主要功能就是根據數據分析系統中的需要分析的數據項進行統計，將統計結果寫入數據分析數據庫。數據分析系統則相對獨立，根據數據庫中的數據對各項指標和數據進行對比分析。
系統的設計具有松耦合性，無論狀態采集平臺中的數據項如何變化，數據統計系統會將所需要的統計數據導入數據分析系統的數據庫中，數據分析系統就負責將統計數據對比分析，以可視化的圖表方式呈現給用戶。
3 數據準備
3.1 數據來源
收集的數據是否準確，是否真實和充分，決定數據分析的直接結果。省級狀態采集平臺的數據分析系統作為狀態采集平臺系統的延續，所使用的數據均來自各高職院校通過單機版或者網絡版狀態采集平臺填報的數據。狀態采集平臺經過近幾年的使用，各高職院校目前都能夠熟練使用，并且各級部門和領導也很重視，保證了采集數據的相對準確，從而使得數據分析結果在一定程度上正確反映學校在教育教學等方面的現狀和不足，有利于針對性整改，提高教學質量。
3.2 數據選擇
高等職業院校狀態采集平臺中采集的數據非常多，其中包括學校的硬件設施、固定資產、產學合作、招生、就業、經費收入支出、校內專任教師、兼課教師、專業狀況、實習實訓、學生獎助學情況、學生社團等大概80多個數據表。在實際的數據分析中，不是要對所有的數據全部進行分析，本系統選擇一些對能夠反映高職院校教學質量情況的數據項進行數據分析。狀態采集平臺數據分析系統對院校概況、辦學條件、監測分析、師資概況等11個大類的數據進行分析。在每個類中都包含了很多的數據項。例如監測分析中包括了高級職稱教師占專任教師的比例，生均占地面積，生均宿舍面積等7個數據項。
3.3 數據處理
高職院校狀態采集平臺雖然具有數據位的校驗，數據格式，關聯數據校驗，報錯和提示功能，但是在實際的采集操作過程中，仍然存在不符合規格的數據，因此就需要對數據進行各種處理。數據處理的過程分以下幾個步驟：
（1）清理數據
主要清理的數據有兩種：不符合格式要求的數據；奇異數據。
不符合格式要求的數據：狀態采集平臺中采集的數據有的在數據格式中沒有限制，比如在收集教師基本信息的表中，有一項是在企業中的時間，有的學校職工在填寫中就寫了1天，有的寫的是1*60，這樣的數據格式在統計中是無法進行數學統計，必須對數據進行清理。
奇異數據：所謂奇異數據，是指在采集的過程中，針對同一類數據，個別院校的數據與其他的數據差別很大，一般我們認為相差三個數量級別時，就認為這是個奇異數據，要對其進行核準、處理，從而保證數據分析結果的準確性。
（2）轉換數據格式
狀態采集平臺數據表中的字段基本都是字符型的數據，在數據分析系統中，對數據的統計匯總要通過數學公式來進行計算，字符型的字段無法計算，因此在數據清理完成后，必須將統計匯總的字段轉換為數值型。具體的處理方法，用JAVA語言寫一個批處理程序，實現對數據字段的批量轉換。
（3）數據統計
在將數據準備好之后，就要對選擇的數據進行統計匯總。本系統中對數據的統計一般包括總和，均值，百分比等。比如在校生人數，需要統計全省在校生總數和全省在校生均值；高級職稱教師占校內專任教師，需要統計的是百分比；院校招生中的實際錄取率，實際報到率等，統計的是百分比。數據統計由數據統計系統來完成。
4 系統的數據分析
狀態采集平臺數據分析系統主要采取圖表對比分析的方法。采用圖表方式的優點，易于閱讀，易于理解，直觀。例如各個學校的數據與全省均值的比較，各種類別院校的均值比較，歷年數據的對比分析。對比分析主要通過以下幾種圖表實現：
（1）儀表盤形式。這種儀表盤的對比方式主要適合于各個院校數據與全省均值的對比，儀表盤顯示院校的指標數據，全省均值則顯示在儀表盤的上方，這樣便于兩個數值的比較。同時數據分析系統還顯示了各院校數據在全省的排名。圖2是某個院校的教師數、全省排名以及與全省均值的比較。
圖2 儀表盤數據對比分析
（2）柱狀圖形式。柱狀圖的圖表形式也是我們最常用的一種對比方法。在本系統中主要用于數據各種均值的比較。例如，全省均值，國家示范院校均值，國家骨干院校均值，省級師范院校均值，一般院校均值，綜合師范民族類均值等。圖3是校內專任教師數量的均值比較。
圖3 柱狀圖數據對比分析
（3）折線圖對比形式。數據分析系統中縱向數據的比較適合用折線圖對比形式，表現簡潔，便于理解，能夠明顯看出數據項在幾年中的變化，從而指導學校的進行科學話管理和決策。由于網絡版數據分析系統今年才開始推廣，數據項是從2012年開始的，目前折線圖的對比方式還沒有完全體現出來。
5 結束語
狀態采集平臺數據分析系統的建設，為省級教育部門的決策咨詢提供詳實有力的數據，有利于科學合理的制定宏觀調控政策，強化宏觀管理和指導的針對性，進一步推進高等職業教育的可持續發展；有利于各高職院校查找辦學差距和薄弱環節，整合教學資源配置，提高辦學治校的科學化水平，不斷加強和改善自身的教育教學管理。
參考文獻
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作者簡介：
數據分析設計范文5
聲卡是一個非常優秀的音頻信號采集系統，其數字信號處理器包括模數轉換器(ADC) 和數模轉換器(DAC) ，ADC 用于采集音頻信號，DAC用于重現這些數字聲音，轉換率達到44.1KHz。聲卡已成為多媒體計算機的一個標準配置，利用聲卡進行采樣與輸出，就不需要購買專門的采集卡可以降低虛擬儀器的開發成本，且在音頻范圍內可以完全滿足實驗要求。
3.3 MATLAB在數據采集中的應用
數據采集工具箱集成于MATLAB中，所以在進行數據采集的同時，可以對采集的數據進行實時分析，或者存儲后再進行處理，或者針對數據分析的需要對測試條件的設立進行不斷的更新。應用數據采集工具箱提供的命令和函數可以控制任何類型的數據采集。例如，在硬件設備運行時，可以獲取事件信息，評估采集狀態，定義觸發器和回訪狀態，預覽數據以及進行實時分析，可以設置和顯示所有的硬件特性以滿足用戶的技術指標。
4系統設計方案
聲音信號的采集與分析處理在工程應用中是經常需要解決的問題，如何實時采集聲音信號并對其分析處理，從而找出聲音信號的特征在科學研究中是一項非常有意義的工作。
聲卡是多媒體計算機系統中最基本、最常用的硬件之一，其技術發展已經成熟，它具有AD/DA轉換功能，現已被廣泛應用于聲音信號采集和虛擬儀器系統的設計。MATLAB則是一種功能強大、計算效率高、交互性好的數學計算和可視化計算機高級語言，它將數值分析、信號采集與處理和圖形顯示有機地融為一體，形成了一個極其方便、用戶界面友好的操作環境。本文所設計的聲音信號采集與分析系統就是充分利用了聲卡的AD/DA轉換功能和MATLAB強大的數據處理功能，同時，該系統還是建立在MATLAB軟件的圖形界面實現的，因而使系統具有良好的交互性。
基于計算機聲卡的數據采集系統有以下特點：
（1）價格低廉。在數據采集時，所要采用的是模數轉換芯片，對于某些應用場合，可以利用計算機上所附帶的聲卡實現數據采集任務。
（2）靈活性強。用戶不僅可以進行實時監視和控制操作，還可以把數據保存到硬盤，供以后分析使用。在CPU足夠快的條件下，還可以實時處理數據，動態顯示波形的頻譜、功率譜。另外在一臺計算機上，可以插若干塊聲卡，組成多通道數據采集系統。
（3）頻率范圍較窄，不能測直流。由于受聲卡的硬件限制，要得到較好的波形，輸入信號的頻率最好在100Hz～15kHz范圍內。
總之，運用廉價的聲卡，構成一個較高的采樣精度，中等采樣頻率，且具有很大靈活性的數據采集系統，對于一些應用領域是一種很好的選擇。
4.1 系統結構設計
MATLAB提供了一個數據采集工具箱(Data Acquisition Toolbox)，在該數據采集工具箱中，有一整套的命令和函數，可用來直接控制與PC機兼容的數據采集設備進行數據采集，因此，利用MATLAB的這一工具箱便可進行聲音信號的采集。然后在MATLAB中直接調用頻譜分析函數、功率譜分析函數或數值分析函數等，就可以將采集到的聲音信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析。因此，在MATLAB中可以很容易地實現信號采集與分析處理工作。
圖4-1系統實現的總體框圖
從系統框圖上看，整個系統結構簡單，而且數據的后續分析方便，不需要再進行數據轉移，而直接在MATLAB軟件中完成分析處理工作。在該系統中，從硬件上來講，只需必要的信號預處理電路和一臺普通的多媒體計算機(或筆記本電腦)即可;從軟件上來講，則只需使用本文中所編制的程序，便可從聲卡獲取數據并保存為文件，然后再可根據實際需要進行數據分析處理。
4.2 系統功能設計
本系統由數據采集和數據分析兩大部分組成，數據采集部分是實現信號采集功能，根據用戶選擇的采樣頻率和預設的采樣樣本數從聲卡獲得用戶需要的數據。數據分析部分主要實現以下功能:(1)從信號采集部分獲取數據，或者從數據文件讀取數據;(2)實現將采集到的聲音信號數據進行頻譜分析，畫出頻譜圖以圖形方式很直觀地反映出信號特征;(3)保存數據，包括保存所有數據和部分數據的功能，同時保存對應的頻譜數據;(4)顯示聲音信號數據的時域圖和頻譜圖;(5)其他功能。根據不同的需要，還可以進行修改，以選擇合適的實驗方案。
4.3 系統設計實現
聲音信號采集功能的實現是由MATLAB控制計算機聲卡將傳感器得到的模擬信號轉換為數字信號并存儲在計算機中;而信號分析功能是將采集得到的數據進行時、頻域分析和各項數值分析等。整個系統設計主要包括系統的硬件配置、編制程序實現數據采集、編制程序實現數據分析及系統的界面設計四部分。
4.3.1 聲音信號采集的硬件配置
將聲卡插入計算機的PCI插槽，安裝好相應的驅動程序后，將聲音傳感器設備與聲卡的模擬輸入端連接起來，這就構建了聲音采集的硬件設備，需要注意的是對聲音傳感器的選擇，應選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號的引入，最好能選擇單向性聲音傳感器。在MATLAB的信號采集工具箱中有專門為聲卡生成一個操作對象的函數，初始化該操作對象即能建立MATLAB與聲卡的通信，并為已創建的聲卡設備對象增加數據采集通道和觸發方式。若缺省設置則系統采用一個數據通道、手動觸發方式啟動工作。進行數據采集時，根據所配置的聲卡的工作特性和信號分析的設計要求，可設置相應的參數來控制聲卡在數據采集時的行為，如采樣頻率、采樣時間、預計模擬信號的輸入/輸出范圍、采樣的出發方式，采樣點數據的存儲等。另外需要注意的一點是采樣頻率是由聲卡的物理特性決定的，實際應用中可以根據情況選擇一個聲卡支持的采樣頻率.MATLAB支持電平觸發、事件觸發和手動觸發三種方式來啟動數據采集工作。聲音信號采集硬件配置的具體實現過程:
sound=analoginput(‘winsound’);% ‘winsound’為聲卡的驅動程序
channel=addchannel(sound，1);% 添加通道為單聲道
set(sound， ‘SampleRate’，44100);% 設置采樣頻率為44100Hz
set(sound， ‘SamplesPerTrigger’，22050);% 設置采樣時間為0.5s
set(sound， ‘TriggerType’， ‘manual’);% 設置觸發方式為手工觸發
...% 其它的相關設置
4.3.2 數據采集
啟動設備對象，控制聲卡開始采集數據，采集過程中可以向聲卡發送控制命令，如暫停采集、退出采集等。采集到的數據被暫時存放在計算機的內存中，理論上可采集的最大數據量是由計算機的內存量所決定的。同時， MATLAB能夠記錄采集設備的硬件屬性、采集的啟動時刻、采集時間、采樣頻率及采樣通道等信息，如果采集過程中出現了錯誤，則出錯的時刻、錯誤產生的來源等信息也都會被記錄下來供后續工作參考。需要注意的是，執行完一次數據采集工作后應刪除設備對象，將內存中的數據存儲在硬盤上之后釋放數據存儲所占用的內存空間，以備下一次采集能有足夠的內存空間存儲新的數據，聲音信號采集的實現程序為:
start(sound);% 啟動設備對象
try
time=0;data=0;
[data，time]=getdata(sound);% 獲取采樣數據
catch
time=0;data=0;disp(‘A timeout occurred’);
end
stop(sound);% 停止設備對象
delete(sound);% 刪除設備對象
4.3.3 數據分析
在設計該部分時，不僅要求實現能從數據采集部分直接獲取數據，還需實現能從文件中讀取以前所保持好的數據。之后，用戶可以根據實際研究的需要，在MATLAB中調用頻譜分析函數(periodogram等)、功率譜分析函數(psd等)或數值分析函數(fminbnd等)，就可以將采集到的聲音信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析，并且可方便地將分析結果以圖形的形式顯示出來，如圖4-2所示。在研究蛋殼破損自動檢測過程中，通過對所采集的蛋殼聲音信號進行頻譜分析，找出區分損殼蛋與好殼蛋的特征變量，從而實現蛋殼破損的自動檢測。對所采集的聲音信號進行頻譜分析的程序為:
...% 獲取采樣數據
Px=abs(fft(data，512)) 2/512;% 對所采集的數據進行傅立葉變換
px=Px(1:256);
s=60+10*log10(px);
...% 其它功能
圖4-2 聲音信號的采集與頻譜分析
4.3.4 系統界面設計
利用MATLAB軟件中GUI模塊進行設計，在MATLAB中可以方便地設計出基于對話框的圖形用戶界面，它提供了諸如編輯框、按鈕、滾動條等圖形對象，通過對這些圖形對象的有機組合，再對相應的圖形對象編寫程序，就可以設計出界面友好、操作方便的系統軟件。圖4-2所示為聲音信號采集與頻譜分析系統的運行界面，還可再根據實際需要進行擴展。
建立基于聲卡和MATLAB的信號采集與分析系統，能夠實現信號采集、設備控制、數據分析以及結果顯示等功能。實踐證明該系統具有精度高、實時性好、性價比高、人機界面友好、升級修改簡單等優點。在進行項目研究過程中，常常需要進行多次實驗，采集大量的數據，并且要求對數據能實時地進行分析處理，該系統能很好地滿足這種研究需要。此外，這一系統還可以擴展應用到其他相關的領域中，如在語音識別工作中可以用該系統采集語音信號并且加入語音處理的相關分析等。因此，該系統不僅具有良好的實用性，還可為其他的相關研究提供理論和應用基礎。
語音信號分析處理系統一般由聲電傳感器(麥克風) 、數據采集卡、處理器(計算機) 、軟件系統等幾部分組成。商品數據采集卡(A/ D 板) 都包含了完整的數據采集電路和計算機接口電路，并同時提供驅動程序，產品和種類繁多，性能價格各異，價格一般都比較貴。PC 機的聲卡本身就是一個廉價同時又非常優秀的語音信號采集系統，它采用直接內存讀取方式傳輸數據，極大地降低了CPU 的占用率;不僅如此，聲卡16 位的A/ D 轉換精度比普通16 位A/ D 卡要高，能夠滿足語音信號采集分析要求。
5 應用設計
一、 對聲卡產生的模擬輸入對象(AI) 進行操作
聲卡是MATLAB數據采集工具箱所支持的一種硬件，用聲卡完成一個簡單的數據采集過程，麥克風就成了數據采集系統中的傳感器．
1)創建設備對象，這里創建的是一個聲卡AI設備對象，硬件設備標示符為2．
ai=analoginput(‘winsound’，2)；
2)給設備對象添加通道，這里添加1個通道．
addchannel(ai，1)；
3)設定設備屬性值，控制數據采集．
freq=8 000； ＼采樣頻率8 000 Hz
set(AI，SampleRate．freq)
duration=2； ＼采樣時間2 s
set(AI，SamplesPerTrigger，duration*freq)；
4)數據采集及結果處理．在這里首先將所采集到的數據進行快速傅立葉變換，然后轉化成分貝，并顯示結果的實數部分．
start(ai)；
data=getdata(ai)；
fftdata= abs(fft(data))；
mag =20*logl0(fftdata)；
mag= mag(1：end／2)；
5)清除內存中的設備對象．
delete(ai)；
clear ai；
圖5-1 采樣過程中沒有對麥克風講話
圖5-2 采樣過程中對麥克風講話
結果分析：圖5-1是在采樣過程中打開麥克風，但是沒有對麥克風講話的結果(對不同品牌、質量的聲卡，結果可能有所不同)，圖5-2是在采樣的過程中對麥克風講話的結果．可以看出，講話與否(傳感器感受端的變化)改變了所采集到的數據的結果．
二、 直接利用MATLAB數據采集箱中提供的函數命令進行采集
一般的采樣過程是對聲卡產生的模擬輸入對象(AI) 進行操作的，由于計算機配置和模擬通道的運用使得數據采集過程顯得煩瑣難以理解，有時還不易獲得采樣數據。實驗過程發現一種更為簡單實用的方法可以進行數據采集。在闡述之前，首先介紹一下MATLAB數據采集箱中的幾條有關命令:
wavrecord : wavrecord 利用Windows 音頻輸入設備記錄聲音，其調用形式為:wavrecord (n ，fs ，ch) 。利用Windows音頻輸入設備記錄n個音頻采樣， 頻率為fs Hz ，通道數為ch。采樣值返回到一個大小為n*ch 的矩陣中。缺省時，fs = 11025 ，ch = 1。
waveplay: waveplay 利用Windows音頻輸出設備播放聲音，其調用形為:waveplay(y ，fs) 。以采樣頻率fs向Windows 音頻設備發送向量信號。標準的音頻采樣率有:8000、11025、22050 和44100Hz。
wavread :wavread 用于讀取Microsoft 的擴展名為“.wav”的聲音文件。其調用形式為: y = wavread (file) 。其作用是從字符串file 所指的文件路徑讀取wave 文件，將讀取的采樣數據送到y 中。Y的取值范圍: [ -1 ，1 ] 。
sound:音頻信號是以向量的形式表示聲音采樣的。sound 函數用于將向量轉換為聲音，其調用形式為:sound (y ，fs) ，作用是向揚聲器送出向量y 中的音頻信號(采樣頻率為fs) 。
應用上述所講到的MATLAB數據采集箱提供的函數進行一次簡單的語音信號的采集實驗。記錄5 秒鐘的8 位音頻語音信號并回放之， 采樣頻率設為11025Hz。
﹥﹥fs = 11025 ; \ 設置采樣頻率
﹥﹥y1 = wavrecord (5*fs ，fs ，‘uint8’) ; \ 進行無語音采集
﹥﹥plot (y1) ;
﹥﹥y2 =wavrecord (5*fs ，fs ，‘uint8’) ; \ 開始采集8位語音信號，時間為5s
﹥﹥plot (y2) ;
﹥﹥wavplay(y2 ，fs) ; \ 回放所采集的語音
﹥﹥sound (y2 ，fs) ;
﹥﹥y1 =fft (y2) ; \ 做信號的fft 變換
﹥﹥plot (y2) ;
圖5-3 無聲音信號輸入波形
圖5-4 有聲音信號輸入波形
圖5-5 聲音信號傅里葉變換
圖形分析：用戶可以變換采樣頻率及采樣時間，也可以不同的頻率回放語音。感受不同函數在相同的頻率下回放的語音信號是否一致。此例進行的是實時回放，若要事后回放則可用wavread 函數。從程序語言及實現上可看出此方法簡便了許多，而且實驗結果與傳統方法得到的實驗結果完全一致。圖5-3為在采樣過程中打開麥克風，但是沒有對麥克風講話的結果(對不同品牌、質量的聲卡，結果可能不同) ，從圖上可以看到除開始采樣的極短一段時間內有個信號接收過程產生階躍外，其余時間內波形都在很小的范圍內平穩的波動。圖5-4是采樣過程中對麥克風講話的結果，可以看出，講話(傳感器端接收到信號)改變了采集的數據的結果。從圖5-4中看出波形發生了很大的變化，波形隨聲音信號的高低強弱而發生變化，可知計算機已經通過麥克風接收到了語音信號，說明信號采集工作成功。圖5-5為對采集到的信號進行的快速傅立葉變換所得到的圖形。
上面介紹的基于聲卡和MATLAB的語音數據采集系統，具有實現簡單、性價比和靈活度高的特點。經實例分析證明，利用該系統可實現在線連續采集語音信號并進行分析和處理。
應用前文所述的MATLAB 數據采集工具箱提供的命令函數和系統環境為Windows98 的計算機上的板載聲卡進行簡單數據采集。記錄5s的16 bit音頻語音信號并回放， 采樣頻率設為11025 Hz。
fs=11025
%設置采樣頻率
y1=wavrecord( 5*fs， fs， ‘unit16’)
%進行無語音采集
plot( y1)
%畫出所采集到的信號的波形
y2=wavrecord( 5*fs， fs， ‘unit16’)
%進行語音采集
wavplay( y1， fs)
sound( y2， fs)
%回放所采集的語音
圖5-6是用MATLAB的DAQ工具箱中的命令函數的方法采集數據， 采樣過程中傳聲器無語音輸入；圖5-7是用創建聲卡設備對象的方法采集數據， 采樣過程中傳聲器有語音輸入。
數據分析設計范文6
關鍵詞:工程教育；CDIO教育理念；教學設計模式；實踐類課程
現今世界，利用大數據技術打造指引行業發展的風向標，已成為各行業向智能經濟發展邁出的重要步伐。然而，當前大數據專業人才極其短缺。我校肩負著服務武陵山片區區域發展與扶貧攻堅國家戰略的使命，承擔著為西部地區培養優秀工程技術人才的重任。近年 來，我校緊跟以人工智能、大數據技術為代表的新科技發展步伐，積極推進新工科建設，成為首批30所入圍數據中國“百校工程”項目建設院校之一[1]，新獲批的“數據科學與大數據技術”專業（以下簡稱大數據專業）于2018年開始招生。如何根據時代需求辦好大數據新專業，以培養具有大數據思維、掌握大數據分析應用技術的高層次人才是我校面臨的一個新挑戰。大數據專業實踐類課程教學是體現該專業辦學質量和人才培養水平的重要標志。如何利用先進教學理念提高該類課程的教學質量和人才培養水平，是我校大數據專業建設 過程中必須重視的問題。本研究立足于我校大數據專業建設的實際需求，探究基于CDIO理念的大數據專業實踐類課程教學設計模式。本研究的實施，將為我校創新型工程教育改革探索道路，不僅有利于提升我校大數據專業實踐類課程的教學質量，也將對其他工科課程教 學改革起到一定的指導和借鑒作用。
1 CDIO工程教育模式的發展及內涵
上世紀80年代起，工程人才短缺和高等院校工程教育低質量之間的矛盾日益突出，產業對工程教育改革的呼聲不斷高漲。1986年，美國的工程教育學會、國家研究委員會和國家工程院等機構開始探索工程教育改革之路。2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四 所大學組成的跨國研究機構，正式啟動CDIO教育改革計劃，在廣泛調研和大量實踐研究的基礎上，制定了CDIO教學大綱[2]。2004年，CDIO工程教育模式創立，并開始向世界各國推廣。2005年，瑞典國家高教署建立了CDIO的12條新標準，并將之用于對本國100個工程學位 計劃進行評估[3]。迄今為止，包括麻省理工學院在內的丹麥、南非、法國、新加坡、中國等國家的幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織。這些學校的多個工科院系在教學中借鑒和采納了CDIO工程教育理念，取得了良好的效果。目前，CDIO已成為國內外高校工程教育改革和培養體系制定等領域研究和實踐的熱點。實踐表明，CDIO教育模式不但能提高學生團隊協作能力、綜合解決問題能力，而且在學生創新能力培養方面效果顯著。據文獻[4-5]，CDIO工程教育模式自2005年開始引入我國。2006年，汕頭大學成為中國高校中的首個CDIO成員。2008年12月，教育部高教司理工處聯合汕頭大學主辦了CDIO工程教育模式試點工作會議，成立“教育部CDIO工程教育改革試點工作組”，確定了18所高校及相關專業（機械類、電氣類、化工類、土木類）為國內首批CDIO試點。工作組每年舉辦兩次全國性的會議， 對CDIO試點工作進行交流、研討和總結，并通過CDIO培訓班為全國高校實施CDIO教育培養骨干人才。2016年1月，“全國CDIO工程教育聯盟”成立。至今已有100余所高校加入聯盟。這些高校的部分工科專業采用CDIO工程教育模式教學，培養出來的學生深受社會與企業歡 迎。當前，在聯盟全體成員的共同努力下，我國高校積累了一系列改革經驗與成果，在基于CDIO理念建立專業培養標準，構建一體化課程體系，實施基于項目/問題、探究式等主動教與學方法等方面都取得了顯著進步，有效推進了CDIO的本土化與再創新。近年來，國內CDIO的研究趨勢從CDIO教育模式、教學體系等宏觀的主題向具體的課程教學改革、課程建設等更深更細的方向發展，諸多教師在教學實踐中嘗試了采用CDIO理念進行課程教學改革的研究與探索[6-10]。CDIO工程教育模式是國際創新型工程教育改革的最新成果，體現了系統 性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢。該模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行工程學習。CDIO的4個字母代表Conceive（構思）、Design（設計）、Imple?ment（實現）和Operate（運作）四個單詞。CDIO主要包括三個核心文件[11]：1個愿景、1個大綱和12條標準。CDIO愿景提供了一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的“構思-設計-實現-運行”的CDIO過程背景環境基礎上的工程教育。CDIO大綱從技術知識和推理能力、個 人職業技能和職業道德、人際交往技能、企業和社會的構思-設計-實施-運行（CDIO）系統四個方面，以逐級細化的方式，將工程師需具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力表達出來，要求用綜合的培養方式使學生在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面達到預定目標。CDIO的12條標準[12]涉及到專業哲學（標準1）、課程計劃開發（標準2-4）、設計實現經驗和實踐場所（標準5-6）、教與學的方法（標準7-8）、教師發展（標準9-10）、學生考核與專業評估（標準11-12），回答了工程教育“如何培養人”的問題，使得工程教育改革變得具體化、可操作和可測量，能夠對整個教育模式的實施和檢驗起到系統全面的指引作用，對學生的學和教師的教都具有重要指導意義。
2 CDIO理念下大數據專業實踐類課程教學設計的思路與策略
2.1 設計思路
大數據專業實踐類課程教學是培養學生運用理論知識、科學方法和技術技能去解決大數據工程實際問題并進行科技創新的實踐能力的重要環節。目前，我校大數據專業實踐類課程教學組織方式通常以項目為單位設計，重視對學生解決實際問題（主要是項目涉及到的 具體問題）的能力，但不關注學生在整個項目周期中知識、能力、態度等的變化情況，無法全面覆蓋技術性與非技術性能力的培養目標。CDIO理念要求培養出來的學生必須在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面都達到預定目標。CDIO教育模 式強調一體化與參與性，促使學生在項目研發到項目運行的整個項目周期中進行鍛煉與思考，課程教學不僅要關注學生學到的學科知識，更要關注學生能力、素質的提升情況。顯然，CDIO理念下大數據專業實踐類課程教學設計應強調“知識與能力”并重，緊扣CDIO大綱 和CDIO標準，進行教學大綱和教學組織方式的設計，并設置以“學習評估為中心”的多樣化考核方式。
2.2 設計策略
教學大綱方面，本研究嘗試結合大數據類專業培養目標，依據CDIO大綱，對大數據專業實踐類課程教學大綱進行設計：依據CDIO大綱的主題和條目組織課程大綱結構，并明確描述與期望能力要求相對應的課程學習目標。教學組織方式方面，本研究嘗試在大數據專業 實踐類課程教學中以“做中學”為依托，將整個課程教學安排以項目為載體，針對每個項目為學生提供“構思-設計-實施-運行”的流程，并將實踐所需知識、能力、素質等培養目標圍繞項目這個核心融入教學實踐中，讓學生的整個學習過程變成對一個個項目的完整實踐過程。教學考核方面，本研究嘗試匹配CDIO大綱的能力目標，具體根據課程概念及原理性知識的理解、技能掌握、設計—實現經驗獲取、分析及解決問題能力、交流表達能力和綜合實踐能力等類別的學習效果的評估需要，在大數據專業實踐類課程教學考核方式設置時， 對不同類別的學習效果設計不同的考核方式。
3 CDIO理念下的大數據專業實踐類課程教學設計模式
3.1 教學大綱框架設計
基于CDIO理念的教學大綱需要對融合了知識、能力、態度的學習效果進行準確描述，并清晰指明該課程整體及每一節課對學生所需學習的內容和所需掌握的能力要求。依據CDIO大綱中關于個人能力、職業素養等方面的培養要求，本研究將大數據專業實踐類課程教學 大綱框架設計為如表1形式。
3.2 教學組織方式設計
如何在實踐教學組織中體現CDIO教育理念是實施CDIO教學的基礎[13]。本研究基于CDIO理念將大數據專業實踐類課程教學組織方式設計為如圖1所示的“理論講授-任務布置-項目構思-項目設計-項目實施-項目運行”六個環節構成的有機體。讓學生在參與項目的構思 、設計、實施、運行這四個環節的活動中逐漸形成較完整的系統思維。
3.3 考核方式設置
CDIO理念下的教學是師生共同學習的過程，要求以“學”為中心進行評估，教學與考核相互聯系，考核用來促進和診斷教學和學習。為了評估課程教學所培養學生的能力能否達到CDIO大綱要求的預定目標，需要從不同方面檢驗學生的學習效果。為此，本研究根據不 同類別的學習效果評估的需要，以過程性考查為重點，設置不同的考核方式如表2所示。上述各類考核方式可綜合應用于專業實踐類課程教學的整個過程。為確保評估的可靠性和有效性，可在不同階段選擇一種或多種考核方式對不同類別的學習效果進行評估。
