Data Warehouse for Educational Data Mining

Mgr. Jaroslav Bayer

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Educational data mining (EDM) představuje interdisciplinární vědní oblast, která se zabývá dolováním dat vznikajících v oblasti vzdělávání. K tomu používá zejména metod strojového učení a dobývání znalostí. Zabývá se také analýzou sociálních sítí, metodami learning analytics, vizualizací dat či doporučovacími systémy. EDM nástroje často vyžadují pokročilé přístupy pro ukládání velkého množství dat. EDM se zaměřuje zejména na vývoj nových analytických metod optimalizovaných na výuková a studijní data. Vyvíjí postupy pro odhalování a lepší pochopení vzorců chování studentů s cílem zvýšit efektivitu výuky. Díky moderním systémům pro řízení výuky (Learning management systems) studují studenti jiným způsobem než jejich předchůdci. Aplikace elektronického vzdělávání (e-learning) produkují vzrůstající množství dat každý den. Tento fakt ztěžuje jejich analýzu, avšak přináší nové možnosti a příležitosti pro uplatnění EDM. Klíč k úspěchu tkví v efektivním ukládání dat, které usnadňuje jejich následné analytické zpracování. V rámci Informačního systému Masarykovy univerzity (IS MU) jsme s kolegy začali vyvíjet komplexní analytický nástroj (Excalibur) s integrovaným datovým skladem. Tato rigorózní práce se zabývá návrhem datového skladu pro Excalibur. Práce sestává z přijatých či publikovaných článků doplněných komentářem. Většina článků se zabývá oblastí EDM a vznikla s využitím prototypu Excaliburu. Práce obsahuje též rámcový návrh jeho rozšířené varianty, která ještě nebyla publikována. Zaměřili jsme se zejména na datový sklad. I když je Excalibur vyvíjen jako součást IS MU, veškeré výsledky, principy a přístupy použité při jeho navrhování a implementaci budou k dispozici veřejně.

Abstract:

Educational data mining (EDM) is a growing interdisciplinary research area dealing with data mining and machine learning methods and learning analytics. It also adopts methods of social network analysis, recommender system principles or data visualization. It successfully utilizes advanced database approaches such as operational data stores or data warehouses. EDM is mainly focused on developing new methods for investigating data coming from educational environment, using methods to understand student behaviour, and increasing the efficiency of the educational process. Today’s students usually learn in a very different way than students in the past. Thanks to e-learning and its modern tools, they can even study from their homes. As a side effect of using virtual learning environments, large amounts of data are generated every day. It makes it difficult to analyse the data efficiently; however, it also gives new opportunities for EDM. The data warehouse techniques represent one of the efficient ways that facilitates to analyse large amounts of data. We have started to develop a complex analytical tool, Excalibur, with an integrated data warehouse. Even though Excalibur is being developed as a subsystem of the Information System of Masaryk University (IS~MU), the principles, techniques and approaches will be accessible publicly, as well as the achieved results. This advanced master's thesis concerns with data warehouse design issues and EDM. It is composed of the published papers dealing mostly with our EDM projects performed on the pilot version of Excalibur. It also includes the propose of its enhanced version that has not been published yet. This thesis is mainly focused on its data back-end represented by the data warehouse.

Keywords

Educational data mining, Data warehouse, Data vault, OLAP, OLTP, Excalibur

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 11. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 6. 3. 2013
• Reader: doc. Mgr. Radek Pelánek, Ph.D., doc. RNDr. Pavel Smrž, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Applied Informatics / Applied Informatics