課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘? 要：針對(duì)目前高校課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)工具存在評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏共享、實(shí)時(shí)反饋和評(píng)價(jià)內(nèi)容缺乏整合和可視化功能的問題，文章利用Hadoop大數(shù)據(jù)離線分析框架和EChart數(shù)據(jù)可視化工具，設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程中大數(shù)據(jù)的采集、處理、可視化分析和應(yīng)用，為開展教學(xué)過程性評(píng)價(jià)和教育教學(xué)改革提供便利，具有較高的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；過程性評(píng)價(jià)；Hadoop；大數(shù)據(jù)；可視化

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）08-0012-04

Abstract： Aiming at the problems of lack of sharing of evaluation results， real-time feedback and lack of integration and visualization of evaluation content in the current university classroom teaching process evaluation tools， this paper uses the Hadoop big data offline analysis framework and the EChart data visualization tool to design a visualization platform for classroom teaching process evaluation based on big data， which realizes the collection， processing， visual analysis and application of big data in the teaching process. It provides convenience for carrying out teaching process evaluation and teaching reform， and has high practicability.

Keywords： classroom teaching; process evaluation; Hadoop; big data; visualization

0? 引? 言

當(dāng)前高校課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)仍是采用以承擔(dān)著教學(xué)互動(dòng)和總結(jié)性評(píng)價(jià)為主的信息化教學(xué)工具，評(píng)價(jià)結(jié)果只能由任課教師查看，課后反饋給教輔老師，導(dǎo)致在學(xué)生教育和管理上存在一定的滯后性。隨著學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的不斷增加，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的處理和理解變得復(fù)雜。當(dāng)今，大數(shù)據(jù)已被廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，可為教師開展教育教學(xué)評(píng)價(jià)提供有力的數(shù)據(jù)支撐，大數(shù)據(jù)的處理和可視化分析為課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)提供新的途徑。

1? 課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)工具存在的問題

通過比較分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)通、藍(lán)墨云和雨課堂都已具備考勤簽到、作業(yè)提交和批改等功能，能自動(dòng)完成人工計(jì)算、整合評(píng)價(jià)，極大地降低了教師的工作量，但是在課堂教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)工具功能的實(shí)用性不足。

1.1? 缺乏評(píng)價(jià)結(jié)果共享和實(shí)時(shí)反饋功能

目前的教學(xué)工具中出現(xiàn)的彈幕、截屏、標(biāo)記收藏等功能使用頻率較低，課堂教學(xué)中收集的缺勤率、作業(yè)完成率等評(píng)價(jià)結(jié)果無法共享以及實(shí)時(shí)反饋給教輔人員；任課教師對(duì)學(xué)生生源背景、歷史成績、獲獎(jiǎng)或懲處等背景知之甚少，難以開展對(duì)學(xué)生的全面評(píng)價(jià)；任課教師和教輔人員之間缺乏溝通交流，無法對(duì)學(xué)習(xí)出現(xiàn)異常的學(xué)生進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)。

1.2? 缺乏評(píng)價(jià)內(nèi)容整合和可視化功能

不同教學(xué)情境下過程評(píng)價(jià)內(nèi)容呈現(xiàn)多樣性，學(xué)習(xí)動(dòng)力、態(tài)度和價(jià)值觀等作為過程性考核的主要維度，未能整合到教學(xué)工具中。隨著學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷增大，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)需要投入大量人工；過程評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜，晦澀難懂的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)增加了教師教學(xué)評(píng)價(jià)的難度。

本文以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院為例，研究利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)具有評(píng)價(jià)內(nèi)容整合功能，可進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)和過程評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)為可視化圖形，實(shí)時(shí)反饋給任課老師與其他教輔老師，實(shí)現(xiàn)信息共享的可視化系統(tǒng)。

2? 課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)

平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)的業(yè)務(wù)進(jìn)行詳盡的分析，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)平臺(tái)功能模塊，結(jié)合技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1? 課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)流程

過程性評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中每一階段的痕跡數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、計(jì)算[1]。過程評(píng)價(jià)的主要業(yè)務(wù)流程包括簽到、資源、測驗(yàn)、討論、作業(yè)等教學(xué)活動(dòng)（任務(wù)）的發(fā)布，學(xué)生完成教學(xué)活動(dòng)，教師進(jìn)行學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)內(nèi)容添加和比例設(shè)置，如圖1所示。

過程評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來源于教學(xué)互動(dòng)的教學(xué)活動(dòng)（任務(wù)），先由任課教師發(fā)布教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生完成教學(xué)活動(dòng)后，教師選取開展的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)比例完成過程評(píng)價(jià)。

2.2? 課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)平臺(tái)功能需求分析

過程評(píng)價(jià)平臺(tái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊收集數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)維度依據(jù)學(xué)院對(duì)過程評(píng)價(jià)的實(shí)際要求和“以學(xué)生為中心”的過程性評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)而設(shè)計(jì)，以可視化圖形顯示評(píng)價(jià)結(jié)果[1]。通過問卷調(diào)查，收集有關(guān)平臺(tái)評(píng)價(jià)和可視化功能需求的問卷110份，整理出核心功能需求，如表1所示。

通過對(duì)問卷調(diào)查結(jié)果的分析得出，過程性評(píng)價(jià)平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要滿足具有教學(xué)互動(dòng)、過程評(píng)價(jià)和可視化的核心功能，學(xué)習(xí)動(dòng)力和情感價(jià)值觀屬于定性評(píng)價(jià)的維度，設(shè)計(jì)量表后發(fā)放問卷由學(xué)生自評(píng)，評(píng)價(jià)結(jié)果整合到客戶端以相應(yīng)的可視化圖形進(jìn)行展示。平臺(tái)組成層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括用戶登錄、教學(xué)活動(dòng)、過程評(píng)價(jià)、用戶管理四個(gè)模塊。

在平臺(tái)設(shè)計(jì)中，按照課堂教學(xué)過程“課前、課中、課后”三個(gè)階段分別設(shè)計(jì)教學(xué)互動(dòng)功能模塊。課前預(yù)習(xí)與學(xué)習(xí)資源發(fā)布到“資源”模塊，課中教學(xué)互動(dòng)問題和回答在“討論”模塊完成，課中用于檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的測試題上傳到“測驗(yàn)”模塊，課后復(fù)習(xí)和練習(xí)的資料發(fā)布到“作業(yè)”模塊，學(xué)習(xí)動(dòng)力和情感、價(jià)值觀等難以量化的評(píng)價(jià)則通過“問卷”模塊收集數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了教學(xué)活動(dòng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為評(píng)價(jià)結(jié)果可視化提供數(shù)據(jù)支撐。過程評(píng)價(jià)結(jié)果由任課教師設(shè)置評(píng)價(jià)內(nèi)容和比例，或輸出評(píng)價(jià)結(jié)果可視化圖形，任課教師和教輔人員共享評(píng)價(jià)信息。任課教師可通過可視化評(píng)價(jià)結(jié)果全面分析學(xué)情，了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃并實(shí)施個(gè)性化教學(xué)策略；教輔人員可通過可視化評(píng)價(jià)結(jié)果了解學(xué)生的學(xué)習(xí)出勤、作業(yè)完成情況，其中輔導(dǎo)員要注重了解學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和思想上的變化等，進(jìn)而對(duì)學(xué)生開展思想政治教育。

2.3? 基于Hadoop的過程評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)處理流程

隨著平臺(tái)使用班級(jí)的不斷增加，存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的單機(jī)模式已無法滿足處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的速度和存儲(chǔ)量要求。關(guān)于大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理方法多種多樣，其中Hadoop技術(shù)是最為成熟的一種，HDFS分布式存儲(chǔ)和MapReduce分布式離線并行計(jì)算框架使其在大數(shù)據(jù)分析處理領(lǐng)域備受關(guān)注[2]。

平臺(tái)采用Hadoop的大數(shù)據(jù)離線分析技術(shù)，數(shù)據(jù)處理流程主要分為采集數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)、分析挖掘數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)可視化，如圖3所示。

采集來自課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)系統(tǒng)以及其他與過程性評(píng)價(jià)有關(guān)的測評(píng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過整合后加入到過程性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)倉庫。測驗(yàn)、作業(yè)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，直接利用Sqoop把數(shù)據(jù)遷移到HDFS中；對(duì)于來自課堂教學(xué)監(jiān)控視頻、網(wǎng)頁爬取等半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的測評(píng)數(shù)據(jù)，通過編寫Java代碼操作Hadoop API接口，把數(shù)據(jù)傳送至HDFS文件系統(tǒng)[3]。

利用ETL工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換、去噪聲等預(yù)處理。例如使用Jave語言操作MapReduce，根據(jù)日期從HDFS中獲取數(shù)據(jù)并根據(jù)要求篩除不合格的數(shù)據(jù)，將符合要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在HBase數(shù)據(jù)倉庫的表中以備分析之用。通過Hive進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，首先需整合Hive和HBase，利用Hive創(chuàng)建HBase對(duì)應(yīng)的映射表，如表2所示。

通過Hive從HBase中獲取數(shù)據(jù)整合進(jìn)行分析，例如將時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為所需格式的時(shí)間，如表3所示。整合數(shù)據(jù)完成后準(zhǔn)備HQL腳本對(duì)學(xué)生行為、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（包括統(tǒng)計(jì)分析、分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析等），分析結(jié)果通過Sqoop輸出到MySQL數(shù)據(jù)庫中。為方便理解數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)頁技術(shù)和EChart工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可視化。

選擇CentOS7作為平臺(tái)開發(fā)操作系統(tǒng)，在IDEA平臺(tái)下進(jìn)行Java語言開發(fā)，選擇用于數(shù)據(jù)處理的Hadoop和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的MySQL，采用Tomcat服務(wù)器進(jìn)行部署，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以選擇IE/FireFox/Google/Chrome等，輸入IP或域名進(jìn)行訪問。

3? 課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在Hive環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用類似于SQL的語句和數(shù)據(jù)函數(shù)完成統(tǒng)計(jì)分析；或者連接MySQL，根據(jù)可視化需求，通過SQL語句查詢并獲取數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的展示可根據(jù)需要采用EChart或自定義可視化算法繪制折線圖、柱狀圖或熱點(diǎn)圖等可視化圖形。

3.1? 教學(xué)活動(dòng)與共享反饋功能的實(shí)現(xiàn)

教學(xué)活動(dòng)是過程性評(píng)價(jià)的前提，平臺(tái)整合了多個(gè)教學(xué)活動(dòng)。任課教師創(chuàng)建課程后，在“簽到”模塊發(fā)布簽到活動(dòng)及修改簽到狀態(tài)，在“工作”模塊發(fā)布作業(yè)、測驗(yàn)題、討論等教學(xué)活動(dòng)，“測驗(yàn)”活動(dòng)的界面如圖4所示。學(xué)生在一級(jí)菜單“查詢課程”后加入教師設(shè)置的課程，在“工作”模塊中完成教師發(fā)布的教學(xué)活動(dòng)，在“簽到”模塊中點(diǎn)擊簽到完成教師發(fā)布的簽到任務(wù)。任課教師可在“成員”模塊中查詢學(xué)生的基本情況，在“可視化”模塊中查看學(xué)生完成教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)度。

考勤是課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)中“學(xué)習(xí)態(tài)度”評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，任課教師和輔導(dǎo)員可以通過“請(qǐng)假”功能查看學(xué)生的請(qǐng)假時(shí)間和原因、請(qǐng)假審批結(jié)果，如圖5所示。任課老師和教輔人員可根據(jù)過程評(píng)價(jià)需求雙向反饋、共享部分信息，如任課教師向輔導(dǎo)員反饋學(xué)生請(qǐng)假、考勤、作業(yè)完成情況等信息，輔導(dǎo)員向任課老師提供學(xué)生基本信息、歷史成績、所獲榮譽(yù)和處分等，這樣的信息互通共享，也減少了信息反饋的滯后。

3.2? 學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)可視化的實(shí)現(xiàn)

教師通過設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)或活動(dòng)完成教學(xué)目標(biāo)，通過過程評(píng)價(jià)中的學(xué)習(xí)認(rèn)知評(píng)價(jià)維度可了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，通過學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)中的可視化結(jié)果可了解學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)。學(xué)習(xí)認(rèn)知—高層次思維評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)作業(yè)活動(dòng)，低層次思維對(duì)應(yīng)測驗(yàn)活動(dòng)；學(xué)習(xí)態(tài)度評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)考勤簽到活動(dòng)，學(xué)習(xí)方式評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)資源學(xué)習(xí)、頭腦風(fēng)暴、討論活動(dòng)。計(jì)算學(xué)生完成教學(xué)活動(dòng)的參與率或得分率，以環(huán)形圖可視化展示，即可了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，如圖6所示。

3.3? 班級(jí)總體和學(xué)生個(gè)體評(píng)價(jià)可視化的實(shí)現(xiàn)

課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)主要是針對(duì)學(xué)生在課堂教學(xué)中的表現(xiàn)而設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)行為評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生總體情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和展示，可以方便教師查看目前教學(xué)班級(jí)的大概情況，對(duì)學(xué)校在校生有個(gè)全面的了解，如通過“專業(yè)學(xué)習(xí)能力”評(píng)價(jià)熱力圖，可了解班級(jí)先修課程、掛科人數(shù)、掛科課程數(shù)，以及每門課程的分?jǐn)?shù)分布，從總體上了解班級(jí)的學(xué)習(xí)情況，如圖7所示。

然而，針對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)還須落實(shí)到學(xué)生個(gè)體，方便教師了解該學(xué)生的個(gè)人信息和行為信息。如利用學(xué)生個(gè)人的測驗(yàn)成績繪制學(xué)習(xí)進(jìn)步曲線，從歷史時(shí)間序列上或從活動(dòng)參與次數(shù)上評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知變化與發(fā)展，如圖8所示。

4? 課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的應(yīng)用

過程評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)應(yīng)用于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院信息工程學(xué)院和人文學(xué)院共4門課程多個(gè)班級(jí)的課堂教學(xué)中。任課教師利用平臺(tái)進(jìn)行過程評(píng)價(jià)，進(jìn)行了基于可視化評(píng)價(jià)結(jié)果的課堂教學(xué)改革實(shí)踐。

4.1? 基于學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)的習(xí)慣養(yǎng)成教育

學(xué)習(xí)認(rèn)知是影響學(xué)習(xí)效果的重要因素，學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成有利于提高學(xué)習(xí)效率[4]。教師根據(jù)課前、課中、課后三個(gè)階段分別設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，課前發(fā)布預(yù)習(xí)資料，上課第5～10分鐘進(jìn)行測試，課后布置作業(yè)，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師從元認(rèn)知、態(tài)度等評(píng)價(jià)結(jié)果中了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我認(rèn)知的程度，引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，自主規(guī)劃學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力。

4.2? 基于學(xué)習(xí)動(dòng)力評(píng)價(jià)的案例和項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)動(dòng)力評(píng)價(jià)維度的“滿足感”和“相關(guān)性”是影響學(xué)習(xí)效果的主要因素。由于學(xué)生對(duì)案例背景內(nèi)容的熟悉度將影響案例學(xué)習(xí)效果，基于“學(xué)生友好型”案例教學(xué)理念和“最近發(fā)展區(qū)”理論[5，6]，在案例問題引導(dǎo)下激發(fā)學(xué)習(xí)興趣后，選擇學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域的案例教學(xué)資源營造熟悉感，讓相似團(tuán)隊(duì)的學(xué)生協(xié)作完成項(xiàng)目，當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，支持學(xué)生相互協(xié)作解決問題。這樣學(xué)生就會(huì)獲得足夠的信心克服困難，在完成學(xué)習(xí)目標(biāo)后獲得成功的喜悅感，可以產(chǎn)生持續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

4.3? 基于學(xué)習(xí)效果和進(jìn)步曲線評(píng)價(jià)的個(gè)性化教學(xué)

教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)效果和進(jìn)步曲線來比較學(xué)生之間的學(xué)習(xí)差異。對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)步幅度大的學(xué)生給予表揚(yáng)；為學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生提供高難度的任務(wù)；針對(duì)學(xué)習(xí)退步的學(xué)生了解其退步的原因，實(shí)施分類教育。教師和學(xué)生通過學(xué)習(xí)進(jìn)步曲線關(guān)注學(xué)生自身的變化，而不是只關(guān)注與他人競爭，學(xué)生對(duì)自身的優(yōu)勢和劣勢形成清晰的自我認(rèn)知，教師依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果為學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展進(jìn)行生涯規(guī)劃。

5? 結(jié)? 論

大數(shù)據(jù)技術(shù)為高校教學(xué)改革提供了有力的支持，本文利用Hadoop和EChart數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，設(shè)計(jì)了課堂教學(xué)過程性評(píng)價(jià)平臺(tái)。平臺(tái)整合了教學(xué)活動(dòng)和過程評(píng)價(jià)功能并應(yīng)用于課堂教學(xué)，為教師開展課堂教學(xué)過程評(píng)價(jià)和基于評(píng)價(jià)結(jié)果的教學(xué)改革提供了便利。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：楊知玲（1985—），女，漢族，廣東韶關(guān)人，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)。