數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在“信息處理技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

◇河南工學(xué)院教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與評估中心 王明斐

河南工學(xué)院管理學(xué)院 常 恒

信息處理技術(shù)課程面向高校各專業(yè)大一新生開設(shè)，屬于計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)，是環(huán)境不同專業(yè)學(xué)生走向信息化道路的大門，有著很強的應(yīng)用性和實踐性。教學(xué)過程中合理運用數(shù)據(jù)可視化等信息技術(shù)，重構(gòu)課程知識體系和圖譜。在教學(xué)項目設(shè)計和過程性評價可視化中引入可視化技術(shù)，有效提升教學(xué)管理水平和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過對教學(xué)模式、課程內(nèi)容和評價方式的創(chuàng)新和改革，解決教學(xué)中存在的問題和學(xué)生學(xué)習(xí)中面臨的困難。

作為大數(shù)據(jù)時代的產(chǎn)物，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是有效推動課程教學(xué)的重要工具。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的利用，能夠讓課程管理更加輕松便捷、教學(xué)目標更加清晰明確、課程設(shè)計更加豐富多彩。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)借助圖形化手段，能夠清晰有效地傳達信息，為師生間更好的溝通提供幫助[1]。通過建立數(shù)據(jù)共享平臺，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程信息進行整合，幫助教師做出更好的指導(dǎo)決策，實時反饋到教學(xué)過程中，為教學(xué)質(zhì)量的提高奠定良好的基礎(chǔ)。

1 信息處理技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段高校各專業(yè)課程安排中，“信息處理技術(shù)”課程作為普遍開設(shè)的第一門計算機信息類基礎(chǔ)課程，其特點是所涉及的內(nèi)容廣、概念多，具有較強的應(yīng)用性和實踐性。主要任務(wù)是學(xué)習(xí)計算機信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識、概念和操作技能。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的使用，提高學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力、實驗研究能力、總結(jié)歸納能力和自學(xué)新知識的能力，同時兼顧計算機應(yīng)用領(lǐng)域的前沿知識，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機信息技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)。目前，教學(xué)中存在的主要問題如下所示。

1.1 教學(xué)模式多以教師為中心

現(xiàn)階段大多數(shù)課程教學(xué)模式仍是以教師為主導(dǎo)，既教師當堂按照教材上案例進行講解演示，學(xué)生按照操作步驟討論學(xué)習(xí)，再結(jié)合實驗進行重復(fù)的練習(xí)。因為題目內(nèi)容統(tǒng)一，造成部分學(xué)生缺少了自主思考設(shè)計的過程，有些同學(xué)甚至直接照搬其他同學(xué)的作業(yè)，最后教師看到的都是差別不大的作業(yè)，無法真實了解每一個學(xué)生對知識和技能的掌握程度。而該課程面向的是全校各專業(yè)的大一新生，專業(yè)基礎(chǔ)不同，學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力也有差別，傳統(tǒng)模式容易導(dǎo)致師生都只注重結(jié)果而忽視過程的差異[2]。

1.2 教學(xué)項目設(shè)計單一

采用項目式教學(xué)法能夠有助于促進學(xué)生學(xué)習(xí)，但面臨的挑戰(zhàn)是，一方面，授課教師希望借助“項目”實現(xiàn)更加有趣、有效的教學(xué)，但另一方面，大部分教師又缺乏相應(yīng)的精力、資源實現(xiàn)[3]。盡管有一定數(shù)量的教師具備了設(shè)計高質(zhì)量項目的能力，但項目設(shè)計過程復(fù)雜耗時。因此，在實際教學(xué)過程中，項目往往無法與教學(xué)內(nèi)容緊密融合，經(jīng)常淪為與核心知識無關(guān)的趣味活動。

1.3 過程性評價不足

長期以來，教學(xué)評價多以結(jié)果把關(guān)，既以期末卷面成績對學(xué)生的知識掌握程度和應(yīng)用能力進行評判。只從考試結(jié)果把關(guān)，無法對學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程進行監(jiān)控，缺失對學(xué)生成長過程關(guān)注和反饋[4]。這種只注重學(xué)習(xí)結(jié)果的單一評價體系下，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)過程和身心的發(fā)展，往往會造成部分學(xué)生自主性缺失、學(xué)習(xí)體驗較差等問題。而這些問題，無法顯現(xiàn)于分數(shù)之中，但卻是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中最真實的感知。

因此，探討數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在“信息處理技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用與研究，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式有著非常重要的意義。

2 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用

2.1 可視化知識圖譜構(gòu)建知識體系

合理運用數(shù)據(jù)可視化等信息技術(shù)，進行教學(xué)模式“創(chuàng)新性”改革，采用慕課、對分課堂、PBL問題式學(xué)習(xí)、BOPPPS有效教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)等，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進性和互動性[5]。開展啟發(fā)式、參與式、討論式、合作式教學(xué)，進行教學(xué)方式、方法與手段創(chuàng)新，充分運用學(xué)習(xí)通、簡道云、云班課等智慧教學(xué)工具[6]。

在學(xué)習(xí)過程中，可視化圖形比文字有較強的優(yōu)勢。開展課程教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，對課程進行深入剖析和二次開發(fā)，抽取課程中基本核心概念的關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)的知識體系和圖譜，把文本進行可視化圖像表征，幫助學(xué)生有效構(gòu)建知識框架和體系，增強對知識技能的理解和深化，從而降低信息技術(shù)學(xué)習(xí)的門檻，減少非計算機專業(yè)學(xué)生對信息技術(shù)的排斥度。注重以學(xué)生為中心創(chuàng)新教學(xué)，體現(xiàn)學(xué)生為主體、培養(yǎng)學(xué)生自主獲取和更新知識的能力。

2.2 數(shù)據(jù)可視化項目融入教學(xué)設(shè)計

以“數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析”項目為例，常規(guī)的電子表格工具（如Excel等）對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計無法高效的展開，數(shù)據(jù)共享成本高，多以后期人工匯總的形式，不僅費時費力，且容易遺漏出錯。在移動端難以進行操作管理，統(tǒng)計后呈現(xiàn)的分析效果不夠生動，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)外泄，無法充分發(fā)揮信息化新技術(shù)的優(yōu)勢。引入數(shù)據(jù)可視化是一種有效的方法，使用數(shù)據(jù)可視化工具來展示數(shù)據(jù)，可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握基礎(chǔ)知識概念，更好地掌握數(shù)據(jù)分析的技能，并且能夠幫助學(xué)生更好地分析和解決生活中的實際問題。因此，在教學(xué)項目設(shè)計中引入簡道云，作為一個零代碼輕量級應(yīng)用搭建平臺，可以滿足用戶的個性化管理需求。讓學(xué)生通過拖拉拽的簡單操作，靈活快速搭建出符合自身需求的數(shù)據(jù)統(tǒng)計應(yīng)用。

以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析項目案例中，往往存在統(tǒng)計信息陳舊、數(shù)據(jù)量偏小、統(tǒng)計數(shù)據(jù)失真等問題。其實在各學(xué)校的日常教學(xué)管理信息平臺中，就存在著海量的教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，從中挖掘出學(xué)生熟悉和關(guān)心數(shù)據(jù)，最大化利用資源，并將分析結(jié)果通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)呈現(xiàn)。例如，在教學(xué)設(shè)計中引入對線上教學(xué)期間教學(xué)平臺和直播平臺的統(tǒng)計分析。引導(dǎo)學(xué)生首先對數(shù)據(jù)表單進行設(shè)計，具體的內(nèi)容和形式可以自主設(shè)計發(fā)揮，還可以給不同權(quán)限的用戶設(shè)計不同的數(shù)據(jù)管理權(quán)限，給學(xué)生提供更大的靈活度。設(shè)計好的表單，可以通過二維碼的形式發(fā)布給其他的填寫者，對數(shù)據(jù)進行收集。對表單收集后的數(shù)據(jù)，可以通過儀表盤進行加工處理后展示，通過簡單的拖拽設(shè)置便可以將分析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r可聯(lián)動的可視化圖表，將用戶感興趣的結(jié)果通過更加豐富、直觀的展現(xiàn)出來，如圖1所示。

圖1 學(xué)生儀表盤作品示例

2.3 過程性評價可視化

為了扭轉(zhuǎn)目前評價單一的現(xiàn)狀，讓評價真正融入學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程和生活中，催化學(xué)生的自信心和自主性。在課程實施過程中不斷對評價體系進行創(chuàng)新，旨在構(gòu)建課內(nèi)外評價相結(jié)合、過程性考核與考試成績相結(jié)合、學(xué)生互評和自評相結(jié)合的綜合評價體系。營造樂觀積極的學(xué)習(xí)文化，尊重每個學(xué)生的想法和特長，讓學(xué)生全程參與評價活動中，鼓勵學(xué)生發(fā)揮個體優(yōu)勢，同時學(xué)會彼此合作和相互評價。營造空間讓來自不同專業(yè)背景的學(xué)生之間形成有效溝通交流，進行多元碰撞，逐步引導(dǎo)學(xué)生具有自我評價的能力。

開展課程評價方式改革，豐富完善過程性考核內(nèi)容，考核方式科學(xué)多樣，運用超星、簡道云等在線平臺進行學(xué)情分析和評價，注重形成性評價和過程化考核。鼓勵學(xué)生參與到評價過程中，有機會發(fā)表自己的想法，從而提高學(xué)生的參與意識。讓學(xué)生參與到評價的決策和結(jié)果分析過程中，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提升成績。

以提高學(xué)習(xí)成績?yōu)闃藴?，以形成?chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神為目的，以合理評價學(xué)生技能的應(yīng)用情況為基礎(chǔ)，注重靈活性、多元性價，設(shè)計可視化的過程性評價方式，針對學(xué)情預(yù)警實時反饋。在具體的課程實施中，過程性考核形式包括隨堂練習(xí)、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、PBL分組任務(wù)、平時測試等多種形式。如圖2所示，學(xué)生的每一次參與和表現(xiàn)，都能夠被記錄和關(guān)注，形成過程性考核的依據(jù)。課堂的活動多以開放式的題目為主，不去設(shè)定統(tǒng)一的標準答案，旨在鼓勵不同程度的學(xué)生都可以積極的參與。還可以通過PBL分組任務(wù)，幫助學(xué)生學(xué)會團隊合作，分析解決問題，有效進行溝通討論，提出解決方案，并把解決方案應(yīng)用到實踐中。提高團隊合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力，從而提高學(xué)習(xí)效果。

圖2 課堂活動展示

過程性評價結(jié)果可以通過使用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實現(xiàn)。通過圖表等形式幫助評估者更好地理解評估結(jié)果，并且可以更容易地發(fā)現(xiàn)趨勢和模式。例如如圖3所示，通過對學(xué)生的各項過程性評價數(shù)值進行綜合分析，可以生產(chǎn)學(xué)生的用戶畫像，形象化數(shù)據(jù)更有效的幫助教師了解學(xué)生過程性評估結(jié)果，并且更容易發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)趨勢和差異，找出海量數(shù)據(jù)中包含的信息和規(guī)律，用于學(xué)情監(jiān)測和預(yù)警決策服務(wù)?？梢暬Y(jié)果也更有利于學(xué)生進行自我評估，及時發(fā)現(xiàn)階段性問題，為過程性評價創(chuàng)新改革提供新的幫助。

圖3 學(xué)生用戶畫像

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助教師更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和習(xí)慣，從而更有針對性地進行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。在教學(xué)項目的創(chuàng)新、教學(xué)數(shù)據(jù)的有效分析、教學(xué)效果的及時反饋等方面，通過清晰簡介的可視化圖表呈現(xiàn)出，可以使教師跟全面、適時、準確的了解全體學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，及其所展現(xiàn)出來的過程、效果。通過在重構(gòu)知識體系、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，以及過程性評價實施過程中，有效融入數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，讓教師能夠更加精準的進行教學(xué)設(shè)計、課堂管理，更加有效的豐富教學(xué)過程。通過實踐應(yīng)用證明，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在“信息處理技術(shù)”課程教學(xué)實施中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到較大提升，整體學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有共同進步，個體學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度有明顯改進。