基于項目驅動的數(shù)據(jù)可視化課程教學實踐研究

劉亞林 宋廷強 郭秋紅

摘要：為了提升學生綜合應用數(shù)據(jù)可視化工具解決實際復雜問題的能力，研究旨在分析傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化課程教學設計存在的問題，并提出一種以項目為驅動、線上線下相結合的教學改革措施，并從案例選擇、目標設定、課程考核體系三個方面進行探索研究。通過實驗結果、期末成績和學生反饋，結果顯示這種教學模式有效提高了學生的學習動力、實踐能力和期末成績。

關鍵詞：教學改革；數(shù)據(jù)可視化；案例驅動

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）11-0151-04

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)可視化作為一種重要的信息傳達工具，對于數(shù)據(jù)分析、決策制定和信息交流起著關鍵作用。數(shù)據(jù)可視化課程在大數(shù)據(jù)相關課程體系中非常重要，該課程是將大數(shù)據(jù)的復雜性轉化為可理解和可傳達的信息的關鍵環(huán)節(jié)。通過數(shù)據(jù)可視化課程培養(yǎng)學生的技術技能，提高了學生的數(shù)據(jù)理解、溝通和決策制定能力，為應對現(xiàn)代數(shù)據(jù)驅動的挑戰(zhàn)提供關鍵的支持。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化課程教學方式采用理論與實驗課分離，每周2課時理論4 課時實驗課，這種模式存在著理論與實踐脫節(jié)，學生實驗課練習的內(nèi)容都是互相獨立的，缺乏完整案例的實踐，導致學生最后能夠掌握理論知識但是難以應用到實踐中。傳統(tǒng)教學模式最終學習變成以考試為目的，以期末考試及格為結果，中間教學過程中學生參與度低，限制了學生在實際應用中的能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。而且，傳統(tǒng)的課程考核指標單一，期末考試占比較大，部分學生可以通過突擊復習的方式，通過期末考試檢測，無法有效地檢驗教學效果。

為了解決這些問題并提升數(shù)據(jù)可視化課程教學效果，本研究基于雨課堂智慧教學平臺[1]并采用項目案例驅動的教學方法，旨在探索一種創(chuàng)新的數(shù)據(jù)可視化課程教學實踐模式。雨課堂智慧教學平臺，提供了豐富的互動功能和多樣化的教學手段，為學生提供了一個更具挑戰(zhàn)性和實踐性的學習環(huán)境[2]。

1 項目驅動教學方法

1.1 雨課堂平臺介紹

雨課堂智慧教學平臺[3]提供了豐富的互動功能，如實時彈幕、隨機點名、在線討論和學習資源共享、互動交流、提交實驗內(nèi)容等。此外，雨課堂還支持在線測試，掃碼簽到等功能，通過以上雨課堂平臺的功能，可以打造多元化的過程性考核手段，同時幫助學生及時發(fā)現(xiàn)學習過程中的不足，提高教學質量。

1.2 項目驅動的教學方法概述

項目驅動[4]的教學方法是一種以實際項目為基礎的教學方式，通過將學生置身于真實的數(shù)據(jù)場景中，培養(yǎng)學生的問題解決能力和實踐技能。在數(shù)據(jù)可視化課程教學中，項目驅動的方法[5]能夠使學生更好地理解數(shù)據(jù)可視化課程的原理和應用，并將理論知識與實際情境相結合，提高學生的數(shù)據(jù)分析和溝通能力。

1.3 教學設計與實施步驟

1） 項目案例選擇：根據(jù)教學目標和學生背景，選擇與數(shù)據(jù)可視化相關的真實項目案例作為教學材料。這些案例可以來自不同領域的數(shù)據(jù)，如金融、醫(yī)療、市場營銷等，以便學生能夠探索不同應用領域的數(shù)據(jù)可視化方法和技巧[6]。

2） 學習目標設定：明確項目案例的學習目標，并與課程中的相關知識點相匹配。將綜合項目案例中涉及的知識點根據(jù)課本內(nèi)容分割成按章節(jié)劃分的小型案例，提升學生自主練習能力。

3） 多元化過程性考核設定：通過雨課堂平臺豐富的功能，制定過程性考核標準，提升過程性考核比重，增加實踐在考核中的占比，提高課程考核質量。

2 項目驅動的教學實踐

2.1 項目設計

2.1.1 二手房信息可視化平臺項目

設計一個基于Matplotlib模塊生成可視化圖表的綜合案例，該案例數(shù)據(jù)通過爬蟲獲取真實網(wǎng)站數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的處理分析形成可視化圖表。該案例包含直方圖、柱形圖、餅狀圖、散點圖、箱型圖等豐富的圖表，最后將生成的圖表并將相關圖表嵌入html 頁面中，方便觀看與展示，項目界面如圖1所示。

2.1.2 智慧醫(yī)療可視化平臺項目

設計一個Pyecharts 可視化框架的綜合項目案例選擇智慧醫(yī)療領域的公開數(shù)據(jù)集作為項目數(shù)據(jù)，以智慧醫(yī)療可視化案例作為教學材料。該案例涉主要通過數(shù)據(jù)可視化技術展現(xiàn)某地區(qū)就診人數(shù)、用藥情況、病床使用情況、流行病等情況。使用的可視化圖表非常豐富，包括柱形圖、折線圖、餅圖、條形圖、堆積折線圖等圖表，全面覆蓋數(shù)據(jù)可視化課程中Pyecharts章節(jié)的重點圖表。該項目部分圖表效果如圖2所示。

以上兩個項目案例的特點如下：

1） 項目貼近實際生活，現(xiàn)在的日常衣食住行都與大數(shù)據(jù)息息相關，為了快速地獲取重要信息，都會使用數(shù)據(jù)可視化對復雜數(shù)據(jù)進行展示。

2） 項目難易程度適中，項目基礎功能和架構簡單，不涉及復雜的功能邏輯，總代碼量少，學生容易上手。

3） 項目實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)可視化課程知識點的全面覆蓋，可以與學過的其他計算機課程互相練習。

通過項目案例讓學生對實際開發(fā)流程有更深入的認識，具體知識點與項目覆蓋情況如表1所示。

2.2 學習目標設定

1） 握數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的基本處理方法。

2） 掌握數(shù)據(jù)可視化中圖表的基本繪制方法。

3） 學會運用合適的可視化圖表來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)集中的不同數(shù)據(jù)。

2.3 教學實施過程和方法

1） 引入案例。通過在雨課堂平臺上發(fā)布案例背景和相關數(shù)據(jù)，引發(fā)學生的興趣和思考。鼓勵他們提出問題和假設，并激發(fā)學生對可視化案例的進一步探索。

2） 緊密銜接教材。由于綜合案例中涉及的內(nèi)容非常廣泛，使用的圖表種類繁多，以二手房信息可視化平臺和智慧醫(yī)療可視化案例為導向，根據(jù)教材的順序和教學大綱中的課時安排，進一步細化每次實驗課的內(nèi)容，并增加練習，形成按課時劃分的實驗課內(nèi)容。

3） 學期多元化考核評價機制?；谟暾n堂平臺制定多元化課程考核機制。為保證教學質量，公正地對學生的學習效果進行評價，基于課程的特點，采用多元化的評價標準，提升過程性考核占比，依托雨課堂的隨堂測試、在線考試等功能，達到每節(jié)課一次隨堂測驗，每學期多次階段性測驗的過程性測驗方案。本考核模式將學生成績分成兩大部分：平時成績、期末卷面成績。其中，平時成績即過程性考核成績，在總成績中的占比為50%，由考勤、課堂表現(xiàn)、隨堂測試、實驗構成；期末卷面成績即最后的期末考試學生的卷面得分，在總成績中的占比也為50%。過程性考核項的構成可根據(jù)課程性質合理安排，因數(shù)據(jù)可視化課程的實驗部分課時比較多，所以本課程的過程性考核構成為：考勤5%+課堂表現(xiàn)10%+隨堂測試15%+實驗20%。期末試卷命題方面要求難度適中，注重實用性，多出理解性題目，少出機械記憶性題目，體現(xiàn)出學生對本課程知識的掌握程度，出題的出發(fā)點是檢驗學生對基本知識的掌握程度以及靈活應用知識解決實際問題的能力。多元化考核各部分占比如圖3所示。

①考勤。考勤部分通過雨課堂掃碼簽到的方式，該方式比較節(jié)省課堂時間，結果更加客觀，而且避免了傳統(tǒng)的點名方式學生代答到的情況。簽到時可以設置簽到時間限制，超時未簽到將視為曠課，同時簽到時也可以設置顯示地理位置，異地簽到即為曠課。除了簽到限制的設置以外，在雨課堂中還設置了隨機點名機制，隨機點某個同學回答問題，增加了隨機性和趣味性，同時隨機點名還可以找出中間離開的學生。

②隨堂測驗。隨堂測驗方式比較多，可以將測試題目穿插在授課PPT里面，講授完某個知識點以后進行測試，也可以單獨進行章節(jié)測試，在課程內(nèi)容講授結束以后再進行測試。通過隨堂測試的形式可以及時地檢驗學生對該部分知識點的掌握程度，根據(jù)檢驗結果對學生掌握薄弱的部分進行單獨復習。

③課堂表現(xiàn)。課堂表現(xiàn)是對學生學習態(tài)度以及學習參與度的檢測，衡量方式可以通過雨課堂投稿以及彈幕的方式進行。在授課的過程中，教師會隨機提問，要求學生將答案通過彈幕的方式回答，同時教師可以將學生的答案形成詞云的形式，彈幕的條數(shù)是學生參與度的一個衡量指標。同時在課堂上教師可以讓學生做練習題，要求學生下課之前將做的題目以投稿的形式上傳，投稿的數(shù)量以及質量是學生學習態(tài)度的一個衡量指標。

過程性考核是貫穿整個學期的持續(xù)性工作，授課教師需要嚴格把控每個環(huán)節(jié)，科學指定每個環(huán)節(jié)的比重，做到過程性考核真實有效，切實起到反映學生真實學習情況和督促學生認真學習的效果。

④項目報告與分享。學期結束后每位學生在雨課堂平臺提交綜合項目報告，總結學生的可視化項目案例。在雨課堂平臺發(fā)布優(yōu)秀的可視化項目，學生互相分享自己完成的項目案例。通過在雨課堂平臺上發(fā)布案例背景和相關數(shù)據(jù)，引發(fā)學生的興趣和思考。鼓勵他們提出問題和假設，并激發(fā)學生對可視化案例的進一步探索。

3 結果與分析

為了對比本次雨課堂平臺結合項目驅動的教學模式[7]與傳統(tǒng)課堂模式的效果，學期末對學生的學習過程材料進行了收集，并從以下維度與傳統(tǒng)課堂模式進行對比。

3.1 學生學習效果分析評價

1） 激發(fā)了學生的學習熱情。雨課堂作為一種新興的教學模式，相較于傳統(tǒng)的教學模式對于學生來說是比較新穎的。傳統(tǒng)的教學模式僅僅局限于教師講學生聽，而雨課堂充分融合了線下線上教學的優(yōu)點，提高了學生的參與度以及積極性。

2） 提高了課堂學習效率。傳統(tǒng)的教學模式在課前預習方面缺乏監(jiān)督性，僅僅是口頭布置任務，缺乏預習效果的檢查，而采用雨課堂，教師可以在雨課堂中發(fā)布預習任務，同時也可以上傳一些相關的預習資料讓學生課前預習完成。

3） 提升了課程學習效果。采用雨課堂+項目驅動的教學模式取得了更好的教學效果，通過平臺導出的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，學生的缺勤率降低，而且參與度得到了極大的提升。從學生期末成績來看，與往屆試題難度一致的前提下學生的考試成績有明顯提升，且不及格學生數(shù)量較往屆有明顯減少。最終的期末成績也與過程性考核的成績相吻合，由此得到結論：用雨課堂+項目驅動的教學模式提升了課程學習效果，見表2。經(jīng)過兩個實戰(zhàn)項目的訓練，學生數(shù)據(jù)可視化相關框架的使用更加熟練，極大地提升了學生的編程實戰(zhàn)能力。

3.2 調(diào)查問卷滿意度調(diào)查分析評價

通過調(diào)查問卷進行滿意度的調(diào)查，經(jīng)過調(diào)查得出學生普遍比較喜歡雨課堂+項目驅動的教學模式。在調(diào)查問卷的評價指標中大部分同學都是認同的：您認為課前預習課件對您上課聽講的幫助怎么樣？您認為課上雨課堂開啟彈幕互動是否增加了您的課堂參與度？您認為雨課堂能否提高您的上課興趣？您認為雨課堂互動效果如何？您是否希望繼續(xù)使用雨課堂上課？

通過對比可以發(fā)現(xiàn)本次雨課堂+項目驅動的教學模式的教學效果明顯優(yōu)于統(tǒng)課堂模式的效果。采用雨課堂項目驅動的教學模式激發(fā)了學生的學習熱情，提高了課堂學習效率，提升了課程學習效果，通過完成項目增加了學生實戰(zhàn)編程經(jīng)驗，不再畏懼項目開發(fā)。

4 結束語

本研究基于雨課堂項目案例驅動的數(shù)據(jù)可視化教學實踐取得了一定的成果，但仍存在一些討論點和進一步的展望[8]。

1） 案例選擇的多樣性。本研究選擇了兩個相關項目案例進行教學實踐，但數(shù)據(jù)可視化應用涉及多個領域。未來的研究可以拓展案例選擇的范圍，涵蓋更多領域的實際項目，以滿足不同學生的興趣和需求。這將為學生提供更多樣化的學習體驗，促進他們在不同領域中的數(shù)據(jù)分析和可視化能力。

2） 評估指標的拓展。本次教學實踐雖然使用雨課堂平臺構建了完善的過程性考核手段，但未來的研究可以考慮引入更多的評估指標，如學生的創(chuàng)新思維能力、問題解決能力和團隊合作能力等。通過綜合評估學生的多個方面能力，可以更全面地了解項目案例驅動教學對學生的影響。

參考文獻：

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[8] 鄧亮. 基于“雨課堂” 混合式教學模式設計與實踐[J]. 中國人民公安大學學報（自然科學版），2017，23（2）：105-108.

【通聯(lián)編輯：王力】