唐小燕,樓 樺

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件與大數(shù)據(jù)學(xué)院，江蘇 常州 213164)

在智慧教育背景下，呼吁創(chuàng)新教育教學(xué)方法的聲音不斷。習(xí)近平主席在致首屆國(guó)際教育信息化大會(huì)的賀信中提到“積極推動(dòng)信息技術(shù)與教育融合”，指明了教育要尋求以信息技術(shù)為支撐的教育新理念與新模式。智慧教育是教育信息化的創(chuàng)新路徑，是當(dāng)前信息時(shí)代的教育新形態(tài)，教育形態(tài)的革新也意味著教育方式和學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新[1]。

數(shù)據(jù)可視化是智慧教育的一種新型數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，可視化技術(shù)極大促進(jìn)了智慧教育的發(fā)展，它將數(shù)據(jù)信息以“一圖勝千言”[2]的方式表達(dá)出來(lái)，充分利用人們對(duì)可視符號(hào)快速感知識(shí)別的自然能力，提高人們理解及分析數(shù)據(jù)的速度，洞察數(shù)據(jù)中隱含的態(tài)勢(shì)信息，突破教育大數(shù)據(jù)分析的桎梏，從而輔助教育決策。

本研究在智慧教育視角下，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘和可視化方法進(jìn)行研究，結(jié)合教育信息化過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用范例來(lái)剖析數(shù)據(jù)挖掘和可視化在智慧教育中所起的重要作用，以期為教育信息化發(fā)展、教學(xué)分析與決策提供新的思路。

一、教學(xué)數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題

目前，教學(xué)數(shù)據(jù)存在以下問(wèn)題。

第一，在日常教學(xué)管理相關(guān)網(wǎng)站、平臺(tái)系統(tǒng)中存在著海量的教學(xué)管理數(shù)據(jù)，如何充分挖掘數(shù)據(jù)，使資源利用最大化，并可視化呈現(xiàn)分析結(jié)果，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人們更易理解的形式,為教學(xué)分析決策提供數(shù)字依據(jù)，是目前亟待解決的問(wèn)題[3]。

第二，目前，很多高校多個(gè)信息系統(tǒng)相互獨(dú)立，缺少統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行整合數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)分析，對(duì)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的深層次意義剖析不夠深入，智慧化程度有待提升。

第三，常規(guī)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析工具(如Excel等)對(duì)數(shù)據(jù)分析的呈現(xiàn)效果不夠直觀，表達(dá)不夠生動(dòng)，沒(méi)有充分發(fā)揮對(duì)教學(xué)的指導(dǎo)作用，無(wú)法幫助教師及時(shí)進(jìn)行教學(xué)決策、評(píng)價(jià)與反饋。

二、構(gòu)建教學(xué)數(shù)據(jù)分析可視化平臺(tái)

秉承“數(shù)據(jù)導(dǎo)向”理念，構(gòu)建可視化數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)，形成教學(xué)工作數(shù)據(jù)采集、分析及可視化展示的規(guī)范流程，建立科學(xué)合理的診斷式評(píng)價(jià)閉環(huán)機(jī)制。平臺(tái)主要包括五個(gè)模塊：教學(xué)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)篩選存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊[4]，如圖1所示。

圖1 教學(xué)數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用體系

在實(shí)現(xiàn)教學(xué)數(shù)據(jù)可視化的過(guò)程中，結(jié)合教學(xué)、管理、督導(dǎo)等具體工作采集、分析數(shù)據(jù)，可視化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，探究數(shù)據(jù)背后隱藏的價(jià)值，為教師、學(xué)生、管理者等用戶提供新型交互應(yīng)用場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)信息感知的可視性、教育手段的靈活性和服務(wù)響應(yīng)的及時(shí)性[5]。具體如下:

(1)基于數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)可視化新技術(shù)，使用新方法挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)隱價(jià)值，以新視角為教學(xué)管理工作提供指導(dǎo)。

(2)基于Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、構(gòu)建分析平臺(tái)，提取教學(xué)管理過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文本文字，并進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)聚合和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)可視化展示，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集與分析平臺(tái)

(3)形成教學(xué)數(shù)據(jù)采集、分析與可視化展示的規(guī)范流程，構(gòu)建科學(xué)合理的診斷式評(píng)價(jià)閉環(huán)機(jī)制。

(4)在教師隊(duì)伍中推廣新技術(shù)，幫助教師轉(zhuǎn)變工作思路，提高教學(xué)管理工作的實(shí)效性。

三、智慧教育中的數(shù)據(jù)分析與可視化應(yīng)用

2019年以來(lái)，團(tuán)隊(duì)共對(duì)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院14—18級(jí)30多個(gè)班級(jí)的5000多個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)、290份教學(xué)小結(jié)文本、1500個(gè)學(xué)生提問(wèn)標(biāo)題、200多份教學(xué)反饋文本、教學(xué)內(nèi)容文本等數(shù)據(jù)進(jìn)行了多角度分析與可視化展示，獲得了大量可靠的量化指標(biāo)，變“數(shù)”為“圖”，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，為推進(jìn)信息化教學(xué)改革提供了有效的數(shù)字依據(jù)。

(一)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)成績(jī)分析

借助可視化數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)對(duì)“網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)基礎(chǔ)”課程教考分離實(shí)施結(jié)果進(jìn)行分析，從班級(jí)平均分、85分以上及40分以下的學(xué)生分布、男女生成績(jī)差異及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)成績(jī)的影響等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化呈現(xiàn)，取得多個(gè)可靠的關(guān)于授課教師評(píng)價(jià)、班級(jí)學(xué)風(fēng)評(píng)價(jià)、精英班人才選拔、男女生學(xué)習(xí)差異及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助作用分析的量化指標(biāo)和結(jié)論，為回歸“以學(xué)生為中心”的教育本質(zhì)，為個(gè)性化培養(yǎng)項(xiàng)目的學(xué)生選拔、團(tuán)隊(duì)組建等工作提供數(shù)字依據(jù)。

從變異系數(shù)的排名來(lái)分析，如圖3所示，邏輯1班的成績(jī)均值最高、變異系數(shù)最低，證明該班整體水平較穩(wěn)定，兩極分化不明顯；盡管10班的成績(jī)均值最低，但是變異系數(shù)最高，證明班級(jí)成績(jī)的差異性顯著，存在兩極分化。

圖3 班級(jí)成績(jī)均值及變異系數(shù)排名

去除班級(jí)訪問(wèn)數(shù)均值中最大和最小兩個(gè)極值，計(jì)算班級(jí)成績(jī)均值與班級(jí)人均訪問(wèn)次數(shù)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.9024(如圖4所示)。表明班級(jí)的成績(jī)均值與班級(jí)人均訪問(wèn)次數(shù)具有顯著的正相關(guān)，說(shuō)明在線學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)具有明顯的促進(jìn)作用。

通過(guò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教考分離，獲取同一標(biāo)準(zhǔn)下的考核數(shù)據(jù)，可以幫助教學(xué)管理者建立學(xué)習(xí)者模型、學(xué)生畫(huà)像，為后續(xù)課程團(tuán)隊(duì)實(shí)施教學(xué)改革提供借鑒，為動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略、實(shí)施干預(yù)式教學(xué)管理做出有效指導(dǎo)。

(二)推動(dòng)教學(xué)方法和手段相關(guān)數(shù)據(jù)可視化及教學(xué)信息化

收集2018年常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件與大數(shù)據(jù)學(xué)院教師的教學(xué)小結(jié)，隨機(jī)選取60份文本，分析結(jié)果顯示，講授、PPT教學(xué)、多媒體教學(xué)等傳統(tǒng)教學(xué)方法占據(jù)主流，混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課等教學(xué)法普及率不高。這一分析結(jié)果能為學(xué)校進(jìn)一步推進(jìn)信息化教學(xué)提供數(shù)據(jù)參考，并推動(dòng)二級(jí)學(xué)院加大教師信息化培訓(xùn)的力度。

收集2020年常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件與大數(shù)據(jù)學(xué)院教師的教學(xué)小結(jié)，隨機(jī)選取100份文本，詞云展示的分析結(jié)果顯示，傳統(tǒng)教學(xué)方法比重減少，信息化教學(xué)方法和手段如在線課程、混合式教學(xué)、學(xué)習(xí)平臺(tái)等，所占比例有明顯提升。說(shuō)明常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院“雙高建設(shè)計(jì)劃”正有序推進(jìn)，多門在線開(kāi)放課程的開(kāi)發(fā)和建設(shè)帶來(lái)了教學(xué)方式和教學(xué)環(huán)境的變革，教學(xué)管理環(huán)境和資源等發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，教學(xué)服務(wù)水平顯著提高。

(三)學(xué)習(xí)反饋教學(xué)數(shù)據(jù)可視化，監(jiān)測(cè)疫情期間的教學(xué)效果

新冠肺炎疫情期間，線上教學(xué)成為主流。為了及時(shí)了解線上教學(xué)的效果，研究組收集了2020年4月份常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件與大數(shù)據(jù)學(xué)院68個(gè)班級(jí)的學(xué)生信息員的教學(xué)反饋文本進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)校內(nèi)教師的授課情況總體滿意，教師們普遍認(rèn)真負(fù)責(zé)，教學(xué)效果較好。同時(shí)，學(xué)生對(duì)企業(yè)教師的授課情況總體滿意，但是教學(xué)效果“一般”“還好”等情況相對(duì)較多，學(xué)生對(duì)企業(yè)教師的滿意度明顯低于對(duì)校內(nèi)教師的滿意度。

分析結(jié)果有利于教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，能幫助教學(xué)管理者調(diào)整教學(xué)管理模式，為教學(xué)督導(dǎo)工作的順利部署和開(kāi)展提供決策依據(jù)，有效促進(jìn)教學(xué)組織的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，二級(jí)學(xué)院加強(qiáng)了對(duì)兼職教師的管理，為兼職教師提供了更好的教學(xué)支持，同時(shí)加強(qiáng)了教學(xué)督導(dǎo)，聽(tīng)課比例由原來(lái)的40%增加到近70%，有效促進(jìn)了教學(xué)效果的提升。

(四)“師生心聲”平臺(tái)數(shù)據(jù)可視化，把握學(xué)生的思想和學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)

“師生心聲”是便于在校師生及時(shí)反映各類問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)獲取“師生心聲”網(wǎng)站中學(xué)生提交的619個(gè)問(wèn)題標(biāo)題，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出學(xué)生最關(guān)心的問(wèn)題。使用LDA主題模型文檔生成模型，將學(xué)生提交的問(wèn)題進(jìn)行主題劃分，得出學(xué)生反映的問(wèn)題集中在各項(xiàng)考級(jí)考證的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、各類獎(jiǎng)學(xué)金的發(fā)放和畢業(yè)學(xué)分方面。這些信息的獲取與分析有利于改進(jìn)網(wǎng)站布局和欄目設(shè)置、把握學(xué)生的思想和學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，為解決教育教學(xué)中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提供依據(jù)。

(五)使用可視化知識(shí)圖譜，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系

在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，可視化圖形與文字文本相比有著巨大的優(yōu)勢(shì)。以“Python程序設(shè)計(jì)”為例，識(shí)別課程中的基本核心概念，抽取其關(guān)系，構(gòu)建對(duì)應(yīng)知識(shí)圖譜，使用可視化圖形將文本進(jìn)行圖像表征，可以幫助學(xué)生快速形成知識(shí)框架和互聯(lián)體系，提高理解和記憶速度，促進(jìn)知識(shí)的表達(dá)與內(nèi)化。

根據(jù)可視化結(jié)果，學(xué)生可在腦海里勾勒出課程的基本結(jié)構(gòu)，了解概念之間的層級(jí)關(guān)系，從整體上理解并把握課程脈絡(luò)，并進(jìn)行知識(shí)推理，同時(shí)還能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。可視化結(jié)果便于學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)問(wèn)題，可為提高教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量提供輔助，為教學(xué)創(chuàng)新改革提供新的路徑。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的智慧教育需要教學(xué)方式方法的革新，教育信息化對(duì)教育改革發(fā)展的支撐引領(lǐng)作用日益凸顯[1]。本研究基于“數(shù)據(jù)導(dǎo)向”理念，對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)手段及工具進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。

(一)理念創(chuàng)新——運(yùn)用數(shù)據(jù)思維，挖掘教學(xué)數(shù)據(jù)中隱藏的價(jià)值

各類信息文本蘊(yùn)含教師教學(xué)能力、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、情感傾向等內(nèi)容，對(duì)指導(dǎo)教師改進(jìn)教學(xué)、加強(qiáng)師生溝通有著重要的參考價(jià)值。從海量的教學(xué)數(shù)據(jù)中提取真正有價(jià)值的內(nèi)容，將內(nèi)隱信息生動(dòng)化顯示，從而有效實(shí)現(xiàn)零散、抽象數(shù)據(jù)的具體化。

(二)方法創(chuàng)新——基于文本分析結(jié)果，提供可視化數(shù)據(jù)窗口

把文本信息以量化或者圖解的手段直觀、高效地呈現(xiàn)出來(lái)，提高人們獲取數(shù)據(jù)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)利用率，為教育質(zhì)量管理者正確評(píng)估教育質(zhì)量、調(diào)整教學(xué)方法、加強(qiáng)學(xué)生管理和專業(yè)課程建設(shè)等工作提供數(shù)據(jù)支持，為普通用戶了解高校的教育質(zhì)量提供可視化數(shù)據(jù)窗口，使教學(xué)管理過(guò)程智慧化。

(三)機(jī)制創(chuàng)新——利用數(shù)據(jù)導(dǎo)向，形成科學(xué)合理的診斷式評(píng)價(jià)閉環(huán)

教學(xué)數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用能從海量的教學(xué)數(shù)據(jù)中提取真正有價(jià)值的內(nèi)容，有助于迅速找出問(wèn)題并及時(shí)反饋給相關(guān)者。通過(guò)查找、分析、解決、反饋問(wèn)題實(shí)現(xiàn)教育質(zhì)量監(jiān)控閉環(huán)，最終促進(jìn)教育相關(guān)工作的持續(xù)改進(jìn)。

(四)視角創(chuàng)新——應(yīng)用新一代信息技術(shù)，打造高度專業(yè)化的教學(xué)隊(duì)伍

智慧教育中的教學(xué)數(shù)據(jù)可視化是對(duì)可視化技術(shù)的嘗試，也是對(duì)教育結(jié)構(gòu)發(fā)展體系的有益探索。教學(xué)數(shù)據(jù)可視化的推廣應(yīng)用，極大地提高了常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件與大數(shù)據(jù)學(xué)院教師和管理人員的教育管理水平。以此為創(chuàng)新點(diǎn)的應(yīng)用研究實(shí)踐在校級(jí)、省級(jí)各類大賽中獲獎(jiǎng)如下：2016—2018年，獲得校級(jí)教學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)意大賽銅獎(jiǎng)；2019年，獲得江蘇省職業(yè)院校教學(xué)大賽二等獎(jiǎng)；2020年，獲得江蘇省職業(yè)院校教學(xué)大賽一等獎(jiǎng)。

五、結(jié) 語(yǔ)

使用信息技術(shù)對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、統(tǒng)計(jì)、分析和展示，有利于營(yíng)造智慧教育教學(xué)環(huán)境[6]，實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)、智慧管理、智慧服務(wù)，探索符合時(shí)代需求的教育管理新體制和教育教學(xué)運(yùn)行新機(jī)制，促進(jìn)學(xué)生、教師和學(xué)校的智慧發(fā)展。

本研究從海量的教學(xué)數(shù)據(jù)中提取真正有價(jià)值的內(nèi)容并進(jìn)行直觀展示，為學(xué)生日常管理、課程教學(xué)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)情況個(gè)性化評(píng)估、教師隊(duì)伍管理等工作提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，簡(jiǎn)化了文本材料歸納總結(jié)的流程，為推動(dòng)教學(xué)管理改革、提高教育質(zhì)量起到重要的指導(dǎo)作用。智慧教育理念下的教學(xué)數(shù)據(jù)可視化研究案例可以簡(jiǎn)便地向外傳播，惠及更多的學(xué)校及師生。