福州軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃琳

本文以教學(xué)管理為視角，以數(shù)據(jù)可視技術(shù)為方向，進(jìn)行系統(tǒng)搭建與技術(shù)研究。在教學(xué)管理程序中，可視技術(shù)用于賬戶登錄、平臺(tái)管理、資源編輯等程序，結(jié)合可視技術(shù)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有效融合，積極提升教學(xué)管理能效，充分發(fā)揮直方圖、詞云等可視技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，助力教學(xué)管理發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)可視化的技術(shù)種類

1.1 直方圖

直方圖是以數(shù)據(jù)分類為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)生概率的展示[1]。在直方圖顯示時(shí)，橫軸設(shè)定變量因素，比如分?jǐn)?shù)區(qū)間、等級(jí)類別等，用于數(shù)據(jù)分類?？v軸顯示次數(shù)，反映數(shù)據(jù)的發(fā)生概率。在教學(xué)管理中多個(gè)環(huán)節(jié)，可使用直方圖，橫軸表示“優(yōu)秀”“良好”等類別，縱軸表示學(xué)生人數(shù)，以展現(xiàn)各等級(jí)學(xué)生數(shù)量，驗(yàn)證教學(xué)管理的有效性。

1.2 餅狀圖

直方圖傾向于展示數(shù)據(jù)發(fā)生次數(shù)，餅狀圖側(cè)重于展示數(shù)據(jù)種類。如果在分析數(shù)據(jù)變量分布特點(diǎn)時(shí)，變量對(duì)應(yīng)參數(shù)具有固定性，比如“優(yōu)秀”“良好”等，此時(shí)可使用條形圖進(jìn)行學(xué)情數(shù)據(jù)展示。例如，某次考試成績(jī)100分為滿分，將80分以上設(shè)定為“優(yōu)秀”，60～80分設(shè)定為“良好”，不足60分設(shè)為“一般”，進(jìn)行學(xué)生成績(jī)的餅狀圖展示，能夠清晰展示出各分?jǐn)?shù)段的學(xué)生人數(shù)，反映出多數(shù)學(xué)生的分?jǐn)?shù)區(qū)間。

1.3 折線圖

折線圖是使用直線，有效連接各個(gè)變量分散的點(diǎn)，展示數(shù)據(jù)變化特點(diǎn)。比如，將學(xué)生按序號(hào)進(jìn)行成績(jī)點(diǎn)的標(biāo)注，使用折線進(jìn)行連接，以此展現(xiàn)班級(jí)學(xué)生整體成績(jī)的變化特點(diǎn)。散點(diǎn)圖可擴(kuò)展成三維、四維等多重結(jié)構(gòu)的圖，進(jìn)行區(qū)間點(diǎn)的差異性顏色設(shè)計(jì)，形成多維數(shù)據(jù)展示效果。比如，在班級(jí)學(xué)生成績(jī)的圖中，女生標(biāo)注粉色，男生標(biāo)注藍(lán)色，達(dá)成三維學(xué)情展示效果。

1.4 時(shí)間圖

時(shí)間圖是以時(shí)間為橫軸變量，進(jìn)行持續(xù)時(shí)間的變量展示。比如，學(xué)生成績(jī)動(dòng)態(tài)變化，橫軸表示變量為各學(xué)期的考試時(shí)間，一年級(jí)期中、一年級(jí)期末等，縱軸對(duì)應(yīng)學(xué)生分?jǐn)?shù)；班級(jí)成績(jī)均分的變動(dòng)情況，橫軸為各學(xué)期考試的時(shí)間變量，以達(dá)成數(shù)據(jù)分類效果，縱軸對(duì)應(yīng)班級(jí)成績(jī)均分。借助時(shí)間圖，管理人員可掌握學(xué)情分?jǐn)?shù)的變化特點(diǎn)。

1.5 關(guān)系圖

在驗(yàn)證新型教學(xué)方法時(shí)，比如實(shí)踐教學(xué)，采取對(duì)比教學(xué)后，進(jìn)行兩組數(shù)據(jù)對(duì)比，可使用關(guān)系圖。橫坐標(biāo)表示教學(xué)時(shí)間，1個(gè)月、2個(gè)月等，縱坐標(biāo)表示學(xué)生綜合測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)，測(cè)評(píng)項(xiàng)目包括：動(dòng)手能力、實(shí)操技能、知識(shí)轉(zhuǎn)化效果、知識(shí)考核分?jǐn)?shù)等。使用時(shí)間與成績(jī)的關(guān)系圖，進(jìn)行兩組教學(xué)效果對(duì)比，獲取效率更高的教學(xué)方法。

1.6 詞云

在教學(xué)庫中，可建立兩個(gè)詞云，一組用于反饋教學(xué)內(nèi)容，另一組用于展示學(xué)生管理成果。在反饋教學(xué)質(zhì)量時(shí)，采取課后評(píng)價(jià)形式，回收學(xué)生想法，在課件詞云中，評(píng)價(jià)次數(shù)較高的詞匯，進(jìn)行大號(hào)字體顯示，放在中心位置。評(píng)價(jià)次數(shù)較少的詞匯，以小號(hào)字體放在邊緣位置，以此有效展示課程評(píng)價(jià)情況。

2 可視系統(tǒng)技術(shù)框架

2.1 需求與功能

在教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)期間，應(yīng)從系統(tǒng)運(yùn)行、功能完善、性能優(yōu)化三個(gè)方面，進(jìn)行系統(tǒng)搭建[2]。其中，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證技術(shù)先進(jìn)、成本可控、操作便利。功能完善時(shí)，分別從學(xué)生、教師、管理三個(gè)角色視角，梳理系統(tǒng)功能如圖1所示，確保系統(tǒng)可用性。性能保證時(shí)，應(yīng)保證教學(xué)資源存儲(chǔ)的全面性，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的有效縮短，最大程度地保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性。

圖 1 數(shù)據(jù)可視系統(tǒng)的需求測(cè)評(píng)示意圖Fig.1 Demand evaluation diagram of data visualization system

2.2 B/S技術(shù)框架

結(jié)合教學(xué)管理的系統(tǒng)運(yùn)行需求，融合數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，進(jìn)行軟件程序開發(fā)。使用B/S架構(gòu)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(1)表示層連接各終端用戶。(2)功能層展示與編輯教學(xué)資料。(3)數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫的幫助下，充分發(fā)揮OLE、DDE的功能，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)取。功能層中，借助ASP技術(shù)，進(jìn)行資料的高效保存。與此同時(shí)，合理使用XML文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)副本加工，確保系統(tǒng)離線時(shí)資料展示的完全性。在表示層中，借助網(wǎng)頁服務(wù)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式規(guī)范，確保教學(xué)資料的可視效果。借助封裝完成的系統(tǒng)功能，加強(qiáng)系統(tǒng)交互性，最大程度地順應(yīng)可視系統(tǒng)使用需求。

2.3 可視化流程

系統(tǒng)中，教學(xué)資源可視處理的具體流程。

(1)數(shù)據(jù)采集。在采集學(xué)情資料時(shí)，以課堂上學(xué)習(xí)狀態(tài)為主，包括神態(tài)、表情、交流等。(2)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分類與選擇。數(shù)據(jù)選擇時(shí)，以代表性數(shù)據(jù)為首選，防止邊緣數(shù)據(jù)選用。比如，女生身高均值1.62m，選擇[1.50，1.70]m之間的身高資料均可，此時(shí)1.40m、1.80m的身高資料作為邊緣數(shù)據(jù)，不用于數(shù)據(jù)分析。(3)數(shù)據(jù)預(yù)處理。前期處理存儲(chǔ)學(xué)情資料，有效清除無用數(shù)據(jù)、清洗亂碼、雜音等問題，為深層分析數(shù)據(jù)資料奠定基礎(chǔ)。(4)數(shù)據(jù)挖掘。前期處理完成的數(shù)據(jù)，進(jìn)行價(jià)值挖掘，準(zhǔn)確提煉數(shù)據(jù)特征，側(cè)重提取重要資料。(5)數(shù)據(jù)可視。借助直方圖、關(guān)系圖等，進(jìn)行資料可視展示。

3 數(shù)據(jù)可視化融合于管理系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用

3.1 賬戶登錄程序

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，分配系統(tǒng)角色，以用戶權(quán)限為視角，對(duì)用戶進(jìn)行分類管理[3]。師生兩種身份，使用賬戶登錄系統(tǒng)，權(quán)限具有差異性，如圖2所示。教師群體主要管理教學(xué)資源的上傳、修改與刪除，學(xué)生成績(jī)的公布與查看，學(xué)生作業(yè)的設(shè)計(jì)，獲取學(xué)生作業(yè)完成情況。學(xué)生在系統(tǒng)中，可進(jìn)行資源學(xué)習(xí)、作業(yè)查看與提交、成績(jī)調(diào)取。

3.2 管理程序

管理程序的設(shè)計(jì)，由管理人員檢查系統(tǒng)版本的更新需求，必要時(shí)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。管理人員具有師生兩個(gè)用戶群體的管理權(quán)限。比如，在技術(shù)更新時(shí)，可采取封裝形式，將直方圖、餅狀圖等技術(shù)，以工具包形式引入可視模塊，便于教師使用。

圖 2 用戶登錄系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of user login system

3.3 教學(xué)資源編輯程序

教學(xué)資源程序，展現(xiàn)的內(nèi)容有：教學(xué)綱要、教學(xué)方案、課件內(nèi)容、課堂監(jiān)控、章節(jié)練習(xí)題。教師用戶對(duì)于各類教學(xué)資源，擁有“增刪改查”的操作權(quán)限。學(xué)生用戶在此模塊中，僅有查看權(quán)限。教師可結(jié)合學(xué)生在線觀看情況，使用可視技術(shù)，獲取學(xué)生在線學(xué)習(xí)進(jìn)度。比如，學(xué)生課件下載、章節(jié)練習(xí)完成時(shí)，會(huì)以作業(yè)提交形式，形成數(shù)據(jù)反饋。在班級(jí)學(xué)情進(jìn)度中，教師點(diǎn)擊“學(xué)情分析－作業(yè)完成”，餅狀圖反饋學(xué)生作業(yè)完成進(jìn)度，80%學(xué)生完成習(xí)題訓(xùn)練，15%學(xué)生進(jìn)行課件學(xué)習(xí)，5%的學(xué)生在看教案內(nèi)容。借助可視技術(shù)，教師能夠動(dòng)態(tài)掌握班級(jí)線上學(xué)情。

3.4 學(xué)生檢測(cè)模塊

學(xué)生檢測(cè)程序中，教師為學(xué)生設(shè)計(jì)了各級(jí)難度練習(xí)題，能夠有效掌握學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)化效果，結(jié)合學(xué)生實(shí)際需求，優(yōu)化教學(xué)方案。教師可在檢測(cè)單元中，進(jìn)行習(xí)題設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)，線上作業(yè)。系統(tǒng)在學(xué)生答題后，給出自動(dòng)評(píng)分。教師在線使用折線圖，獲取各位學(xué)生的線上檢測(cè)成績(jī)，對(duì)于折線點(diǎn)位較低、較高的學(xué)生，進(jìn)行重點(diǎn)查看。比如，在一次測(cè)試中，學(xué)生成績(jī)普遍分布在[75，81]分，有1名學(xué)生65分，有2名98分。在可視折線圖中，65分、98分的三個(gè)散點(diǎn)較為突出，凸顯出散點(diǎn)圖成績(jī)可視展示的優(yōu)勢(shì)。

3.5 交流模塊

師生可在課堂、課余任意時(shí)間進(jìn)行教學(xué)交流。學(xué)生在查看課件、習(xí)題練習(xí)時(shí)，提出學(xué)習(xí)問題，教師逐一處理學(xué)生留言，給予答復(fù)。學(xué)生結(jié)合教師的回復(fù)與反饋，繼續(xù)提出問題，形成師生學(xué)習(xí)線上交流。交流模塊中，使用詞云技術(shù)進(jìn)行可視反饋。以語文科目為例，在使用系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生提出的問題80%圍繞古詩，12%的問題為作文，8%的問題為閱讀。在教師整理交流模塊問題時(shí)，詞云數(shù)據(jù)可視反饋的圖中：古詩占據(jù)中心位置，字號(hào)比例最大，兩側(cè)分別是小四字號(hào)的“作文”、小五字號(hào)的“閱讀”。在詞云可視反饋技術(shù)的幫助下，管理人員明確語文科目的學(xué)生學(xué)習(xí)困境，組織教師開展“古詩”專題教學(xué)交流，加大問題攻破，解決學(xué)生問題，發(fā)揮詞云可視技術(shù)的助學(xué)功能。

3.6 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

以可視教學(xué)平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭建數(shù)據(jù)庫，確?？梢暭夹g(shù)的使用效果[4]。與此同時(shí)，有效存儲(chǔ)系統(tǒng)賬戶資料。數(shù)據(jù)庫程序中，資料類型包括用戶信息、作業(yè)題目、成績(jī)分?jǐn)?shù)等。

3.6.1 用戶資料

主鍵設(shè)計(jì)，管理員ID，數(shù)據(jù)類型為“int”，數(shù)據(jù)說明“管理員”；主鍵設(shè)計(jì)，教師ID，數(shù)據(jù)類型為“int”，數(shù)據(jù)格式“教師編號(hào)”。非空設(shè)計(jì)包括各級(jí)用戶密碼、用戶名稱等。

3.6.2 作業(yè)數(shù)據(jù)

作業(yè)數(shù)據(jù)包括課堂練習(xí)、課后檢測(cè)兩種類型。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)類型包括題目編號(hào)、題目、答題用時(shí)等。其中，題目編號(hào)為主鍵，其余為非空。在數(shù)據(jù)庫幫助下，系統(tǒng)可有效搜集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，生成作業(yè)資料，使用直方圖、餅狀圖進(jìn)行可視展示。學(xué)生可結(jié)合成績(jī)與可視圖的信息展示情況，掌握自身學(xué)習(xí)成績(jī)的班級(jí)位置，便于學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃，增加學(xué)習(xí)能效。

3.7 干預(yù)管理

在數(shù)據(jù)可視技術(shù)中，教師可使用“時(shí)間圖”進(jìn)行干預(yù)管理。比如，教師為學(xué)生分享測(cè)試100道題，要求學(xué)生在60分鐘內(nèi)提交答案。線上答題時(shí)，“時(shí)間圖”會(huì)動(dòng)態(tài)反饋學(xué)生完成答題的數(shù)量。每間隔15分鐘，教師點(diǎn)擊“時(shí)間圖”查看學(xué)生整體的答題完成情況。比如，在40分鐘時(shí)，班級(jí)多數(shù)學(xué)生完成80道題；有2名學(xué)生提交100道題的測(cè)試卷；5名學(xué)生完成60道題；1名學(xué)生完成40道題。使用“時(shí)間圖”，教師可進(jìn)行答題干預(yù)，給予學(xué)生剩余測(cè)試時(shí)間的提示，提示題目剩余較多的學(xué)生，確保教學(xué)管理質(zhì)量。

3.8 食物鏈測(cè)試

在系統(tǒng)中，使用“折線圖”進(jìn)行學(xué)生能力檢測(cè)。以“食物鏈測(cè)試”為主題，學(xué)生進(jìn)行連線，以此考察學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)換效果。食物鏈測(cè)試是以學(xué)生能力為視角，具有知識(shí)考察的全面性。在“折線圖”的連線方式中，促使學(xué)生形成完整的知識(shí)體系，極具教育應(yīng)用、教學(xué)管理融合的綜合價(jià)值。此外，教學(xué)管理人員可使用關(guān)系圖，對(duì)比各班級(jí)的學(xué)情資料，獲取優(yōu)質(zhì)班級(jí)管理方法，完善與優(yōu)化管理平臺(tái)。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)據(jù)可視科技具有較強(qiáng)的資料顯示、學(xué)情分析功能，逐步融合于各類信息平臺(tái)中，發(fā)揮其科技助學(xué)的智能價(jià)值。因此，教師需結(jié)合數(shù)據(jù)可視科技的使用情況，加強(qiáng)技術(shù)更新與優(yōu)化，最大程度地保證教學(xué)管理有效性，高效回收學(xué)生問題，形成智能分析、資料高速處理的管理體系，全面增強(qiáng)教育管理效率，確保教育工作有序落實(shí)。

引用

[1] 劉霞.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù),2021,50(2):152-153.

[2] 徐麗麗,高艷.大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)授課輔助能力的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(2):164-165.

[3] 徐立宇,李奕.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)下課堂教學(xué)質(zhì)量保障體系應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通,2020(10):40-41.

[4] 吳蓓,于純浩.淺論數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2019,35(6):44-46.