劉亞林 宋廷強(qiáng) 郭秋紅

摘要：為了提升學(xué)生綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)可視化工具解決實(shí)際復(fù)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(xué)設(shè)計(jì)存在的問題，并提出一種以項(xiàng)目為驅(qū)動、線上線下相結(jié)合的教學(xué)改革措施，并從案例選擇、目標(biāo)設(shè)定、課程考核體系三個方面進(jìn)行探索研究。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果、期末成績和學(xué)生反饋，結(jié)果顯示這種教學(xué)模式有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力、實(shí)踐能力和期末成績。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；數(shù)據(jù)可視化；案例驅(qū)動

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)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(dá)工具，對于數(shù)據(jù)分析、決策制定和信息交流起著關(guān)鍵作用。數(shù)據(jù)可視化課程在大數(shù)據(jù)相關(guān)課程體系中非常重要，該課程是將大數(shù)據(jù)的復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為可理解和可傳達(dá)的信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過數(shù)據(jù)可視化課程培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)技能，提高了學(xué)生的數(shù)據(jù)理解、溝通和決策制定能力，為應(yīng)對現(xiàn)代數(shù)據(jù)驅(qū)動的挑戰(zhàn)提供關(guān)鍵的支持。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)方式采用理論與實(shí)驗(yàn)課分離，每周2課時理論4 課時實(shí)驗(yàn)課，這種模式存在著理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課練習(xí)的內(nèi)容都是互相獨(dú)立的，缺乏完整案例的實(shí)踐，導(dǎo)致學(xué)生最后能夠掌握理論知識但是難以應(yīng)用到實(shí)踐中。傳統(tǒng)教學(xué)模式最終學(xué)習(xí)變成以考試為目的，以期末考試及格為結(jié)果，中間教學(xué)過程中學(xué)生參與度低，限制了學(xué)生在實(shí)際應(yīng)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(biāo)單一，期末考試占比較大，部分學(xué)生可以通過突擊復(fù)習(xí)的方式，通過期末考試檢測，無法有效地檢驗(yàn)教學(xué)效果。

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

1 項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)方法

1.1 雨課堂平臺介紹

雨課堂智慧教學(xué)平臺[3]提供了豐富的互動功能，如實(shí)時彈幕、隨機(jī)點(diǎn)名、在線討論和學(xué)習(xí)資源共享、互動交流、提交實(shí)驗(yàn)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(xué)生及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中的不足，提高教學(xué)質(zhì)量。

1.2 項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方法概述

項(xiàng)目驅(qū)動[4]的教學(xué)方法是一種以實(shí)際項(xiàng)目為基礎(chǔ)的教學(xué)方式，通過將學(xué)生置身于真實(shí)的數(shù)據(jù)場景中，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和實(shí)踐技能。在數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)中，項(xiàng)目驅(qū)動的方法[5]能夠使學(xué)生更好地理解數(shù)據(jù)可視化課程的原理和應(yīng)用，并將理論知識與實(shí)際情境相結(jié)合，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和溝通能力。

1.3 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施步驟

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

2） 學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定：明確項(xiàng)目案例的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并與課程中的相關(guān)知識點(diǎn)相匹配。將綜合項(xiàng)目案例中涉及的知識點(diǎn)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(xué)生自主練習(xí)能力。

3） 多元化過程性考核設(shè)定：通過雨課堂平臺豐富的功能，制定過程性考核標(biāo)準(zhǔn)，提升過程性考核比重，增加實(shí)踐在考核中的占比，提高課程考核質(zhì)量。

2 項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)實(shí)踐

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1.1 二手房信息可視化平臺項(xiàng)目

設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)圖、箱型圖等豐富的圖表，最后將生成的圖表并將相關(guān)圖表嵌入html 頁面中，方便觀看與展示，項(xiàng)目界面如圖1所示。

2.1.2 智慧醫(yī)療可視化平臺項(xiàng)目

設(shè)計(jì)一個Pyecharts 可視化框架的綜合項(xiàng)目案例選擇智慧醫(yī)療領(lǐng)域的公開數(shù)據(jù)集作為項(xiàng)目數(shù)據(jù)，以智慧醫(yī)療可視化案例作為教學(xué)材料。該案例涉主要通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)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(diǎn)圖表。該項(xiàng)目部分圖表效果如圖2所示。

以上兩個項(xiàng)目案例的特點(diǎn)如下：

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

2） 項(xiàng)目難易程度適中，項(xiàng)目基礎(chǔ)功能和架構(gòu)簡單，不涉及復(fù)雜的功能邏輯，總代碼量少，學(xué)生容易上手。

3） 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)可視化課程知識點(diǎn)的全面覆蓋，可以與學(xué)過的其他計(jì)算機(jī)課程互相練習(xí)。

通過項(xiàng)目案例讓學(xué)生對實(shí)際開發(fā)流程有更深入的認(rèn)識，具體知識點(diǎn)與項(xiàng)目覆蓋情況如表1所示。

2.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)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(xué)會運(yùn)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(xué)實(shí)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(guān)數(shù)據(jù)，引發(fā)學(xué)生的興趣和思考。鼓勵他們提出問題和假設(shè)，并激發(fā)學(xué)生對可視化案例的進(jìn)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(dǎo)向，根據(jù)教材的順序和教學(xué)大綱中的課時安排，進(jìn)一步細(xì)化每次實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，并增加練習(xí)，形成按課時劃分的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容。

3） 學(xué)期多元化考核評價機(jī)制?；谟暾n堂平臺制定多元化課程考核機(jī)制。為保證教學(xué)質(zhì)量，公正地對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，基于課程的特點(diǎn)，采用多元化的評價標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)到每節(jié)課一次隨堂測驗(yàn)，每學(xué)期多次階段性測驗(yàn)的過程性測驗(yàn)方案。本考核模式將學(xué)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(shí)驗(yàn)構(gòu)成；期末卷面成績即最后的期末考試學(xué)生的卷面得分，在總成績中的占比也為50%。過程性考核項(xiàng)的構(gòu)成可根據(jù)課程性質(zhì)合理安排，因數(shù)據(jù)可視化課程的實(shí)驗(yàn)部分課時比較多，所以本課程的過程性考核構(gòu)成為：考勤5%+課堂表現(xiàn)10%+隨堂測試15%+實(shí)驗(yàn)20%。期末試卷命題方面要求難度適中，注重實(shí)用性，多出理解性題目，少出機(jī)械記憶性題目，體現(xiàn)出學(xué)生對本課程知識的掌握程度，出題的出發(fā)點(diǎn)是檢驗(yàn)學(xué)生對基本知識的掌握程度以及靈活應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力。多元化考核各部分占比如圖3所示。

①考勤?？记诓糠滞ㄟ^雨課堂掃碼簽到的方式，該方式比較節(jié)省課堂時間，結(jié)果更加客觀，而且避免了傳統(tǒng)的點(diǎn)名方式學(xué)生代答到的情況。簽到時可以設(shè)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(shè)置顯示地理位置，異地簽到即為曠課。除了簽到限制的設(shè)置以外，在雨課堂中還設(shè)置了隨機(jī)點(diǎn)名機(jī)制，隨機(jī)點(diǎn)某個同學(xué)回答問題，增加了隨機(jī)性和趣味性，同時隨機(jī)點(diǎn)名還可以找出中間離開的學(xué)生。

②隨堂測驗(yàn)。隨堂測驗(yàn)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(diǎn)以后進(jìn)行測試，也可以單獨(dú)進(jìn)行章節(jié)測試，在課程內(nèi)容講授結(jié)束以后再進(jìn)行測試。通過隨堂測試的形式可以及時地檢驗(yàn)學(xué)生對該部分知識點(diǎn)的掌握程度，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對學(xué)生掌握薄弱的部分進(jìn)行單獨(dú)復(fù)習(xí)。

③課堂表現(xiàn)。課堂表現(xiàn)是對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度以及學(xué)習(xí)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(jìn)行。在授課的過程中，教師會隨機(jī)提問，要求學(xué)生將答案通過彈幕的方式回答，同時教師可以將學(xué)生的答案形成詞云的形式，彈幕的條數(shù)是學(xué)生參與度的一個衡量指標(biāo)。同時在課堂上教師可以讓學(xué)生做練習(xí)題，要求學(xué)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(zhì)量是學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的一個衡量指標(biāo)。

過程性考核是貫穿整個學(xué)期的持續(xù)性工作，授課教師需要嚴(yán)格把控每個環(huán)節(jié)，科學(xué)指定每個環(huán)節(jié)的比重，做到過程性考核真實(shí)有效，切實(shí)起到反映學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況和督促學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的效果。

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

3 結(jié)果與分析

為了對比本次雨課堂平臺結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式[7]與傳統(tǒng)課堂模式的效果，學(xué)期末對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程材料進(jìn)行了收集，并從以下維度與傳統(tǒng)課堂模式進(jìn)行對比。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)效果分析評價

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

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

3） 提升了課程學(xué)習(xí)效果。采用雨課堂+項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式取得了更好的教學(xué)效果，通過平臺導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的缺勤率降低，而且參與度得到了極大的提升。從學(xué)生期末成績來看，與往屆試題難度一致的前提下學(xué)生的考試成績有明顯提升，且不及格學(xué)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(jié)論：用雨課堂+項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式提升了課程學(xué)習(xí)效果，見表2。經(jīng)過兩個實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，學(xué)生數(shù)據(jù)可視化相關(guān)框架的使用更加熟練，極大地提升了學(xué)生的編程實(shí)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(jìn)行滿意度的調(diào)查，經(jīng)過調(diào)查得出學(xué)生普遍比較喜歡雨課堂+項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式。在調(diào)查問卷的評價指標(biāo)中大部分同學(xué)都是認(rèn)同的：您認(rèn)為課前預(yù)習(xí)課件對您上課聽講的幫助怎么樣？您認(rèn)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(rèn)為雨課堂能否提高您的上課興趣？您認(rèn)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(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式的教學(xué)效果明顯優(yōu)于統(tǒng)課堂模式的效果。采用雨課堂項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了課堂學(xué)習(xí)效率，提升了課程學(xué)習(xí)效果，通過完成項(xiàng)目增加了學(xué)生實(shí)戰(zhàn)編程經(jīng)驗(yàn)，不再畏懼項(xiàng)目開發(fā)。

4 結(jié)束語

本研究基于雨課堂項(xiàng)目案例驅(qū)動的數(shù)據(jù)可視化教學(xué)實(shí)踐取得了一定的成果，但仍存在一些討論點(diǎn)和進(jìn)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(guān)項(xiàng)目案例進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，但數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用涉及多個領(lǐng)域。未來的研究可以拓展案例選擇的范圍，涵蓋更多領(lǐng)域的實(shí)際項(xiàng)目，以滿足不同學(xué)生的興趣和需求。這將為學(xué)生提供更多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)他們在不同領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)分析和可視化能力。

2） 評估指標(biāo)的拓展。本次教學(xué)實(shí)踐雖然使用雨課堂平臺構(gòu)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(biāo)，如學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等。通過綜合評估學(xué)生的多個方面能力，可以更全面地了解項(xiàng)目案例驅(qū)動教學(xué)對學(xué)生的影響。

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【通聯(lián)編輯：王力】