可視化大數(shù)據(jù)在在線教育教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘要：

文章首先闡述了大數(shù)據(jù)、可視化的概念內(nèi)涵、構(gòu)成要素和特點(diǎn)價值，然后論述了大數(shù)據(jù)應(yīng)用于在線教育教學(xué)理論研究現(xiàn)狀及意義，最后以三維動畫專業(yè)為例分別從學(xué)員的學(xué)、教師的教以及管理者的管等方面探析了大數(shù)據(jù)可視化作為一種有效的學(xué)習(xí)理念、思維形式和工具策略在在線教育教學(xué)中的應(yīng)用實踐。

關(guān)鍵詞：

大數(shù)據(jù) 可視化 在線教育 教學(xué) 應(yīng)用

中國分類號：G423

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069 （2015） 02-0157-02

一 內(nèi)涵解讀與價值概述

1 大數(shù)據(jù)的概念與特點(diǎn)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院（ NIST）對大數(shù)據(jù)（Big Data）做出的定義是：大數(shù)據(jù)是指其數(shù)據(jù)量、采集速度，或數(shù)據(jù)表示限制了使用傳統(tǒng)關(guān)系型方法進(jìn)行有效分析的能力，或需要使用重要的水平縮放技術(shù)來實現(xiàn)高效處理的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用就是利用數(shù)據(jù)分析的方法，從大數(shù)據(jù)中挖掘有效信息，為用戶提供輔助決策，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)價值的過程。

大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)主要包括：（1）規(guī)模大（Volume）：主要指對數(shù)據(jù)的存儲容量大，計量單位甚至上升到EB、ZB、YB及以上級別；（2）速度快（ Velocity）：指對數(shù)據(jù)分析的速度極快，一般在秒級時間范圍內(nèi)可以給出海量數(shù)據(jù)分析的結(jié)果；（3）種類多（Variety）：指包含的數(shù)據(jù)類型非常多，既包括網(wǎng)站記錄、網(wǎng)絡(luò)日志、圖片信息，又包含動畫、視頻、地理位置等信息；（4）價值高（Value）：指大數(shù)據(jù)的重點(diǎn)在于發(fā)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)背后隱藏的有價值的信息。見圖1：

2 大數(shù)據(jù)可視化的構(gòu)成要素與特征價值

對于大數(shù)據(jù)可視化的定義，目前存在多種不同的觀點(diǎn)。有研究者認(rèn)為，大數(shù)據(jù)可視化僅僅是計算可視化的延伸與擴(kuò)展，其可視化對象為空間數(shù)據(jù)，只是將抽象數(shù)據(jù)直觀地表達(dá)出來，與信息可視化、知識可視化既有交叉又有不同。也有研究者認(rèn)為大數(shù)據(jù)可視化是一個不斷演變的概念，人們正在接受同時涵蓋科學(xué)可視化與信息可視化的新生術(shù)語，它還包含知識可視化的內(nèi)容。數(shù)據(jù)可視化的范圍也有不同的劃分。有研究者提出了數(shù)據(jù)可視化由統(tǒng)計圖形和主題圖組成，主要為信息的呈現(xiàn)。也有研究者認(rèn)為，大數(shù)據(jù)可視化主要包括思維導(dǎo)圖、新聞的顯示、數(shù)據(jù)的顯示、連接的顯示、網(wǎng)站的顯示、文章與資源、工具與服務(wù)等方面，范圍更加廣泛。根據(jù)本文的研究內(nèi)容，筆者贊同大數(shù)據(jù)可視化較為寬泛的界定，認(rèn)為其同時涵蓋了科學(xué)可視化、信息可視化與知識可視化。

大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)特征主要有：一是直觀化。直觀形象地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，使用戶可以看到分析對象或事件的多個屬性或變量，且數(shù)據(jù)可以按其每一維的值分類、排序、組合和顯示。二是關(guān)聯(lián)化。能挖掘并突出呈現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，直接快捷地弄清各個屬性之間、事件之間的關(guān)系。三是藝術(shù)化。通過不同的表現(xiàn)形式，增強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的藝術(shù)效果，符合審美規(guī)則。四是交互性。通過用戶與數(shù)據(jù)的交互，增強(qiáng)用戶對數(shù)據(jù)的控制與管理，實現(xiàn)可視化形式的個性化呈現(xiàn)。

大數(shù)據(jù)可視化的過程及步驟：（1）獲取。收集數(shù)據(jù)庫的表、文字記錄、網(wǎng)絡(luò)上的源文件，錄像記錄等數(shù)據(jù)。（2）分析。構(gòu)造一個結(jié)構(gòu)分類圖，并按分類排序。（3）過濾。刪除冗余數(shù)據(jù)，保留感興趣、有價值的數(shù)據(jù)。（4）挖掘。辨析數(shù)據(jù)格式，挖掘其中規(guī)律。（5）表述。比如條形圖、列表或樹狀結(jié)構(gòu)圖。（6）修飾。改善表述方法，使它變得更加視覺化、直觀化。（7）交互。增加方法來操作數(shù)據(jù)，實現(xiàn)交互選擇性。

二 大數(shù)據(jù)的教育應(yīng)用理論研究現(xiàn)狀分析

1 國內(nèi)大數(shù)據(jù)教育應(yīng)用研究現(xiàn)狀

在中國知網(wǎng)中選擇“高級檢索”類型，并在檢索條件中選擇“主題”檢索，輸入“大數(shù)據(jù)”并含“教育”，其檢索出400余條結(jié)果與之相關(guān)，主要文章200余篇。經(jīng)過對文獻(xiàn)內(nèi)容的分析，可以發(fā)現(xiàn)到目前為止，大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究可以劃分為以下兩個階段：研究的萌芽階段和研究的起步階段。2014年3月，教育部辦公廳印發(fā)的《2014年教育信息化工作要點(diǎn)》中指出：加強(qiáng)對動態(tài)監(jiān)測、決策應(yīng)用、教育預(yù)測等相關(guān)數(shù)據(jù)資源的整合與集成，為教育決策提供及時和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，推動教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在全國的共享。可見，教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已被列入我國教育信息化的工作程序中，相信大數(shù)據(jù)將很快被推廣并與教育領(lǐng)域的深度融合，這是當(dāng)前時代教育事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

2 國外大數(shù)據(jù)教育應(yīng)用研究現(xiàn)狀

對于國外大數(shù)據(jù)教育應(yīng)用的研究情況，我們主要借助教育資源信息中心ERIC數(shù)據(jù)庫提供的論文發(fā)表情況進(jìn)行分析。在搜索對話框中輸入“big data and education”，其檢索到500余條相關(guān)記錄。通過查閱論文的摘要以及結(jié)合每條記錄的“Descriptors”進(jìn)行手工篩選，剔除無關(guān)記錄，剩余30余條直接相關(guān)記錄。論文發(fā)表時間也主要分布在近三年，研究內(nèi)容主要包括對教育數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析，個性化教育、教育方式的改善、學(xué)習(xí)策略探討、教育管理方式的改變、大數(shù)據(jù)對于教育的推動作用、數(shù)據(jù)驅(qū)動以及對圖書館建設(shè)、對教與學(xué)需求、評價方法的影響等方面?？梢姡m然大數(shù)據(jù)在國外出現(xiàn)較早也備受重視，但是在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用仍不夠深入，正如Anthony G.Picciano教授所說：教學(xué)應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析處于起步階段，還需要幾年才能成熟，雖然大數(shù)據(jù)的存在被證明是該被重視的，但大數(shù)據(jù)并不是解決所有教育問題的靈丹妙藥，它只是給人們提供了擬定教育問題解決方案時的一部分決策參考。

3 大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用于在線教育教學(xué)的意義與平臺

大數(shù)據(jù)給在線教育教學(xué)實踐領(lǐng)域的探索帶來了新思維、新視角、新技術(shù)、新方法。其應(yīng)用意義主要是革新教育理念和教育思維、實現(xiàn)個性化教育、重新構(gòu)建教學(xué)評價方式、加強(qiáng)學(xué)校基于數(shù)據(jù)的管理等。

目前國內(nèi)外常見的在線教育學(xué)習(xí)平臺有：Moodle、Blackboard、Sakai、Khan Academy、網(wǎng)易公開課、傳課網(wǎng)以及掀起當(dāng)下教育革命風(fēng)暴的“MOOCS”等等。

綜上，國內(nèi)外大數(shù)據(jù)在教育教學(xué)中應(yīng)用的研究都尚處于起步階段，相關(guān)研究涉獵的內(nèi)容雖然比較廣泛但是研究深度不夠，也缺乏具體的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)大數(shù)據(jù)在教育教學(xué)中應(yīng)用的研究力度，以期盡早推動大數(shù)據(jù)在在線教育教學(xué)實踐中真正發(fā)揮其優(yōu)勢和作用。

三 大數(shù)據(jù)可視化在在線教育教學(xué)應(yīng)用實踐探究

目前高校網(wǎng)院動畫專業(yè)的課程教學(xué)應(yīng)用尚顯不足。如何對學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并得到良好的可視化顯示應(yīng)用7如何讓動畫知識變得直觀、藝術(shù)、關(guān)聯(lián)、交互7如何利用數(shù)據(jù)的可視化處理來加強(qiáng)教學(xué)的管理與決策？筆者認(rèn)為大數(shù)據(jù)可視化在在線教育教學(xué)中的應(yīng)用可以按照模塊化功能和學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計，可分為三方面：一是學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中的應(yīng)用；二是教師在課程開發(fā)與設(shè)計模塊中的應(yīng)用；三是教學(xué)管理者在管理中的應(yīng)用。

1 學(xué)生角度：促進(jìn)知識探究、內(nèi)化，進(jìn)行自我評估

三維動畫知識是一門與市場聯(lián)系密切、實踐性很強(qiáng)的專業(yè)軟件知識，涵蓋了模型創(chuàng)作、質(zhì)感表現(xiàn)、場景設(shè)計、動畫制作、特技效果、鏡頭運(yùn)用等幾大藝術(shù)門類，對于不同的專業(yè)方向，學(xué)生探究動畫知識的內(nèi)容、難點(diǎn)、重點(diǎn)都有所不同。對于影視動畫專業(yè)方向的學(xué)生，要求涉及建模、材質(zhì)、動畫和特效等方面的知識，但重點(diǎn)突出特效技法的運(yùn)用、舞臺類質(zhì)感的表現(xiàn)、光和影的表達(dá)等；對于游戲動畫設(shè)計專業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)是角色建模、角色材質(zhì)表現(xiàn)、角色骨骼動畫制作等內(nèi)容；對于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)是建筑類模型的準(zhǔn)確制作、真實材質(zhì)燈光環(huán)境的表現(xiàn)、漫游動畫設(shè)計等內(nèi)容：對于多媒體設(shè)計專業(yè)的學(xué)生，除基本的模塊知識外，還應(yīng)考慮互動環(huán)節(jié)設(shè)計等內(nèi)容。

不同專業(yè)方向的學(xué)生在進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的過程中，可以對一些研究數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的處理分析，探究三維動畫知識規(guī)律。學(xué)生也可以根據(jù)自己的理解對現(xiàn)有的三維動畫知識進(jìn)行可視化建模，形成三維動畫知識框架與互聯(lián)體系?？梢暬娜S動畫知識模型能夠促進(jìn)學(xué)生間有效的溝通與交流，便于發(fā)現(xiàn)自己和其他同學(xué)的異同，有助于完善自己的三維動畫知識體系。同時，使用可視化建模工具呈現(xiàn)三維動畫知識有助于學(xué)習(xí)者以具體和有意義的方式來表征概念，促進(jìn)思維的外顯和學(xué)習(xí)的反思。學(xué)習(xí)者在接受評價形成模型的過程中，促進(jìn)了新舊知識的整合，建構(gòu)了三維動畫知識網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)了自我反思的能力；通過模型，學(xué)習(xí)者將自己對于三維動畫知識的理解表現(xiàn)出來，有助于加強(qiáng)三維動畫知識結(jié)構(gòu)化的形成，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)化思維模式。對學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的可視化處理結(jié)果，可以作為學(xué)生自我評估的參照。學(xué)生可以直觀了解自己的學(xué)習(xí)行為（學(xué)習(xí)時間、時長和瀏覽內(nèi)容等），并與其他同學(xué)形成比較，反思自己的學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生自我規(guī)劃，成為主動的學(xué)習(xí)者。另外，對學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)的可視化處理，可以為學(xué)生建立單獨(dú)的縱向成長記錄，形成個性化的學(xué)生進(jìn)步報告。

2 教師角度：提供教育發(fā)展動向，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)

動畫作為一個新興專業(yè)，尚未建立起一個成熟完善的教學(xué)系統(tǒng)，動畫的教材雖然林林總總，俯拾即是，但真正公認(rèn)經(jīng)典的流通教材卻寥寥無幾，很難找到，特別是針對不同專業(yè)的教材更是如鳳毛麟角。因此，教師可以通過數(shù)據(jù)可視化，大膽地進(jìn)行從形式到實質(zhì)的改革創(chuàng)新，根據(jù)工作過程體系構(gòu)建教材內(nèi)容和實例。此外，三維動畫課程與時代發(fā)展聯(lián)系緊密，軟件版本升級很|央，一般是一年提升一個版本，版本升級會增加新的功能，為此需要教師通過數(shù)據(jù)可視化密切關(guān)注版本升級的內(nèi)容加入教材與教學(xué)中。

動畫課前的教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)以及復(fù)習(xí)課，教師利用知識可視化方式，將三維動畫知識可視化圖直接投影出來，既省時又省力，還可以資源共享。三維動畫課程最典型的教學(xué)方法就是教師對軟件命令逐個講解，在講解過程中，既可應(yīng)用目前十分流行的案例教學(xué)法，圍繞多個案例講解一個命令，也可使用流行的“邊講邊練、講練結(jié)合”的教學(xué)模式，避免傳統(tǒng)的“滿堂灌”、“填鴨式”教學(xué)，讓學(xué)生構(gòu)建課程的知識體系結(jié)構(gòu)圖，從而使教學(xué)生動有趣，使學(xué)生學(xué)有所獲。

總之，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以讓動畫教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)管理者角度：提高在線教育交互平臺管理能力

教學(xué)管理者對動畫教學(xué)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，可以結(jié)合實踐教學(xué)經(jīng)驗，探討以能力為導(dǎo)向的三維動畫課程的教學(xué)體系和教學(xué)方法創(chuàng)新改革的途徑，進(jìn)而確定其發(fā)展目標(biāo)和整體發(fā)展策略。

教學(xué)管理者可以依據(jù)教學(xué)過程數(shù)據(jù)的可視化處理，考核動畫專業(yè)教師績效。為了有效監(jiān)控三維動畫教學(xué)情況、對三維動畫教學(xué)工作進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)和幫助，網(wǎng)院每年要組織對日常網(wǎng)上教學(xué)的跟蹤檢查，以此作為評價三維動畫各課程進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)的重要指標(biāo)，這時數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與可視化處理就起到了重要的作用。

教學(xué)管理者可以通過數(shù)據(jù)可視化的分析，了解動畫專業(yè)學(xué)生的具體表現(xiàn)情況，進(jìn)而針對性地對學(xué)生進(jìn)行管理和教育。管理者通過從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺以及課程成績簿中收集信息來形成學(xué)生學(xué)習(xí)困難的層次，分別用綠色、黃色和紅色來標(biāo)示危險等級，進(jìn)而對學(xué)習(xí)成績有“危險”的學(xué)生進(jìn)行有針對性的教育。