移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)分析及教學(xué)建議

黃志成

（廣東女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息資源中心，廣東 廣州 511450）

移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)分析及教學(xué)建議

黃志成

（廣東女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息資源中心，廣東 廣州 511450）

為了改進(jìn)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)方式及期末成績(jī)占比開展了教學(xué)調(diào)查。以自主開發(fā)的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，收集了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各時(shí)段的實(shí)驗(yàn)提交次數(shù)和實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制曲線圖和散點(diǎn)圖進(jìn)行趨勢(shì)分析；對(duì)各學(xué)生的實(shí)驗(yàn)次數(shù)與分?jǐn)?shù)及各實(shí)驗(yàn)題的實(shí)驗(yàn)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制柱狀對(duì)比圖和箱線圖進(jìn)行異常分析；對(duì)各學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行譜系聚類分析。根據(jù)調(diào)查和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)教學(xué)策略，為教學(xué)決策提供參考。

實(shí)驗(yàn)分析; 教學(xué)建議; 移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái); 實(shí)驗(yàn)教學(xué)調(diào)查

0 引言

當(dāng)前有關(guān)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究有很多，如基于虛擬訪真技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[1]，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)上開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[2]等。大部分的研究以理論偏多，少數(shù)文獻(xiàn)提出了較為完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)[3]，涉及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用并進(jìn)行數(shù)據(jù)收集分析研究的文獻(xiàn)很少，尤其有關(guān)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[4]方面的研究更少。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)僅僅是一個(gè)輔助實(shí)驗(yàn)的工具，有了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并不代表就促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更重要的是基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)試驗(yàn)，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果評(píng)估教學(xué)效果，調(diào)整教學(xué)策略，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效。

為了分析和挖掘?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)潛在的有用信息，本文以自主開發(fā)的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和研究，并總結(jié)了教學(xué)建議，為移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供決策參考。

1 學(xué)生對(duì)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的看法

針對(duì)學(xué)生使用移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了教學(xué)調(diào)查。學(xué)生普遍認(rèn)為，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時(shí)、便捷地做實(shí)驗(yàn)。但移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也存在一些限制，只有進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化才能更好適應(yīng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式，學(xué)生的看法是：自己做（48%）、分組做（30%）、老師帶著做（25%）。大部分學(xué)生認(rèn)為獨(dú)立自主做實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)方式更適合自己。同時(shí)，部分學(xué)生認(rèn)為有必要進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，這樣更有利于相互提高。

學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谄谀┛傇u(píng)中所占的期望比例如圖1所示。大部分學(xué)生認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占期末成績(jī)權(quán)重的合理范圍是20%-50%。

圖1 實(shí)驗(yàn)成績(jī)占期末成績(jī)比例分布圖Fig.1 Distribution of experimental results for the final grade weight

學(xué)生對(duì)于自主實(shí)驗(yàn)所取得的成就在期末總評(píng)中有所體現(xiàn)的意愿十分強(qiáng)烈。過程性學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)更利于對(duì)知識(shí)技能的掌握。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 各時(shí)間段實(shí)驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)全天各時(shí)段的實(shí)驗(yàn)提交次數(shù)，繪制曲線如圖2所示（為使曲線在縱坐標(biāo)小數(shù)值下仍保持較明顯的趨勢(shì)輪廓，對(duì)縱坐標(biāo) 1000-2400之間的數(shù)據(jù)作了截?cái)啵?/p>

圖2 實(shí)驗(yàn)提交次數(shù)曲線圖Fig.2 Curve of experiment times

9-12時(shí)是課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為集中。13時(shí)后實(shí)驗(yàn)記錄波浪式上升，到 19時(shí)出現(xiàn)課余時(shí)間的最大峰值。在0時(shí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)也較為活躍，凌晨1時(shí)至4時(shí)仍有少部分學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)分析

對(duì)學(xué)生的單次實(shí)驗(yàn)操作時(shí)長(zhǎng)（分鐘）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制散點(diǎn)圖[5]如圖 3所示。由圖可知，數(shù)據(jù)較密集的是9時(shí)至12時(shí)的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)段，在線實(shí)驗(yàn)操作時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)。在課外時(shí)間，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)較為發(fā)散，大多集中在5-10分鐘之間。

圖3 實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plot of experiment duration

在線實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)反映了學(xué)生集中學(xué)習(xí)的程度。學(xué)生在課堂受到教師監(jiān)督的情況下，學(xué)習(xí)當(dāng)然能高度集中。但是在課外時(shí)間，學(xué)生處于無約束的情況下，學(xué)習(xí)僅僅靠自覺和自身興趣，學(xué)習(xí)集中度會(huì)迅速下降。

2.3 實(shí)驗(yàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1 實(shí)驗(yàn)次數(shù)與分?jǐn)?shù)對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生所有實(shí)驗(yàn)的總實(shí)驗(yàn)次數(shù)和總分?jǐn)?shù)，繪制出對(duì)比直方圖如圖4所示（僅列出典型學(xué)生樣本）。

圖4 實(shí)驗(yàn)次數(shù)與分?jǐn)?shù)對(duì)比圖Fig.4 Comparison of experiment times and scores

一般而言，學(xué)生需要通過一定次數(shù)的實(shí)驗(yàn)操作才能完成實(shí)驗(yàn)?？倢?shí)驗(yàn)次數(shù)和總分?jǐn)?shù)差距較大時(shí)，預(yù)示著非正常情況。絕大部分學(xué)生對(duì)于新學(xué)的知識(shí)掌握得并不牢固，有理由懷疑學(xué)生作弊。如46、16號(hào)學(xué)生樣本的實(shí)驗(yàn)次數(shù)比分?jǐn)?shù)少得多，存在抄襲嫌疑。實(shí)驗(yàn)次數(shù)是分?jǐn)?shù)的1.3-1.7倍較為合理。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)次數(shù)離散情況分析

以實(shí)驗(yàn)題為單位，統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)次數(shù)并制作boxplot[6-7]（箱線圖）。箱線圖加號(hào)表示異常值，虛線表示均值。箱線圖可以了解實(shí)驗(yàn)題的異常情況，如圖5所示（僅列出部分典型實(shí)驗(yàn)題樣本）。

可以看出，數(shù)據(jù)大致呈現(xiàn)右偏態(tài)分布，存在較大的異常值。30和 48號(hào)實(shí)驗(yàn)題的箱形比其它樣本要高，箱形和觸須較長(zhǎng)，說明數(shù)據(jù)離散度較大。事實(shí)證明，30和 48號(hào)實(shí)驗(yàn)題的難度較大，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)次數(shù)較高。16號(hào)和 89號(hào)實(shí)驗(yàn)題箱形較短，數(shù)據(jù)較集中，但均值基本過Q3（上四分位數(shù)）線，且離群點(diǎn)較遠(yuǎn)，說明存在較大的異常情況。事實(shí)上，對(duì)于16號(hào)和89號(hào)實(shí)驗(yàn)題，部分學(xué)生重復(fù)提交現(xiàn)象較嚴(yán)重，可能由于學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定引起。對(duì)于部分實(shí)驗(yàn)題出現(xiàn)的異常情況應(yīng)引起教師的注意，并調(diào)整教學(xué)策略。

圖5 實(shí)驗(yàn)次數(shù)箱線圖Fig.5 Box plot of experiment times

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)聚類分析

根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行譜系聚類分析[8]，結(jié)果如圖6所示。

全班學(xué)生存在兩個(gè)較大差異類，一類是積極認(rèn)真學(xué)習(xí)學(xué)生；另一類是投機(jī)取巧或厭學(xué)的學(xué)生，被動(dòng)式應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，抄襲情況嚴(yán)重。此類學(xué)生應(yīng)引起教師的重視。由聚類圖可知，全班學(xué)生可大致分為5個(gè)大類，教師可根據(jù)每類的學(xué)生制定不同的教學(xué)策略。

圖6 全班學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)聚類圖Fig.6 Experimental data cluster of the whole class

3 移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議

3.1 引導(dǎo)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，提高期末成績(jī)占比

調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生更傾向于獨(dú)立自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)心理活動(dòng)，因勢(shì)利導(dǎo)，激勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)搜集知識(shí)解決問題。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教師角色，幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[9]。教師應(yīng)提高平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谄谀┛傇u(píng)中的比重，充分肯定學(xué)生通過形成性學(xué)習(xí)所取得的成果，提升學(xué)生的榮譽(yù)感和成就感。

3.2 精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn)操作，適應(yīng)移動(dòng)學(xué)習(xí)

數(shù)據(jù)分析顯示，學(xué)生在課外更傾向于在早晨和晚上集中使用移動(dòng)端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，并且課外單次實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)都相對(duì)較短。相對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的集中、受教師監(jiān)督的情況，學(xué)生在課外的學(xué)習(xí)行為較為自由、散漫，集中度低，容易受到外界干擾。教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)就要針對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)作出優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)題內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量分解復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)知識(shí)粒度更細(xì)的實(shí)驗(yàn)，并精簡(jiǎn)單次實(shí)驗(yàn)操作步驟，使學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)、以較少步驟、較簡(jiǎn)單地解決實(shí)驗(yàn)，適應(yīng)并優(yōu)化移動(dòng)學(xué)習(xí)。

3.3 分組管理，實(shí)施個(gè)性化教學(xué)

由于每個(gè)學(xué)生的能力和知識(shí)結(jié)構(gòu)都不同，對(duì)于同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，各人的掌握程度不同。而且，學(xué)生的個(gè)性和學(xué)習(xí)方式也不盡相同。有的學(xué)生主動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，有的學(xué)生即被動(dòng)式應(yīng)付。教師應(yīng)收集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行同質(zhì)分組。根據(jù)每組學(xué)生的特點(diǎn)分別制定不同的教學(xué)策略，對(duì)于自覺學(xué)習(xí)的學(xué)生要引導(dǎo)激勵(lì)，制定遞進(jìn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生之間的爭(zhēng)強(qiáng)好勝心，形成活躍、競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)氛圍。對(duì)于厭學(xué)、懶散的學(xué)生，設(shè)定易于實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，嚴(yán)加要求，督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)引導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生之間相互協(xié)作學(xué)習(xí)，充分利用各種交互行為[10]促進(jìn)知識(shí)的掌握，加大學(xué)生創(chuàng)新思維[11]的培養(yǎng)力度。

4 結(jié)束語

本文對(duì)基于移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)調(diào)查，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開了一系列分析。教學(xué)調(diào)查顯示，學(xué)生對(duì)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)表示認(rèn)可，傾向于獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)提高實(shí)驗(yàn)成績(jī)占期末考核的比重。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的作弊行為，實(shí)驗(yàn)題目的異常情況，以及學(xué)生的群體趨向等。最后總結(jié)了移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)決策提供參考。

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Analysis of Experimental Teaching Data and Teaching Suggestions

HUANG Zhi-cheng
(Information Resource Center, Guangdong Women’s Polytechnic College, Guangzhou 511450, China)

In order to improve mobile experiment teaching, it carry out a teaching survey to cover the advantages and disadvantages of mobile experiment platform, experimental methods, and proportion of final score. Take the mobile experiment platform developed by ourselves as an example，experimental data of the mobile platform are collected. It carry on trend analysis to statistics of the submit times of experiments and the duration of each experiment by drawing curves and scatter plots. It carry on abnormal analysis on statistics of the students’ submit times,scores and submit times of each experiment by drawing column contrast and box diagram. It makes cluster analysis of the students' comprehensive experiment. It summarizes teaching strategies to provide reference for teaching decision based on the results of the survey and data analysis.

: Experimental analysis; Teaching suggestions; Mobile experiment platform; Experimental teaching survey

TP 311; G642

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.10.023

本文著錄格式：黃志成. 移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)分析及教學(xué)建議[J]. 軟件，2017，38（10）：120-123

全國(guó)教育信息技術(shù)研究“十二五”規(guī)劃課題(166242869)

黃志成(1981-)，男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、信息化教學(xué)。