在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價標準研究

楊兵+盧國慶+曹樹真+Tiong-Thye+Goh

【摘 要】

數(shù)據(jù)可視化是在線學習系統(tǒng)的一個重要因素。在線學習系統(tǒng)強調(diào)數(shù)據(jù)挖掘、分析、表述和修飾，應用數(shù)據(jù)可視化手段促進信息傳播和創(chuàng)新受到越來越多的關注。以英語在線學習平臺為例，基于數(shù)據(jù)理解力、視覺點綴、設計與美學、視覺隱喻和數(shù)據(jù)可記憶五個評價準則，選擇學習資源和學習儀表盤兩個視角，對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化進行研究，提出了在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價標準與相關原則。最后，對在線學習系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化評價標準和原則進行了總結歸納，并加以驗證。

【關鍵詞】 數(shù)據(jù)可視化；在線學習系統(tǒng)；學習分析；學習儀表盤；可視化原則

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009-458x（2017）12-0054-08

隨著教育信息化的不斷推進，在線學習系統(tǒng)（平臺）已經(jīng)成為學習者獲得學習資源進行學習活動的重要平臺之一。同時，這些系統(tǒng)或平臺產(chǎn)生了大量的“面包屑”數(shù)據(jù)，而學習分析技術為實現(xiàn)以學習者為中心的在線學習系統(tǒng)提供了強大的技術依托。在線學習系統(tǒng)通過學習分析技術，對學習者學習、興趣和習慣等行為印記進行采集、挖掘和分析，并將結果以可視化的方式呈現(xiàn)，自動生成學習儀表盤（Learning Dashboard， LD），它是一種通過圖形、圖像等視覺信息讓學習者審查自身在線學習行為的學習支持工具，具有形象直觀、精準聚焦的特點（張振虹， 等， 2014）。良好的在線學習系統(tǒng)必須具備個性化、適應性、吸引力和有效反饋等特征。個性化和適應性特征主要體現(xiàn)在系統(tǒng)能分析學習者學習行為和知識狀態(tài)，匹配學習者的特點，按需推送合適的學習資源，實現(xiàn)因材施教（吳洪艷， 2015）。在線學習系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化主要是依托學習分析技術，在實現(xiàn)個性化和適應性的基礎上，通過可視化界面向學習者提供具有吸引力的學習資源及有效的反饋。

國內(nèi)對于在線學習系統(tǒng)的研究多聚焦于在線學習行為分析（彭文輝， 等， 2006；胡藝齡， 等， 2014）、設計、開發(fā)與應用（吳洪艷， 2015）以及系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn)（魏刃佳， 等， 2014）等方面。但是，對于在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的相關研究較少。具體而言，在在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化過程中，如何將學習資源更加直觀、高效地呈現(xiàn)？依據(jù)什么原則呈現(xiàn)在線學習系統(tǒng)的學習資源？依據(jù)什么標準對在線學習系統(tǒng)中用戶行為數(shù)據(jù)進行可視化？本研究主要以SAT在線學習系統(tǒng)為案例，從學習資源和學習儀表盤兩個視角，分析在線學習系統(tǒng)可視化的評價依據(jù)，并在此基礎上提出了在線學習系統(tǒng)可視化的原則。在線學習系統(tǒng)成功的一個重要方面就是數(shù)據(jù)可視化，有效的信息展示能夠幫助學習者容易獲取學習資源，提高學習者使用系統(tǒng)的興趣。另外，通過學習儀表盤，學習者可以自我評估，分析學習效果，及時發(fā)現(xiàn)學習不足，有的放矢地進行知識結構補充和更新。

一、數(shù)據(jù)可視化概念的界定

數(shù)據(jù)可視化（Data Visualization）的概念源自科學計算可視化，即科學家在分析計算機算出的數(shù)據(jù)時，不僅需要通過圖形、圖像，而且需要了解計算過程中的數(shù)據(jù)的變化（趙國慶， 等， 2005）。隨著現(xiàn)代電子計算機的沖擊，數(shù)據(jù)可視化的內(nèi)涵已大大擴展，不僅包括科學計算可視化，而且包括信息可視化和知識可視化的部分內(nèi)容，其研究對象涵蓋空間數(shù)據(jù)（Spacial Data）、非空間數(shù)據(jù)以及部分人類的知識（洪文學， 等， 2010），涉及計算機科學、統(tǒng)計學、計算機輔助設計和心理學等多個學科。

一些學者認為，數(shù)據(jù)可視化技術是指運用計算機圖形和圖像處理技術，將數(shù)據(jù)轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術，可視化對象僅包含空間數(shù)據(jù)，其目的是將抽象的數(shù)據(jù)以直觀的方式表示出來（Leitte et al.， 2007）。郭穎等（2011）認為，數(shù)據(jù)可視化是關于數(shù)據(jù)之視覺表現(xiàn)形式的研究。數(shù)據(jù)可視化的研究范圍十分廣泛，主要包括思維導圖、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7個方面（Friedman， 2007），其應用主要涉及醫(yī)學、氣象學、工程學、數(shù)據(jù)挖掘和教育等領域。

數(shù)據(jù)可視化的主要目的是通過圖形化方法清晰、有效地表達信息，但這并不代表要弱化功能模塊，單純追求極為漂亮的圖形。為了有效地表達信息，需要同時注重系統(tǒng)的功能和圖形的美感。系統(tǒng)設計者需要在圖形和功能之間尋求平衡，不僅要追求漂亮圖形的數(shù)據(jù)可視化，而且要實現(xiàn)有效的信息表達。隨著信息技術在教育領域的深入應用，已經(jīng)涌現(xiàn)了數(shù)量眾多的優(yōu)秀在線學習系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可視化需要研究的課題就是如何能夠利用信息技術更好地呈現(xiàn)學習資源，提供學習反饋。在數(shù)據(jù)可視化過程中，需要考慮到美學設計與功能的需要，體現(xiàn)直觀化、關聯(lián)化、藝術化和交互性等特性，系統(tǒng)需要為學習者直觀呈現(xiàn)知識，及時了解學習者學習狀況，學習者可以通過自我評估及時發(fā)現(xiàn)自己的學習問題（張金磊， 等， 2013）。在線學習系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化的目的是通過各種圖表等可視化元素，把巨大、混亂和難于理解的數(shù)據(jù)簡單、有效地提供給學習者，學習者進而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的特征、關系和模式，能夠比較容易地進行理解和學習。

國內(nèi)普遍贊同將數(shù)據(jù)可視化分為理解型可視化和探索型可視化（李志剛， 等， 2012）。理解型可視化是以最直觀、清晰的方式呈現(xiàn)信息，探索型可視化是探索數(shù)據(jù)集中存在的不確定性，以挖掘其潛藏的有價值信息。本研究中，數(shù)據(jù)可視化的對象主要包括在線學習系統(tǒng)中學習資源和學習者使用系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的行為印記兩個方面，前者屬于理解型可視化，后者屬于探索型可視化。

二、在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化

本研究選取SAT在線學習系統(tǒng)，對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的評價及設計原則進行論述。通過對SAT在線學習系統(tǒng)資源的顯示以及學習儀表盤的呈現(xiàn)（分析對象是學習者在使用平臺過程中產(chǎn)生的學習行為印記）進行分析與總結，以期為在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化設計提供借鑒和指導。endprint

（一）SAT在線學習系統(tǒng)

SAT（Scholastic Assessment Tests，學術評估考試，或稱“美國高考”）是由美國大學委員會（College Board）委托教育測試服務中心（Educational Testing Service， ETS） 定期舉辦的考試（任長松， 2007）。SAT在線學習系統(tǒng)自2014年底上線以來，注冊用戶15.49萬。其中，認證用戶2.7萬。它為學習者和SAT培訓機構提供SAT真題在線練習與模擬考試等資源和豐富的SAT考試資訊，為考生在線練習和測驗提供了便利，成為SAT教學不可或缺的輔助工具。通過對學習者做題情況和停留時間等學習行為印記進行記錄，深入挖掘學習者學習行為，生成學習儀表盤。

SAT在線學習系統(tǒng)是在知識庫、行為庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過搜索引擎、數(shù)據(jù)挖掘、采集等方法，為在線教和學的生態(tài)系統(tǒng)等提供服務，其整體架構如圖1所示。它通過深入挖掘學習者學習行為，記錄學習者學習時間、作業(yè)時間、每道題的用時等行為數(shù)據(jù)，結合學習資源數(shù)據(jù)庫中每個學習者和每道習題的各種屬性標注，分析學習者學習的行為，總結學習者的經(jīng)驗，找出差異，矯正不正確的學習方法和學習過程。設定了適應中國學習者的學習難度值，SAT官方標注的難度值是針對全球考生的難度標準，更偏向以英語為母語的學習者的認知狀況，而對于中國學習者往往不適合。SAT在線學習平臺線上測評各類考生的表現(xiàn)，以區(qū)分度模型為主要方法，計算出了一套針對中國學習者的難度標識體系，為制定適合中國學習者的SAT教學方案奠定了基礎。

（二）在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的視角

SAT在線學習系統(tǒng)不僅對學習資源數(shù)據(jù)可視化，而且記錄學習者學習“足跡”，對這些學習行為印記進行分析，通過學習儀表盤呈現(xiàn)，并自動推送符合學習者能力等級的學習資源和學習計劃。平臺在資源庫、學習者行為數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過數(shù)據(jù)采集、資源挖掘等學習分析技術，經(jīng)過各類系統(tǒng)組件，以數(shù)據(jù)可視化的方式在移動端和WEB端呈現(xiàn)內(nèi)容，以及向外提供API接口。學習分析的本質(zhì)是利用技術獲取和分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進而提高學與教的成效（祝智庭， 等， 2013）。學習分析技術包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、學生學習、反饋和干預五個要素（曹曉明， 等， 2014）。SAT在線學習系統(tǒng)可視化實現(xiàn)模型（見圖1），將SAT題型難度分級與學習者能力模型結合起來，從語言能力、知識能力和邏輯能力三個方面進行學習行為分析。在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化模型的整體思路：首先，從語言、知識和邏輯三個能力維度出發(fā)，從SAT學習資源庫中獲得與用戶能力相匹配的學習資源；其次，運用綜合聚類算法，將三個維度的學習資源進行全面篩選；最后，把滿足需求的資源呈現(xiàn)給學習者（陳敏， 等， 2011）。學習者能力覆蓋模型（陳仕品， 等， 2010；劉宇， 等， 2006）、數(shù)據(jù)預處理和聚類算法是學習資源可視化最重要的組成部分（鄭慶思， 等， 2013；翟東海， 等， 2014）。而學習儀表盤可視化與學習資源可視化過程相似，主要是對學習行為數(shù)據(jù)可視化的“繪制”和“顯示”。

SAT在線學習系統(tǒng)，基于近十年上萬道SAT習題的學習資源，這些資源包括閱讀、數(shù)學和寫作等類型，涵蓋時態(tài)、從句、修辭和倒裝等SAT考試全部知識點。如何將這些海量的SAT習題資源呈現(xiàn)給不同的用戶，依據(jù)什么方式呈現(xiàn)，是設計中主要解決的問題。學習者在使用在線學習系統(tǒng)過程中，產(chǎn)生了大量的“印記”，例如停留時間、將正確選項排除、做錯的題目和題型等行為數(shù)據(jù)流。這些學習行為印記是能夠反映學習者學習過程、具備內(nèi)在關聯(lián)和邏輯的數(shù)據(jù)集，利用信息技術捕獲相應的學習行為印記可以更全面地評估學習（顧小清， 等，2016）。學習分析儀表盤是學習行為印記可視化處理結果的呈現(xiàn)，是學習者在線學習行為在視覺通道上的直觀呈現(xiàn)，有利于培養(yǎng)學習者的自我反思能力（Kim et al.，2016），有助于學習者完善自身的SAT知識體系，促進學習者對知識點認知的深層次建構。那么，依據(jù)什么標準和方式對這些行為數(shù)據(jù)進行刻畫以呈現(xiàn)其內(nèi)在學習規(guī)律呢？

三、在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的

評價標準及原則

（一）在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的評價標準

基于數(shù)據(jù)可視化的視角，如何對海量的教育資源及學習過程中產(chǎn)生的學習行為印記進行分析和挖掘，以呈現(xiàn)給用戶良好的可視化顯示？如何讓數(shù)據(jù)以更加直觀、高效的方式呈現(xiàn)給用戶？ Nashriq等（2011）定義了五個主要準則來評價一個系統(tǒng)的優(yōu)劣，其中一個最重要的準則就是數(shù)據(jù)可視化，最早通過數(shù)據(jù)報告形式和圖形界面接口來描述數(shù)據(jù)可視化。Ramly等（2012）認為評價系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化（Dashboard，儀表盤系統(tǒng)）的五個準則分別為理解力、視覺點綴、設計與美學、視覺隱喻和數(shù)據(jù)可記憶性，并且從這五個方面比較了六種商業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的實現(xiàn)效果，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化提供了具體的標準。本研究基于這些標準，以SAT在線學習平臺為例，從學習資源和學習儀表盤可視化兩個視角，結合在線學習系統(tǒng)的可視化組成元素，對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化設計進行分析和歸納（見表1）。

首先，理解力包含信息傳遞的準確性與信息反饋的個性化兩個維度。在線學習系統(tǒng)需要將學習資源與學習行為反饋信息無歧義地傳遞給用戶，這是在線學習系統(tǒng)理解力維度的基準。為此，在線學習系統(tǒng)中學習資源的呈現(xiàn)與圖形、圖表的顯示應符合易理解、數(shù)據(jù)正確、信息組織清晰等要求。只有這樣，用戶才能在獲取的信息基礎上準確地做出自己的判斷。在信息反饋維度，在線學習系統(tǒng)應當體現(xiàn)個性化的原則。系統(tǒng)通過對學習者行為數(shù)據(jù)的分析，向學習者呈現(xiàn)學習儀表盤。學習者通過學習儀表盤能夠發(fā)現(xiàn)在線學習中的問題，實現(xiàn)對自己的學習過程進行調(diào)控，充分體現(xiàn)在線學習系統(tǒng)的學習自主性與個性化。

其次，視覺點綴的目的是將圖形、圖像等信息與真實的世界建立聯(lián)系（Doug， et al.， 2010）。在線學習系統(tǒng)將學習者感興趣和重點關注的數(shù)據(jù)通過不同顏色、不同形式展現(xiàn)出來，使圖形、圖像與真實情境建立一定的聯(lián)系。學習資源的呈現(xiàn)應當充分考慮學習者在實際情境中學習的過程。例如，在呈現(xiàn)選擇題時，系統(tǒng)允許使用排除法做題，這符合學習者做題的實際情況；對于學習者在線參加模擬考試的情況，系統(tǒng)輔以“計時器”組件點綴，同步顯示已用時間和剩余時間，這樣更加貼近實際情況。針對學習分析儀表盤，系統(tǒng)可以將學習者學習的盲點、弱點、學習曲線或勤奮指數(shù)等數(shù)據(jù)向學習者呈現(xiàn)，其可視化界面不需要用過多文字描述，過多文字描述反而會導致冗余，使學習者抓不到學習反饋的重點，這樣會影響學習者對信息的準確判斷。endprint

再次，在數(shù)據(jù)可視化過程中，還應當充分考慮設計與美學方面。國外研究表明，用戶看到系統(tǒng)界面時總伴隨著一定的情感反應（Few， 2004）。色彩不僅能夠傳達某種感覺，如冷暖、興奮等，而且能使人類對色彩產(chǎn)生共感聯(lián)想。日本《色彩認知論》的作者對色覺與其他感覺對應關系的調(diào)研結果，匯總了數(shù)據(jù)可視化中色彩的共感聯(lián)想特性（見表2）。在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化應當恰當融入美學元素，如合理搭配色彩、符合視覺流向的版面設計等，這樣能夠引起學習者積極的情感反應。圖表設計必須與學習者建立迅速、有效、易理解的數(shù)據(jù)信息交流，在此基礎上將美學融入圖表的數(shù)據(jù)展示，設計出的圖表既能準確、快速地傳達信息，又能引起學習者的關注。

再其次，視覺隱喻的形式包含統(tǒng)計表征和視覺對比兩類（Meyer， 1997），前者運用統(tǒng)計分析方式用大量單一的數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)出重要的數(shù)據(jù)趨勢；后者則將相關數(shù)據(jù)進行比較以呈現(xiàn)出高低或差距。與統(tǒng)計表征相比，視覺對比更強調(diào)對比分析。當系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化過程中使用大量文字和數(shù)據(jù)無法準確傳遞含義時，可以選擇適當?shù)囊曈X隱喻形式。尤其對于儀表盤，大部分情況需要依據(jù)數(shù)據(jù)的趨勢分析做出關鍵的決策。在儀表盤上，系統(tǒng)采用統(tǒng)計的方式將學習者的知識掌握情況以時間為單位展示出來，而學習者的知識掌握程度是通過測試或練習的行為數(shù)據(jù)分析獲得的。

最后，在數(shù)據(jù)可記憶性方面，數(shù)據(jù)可視化要符合認知和記憶規(guī)律。學習分析儀表盤的基本功能就是促進學習者的自我反省和自我認知。對圖形和顏色搭配的研究發(fā)現(xiàn)，圖形具有幫助用戶提高數(shù)據(jù)記憶性的功能，對于大量數(shù)據(jù)，學習者往往能夠記住一個配有突出顏色和色調(diào)的圖形（Smets， et al.，2010）。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的過程中，合理使用圖形和顏色搭配，有利于提高用戶對重要數(shù)據(jù)的記憶力水平。

（二）在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的原則

基于上述在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價標準，本研究從學習資源與學習儀表盤兩個角度，對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的設計原則進行分析。

1. 符合學習者理解力，遵循個性化的原則

本研究中理解力是指學習者對學習資源中的知識點由淺到深的認識和認知的水平和能力。蘇聯(lián)教育家維果茨基于20世紀30年代提出“最近發(fā)展區(qū)”的概念，認為學生的現(xiàn)有水平與學生可能的發(fā)展水平之間的差異成為學生的最近發(fā)展區(qū)（Vygotsky， 1978）。SAT 題型按難度分為1-5 級，1級最簡單，5 級難度最高。其難度級別的劃分依據(jù)是學習者在抽樣測試中的答題準確率。而SAT在線學習系統(tǒng)為新用戶提供難度適中（難度等級為3）的題型。通過新用戶的測試情況以及對學習行為印記的分析，平臺為每個用戶找到自身所在的潛在發(fā)展區(qū)。SAT在線學習系統(tǒng)運用最近發(fā)展區(qū)理論，呈現(xiàn)給學習者符合其能力范圍的學習資源，為學習者設置“一步一個臺階”的SAT訓練方法，逐步提升學習者SAT測試成績。首先，該平臺全面分析學習者的行為數(shù)據(jù)，找準學習者SAT測試能力的“最近發(fā)展區(qū)”；其次，依據(jù)分析結果個性化推送和呈現(xiàn)學習資源，將學習者引入“最近發(fā)展區(qū)”；最后，創(chuàng)設新的SAT學習資源“最近發(fā)展區(qū)”，促進學習者的SAT能力向更高層次發(fā)展。

2. 適當運用視覺點綴，貼近實際情境的原則

視覺點綴主要是適當?shù)剡\用圖形、圖表及其變化建立與真實情境之間的聯(lián)系（Smets et al.，2010）。這里強調(diào)“適當”，其原因是過多的圖形或變化可能會“扭曲”重要的信息，導致信息與實際要傳遞的信息“相悖”。選擇題是SAT學習資源的主要形式，那么，如何恰當運用視覺點綴對大量的選擇題的題干和選項進行可視化是在線學習系統(tǒng)需要解決的重要問題之一。本平臺研究者對大量SAT考生和資深SAT培訓教師以訪談形式實施了調(diào)查。在訪談中，85%的訪談對象認為SAT考試中采取排除法做選擇題是最有效的方式。因此，平臺采取允許用戶以排除的方式做測試，在習題的呈現(xiàn)方式上，當用戶把選項排除后該選項的顏色變淺（見圖2）。

采用這種方式呈現(xiàn)選擇題型，符合用戶做測試的真實情境，通過選擇題列表的呈現(xiàn)和顏色變化，將學習資源的設計與真實的SAT測試情境建立聯(lián)系。另外，用戶在平臺上測試的過程中，對選項進行逐一排除，其做題思路將被平臺記錄，這為分析用戶的行為和評估學習者的能力水平提供數(shù)據(jù)基礎和依據(jù)。平臺中視覺點綴的運用情況如表3。

3. 符合用戶審美，兼顧藝術與美學的原則

為了學習資源的有效傳遞，對學習資源的呈現(xiàn)進行設計，需要綜合考慮美學因素。Steele等（2010）認為，優(yōu)質(zhì)的可視化效果需要包含四個要素，即形式新穎、內(nèi)容充實、直觀高效和符合審美。在SAT學習資源呈現(xiàn)的設計中，色彩構成和版面等不同形式的設計符合審美的標準，增強了學習資源呈現(xiàn)的藝術效果。

在色彩構成方面，SAT學習資源呈現(xiàn)的設計遵循主輔色調(diào)搭配原則。用戶對色彩組合和搭配非常敏感，優(yōu)秀的色彩搭配獲得良好的美學和藝術效果。SAT在線學習系統(tǒng)以白色為主，輔以藍白和灰白搭配。白色能夠給用戶以純潔的感覺，代表圣潔和和平；藍白搭配，可以產(chǎn)生清新、淡雅、柔順的氣氛；灰白搭配，能夠體現(xiàn)出舒適、優(yōu)雅的感覺。通過色彩構成的運用，使SAT資源呈現(xiàn)界面在視覺上達到賞心悅目的視覺感受，更深層次地激發(fā)學習者內(nèi)在的心靈感知。

在版面設計方面，SAT學習資源呈現(xiàn)的設計符合用戶視覺流向原則。版面設計是平面設計的有機構成，不僅要考慮各部分之間的比例、平衡、對比、節(jié)奏和樂律等（宋春暉， 2005），而且要強調(diào)構圖對用戶視覺流向的引導效果。視覺流向，即用戶視覺在可視化界面上的視覺流動方向，通常是左上開始，右下結束。SAT平臺運用“線”和“面”版面設計構圖規(guī)則，符合視線移動的基本規(guī)律。線的構圖規(guī)則主要運用在資源類型的劃分、資源呈現(xiàn)界面的分割等，能夠對用戶引起規(guī)則、穩(wěn)定和有序的視覺感受；面的構圖規(guī)則主要運用在同一類型資源的呈現(xiàn)中，能夠體現(xiàn)出多層次的視覺感受，使得整個學習資源的呈現(xiàn)具有渾然一體的視覺效果。endprint

總之，在學習資源可視化設計方面，為了更加直觀形象，使用戶能夠更加清晰地找到所需要的信息，SAT在線學習系統(tǒng)從色彩構成和版面設計兩個方面考慮功能需要和藝術呈現(xiàn)形式。為此，針對學習資源可視化，SAT平臺依據(jù)功能結構的不同，將其劃分為每日一練、練習、模考、作業(yè)、復習和生詞本等模塊。

4. 選擇恰當圖表類型，增強視覺隱喻的原則

“隱喻”，是相對于明喻而言，是一種修辭語言現(xiàn)象。由于涉及兩個不同領域之間的互相作用和相互映射，隱喻性話語具有形象、生動和說服力（陳燕燕， 2012）。而數(shù)據(jù)可視化中的視覺隱喻是指使用文字或數(shù)據(jù)的方式無法準確表達，而通過圖表能夠有效展示數(shù)據(jù)和文字背后傳遞的含義。在線學習系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，以平行坐標、折線圖和柱狀圖等統(tǒng)計和對比的形式來呈現(xiàn)學習者在平臺上的學習情況。系統(tǒng)結合每個學習者和每道習題的各種屬性標注，分析學習者的學習行為，總結學習者的經(jīng)驗與不足，為每個用戶建立縱向的成長記錄，并繪制成長曲線，形成個性化的學習儀表盤。而學習儀表盤所用的圖表類型不同，其特點亦不相同。在線學習系統(tǒng)在選擇圖表類型時，需要考慮圖表傳遞的信息和圖表類型的特點（見表4）。

以折線圖為例，通過對學習者行為數(shù)據(jù)的挖掘，收集到大量同一類型的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)點匯聚成重要數(shù)據(jù)的趨勢走向，呈現(xiàn)給學習者。學習者可以對這些數(shù)據(jù)趨勢的反饋進行分析，并做出決策。SAT在線學習系統(tǒng)通過分析學習者的測試情況，為學習者繪制了閱讀、寫作、數(shù)學、作文四部分的學習折線圖。學習者通過儀表盤的學習曲線圖，可以判斷出閱讀、寫作、數(shù)學、作文與所用時間的關系以及變化趨勢，進而合理調(diào)整學習時間（見圖3）。

5. 搭配合適色彩，提高數(shù)據(jù)可記憶的原則

數(shù)據(jù)可記憶性主要研究數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式和呈現(xiàn)方式，以提高學習者對信息的記憶力和關注度。通過對圖形色彩的研究，發(fā)現(xiàn)圖形色彩也能幫助用戶提高對數(shù)據(jù)的記憶性，學習者往往能夠記住一個配有突出顏色和色調(diào)的圖形（Ramly， et al.， 2012）。Mather等（1997）研究發(fā)現(xiàn)，學習者能夠記住一些具有吸引力的圖形，而對簡單普通的圖形沒有印象。那么，數(shù)據(jù)可視化如何選擇色調(diào)呢？一般情況下，柔軟、自然的大地色調(diào)是通用的，而要強調(diào)或突出一些數(shù)據(jù)的時候需要使用明亮或深暗的顏色。

針對測試者做錯的題目，SAT在線學習系統(tǒng)會自動提示其正確的選項，并使用合適的顏色標識，以達到吸引用戶注意，提升測試者對正確選項及其原因的記憶能力。SAT在線學習系統(tǒng)將學習者每次測試的各個部分期望成績與預估成績進行對比，1、2、3、4、5等級不同難度對比，10個部分整體過程對比，A、B、C、D、E五個選項答案分布對比，用柱狀圖，搭配藍色、紅色，形成學習儀表盤呈現(xiàn)給學習者，紅藍搭配，在色彩的共感聯(lián)想特性方面以視聽聯(lián)想為例，紅色讓人聯(lián)想到“熱鬧”，藍色然人聯(lián)想到“和諧”，形成鮮明的對比（見圖4）。這種一目了然的色彩搭配能向學習者傳遞更直觀的作業(yè)比對效果。

（三）SAT在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的可用性調(diào)查

國際標準化組織（ ISO 9241-11，1998年）將可用性指向有效性（Effectiveness）、效率（Efficiency）和用戶主觀滿意度（Satisfaction）三個維度。而SAT在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化可用性調(diào)查主要評價SAT在線學習系統(tǒng)的學習資源和學習分析反饋是否易用、好用、令用戶滿意等。本可用性調(diào)查以用戶訪談為研究方法，主要涉及三個方面：①訪談對象的基本信息；②訪談對象使用SAT在線學習系統(tǒng)的情況；③訪談對象對SAT在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化五項評價維度的主觀感受。根據(jù)顧小清等（2010）對可用性的研究發(fā)現(xiàn)，完成一次可用性測試需要8-16人。因此，本研究選擇SAT在線學習系統(tǒng)用戶、美工和測試等16名人員分三組作為研究對象。用戶組是由使用SAT在線學習系統(tǒng)培訓機構中8名高中生組成，這些學生均連續(xù)使用6個月左右的SAT在線學習系統(tǒng)；美工組由4名具有多年經(jīng)驗的前端工程師組成；測試組由4名具有多年測試開發(fā)經(jīng)驗的測試工程師組成。美工組認為，無論是學習資源的呈現(xiàn)，還是伴隨用戶在線學習情況變化的學習儀表盤，形式新穎，簡潔明了，突出重點；測試組認為，與傳統(tǒng)的反饋性弱的在線學習平臺相比，SAT在線學習平臺將學習行為“足跡”進行分析形成儀表盤，能夠有效提高用戶與界面的交互效率。訪談結果表明，用戶對SAT在線學習平臺的理解力、視覺點綴、設計與美學和記憶性四個維度較為滿意。在理解力方面，無論是學習資源的傳遞，還是個性化的儀表盤反饋信息，基本上都能無歧義地接受與理解。在視覺點綴方面，如選擇題，當用戶點擊排除后，該選項變灰的方式符合用戶平時的做題習慣。在設計與美學方面，色彩搭配和版面設計基本上符合用戶審美。在可記憶性方面，在線學習者基本上都在使用生詞本記憶單詞，對此較為認可。而在視覺隱喻方面，由于在學習儀表盤呈現(xiàn)中，學習者只能看到自身學習情況的變化，并不能看到自己成績在整個班級中的排名（Rank功能），這也是SAT在線學習系統(tǒng)不足之處。

四、總結與展望

數(shù)據(jù)可視化的關鍵是將抽象的數(shù)據(jù)以直觀的方式表示出來，讓用戶有效地理解其中蘊含的特征和意義。在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化，利用學習者視覺通道較高的感知能力，提升學習者識別、加工學習資源和學習反饋的效率。本文選取了SAT在線學習平臺，對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價與設計原則進行分析，基于數(shù)據(jù)可視化的視角，從學習資源和學習儀表盤兩方面，分析SAT在線學習平臺可視化的評價標準與設計原則，提出了以用戶為導向的在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的設計原則，具有一定的借鑒意義。本研究提出的在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價標準框架，共五個大類，十個二級指標及相關觀測點。該評價標準對特定的在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化適用，這些系統(tǒng)具有完備的在線學習支持和反饋功能模塊，為用戶提供學習資源，并對學習者提供個性化的學習反饋，如可汗學院、TUT Circle、測測SAT和快樂學等在具體數(shù)據(jù)可視化評價實施過程中，根據(jù)實際情況對框架進行完善和補充，建議采用李克特（Likert）量表或5級評分標準計算被試對各項陳述的態(tài)度強弱，并通過專家評判，采用層次分析法確定相關權重。對在線學習系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化評價標準進一步體系化、系統(tǒng)化及驗證與推廣是下一階段的研究工作。endprint

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收稿日期：2017-03-15

定稿日期：2017-05-31

作者簡介：楊兵，博士，教授，碩士生導師；盧國慶，碩士研究生；曹樹真（通訊作者），博士，副教授，碩士生導師。湖北大學教育學院（430062）。

Tiong-Thye Goh，博士，副教授，博士生導師，惠靈頓維多利亞大學信息管理系（6011）。

責任編輯 韓世梅endprint