數(shù)據(jù)分析在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用探究

段旭升 王智慧

【摘 要】大數(shù)據(jù)、可視化、智能分析……這些信息時(shí)代的新技術(shù)沖擊著我們的認(rèn)知，在領(lǐng)略飛奔的技術(shù)的同時(shí)感覺(jué)既熟悉又茫然。本文以制作北京市新冠肺炎疫情交互型可視化數(shù)據(jù)報(bào)告為例，嘗試從技術(shù)實(shí)現(xiàn)和教學(xué)策略角度闡述信息技術(shù)教學(xué)中對(duì)數(shù)據(jù)分析內(nèi)容的探究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)分析;可視化;大數(shù)據(jù);Power Bi

【中圖分類號(hào)】434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2020）011-076-04

2017版普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)：“構(gòu)建具有時(shí)代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容，將知識(shí)構(gòu)建、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運(yùn)用數(shù)字化工具解決問(wèn)題和完成任務(wù)的過(guò)程中?！倍鴶?shù)據(jù)作為信息時(shí)代的基石以及一切數(shù)字化工具的根本資源，越來(lái)越受到大家的重視。讓學(xué)生了解和體會(huì)數(shù)據(jù)分析和可視化表達(dá)更是必修模塊中的重要環(huán)節(jié)。

日常生活中的“數(shù)據(jù)”和“枯燥”一詞形影不離，大數(shù)據(jù)更是遠(yuǎn)看光鮮亮麗，近看無(wú)從下手。如何打破僵化局面，帶給學(xué)生易于實(shí)現(xiàn)且富有視覺(jué)沖擊的數(shù)據(jù)分析課程，是我們每位信息技術(shù)教師關(guān)心的問(wèn)題。但是，無(wú)論是Excel視覺(jué)圖表，還是Python詞云展示，似乎都略顯單薄，無(wú)法引領(lǐng)學(xué)生一窺大數(shù)據(jù)的風(fēng)采。本文將從技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程和教學(xué)策略角度闡述數(shù)據(jù)分析課程的探索與嘗試。

工具選擇和數(shù)據(jù)來(lái)源

工欲善其事，必先利其器。選用適合的數(shù)字化工具進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題正是在培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”核心素養(yǎng)。一款上手簡(jiǎn)單、易用，并且面向?qū)W生未來(lái)發(fā)展的軟件尤為重要。微軟的Power Bi便是不錯(cuò)的選擇，其與Office家族息息相關(guān)。早在2013年，Office365就已嵌入Bi商業(yè)智能解決方案，而今Power Bi早已成長(zhǎng)為強(qiáng)大的商業(yè)智能分析和數(shù)據(jù)可視化工具，其官方中國(guó)社區(qū)的可視化大賽更是進(jìn)行得如火如荼。該軟件另一個(gè)巨大好處是低成本，Power Bi Desktop版本是完全免費(fèi)的，并且具有許多與付費(fèi)版本相同的功能。

在數(shù)據(jù)來(lái)源這一問(wèn)題上，學(xué)生身邊熟悉的數(shù)據(jù)，或者社會(huì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)最為適合。如網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物數(shù)據(jù)、家庭消費(fèi)數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)成績(jī)數(shù)據(jù)等。在此，正值北京地區(qū)40天打贏抗“疫”戰(zhàn)，以“北京速度”展現(xiàn)中國(guó)力量之時(shí)，筆者選擇引入此次新冠肺炎疫情數(shù)據(jù)帶領(lǐng)學(xué)生制作交互型可視化數(shù)據(jù)報(bào)告。目的是使學(xué)生保持新鮮感，提升參與度。確定了數(shù)據(jù)選型，接下來(lái)需要找到科學(xué)而又權(quán)威的數(shù)據(jù)來(lái)源，在基礎(chǔ)層面杜絕錯(cuò)誤的發(fā)生。通過(guò)數(shù)據(jù)搜索，筆者找到了“北京政務(wù)數(shù)據(jù)資源網(wǎng)”（https：//data.beijing.gov.cn），在新冠肺炎疫情信息專欄下載了歷史數(shù)據(jù)（圖1）。

數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理工作主要是在Excel環(huán)境下對(duì)下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，刪除或添加數(shù)據(jù)條目。

（1）刪除序號(hào)。網(wǎng)絡(luò)上很多數(shù)據(jù)帶有序號(hào)索引，而數(shù)據(jù)分析并不涉及序號(hào)數(shù)據(jù)，所以需要事先刪除該條目。

（2）修改數(shù)據(jù)格式。有時(shí)我們下載的數(shù)據(jù)雖然表面上看是數(shù)字，但卻是文本格式，需要在Excel中指定為數(shù)值型。只有設(shè)置成數(shù)值格式，才能在Power Bi中自動(dòng)識(shí)別并快速度量。

教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)可以忽略掉繁雜的處理過(guò)程，只展示和練習(xí)需要注意的重要環(huán)節(jié)即可。圖2為處理后的“北京市6月10日至7月6日新冠肺炎新增數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表”的一部分。

PowerBi的安裝與注冊(cè)

首先，前往powerbi.microsoft.com下載桌面版軟件，同時(shí)該站點(diǎn)還提供了移動(dòng)端App下載。其次，在注冊(cè)賬戶過(guò)程中值得一提的是，Power Bi需要用企業(yè)郵箱注冊(cè)，一般的郵箱無(wú)法注冊(cè)成功。學(xué)生可以使用釘釘郵箱或者在網(wǎng)絡(luò)上搜索“臨時(shí)郵箱”進(jìn)行快速注冊(cè)。

制作交互型可視化數(shù)據(jù)模型

在制作之前，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)各個(gè)字段，思考討論從哪些角度將這些枯燥的數(shù)據(jù)展示成圖形、要用數(shù)據(jù)表達(dá)哪些觀點(diǎn)、要用什么樣的圖形展示最為貼切，最終形成代表性意見(jiàn)。例如，從時(shí)間角度上用折線圖來(lái)展示新增確診病例數(shù)變化過(guò)程，用來(lái)表達(dá)此次北京市防控疫情的迅速果斷;從地理空間角度上用柱形圖來(lái)展示各行政區(qū)的確診病例數(shù)對(duì)比，用來(lái)說(shuō)明病毒擴(kuò)散的弱化過(guò)程……前期確定數(shù)據(jù)分析的方向尤為重要，尤其是學(xué)生初次接觸Power Bi，應(yīng)以詳盡的分析思路引領(lǐng)學(xué)生，盡量避開(kāi)技術(shù)問(wèn)題，轉(zhuǎn)而關(guān)注數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值，為后面的工作做到有的放矢做好準(zhǔn)備。同時(shí)，選用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ崛?、分析和解釋?shù)據(jù)正是“計(jì)算思維”的核心素養(yǎng)。

在Power Bi中點(diǎn)擊“獲取數(shù)據(jù)”（圖3），可見(jiàn)該軟件支持眾多導(dǎo)入方式。在此選擇Excel格式，并連接到準(zhǔn)備好的疫情數(shù)據(jù)表格。這種連接方式，只要表格中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，Power Bi中即可對(duì)視覺(jué)對(duì)象進(jìn)行刷新，就像Excel中數(shù)據(jù)發(fā)生變化，以此生成的圖表也會(huì)自動(dòng)變化一樣。

數(shù)據(jù)加載成功之后，工作窗口右側(cè)的“字段”界面即可看到每列數(shù)據(jù)的標(biāo)題。接下來(lái)我們要制作一個(gè)簡(jiǎn)單的折線圖，用來(lái)從時(shí)間維度反映新冠肺炎新增確診病例數(shù)的變化過(guò)程。在可視化選項(xiàng)卡界面中選擇“折線圖”，將“日期”字段拖動(dòng)到可視化選項(xiàng)卡的“軸”;將“新增病例數(shù)”字段拖動(dòng)到“值”，點(diǎn)擊下拉按鈕設(shè)置度量方式為“求和”（圖4）。簡(jiǎn)單的拖動(dòng)就做完了“新增確診病例數(shù)”折線圖，此外還可以在“可視化”選項(xiàng)卡的“格式”選項(xiàng)，對(duì)圖表的標(biāo)題、數(shù)據(jù)標(biāo)簽、外觀等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置。

繼續(xù)新建一個(gè)堆積柱形圖，用來(lái)從地理空間維度反映新冠肺炎新增確診病例的數(shù)量對(duì)比。拖動(dòng)“行政區(qū)”到“軸”，拖動(dòng)“新增病例數(shù)”到“值”，度量方式依然為“求和”。

兩個(gè)基礎(chǔ)維度的數(shù)據(jù)分析圖構(gòu)建完畢。接下來(lái)，以這兩個(gè)分析圖為依托，繼續(xù)引領(lǐng)學(xué)生將關(guān)注問(wèn)題進(jìn)行深化細(xì)化，如從時(shí)間上看疫情暴發(fā)的前期以哪些行政區(qū)為代表，從空間上看我們所在的大興區(qū)新增確診病例集中在哪個(gè)時(shí)間段等。此時(shí)引入“切片器”的概念：更細(xì)化的篩選數(shù)據(jù)。在“可視化”選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊“切片器”，拖動(dòng)“日期”到“字段”完成構(gòu)建。滑動(dòng)滑塊可以對(duì)整個(gè)時(shí)間線進(jìn)行切片分析，清晰看出疫情爆發(fā)的前五天（2020年6月10日至6月14日）各行政區(qū)的累計(jì)確診數(shù)（圖5）。同樣點(diǎn)擊下方柱形圖中“大興區(qū)”，也可以看出各時(shí)間段的變化趨勢(shì)。讓學(xué)生在分析問(wèn)題的同時(shí)體會(huì)數(shù)據(jù)分析的交互性。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可視化，吸引學(xué)生興趣，我們繼續(xù)添加“地圖”元素，使數(shù)據(jù)分析界面更友好、更易識(shí)別。點(diǎn)擊“地圖”圖標(biāo)，將“行政區(qū)”拖動(dòng)到“位置”，“新增病例數(shù)”拖動(dòng)到“大小”，并指定度量方式為“求和”。

此時(shí)，地圖中出現(xiàn)大小不一的氣泡，氣泡越大代表病例數(shù)越多，并且與切片器、柱形圖、折線圖相互聯(lián)動(dòng)，具有很強(qiáng)的交互性。如點(diǎn)擊“豐臺(tái)區(qū)”氣泡標(biāo)記，左側(cè)折線圖即切換到豐臺(tái)區(qū)新增確診病例變化數(shù)據(jù)，下方柱形圖也跟隨互動(dòng)，高亮顯示豐臺(tái)區(qū)累計(jì)確診病例數(shù)量。再結(jié)合“切片器”可清晰快速地得出很多結(jié)論。例如，疫情后期6月26日至7月6日僅有兩個(gè)行政區(qū)有新增確診病例;豐臺(tái)區(qū)此階段累計(jì)新增43人確診;豐臺(tái)區(qū)26日至30日疫情形勢(shì)出現(xiàn)積極變化，新增確診病例降幅明顯。

挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值

通過(guò)正確而規(guī)范的數(shù)據(jù)、適合的數(shù)字化工具、適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，我們?gòu)建了交互型可視化的數(shù)據(jù)分析模型。接下來(lái)，需要引導(dǎo)學(xué)生挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的信息，體會(huì)這些有價(jià)值的信息對(duì)形成正確決策的作用和意義，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)管理與分析技術(shù)對(duì)人類社會(huì)生活的重要影響。而這正是提升“信息意識(shí)”核心素養(yǎng)的關(guān)鍵一步。

此時(shí)，可以讓學(xué)生根據(jù)上面已經(jīng)做好的數(shù)據(jù)分析模型，針對(duì)此階段北京市的疫情撰寫(xiě)簡(jiǎn)單的分析報(bào)告，發(fā)表各自觀點(diǎn)。其目的除了使學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)的重要性，還可以讓學(xué)生逆向體會(huì)數(shù)據(jù)分析的構(gòu)建思路，做到先拆解數(shù)據(jù)模型厘清脈絡(luò)，再組合思路，思考對(duì)現(xiàn)行分析方法的優(yōu)化和改進(jìn)。最后提出新的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，給學(xué)生布置選題，既可以自由選題獨(dú)立獲取數(shù)據(jù)，也可以由教師提供諸如學(xué)校圖書(shū)館借閱數(shù)據(jù)、學(xué)生視力數(shù)據(jù)、體質(zhì)健康測(cè)試數(shù)據(jù)供學(xué)生選擇。重點(diǎn)讓學(xué)生自己確立分析思路、制作數(shù)據(jù)模型、撰寫(xiě)并展示分析報(bào)告，親身體會(huì)數(shù)據(jù)分析的整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程。

以上是我們對(duì)信息技術(shù)教學(xué)中數(shù)據(jù)分析內(nèi)容的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和學(xué)習(xí)策略探究。如今，多樣的數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和學(xué)習(xí)中，越來(lái)越成為解決實(shí)際問(wèn)題的重要方式。同時(shí)，我們?cè)隗w會(huì)大數(shù)據(jù)、可視化、智能分析帶來(lái)巨大便利的同時(shí)，也應(yīng)深切思考如何帶領(lǐng)學(xué)生掠過(guò)光鮮飛奔的技術(shù)列車(chē)，轉(zhuǎn)而關(guān)注如鐵軌一般行穩(wěn)致遠(yuǎn)的根本素養(yǎng)。

作者單位：北京市大興區(qū)第一中學(xué)? ?北京市大興區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校