新工科背景下數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程改革探索

趙盼 馬小琴 錢(qián)凱 俞文昌

［摘 要］在新工科背景下，基于數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程特點(diǎn)和教學(xué)存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核等三個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性多維度課程改革，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生反饋，證明了課程改革的可行性和有效性，為應(yīng)用型本科院校數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程教學(xué)提供新的視角和方向，也為大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)需求和高素質(zhì)應(yīng)用型人才的發(fā)展提供支持。

［關(guān)鍵詞］新工科；應(yīng)用型；數(shù)據(jù)可視化；教學(xué)改革

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.23.070

［中圖分類(lèi)號(hào)］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1673-0194（2023）23-0230-04

［收稿日期］2023-06-20

［基金項(xiàng)目］池州學(xué)院線(xiàn)下課程建設(shè)項(xiàng)目（2021XXXKC

08）；安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2021cyxy053，2020

kfkc352）；池州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2020XJYXM34）；安徽省高校優(yōu)秀青年骨干教師國(guó)內(nèi)訪問(wèn)研修項(xiàng)目（gxgnfx2020113）。

［作者簡(jiǎn)介］趙盼（1990— ），女，碩士，講師，主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)；馬小琴（1982— ），女，安徽潛山人，副教授，碩士，主要研究方向：移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、機(jī)器學(xué)習(xí)；俞文昌（1988— ），男，安徽池州人，碩士，講師，主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、自然語(yǔ)言處理。

0? ? ?引 言

自新工科提出后，新工科教育教學(xué)理念成為我國(guó)高校教育改革和發(fā)展的主要方向［1］。學(xué)科建設(shè)更加注重實(shí)用性、交叉性和綜合性，旨在培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、工程實(shí)踐操作能力強(qiáng)、跨界整合能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才［2-3］。習(xí)近平總書(shū)記在視察清華大學(xué)時(shí)強(qiáng)調(diào)中國(guó)高等教育一線(xiàn)的教師群體對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)承擔(dān)著重要職責(zé)。文獻(xiàn)［4］中提出提高課程站位，全面實(shí)現(xiàn)課程在人才培養(yǎng)體系中承擔(dān)的任務(wù)，要科學(xué)規(guī)劃、科學(xué)施教［4］。

隨著人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)此類(lèi)新工科人才需求較多，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程作為培養(yǎng)此類(lèi)人才的一門(mén)核心課程，其應(yīng)用工程實(shí)踐性較強(qiáng)，綜合性較高。因此對(duì)課程提出了更高要求，不僅需要培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、分析解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力，更需培養(yǎng)學(xué)生思想品德、職業(yè)素養(yǎng)、家國(guó)情懷。亟需對(duì)“數(shù)據(jù)可視化技術(shù)”課程教學(xué)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)

計(jì)，進(jìn)一步提高工科教學(xué)質(zhì)量。

1? ? ?數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程特點(diǎn)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是一個(gè)新興交叉學(xué)科，是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)一門(mén)核心課程，有很強(qiáng)的工程實(shí)踐和綜合性。課程具有以下三個(gè)特征。一是內(nèi)容豐富，技術(shù)發(fā)展較快，需要緊跟互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不斷更新教學(xué)內(nèi)容。二是知識(shí)面要求較廣，會(huì)涉及到前沿學(xué)術(shù)知識(shí)，并將其最新成果融入到教學(xué)中。三是與統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、藝術(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉，其工程實(shí)踐能力要求較高。課程對(duì)學(xué)生理論應(yīng)用能力，實(shí)踐操作能力、復(fù)雜工程問(wèn)題的分析解決能力要求較高。

2? ? ?數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程存在的問(wèn)題

2.1? ?缺乏實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程主要對(duì)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理、可視化設(shè)計(jì)的基本原則、可視化類(lèi)型和方法等內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)于注重理論知識(shí)的全覆蓋和工具的使用，缺乏設(shè)計(jì)型的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生很難將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2.2? ?教學(xué)方法單一

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要采用課堂教學(xué)與課后作業(yè)結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)方法，缺乏新工科建設(shè)思想的引領(lǐng)。課程教學(xué)中存在師生之間互動(dòng)、生生之間互動(dòng)不夠的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力減弱。需要在教學(xué)中，增加師生互動(dòng)來(lái)有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考。

2.3? ?考核方式單一

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)考核方式主要是結(jié)合學(xué)生出勤情況，實(shí)踐項(xiàng)目完成情況，期末考試成績(jī)綜合完成課程考核。存在學(xué)生只注重項(xiàng)目最終完成，難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課程學(xué)習(xí)積極性的缺點(diǎn)。

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)大數(shù)據(jù)人才的需求日益增加，課程內(nèi)容需要更加緊貼現(xiàn)實(shí)，教學(xué)方法和考核方式需要多樣化，課程改革勢(shì)在必行。針對(duì)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程教學(xué)中存在的上述問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核等三個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性課程改革。

3? ? ?數(shù)據(jù)可視化技術(shù)教學(xué)改革措施

3.1? ?教學(xué)內(nèi)容的更新

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程以新工科建設(shè)思想［5-6］為引領(lǐng)，以學(xué)生為中心，重在解決實(shí)際工程問(wèn)題。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力和編程能力。以項(xiàng)目貫穿課程始終，根據(jù)實(shí)際需求，規(guī)劃學(xué)習(xí)目的，讓每個(gè)學(xué)生能從項(xiàng)目著手，進(jìn)行需求分析、分解實(shí)際問(wèn)題、解決復(fù)雜工程問(wèn)題。

課程實(shí)踐項(xiàng)目是課程教學(xué)內(nèi)容的重要部分，課程依托于中科曙光公司大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將最新科研成果融入到實(shí)踐教學(xué)中，增加設(shè)計(jì)型實(shí)踐項(xiàng)目。課程實(shí)踐分為9個(gè)項(xiàng)目，分別為8個(gè)小項(xiàng)目和1個(gè)綜合項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目預(yù)期學(xué)習(xí)成果都清晰可見(jiàn)，覆蓋課程知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，兼顧各知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目間的連貫性和擴(kuò)展性。

3.2? ?教學(xué)方法創(chuàng)新

針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)，存在教學(xué)方法單一，交互性教學(xué)不強(qiáng)的問(wèn)題，以新工科理念為引領(lǐng)，提出一種為學(xué)生構(gòu)建良好的教學(xué)環(huán)境，采用合理有效的教學(xué)方法，應(yīng)用情緒喚醒的培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的教學(xué)方法。合理有效的教學(xué)方法是外因，適時(shí)情緒喚醒是內(nèi)因。在培養(yǎng)學(xué)生過(guò)程中，合理有效的教學(xué)方法提供學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的外部條件，適時(shí)的情緒喚醒激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及其主觀能動(dòng)性保證實(shí)現(xiàn)課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2.1? ?構(gòu)建良好的教學(xué)環(huán)境

良好的教學(xué)環(huán)境對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展至關(guān)重要，主要從下面3個(gè)方面構(gòu)建。首先，積極開(kāi)展課程思政。教學(xué)中有意、有機(jī)、有效地融入優(yōu)秀中華傳統(tǒng)文化，提煉蘊(yùn)含的文化基因，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育。其次，培養(yǎng)良好的師生關(guān)系。針對(duì)現(xiàn)代大學(xué)生個(gè)性更鮮明，自我意識(shí)強(qiáng)，責(zé)任意識(shí)薄弱等特點(diǎn)，采用新思想、新策略開(kāi)展教學(xué)工作，培養(yǎng)學(xué)習(xí)上師生、生活中朋友的良好師生關(guān)系，建立學(xué)生對(duì)課堂和教師的認(rèn)同感和歸屬感。最后，采取合理有效的教學(xué)方法。時(shí)常鼓勵(lì)良好的成長(zhǎng)型學(xué)習(xí)，必要時(shí)給予適當(dāng)批評(píng)等多措并舉的教學(xué)。最終會(huì)在學(xué)生間相互產(chǎn)生正向影響，形成良好的教學(xué)環(huán)境。

3.2.2? ?采用合理有效的教學(xué)方法

教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施需要講究方法，更要體現(xiàn)教學(xué)藝術(shù)。在新工科理念指導(dǎo)下，教學(xué)中有目的開(kāi)展課堂討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出并分析問(wèn)題。鼓勵(lì)開(kāi)展小組合作分享自己所學(xué)，小組成員可以在課堂上與同學(xué)、教師分享小組所做專(zhuān)題報(bào)告，并回答同學(xué)和教師提出的問(wèn)題。利用學(xué)習(xí)通、雨課堂等平臺(tái)促進(jìn)師生課外交流，加強(qiáng)交互式教學(xué)。

例如在講解“復(fù)雜數(shù)據(jù)可視化概述”時(shí)，不能僅從技術(shù)的角度講“復(fù)雜數(shù)據(jù)可視化方法”，而要從真實(shí)世界與虛擬世界越來(lái)越密不可分，帶來(lái)的高復(fù)雜度的高維多元化數(shù)據(jù)綜合講解為什么要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)可視化，以及復(fù)雜數(shù)據(jù)可視化存在的挑戰(zhàn)。

3.2.3? ?實(shí)施適時(shí)的情緒喚醒

德國(guó)學(xué)者帕克讓?zhuān)瑖?guó)內(nèi)學(xué)者董妍、俞國(guó)良等均指出，在教學(xué)或?qū)W習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)業(yè)學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)與學(xué)生各種情緒密切相關(guān)，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及其主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)中需要對(duì)學(xué)生適時(shí)采用不同方式多角度、全時(shí)段地實(shí)施情緒喚醒。

課堂開(kāi)始時(shí)，通過(guò)展示一段小視頻或者小故事吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生快速進(jìn)入課堂，然后通過(guò)師生互動(dòng)，將學(xué)生注意力及時(shí)轉(zhuǎn)移到教師身上，再正式進(jìn)入課程內(nèi)容教學(xué)，使得師生達(dá)到同頻共振，調(diào)動(dòng)課堂氛圍，奠定課堂教學(xué)基礎(chǔ)。課堂進(jìn)行過(guò)半時(shí)，學(xué)生注意力會(huì)逐步下降，可通過(guò)講些中華傳統(tǒng)文化、勵(lì)志故事、國(guó)際時(shí)事等方式實(shí)施情緒喚醒。不僅可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行課程思政教育，而且可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)情緒，保障良好的教學(xué)效果。

3.3? ?考核方式多樣化

傳統(tǒng)考核方式主要是根據(jù)學(xué)生出勤情況，實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)與完成情況、期末考試成績(jī)綜合完成。考核方式過(guò)于單一，使得學(xué)生只注重項(xiàng)目最終完成，但難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，需要?jiǎng)?chuàng)新課程考核方式。為了全面踐行新工科理念，提出一種實(shí)踐性更強(qiáng)、綜合性更高、以賽促學(xué)的考核體系。

該考核體系采用分組教學(xué)、過(guò)程化考核相結(jié)合的綜合型考核方式，將課程過(guò)程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)有機(jī)結(jié)合起來(lái)?？己酥饕ㄕn堂出勤率及表現(xiàn)、小組項(xiàng)目匯報(bào)及專(zhuān)題報(bào)告、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、期末考試成績(jī)四個(gè)部分，比重分別為20%，30%，10%，40%。課程考核的具體實(shí)施方法為：

（1）分組教學(xué)。教學(xué)中采用分組教學(xué)，能活躍課堂研討氣氛，顯著促進(jìn)學(xué)生之間相互交流學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)小組成員在相互探討中創(chuàng)新，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，相互補(bǔ)充，共同進(jìn)步，更好錘煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)習(xí)知識(shí)最好的辦法就是嘗試用簡(jiǎn)潔清晰的語(yǔ)言向他人講授。在準(zhǔn)備過(guò)程中進(jìn)行精心選題和設(shè)計(jì)陳述邏輯，在潛移默化中加深對(duì)選題內(nèi)容的理解。受此啟發(fā)，要求小組成員以合作方式完成專(zhuān)題報(bào)告，并回答其他小組同學(xué)和老師問(wèn)題。同時(shí)還要求小組成員合作完成項(xiàng)目，進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)和答辯。

（2）過(guò)程化考核。實(shí)施分階段全面考查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的過(guò)程化考核，主要分為小組考核與個(gè)人考核。小組考核包括，小組成員需按要求合作完成專(zhuān)題報(bào)告和實(shí)踐項(xiàng)目。專(zhuān)題報(bào)告除了可以緊扣課程教學(xué)內(nèi)容外，還可將前沿話(huà)題引入到專(zhuān)題報(bào)告中。需要在課堂上與同學(xué)、教師分享小組所做專(zhuān)題報(bào)告，并回答同學(xué)和教師提出的問(wèn)題。實(shí)踐項(xiàng)目考核主要是根據(jù)任務(wù)分配、數(shù)據(jù)解讀、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目匯報(bào)和答辯、總結(jié)不足等任務(wù)給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)。個(gè)人考核主要包括競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、期末卷面考核和平時(shí)課堂出勤及表現(xiàn)。鼓勵(lì)學(xué)生參加各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽或者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，以賽促學(xué)，并根據(jù)獲獎(jiǎng)情況確定分值。以課程期末卷面考核作為主要考核依據(jù)，將學(xué)生平時(shí)課堂出勤率及課堂上參與問(wèn)題探討的表現(xiàn)作為個(gè)人考核的額外加分項(xiàng)。課程考核體系，如圖1所示。

4? ? ?實(shí)踐效果

對(duì)池州學(xué)院的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)兩屆學(xué)生實(shí)施了新教學(xué)模式后，期末卷面考核成績(jī)比未實(shí)施之前得到了明顯提高，且最終綜合成績(jī)高于80分的人數(shù)比未實(shí)施之前分別增加了4.1%和4.6%。

課程教學(xué)結(jié)束后，對(duì)班級(jí)學(xué)生進(jìn)行“學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及能力提升情況”的問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，87%學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生更加濃厚的興趣，23%學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)自己內(nèi)驅(qū)力得到加強(qiáng)，61%學(xué)生認(rèn)為自己的合作、創(chuàng)新、思考、表達(dá)、等各種能力得到提升。由調(diào)查結(jié)果可知，實(shí)施新教學(xué)模式后，除了學(xué)生的整體成績(jī)得到提高外，學(xué)生還能認(rèn)識(shí)到自己存在哪些方面的不足，進(jìn)而提升相應(yīng)能力。

5? ? ?結(jié)束語(yǔ)

在新工科理念引領(lǐng)下，根據(jù)應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)“十四五”規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)所需人才。結(jié)合課程在教與學(xué)中存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核等三個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性改革，并在池州學(xué)院大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)院的“數(shù)據(jù)可視化技術(shù)”課程中開(kāi)展實(shí)踐，學(xué)生反饋的結(jié)果表明課程改革的可行性和有效性，課程教學(xué)質(zhì)量得到提高，為應(yīng)用型本科院校的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程教學(xué)改革提供新的視角和方向。

主要參考文獻(xiàn)

［1］羅旭彪，陳素華，邱賢華，等. 新工科授課要點(diǎn)創(chuàng)新之智慧點(diǎn)構(gòu)建方法學(xué)探究［J］. 高等工程教育研究，2020（5）：172-175.

［2］胡明茂，孫煜，齊二石，等.新工科背景下的地方應(yīng)用型本科院校實(shí)踐教學(xué)建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（7）：223-227.

［3］傅向華，張席，劉宏偉，等.面向新工科的應(yīng)用型大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革［J］.計(jì)算機(jī)教育，2022（2）：124-128.

［4］蔣宗禮.提高課程教學(xué)站位［J］. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2021（1）： 35-41.

［5］常建華，張秀再.基于OBE理念的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)

踐：以電子信息工程專(zhuān)業(yè)為例［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2021（增

刊1）：87-92，111.

［6］顧容，熊海燕，李暉.工程思維視角下高校通識(shí)教育課程的設(shè)計(jì)與研究［J］.教育探索，2020（4）：44-47.