大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應(yīng)用研究

趙帥 吳強

摘 要 文章介紹了大數(shù)據(jù)可視化的概念 以及它在高校計算機教學中的應(yīng)用 課程設(shè)計以及教學實踐 分析了高校計算機教學現(xiàn)狀 從促進學生學習以及教師教學等多方面對大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應(yīng)用進行了探討 并分析了大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應(yīng)用前景等 以期為高校計算機教育的改進和提高提供參考

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù) 大數(shù)據(jù)可視化 大數(shù)據(jù)可視化技術(shù) 高校計算機教學

中圖法分類號tp311?? ?文獻標識碼a

１ 引言

當今社會，數(shù)據(jù)已成為各行各業(yè)不可或缺的資源，數(shù)據(jù)處理技術(shù)也越來越受到關(guān)注。作為一項熱門技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠從數(shù)據(jù)量龐大的各類數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)、呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)背后隱含的更有價值的信息并能夠?qū)ζ溥M行分析、處理和應(yīng)用的特點，目前在商業(yè)、科技、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。

同時，隨著信息技術(shù)日新月異的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用勢不可擋的進程，教育信息化已成為當前教育領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。高校計算機教育是培養(yǎng)計算機人才的重要途徑，將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入高校計算機教育中，既能夠提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，又能夠培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析思維，為學生未來的就業(yè)和職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

因此，研究大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應(yīng)用，不僅可以促進教育信息化的發(fā)展，提高高校計算機教育的質(zhì)量和效率，還能夠滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的需求，推動我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展。

２ 概述

大數(shù)據(jù)可視化是指將大數(shù)據(jù)通過可視化手段進行展示和呈現(xiàn)的一種方式，對從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、增強數(shù)據(jù)表現(xiàn)、提升交互效率具有重要作用［１］ ，它將復雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀的視覺表達形式，有助于數(shù)據(jù)更容易被理解和更有效的表達，從而挖掘出數(shù)據(jù)中隱藏的信息和規(guī)律。

大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)包括多種數(shù)據(jù)可視化方法和工具，如用于表達數(shù)據(jù)的各類圖形———折線圖、柱狀圖、餅圖、熱力圖；用于實現(xiàn)可視化功能的工具———Ｅｘｃｅｌ，Ｔａｂｌｅａｕ，ＦｉｎｅＢＩ，Ｅｃｈａｒｔｓ 等以及Ｐｙｔｈｏｎ 編程工具。這些工具和方法能夠通過直觀的視覺形式表現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布、趨勢、關(guān)系、差異等信息。

可視化的過程并不是簡單地應(yīng)用數(shù)據(jù)來作圖，而是通過任務(wù)驅(qū)動，對數(shù)據(jù)進行采集、挖掘、清洗以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等處理后，再用可視化工具和方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)到視覺的映射，以及實現(xiàn)人機交互的功能。實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的基本流程如圖１ 所示。

３ 大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教育中的應(yīng)用分析

數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用最早可追溯至遠古時代，主要用于航海地圖的標注；到１８ 世紀，“柱形圖”“折線圖”的概念被提出，其主要用于表示標注國家的進出口等相關(guān)數(shù)據(jù)。一直到２０ 世紀５０ 年代以后，隨著計算機的發(fā)明以及計算機圖形學技術(shù)的發(fā)展，人們開始用計算機進行繪圖，極大地促進了可視化技術(shù)的發(fā)展；進入２１ 世紀，“大數(shù)據(jù)”時代的到來，讓大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用在眾多的新研究領(lǐng)域［２］ ，在高校計算機教育中應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助學生更好地理解和掌握計算機科學中的復雜概念和算法，提高學生的數(shù)據(jù)分析和處理能力，大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教育中的應(yīng)用具有很大的潛力。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（１）數(shù)據(jù)分析和挖掘。學?；蛘呓逃龣C構(gòu)可以利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對學生的學習行為、學習表現(xiàn)等相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，從而可以多維度、多角度、多層次地了解學生的學習情況和需求。比如，學生的出勤率、成績、作業(yè)提交情況等可以通過數(shù)據(jù)可視化的方式呈現(xiàn)，有助于教師更好地發(fā)現(xiàn)學生學習中存在的問題，從而及時有效地調(diào)整教學策略。

（２）教學資源管理。通過大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以了解學生的學習需求和興趣，從而更好地管理教學資源，為學生提供個性化的教育資源。比如，通過分析學生的學習興趣、學習習慣以及愛好等特性，可以為學生推薦更切合其學習實際的課程或者教材，有助于提高學生的學習興趣和積極性。

（３）教學過程優(yōu)化。應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以充分展示學生的學習進度和學習中遇到的難點，能夠讓教師及時了解和發(fā)現(xiàn)教學過程中遇到的問題，從而采取有效措施解決這些問題。比如，通過對學生學習行為的可視化分析，教師可以發(fā)現(xiàn)學生在學習過程中遇到的瓶頸或者困難，如“哪些難題一直克服不了”“哪些問題出錯率較高”等，從而及時調(diào)整教學內(nèi)容和方式，提高教學效果。

（４）學生表現(xiàn)評估。應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助教師對學生的表現(xiàn)進行評估，為學生提供針對性的學習建議和支持。通過對學生學習行為和成績的可視化，教師可以及時發(fā)現(xiàn)學生的問題和不足，為學生提供個性化的學習建議和支持，同時促進學生認知發(fā)展，幫助學生反思學習過程，從而激勵其改進學習方法，取得更好成績［３］ 。

大數(shù)據(jù)可視化在教學中的應(yīng)用，可以從多方面幫助教師更好地了解學生，采取更行之有效的教學方法，準備更貼合學生學習需求的教學資源等，不斷優(yōu)化教學過程，提高學生的學習效果。

４ 高校計算機教學現(xiàn)狀及大數(shù)據(jù)可視

化課程設(shè)計與教學實踐分析

４．１ 高校計算機教學現(xiàn)狀

高校計算機教學是指高等院校針對計算機相關(guān)專業(yè)的學生所進行的一系列教學活動。當前，計算機各項技術(shù)的發(fā)展進步非常快，大數(shù)據(jù)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)成為主流，應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也越來越廣，計算機教學面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。當前，高校計算機教學存在以下現(xiàn)狀。

（１）教學內(nèi)容不斷更新。高校計算機教學涉及的教學內(nèi)容與日新月異發(fā)展的計算機技術(shù)息息相關(guān)，教學內(nèi)容不斷迭代、更新，更加切合目前社會的需要，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的變化。

（２）教學方法不斷改進。隨著教學理念的更新和完善，高校計算機教學的方法、方式也需要不斷改進，以及采用更加開放、多元化的教學方式，要更加注重培養(yǎng)學生的實操能力和創(chuàng)新能力。

（３）師資隊伍需求增大。高校計算機教學需要具備高水平的師資隊伍，目前師資隊伍的需求也在不斷增加。

（ ４）教學質(zhì)量不斷提升。高校計算機教學注重教學質(zhì)量的提升，通過教學評估等方式，對教學質(zhì)量進行監(jiān)測和改進。

高校計算機教學目前正面臨新的挑戰(zhàn)和機遇，需要不斷更新教學內(nèi)容和方法，提高教學質(zhì)量，以適應(yīng)計算機技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢。大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)融入高校計算機課程設(shè)計與實踐應(yīng)用，能夠使學生掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方法，促進學生主動學習和實際能力的提高，為培養(yǎng)計算機專業(yè)人才提供有力的支持和保障。

４．２ 大數(shù)據(jù)可視化課程設(shè)計與教學實踐

可以根據(jù)高校計算機教學的現(xiàn)狀與特點，并結(jié)合大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)方法進行課程設(shè)計和教學實踐，大數(shù)據(jù)可視化的課程設(shè)計與教學實踐的具體內(nèi)容如下。

４．２．１ 課程設(shè)計

（１）課程目標。通過大數(shù)據(jù)可視化相關(guān)課程的學習，使學生能夠掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方法，能夠獨立開發(fā)并實現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用程序。

（２）課程內(nèi)容。大數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)概念、數(shù)據(jù)預處理方法、可視化技術(shù)、可視化工具和可視化應(yīng)用。

（３）教學方法。采用理論與實踐教學相結(jié)合方法，著重從實踐動手能力和思維創(chuàng)新能力方面來培養(yǎng)學生，通過案例分析、編程實踐、小組討論等多種教學方式，促進學生的主動學習。

４．２．２ 教學實踐

（１）實驗環(huán)境。根據(jù)教學需要，搭建適當?shù)目梢暬瘜嶒灜h(huán)境，包括大數(shù)據(jù)采集、處理平臺，可視化工具安裝，準備相關(guān)數(shù)據(jù)集等。

（２）實驗內(nèi)容。結(jié)合實際應(yīng)用場景，設(shè)計和開發(fā)相關(guān)的大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)預處理、可視化技術(shù)、交互設(shè)計等方面的內(nèi)容。

（３）實驗方法。采用分組實驗的方式，由學生自主選擇實驗的內(nèi)容和方向，通過多次實驗，逐步深入掌握大數(shù)據(jù)可視化的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方法。大數(shù)據(jù)可視化的課程設(shè)計與教學實踐旨在通過理論教學和實踐教學相結(jié)合的方式，使學生掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方法，能夠獨立開發(fā)并實現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用程序。同時，通過實驗環(huán)境的搭建和實驗內(nèi)容的設(shè)計，促進學生主動學習和實際能力的提高，為培養(yǎng)計算機專業(yè)人才提供有力的支持和保障。

５ 大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應(yīng)用實踐分析

在大數(shù)據(jù)時代，教育大數(shù)據(jù)可視化成為學生自主學習、教師教學監(jiān)督以及管理者優(yōu)化決策的重要方法和手段，對提升教育教學質(zhì)量能夠起到關(guān)鍵作用［４］ 。

５．１ 大數(shù)據(jù)可視化在學生學習中的作用

大數(shù)據(jù)可視化在學生學習中的作用是多方面的，通過可視化數(shù)據(jù)綜合考查學生的知識水平、實際能力和反饋意見，可以初步了解學生學習的實際效果。

（１）幫助學生理解和分析數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)可視化通過可視化手段將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給學生，使學生能夠更直觀地理解和分析數(shù)據(jù)。學生可以通過可視化圖表、動畫和交互式界面來探索數(shù)據(jù)，從而更深入地了解數(shù)據(jù)背后的信息和規(guī)律。

（２）提高學生的實際能力。通過大數(shù)據(jù)可視化的課程設(shè)計與教學實踐，學生將學習如何開發(fā)和實現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用程序，這將幫助學生提高實際應(yīng)用能力。在實際項目中，學生可以應(yīng)用所學的大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)來解決實際問題，提升自己的實踐能力。

（３）培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。大數(shù)據(jù)可視化可以通過設(shè)計與其他課程不同的教學實踐方式來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，通過可視化案例分析、編程實踐、小組討論等多種教學方式，促進學生的主動學習。學生將從直觀的數(shù)據(jù)展示中思考和實踐如何將所學的知識應(yīng)用于實際項目中，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。

５．２ 大數(shù)據(jù)可視化在教師教學中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)可視化可以多維度應(yīng)用于教師教學，通過數(shù)據(jù)處理和分析、課程設(shè)計和教學改進、數(shù)據(jù)可視化和展示、個性化教學、教學科研和學術(shù)研究等多種方式，可以幫助教師更好地了解、掌握學生的學習情況和自身課程的教學效果，促進教學目標的達成，提高學生的學習成效。

（１）數(shù)據(jù)處理和分析。教師可以使用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)來處理和分析教學過程中的數(shù)據(jù)，如學生的考試成績數(shù)據(jù)、課堂互動反饋數(shù)據(jù)以及對教師進行的教學效果評價數(shù)據(jù)等，從而更加全面地了解學生的學習情況，為后續(xù)的教學設(shè)計和調(diào)整提供支持。v（２）課程設(shè)計和教學改進。大數(shù)據(jù)可視化可以幫助教師對課程設(shè)計和教學內(nèi)容進行分析和評估。通過對學生的學習情況和表現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析，教師可以對課程的設(shè)計和教學的實施進行調(diào)整和優(yōu)化，以提高學生對計算機課程學習的體驗感。

（３）數(shù)據(jù)可視化和展示。大數(shù)據(jù)可視化可以將多維度的教學數(shù)據(jù)用可視化的方式進行展現(xiàn)，如圖表、動畫和交互式界面等形式，教師可以更加直觀地觀察、理解和分析這些數(shù)據(jù)，從而更好地評估教學效果和學生的學習情況。

（４）個性化教學。大數(shù)據(jù)可視化可以幫助教師實時分析學生的學習情況，有助于更好地實現(xiàn)個性化教學。通過直觀展示班級中不同學生的學習情況、學習方式和學習習慣等數(shù)據(jù)，教師可以更好地了解和分析學生的學習特點，可以有的放矢地制定適合不同學生的個性化教學計劃和方案，從而提高教學效果和學生的學習成效。

（５）教學科研和學術(shù)研究。大數(shù)據(jù)可視化可以幫助教師開展教學科研和學術(shù)研究。通過對教學過程中的數(shù)據(jù)進行收集、分析和可視化，教師可以深入了解學生的學習情況和實時授課效果，為教學科研和學術(shù)研究提供支持和依據(jù)。

在高校計算機教學中，應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助學生更加直觀地了解自己的學習情況，以及學習成果，讓學生更好地安排自己的學習時間和學習方式，提升學生的學習動機和自信心，提高學習效率。同時，在教師層面，能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實時收集、分析和反饋學生的學習情況， 讓教師及時調(diào)整教學內(nèi)容和教學方式，提高教學效率和質(zhì)量、促進教學創(chuàng)新和改革、提高教學反饋和指導能力，幫助教師更加有效地開展教學工作［５］ ，從而不斷提升學生的學習效果和學習成績。

６ 結(jié)束語

面對教學內(nèi)容不斷更新、教學方法不斷改進、教學質(zhì)量不斷提升等高校計算機教學現(xiàn)狀，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用可以幫助學生更好地理解和掌握復雜的計算機概念和知識點，提高其對計算機各類課程的學習效果和學習興趣，能夠有效地提高學生的學習成績，激發(fā)其更加積極的學習態(tài)度。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以使教師更加直觀、實時地了解學生的各項學習情況，并通過有效的反饋進行教學策略和內(nèi)容的調(diào)整，從而提高教學質(zhì)量和效果。

同時，研究結(jié)果顯示，教師應(yīng)該更加注重教學手段的創(chuàng)新和教學方法的多樣化，尤其是在計算機科學等技術(shù)類學科的教學中，更應(yīng)該加強對大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用和研究。此外，學生也應(yīng)該更加積極主動地參與到教學活動中，利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等新型學習手段，充分發(fā)揮自身的學習主體性和創(chuàng)造力。

目前，大數(shù)據(jù)可視化在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用雖然有很多的實踐案例，但還處于起步階段，相關(guān)的理論探索和技術(shù)研究正在不斷地延伸發(fā)展。未來人機交互、人機協(xié)同、機器學習等關(guān)鍵技術(shù)與大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，以及將教師應(yīng)有的感知和認知能力與人工智能具有的快速處理與響應(yīng)能力相結(jié)合等措施，將進一步優(yōu)化整個教學過程，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)也將為解決復雜的教育問題提供強有力的技術(shù)支撐。

參考文獻：

［１］ 劉濱，劉增杰．數(shù)據(jù)可視化研究綜述［Ｊ］．河北科技大學學報，２０２１（１２）：６４３?６４４．

［２］ 史國舉．數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展研究［Ｊ］．無線互聯(lián)科技，２０２１（９）：９６?９７．

［３］ 劉霞．數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在教學中的應(yīng)用［Ｊ］．創(chuàng)新應(yīng)用，２０２１（２）：１５２?１５３．

［４］ 鄭婭峰，趙亞寧．教育大數(shù)據(jù)可視化研究綜述［Ｊ］．計算機科學與探索，２０２０（１２）：４０３?４０４．

［５］ 田漢賓，張夢霞．大數(shù)據(jù)時代下的高校計算機教育［Ｊ］．現(xiàn)代教育技術(shù)，２０１７（２）：９４?９７．