大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用研究

萬寶平

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)可視化；高校；計(jì)算機(jī)教學(xué)；應(yīng)用

0引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)融入社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要力量。在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也日益受到關(guān)注，特別是在大數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域，其直觀、生動(dòng)的展示方式為計(jì)算機(jī)教學(xué)提供了新的思路和方法。當(dāng)前，高校計(jì)算機(jī)教學(xué)面臨著諸多挑戰(zhàn)。一方面，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析教學(xué)方法往往側(cè)重于理論和算法，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望；另一方面，隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，如何有效地處理和分析這些數(shù)據(jù)，成為計(jì)算機(jī)教學(xué)亟待解決的問題。而大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的契機(jī)。因此，本文旨在探討大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值和具體策略。通過深入研究和分析，期望能夠?yàn)楦咝Ｓ?jì)算機(jī)教學(xué)的改革和創(chuàng)新提供有益的參考和借鑒。

1大數(shù)據(jù)可視化概述

大數(shù)據(jù)可視化是指將龐大的數(shù)據(jù)集通過圖表、地圖、儀表盤等可視化工具呈現(xiàn)出來，使人們能夠直觀地理解和分析數(shù)據(jù)。作為數(shù)據(jù)分析和決策過程中的重要工具，大數(shù)據(jù)可視化有助于揭示數(shù)據(jù)背后的模式、趨勢和關(guān)聯(lián)關(guān)系，幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策[1]。大數(shù)據(jù)可視化的目的是將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為容易理解和解釋的可視化形式，以便用戶能夠快速準(zhǔn)確地獲取信息并進(jìn)行決策。

大數(shù)據(jù)可視化的特征包括交互性、多維性和可視性。交互性指的是用戶可以與可視化結(jié)果進(jìn)行交互，如下鉆、上卷、篩選等操作，以便更深入地探索數(shù)據(jù)。多維性指的是數(shù)據(jù)可以按多個(gè)維度進(jìn)行分類、排序、組合和顯示，以便用戶能夠從多個(gè)角度觀察數(shù)據(jù)[2]?？梢曅灾傅氖菙?shù)據(jù)可以通過圖像、曲線、二維圖形、三維體和動(dòng)畫等形式來顯示，以便用戶能夠直觀地看到數(shù)據(jù)的分布、趨勢和關(guān)聯(lián)關(guān)系。如今，大數(shù)據(jù)可視化在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如金融、醫(yī)療、教育、智能制造等。

2大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)已成為當(dāng)今社會(huì)的重要資源和寶貴財(cái)富。在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用逐漸受到重視，其中，大數(shù)據(jù)可視化作為大數(shù)據(jù)處理與分析的關(guān)鍵技術(shù)之一，其在教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯。

2.1直觀理解，抽象變具體

在大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)的規(guī)模不斷增大，數(shù)據(jù)的維度和復(fù)雜性也隨之提升，對于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，理解和分析這些數(shù)據(jù)成為一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法往往依賴于抽象的算法和數(shù)學(xué)模型，對于初學(xué)者來說難以直觀理解，而大數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用，能夠?qū)⒊橄蟮臄?shù)據(jù)以直觀、易理解的方式展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生更好地理解和掌握數(shù)據(jù)分析與處理的原理和方法[3]。通過大數(shù)據(jù)可視化工具，學(xué)生可以將海量的數(shù)據(jù)以圖形、圖表等形式進(jìn)行展示，從而更清晰地看到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和趨勢，不僅能夠幫助學(xué)生快速把握數(shù)據(jù)的整體特征，還能夠揭示數(shù)據(jù)背后的隱藏規(guī)律和模式。例如，在數(shù)據(jù)分析課程中，教師可以通過可視化工具展示不同維度數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，讓學(xué)生直觀地理解數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，加深對數(shù)據(jù)科學(xué)的理解。此外，大數(shù)據(jù)可視化還能夠幫助學(xué)生更好地理解算法和模型的工作原理。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，算法和模型是解決實(shí)際問題的關(guān)鍵，然而算法和模型往往具有高度的抽象性和復(fù)雜性，難以直接理解。通過大數(shù)據(jù)可視化，學(xué)生可以將算法和模型的處理過程以可視化的方式呈現(xiàn)出來，從而更直觀地理解其工作原理和流程。

2.2輔助決策，優(yōu)化教學(xué)方案

在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)決策方式往往依賴于教師的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷，缺乏科學(xué)性和準(zhǔn)確性。而大數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用，可以為教學(xué)決策提供有力的支持，幫助教師更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，制定更合理的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方案。通過大數(shù)據(jù)可視化工具，教師可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、成績數(shù)據(jù)等進(jìn)行可視化分析，從而更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，不僅能夠揭示學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和規(guī)律，還能夠發(fā)現(xiàn)其存在的問題和困難。基于這些分析結(jié)果，教師可以制定更具針對性和個(gè)性化的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方案，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和提高其學(xué)習(xí)效果[4]。例如，在程序設(shè)計(jì)課程中，教師可以通過可視化工具分析學(xué)生的編程數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤類型，發(fā)現(xiàn)其常見的編程問題和難點(diǎn)，并針對性地設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和練習(xí)題目，以幫助學(xué)生更好地掌握編程技能和提高編程水平。此外，大數(shù)據(jù)可視化還能夠?yàn)榻虒W(xué)評估提供有力的支持。教學(xué)評估作為檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果的重要手段，然而傳統(tǒng)的教學(xué)評估方式往往受限于評估指標(biāo)和方法的局限性，難以全面客觀地反映教學(xué)情況。而大數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用，可以將教學(xué)評估指標(biāo)以可視化的方式進(jìn)行展示和分析，從而更直觀地反映教學(xué)情況和問題，不僅能夠提高評估的準(zhǔn)確性和客觀性，還能夠?yàn)榻虒W(xué)改進(jìn)和優(yōu)化提供有力的依據(jù)和支持。

2.3培養(yǎng)能力，提升綜合素質(zhì)

大數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用，對于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析、問題解決和創(chuàng)新能力具有重要的促進(jìn)作用。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和可視化展示，整個(gè)過程不僅能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，還能夠培養(yǎng)其邏輯思維和創(chuàng)新能力。同時(shí)，大數(shù)據(jù)可視化教學(xué)還能夠幫助學(xué)生提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力。在可視化項(xiàng)目中，學(xué)生需要與團(tuán)隊(duì)成員緊密合作，共同完成任務(wù)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和溝通能力，還能夠提高其解決實(shí)際問題的能力，對于學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展和學(xué)術(shù)研究具有重要的意義和價(jià)值。

3大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用策略

3.1案例演示，理論與實(shí)踐相結(jié)合

在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，選取具有代表性和實(shí)際意義的案例，將抽象的理論知識與具體的實(shí)踐操作緊密結(jié)合。教師可以通過精心設(shè)計(jì)的案例，展示如何利用大數(shù)據(jù)可視化工具從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，并將這一過程分解為易于理解和操作的步驟。通過案例演示，學(xué)生不僅能夠直觀地看到大數(shù)據(jù)可視化的實(shí)際效果，還能夠深入理解背后的原理和方法[5]。

以高校計(jì)算機(jī)課程中的“數(shù)據(jù)分析與可視化”為例，教師可以選取一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)集，如2023年抖音電商平臺垂釣產(chǎn)品的銷售數(shù)據(jù)，作為案例分析的對象。在演示過程中，教師可以首先介紹數(shù)據(jù)集的來源、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，然后利用大數(shù)據(jù)可視化工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和加載，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性。接下來，教師可以通過繪制各種圖表和圖形，如柱狀圖、折線圖、散點(diǎn)圖和熱力圖等，展示數(shù)據(jù)的分布、趨勢和關(guān)聯(lián)，如圖1所示。在演示過程中，教師還可以結(jié)合具體的業(yè)務(wù)場景和需求，解釋各種可視化圖表的選擇和設(shè)計(jì)原則以及如何通過調(diào)整參數(shù)和配色方案來優(yōu)化可視化效果。通過這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，學(xué)生不僅能夠掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本技能和工具使用方法，還能夠培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。此外，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生參與到案例的分析和討論中來，提出自己的見解和改進(jìn)意見，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

3.2互動(dòng)教學(xué)，學(xué)生主導(dǎo)探

在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，通過互動(dòng)和實(shí)踐來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。實(shí)施時(shí)，教師應(yīng)設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和探索性的任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生利用大數(shù)據(jù)可視化工具自主分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案[6]。例如，在數(shù)據(jù)庫管理課程中，教師可以提供一個(gè)關(guān)于校園圖書館借閱數(shù)據(jù)的實(shí)際案例，要求學(xué)生利用可視化技術(shù)分析熱門圖書類別以及讀者的借閱習(xí)慣等，如圖2所示。在此過程中，教師應(yīng)充當(dāng)引導(dǎo)者和輔助者的角色，及時(shí)給予學(xué)生指導(dǎo)和反饋，促進(jìn)其深入探索和實(shí)踐。如此一來，學(xué)生不僅能夠掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本技能，還能夠培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維和創(chuàng)新能力，為未來的學(xué)術(shù)研究和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，這種互動(dòng)和探索性的教學(xué)方式也有助于營造積極的學(xué)習(xí)氛圍，提高計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。

在實(shí)際操作中，教師可以按照以下步驟來實(shí)施這一策略：首先，明確教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，確保任務(wù)具有探索性和挑戰(zhàn)性；其次，提供必要的數(shù)據(jù)資源和可視化工具，為學(xué)生開展實(shí)踐探索創(chuàng)造條件；然后，鼓勵(lì)學(xué)生分組合作，共同完成任務(wù)，促進(jìn)彼此間的交流和合作；接著，定期組織課堂討論和成果展示，讓學(xué)生分享自己的發(fā)現(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，相互學(xué)習(xí)和借鑒；最后，教師對學(xué)生的探索成果進(jìn)行評價(jià)和反饋，指出其中的優(yōu)點(diǎn)和不足，提出改進(jìn)建議，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)。

3.3跨學(xué)科合作，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域

大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用，可以積極搭建跨學(xué)科合作平臺，促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交流與合作[7]。在具體教學(xué)中，教師可以結(jié)合不同學(xué)科的特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)具有針對性的大數(shù)據(jù)可視化項(xiàng)目。例如，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)跨學(xué)科合作中，可以共同研究如何利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)揭示數(shù)據(jù)背后的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和趨勢；在計(jì)算機(jī)科學(xué)與社會(huì)學(xué)合作中，可以探索利用大數(shù)據(jù)可視化分析社會(huì)網(wǎng)絡(luò)、輿情傳播等社會(huì)問題；在計(jì)算機(jī)科學(xué)與醫(yī)學(xué)合作中，可以研究大數(shù)據(jù)可視化在疾病診斷、藥物研發(fā)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過這些跨學(xué)科合作項(xiàng)目，學(xué)生不僅能夠掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本技能和工具，還能夠深入理解不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)特征和業(yè)務(wù)需求，拓寬其視野和應(yīng)用能力。

以計(jì)算機(jī)科學(xué)與醫(yī)學(xué)的跨學(xué)科合作為例，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)分析的可視化項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生需要利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，旨在發(fā)現(xiàn)潛在的疾病模式、預(yù)測疾病發(fā)展趨勢或優(yōu)化醫(yī)療資源配置。為了完成這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生需要與醫(yī)學(xué)專家進(jìn)行深入交流，了解醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的來源、特點(diǎn)和分析需求。然后，他們可以利用所學(xué)的大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和工具，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整合和可視化展示，揭示數(shù)據(jù)中的隱藏信息和規(guī)律。通過項(xiàng)目的完成，學(xué)生不僅能夠提升自己在大數(shù)據(jù)可視化方面的技能，還能夠?qū)︶t(yī)學(xué)領(lǐng)域有更深入的了解和認(rèn)識。

3.4個(gè)性化教學(xué)，因材施教

利用大數(shù)據(jù)可視化工具對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，教師可以更加準(zhǔn)確地了解每個(gè)學(xué)生的知識掌握情況、學(xué)習(xí)偏好和能力水平，進(jìn)而制定更加貼合學(xué)生實(shí)際需求的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方法。在實(shí)施過程中，教師可以借助大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、課堂參與度、在線學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位、多角度的可視化展示和分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)困難和問題，并給予相應(yīng)的輔導(dǎo)和支持[8]。

以數(shù)據(jù)庫管理課程為例，教師可以利用大數(shù)據(jù)可視化工具來分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。通過收集學(xué)生在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、SQL查詢、數(shù)據(jù)優(yōu)化等方面的練習(xí)和作業(yè)數(shù)據(jù)，教師可以創(chuàng)建學(xué)習(xí)熱圖、進(jìn)度跟蹤圖等可視化圖表，直觀地展示每個(gè)學(xué)生在各個(gè)知識點(diǎn)上的掌握情況，如此一來教師就能迅速識別出哪些學(xué)生在哪些方面遇到了困難，然后提供針對性的輔導(dǎo)材料、練習(xí)題或講解視頻。此外，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，教師可以利用大數(shù)據(jù)可視化工具來模擬網(wǎng)絡(luò)流量、路由選擇等復(fù)雜過程，幫助學(xué)生更直觀地理解網(wǎng)絡(luò)的工作原理，通過觀察學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)和反饋，教師可以調(diào)整教學(xué)難度和教學(xué)方法，進(jìn)而滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

4結(jié)束語

綜上所述，通過深入探討大數(shù)據(jù)可視化在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的重要性和應(yīng)用價(jià)值，提出案例演示、互動(dòng)教學(xué)、跨學(xué)科合作以及個(gè)性化教學(xué)等策略，旨在提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，大數(shù)據(jù)可視化在教學(xué)中的潛力將得到進(jìn)一步挖掘和利用，因此高校應(yīng)積極探索大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與計(jì)算機(jī)教學(xué)的深度融合，不斷創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，才能適應(yīng)信息時(shí)代對人才培養(yǎng)的新要求。