面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“數(shù)據(jù)可視化技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式研究與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A論文編號(hào)：1674—2117（2025）12—0086-04

在大數(shù)據(jù)時(shí)代需求、學(xué)科交叉融合、用戶體驗(yàn)提升等因素推動(dòng)下，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)快速發(fā)展逐漸成為數(shù)據(jù)分析與呈現(xiàn)的重要手段，其發(fā)展日益受到廣泛關(guān)注。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，突出探索性，與科研和工程實(shí)踐接軌，成為高校學(xué)生尤其是理工科及數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)、研究數(shù)據(jù)處理與呈現(xiàn)技術(shù)的熱門選擇。因此，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程急需在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法創(chuàng)新以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行創(chuàng)新。

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程創(chuàng)新背景

1.大數(shù)據(jù)時(shí)代對可視化技術(shù)人才的需求

可視化技術(shù)不僅涵蓋了圖形圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)據(jù)分析與挖掘等計(jì)算機(jī)學(xué)科的多個(gè)領(lǐng)域，還融合了領(lǐng)域知識(shí)和決策分析，是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合技術(shù)。

在技術(shù)趨勢和行業(yè)需求不斷變化的背景下，新時(shí)代的可視化技術(shù)人才需具備以下知識(shí)和能力： ① 跨學(xué)科知識(shí)體系：掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，熟悉數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)，了解行業(yè)業(yè)務(wù)知識(shí)； ② 可視化工具與技術(shù)：掌握Excel、Tableau、Echarts等主流數(shù)據(jù)可視化工具，使用Python、R語言等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析； ③ 數(shù)據(jù)分析與設(shè)計(jì)能力：能夠理解和解釋數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)和分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和洞察，從海量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，識(shí)別數(shù)據(jù)的模式和趨勢，選擇合適圖表類型、顏色和布局，掌握交互式可視化的設(shè)計(jì)方法，使作品具有吸引力和清晰度； ④ 數(shù)據(jù)故事講述能力：能夠?qū)?shù)據(jù)通過可視化方式轉(zhuǎn)化為有意義的故事，有連貫性和邏輯性地進(jìn)行講述。

2.數(shù)據(jù)可視化在各領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢

隨著數(shù)據(jù)倉庫、電子商務(wù)等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化的概念應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)據(jù)可視化是可視化技術(shù)在非空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用，它打破了傳統(tǒng)二維表格的局限性，使用戶能夠通過直觀的可視化方式觀察數(shù)據(jù)內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)關(guān)系。目前，數(shù)據(jù)可視化在金融、醫(yī)療、教育等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，能夠有效支持決策制訂。未來，數(shù)據(jù)可視化將朝著智能化、交互性更強(qiáng)的方向發(fā)展，進(jìn)一步提升用戶的數(shù)據(jù)分析體驗(yàn)和決策效率。

學(xué)科交叉融合對數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程創(chuàng)新的推動(dòng)作用

1.數(shù)據(jù)可視化與多學(xué)科的交叉關(guān)系

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)以計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科為基礎(chǔ)，融人了設(shè)計(jì)學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)，結(jié)合圖形圖像處理、數(shù)據(jù)分析與挖掘等技術(shù)手段，將復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖形或圖像。例如，通過設(shè)計(jì)學(xué)原理優(yōu)化布局和色彩搭配，提升用戶體驗(yàn)；利用心理學(xué)知識(shí)理解用戶認(rèn)知模式，設(shè)計(jì)更易理解的可視化圖表。

2.跨學(xué)科視角下的課程內(nèi)容拓展

在跨學(xué)科視角下，通過引入數(shù)字人文的理念，將數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用于文學(xué)、歷史等人文社科領(lǐng)域。例如，通過文本挖掘技術(shù)分析古典文學(xué)作品的情感傾向，或利用可視化工具呈現(xiàn)歷史事件的發(fā)展脈絡(luò)，從而揭示人文現(xiàn)象的規(guī)律和內(nèi)涵。

3.學(xué)科交叉融合對教學(xué)方法的啟示

學(xué)科交叉融合既豐富了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程的內(nèi)容，也為教學(xué)方法帶來了新的啟示。在教學(xué)中，教師可結(jié)合不同學(xué)科的特點(diǎn)，注重技術(shù)與藝術(shù)的平衡，采用案例分析、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、小組討論等多元化教學(xué)方法，通過實(shí)際案例引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問題，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程內(nèi)容創(chuàng)新與重構(gòu)

1.問題導(dǎo)向式教學(xué)理念在課程中的實(shí)施

問題導(dǎo)向式教學(xué)理念（Problem-based Learning，PBL）又被稱為“以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)”，是以學(xué)生為中心、教師為引導(dǎo)的小組討論及自學(xué)的學(xué)習(xí)模式。I筆者基于PBL教學(xué)理念，圍繞學(xué)生熟悉的衣食住行、科學(xué)研究、物流倉儲(chǔ)、電子商務(wù)、健康飲食、產(chǎn)品營銷等多領(lǐng)域典型案例豐富課程內(nèi)容，并采用問題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自身團(tuán)隊(duì)的意義構(gòu)建，最終培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。

2.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)

筆者采用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，圍繞“情境”“協(xié)作”“會(huì)話”“意義建構(gòu)”四大要素，將教授內(nèi)容由加工處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反溯源至第一手調(diào)查數(shù)據(jù)，如居民奶制品消費(fèi)額區(qū)間頻次統(tǒng)計(jì)、基于雙指標(biāo)衡量的企業(yè)形象評(píng)價(jià)等，讓學(xué)生在貼近生活的真實(shí)情境中感受數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用價(jià)值，從而吸引學(xué)生的興趣，提高課堂參與度。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分組討論，通過“協(xié)作”分享各自的想法和經(jīng)驗(yàn)，自主選擇數(shù)據(jù)可視化工具（如Tableau、Echarts等）和適用的可視化圖表（如直方圖、條形圖、氣泡圖等），確定可視化圖表的配色及展示等，讓學(xué)生通過“會(huì)話”分享設(shè)計(jì)思路的多樣化，在實(shí)踐中賞析評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)可視化作品并提升鑒賞能力。另外，通過任務(wù)難度的階梯式增加，讓學(xué)生在“作品展示觀摩”“案例分析”“設(shè)計(jì)思路”“交流辯論”“自我評(píng)價(jià)”“方案改進(jìn)”等訓(xùn)練環(huán)節(jié)中將新知識(shí)與已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對可視化知識(shí)的深入理解和意義構(gòu)建。

3.課程內(nèi)容的具體創(chuàng)新與重構(gòu)

筆者針對傳統(tǒng)教學(xué)的不足，基于上述理念，對數(shù)據(jù)可視化課程內(nèi)容進(jìn)行了創(chuàng)新與重構(gòu)。

一是挖掘內(nèi)容深度與拓展內(nèi)容廣度。內(nèi)容涵蓋經(jīng)濟(jì)、健康、社會(huì)管理、商業(yè)、科研、實(shí)驗(yàn)、醫(yī)藥等領(lǐng)域，增加任務(wù)中復(fù)雜數(shù)據(jù)處理、高級(jí)可視化技術(shù)以及交互設(shè)計(jì)等內(nèi)容，以適應(yīng)不同層次學(xué)生的個(gè)性化需求。

二是豐富工具應(yīng)用。在Excel、Tableau的基礎(chǔ)上引入R語言、Python，SPSS，ApacheEcharts等新興可視化工具，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行對比分析，幫助學(xué)生根據(jù)任務(wù)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)選取合適的可視化工具。

三是引入真實(shí)復(fù)雜數(shù)據(jù)。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生在參與體驗(yàn)中掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析等技能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的實(shí)踐能力，如下表中“任務(wù)驅(qū)動(dòng)-案例主題”一欄的內(nèi)容所示。

四是設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性的實(shí)踐項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生對復(fù)雜問題的解決思路和優(yōu)化方法的探討。

4.課程思政元素的融入策略

在創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐中，思政教育的切入離不開富含思政元素的內(nèi)容選材，筆者在教學(xué)中篩選的富含思政元素的素材如下表中“思政元素融入細(xì)無聲”一欄的內(nèi)容所示。

線上線下混合式教學(xué)模式的創(chuàng)新實(shí)踐

1.線上線下混合式教學(xué)的課堂設(shè)計(jì)

筆者在數(shù)據(jù)可視化課程中，積極構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式。課前，教師利用線上SPOC平臺(tái)發(fā)布課前任務(wù)并提供基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)講解視頻、交互式模擬實(shí)驗(yàn)和在線討論，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)初步構(gòu)建知識(shí)框架。課中，執(zhí)行“會(huì)干活、會(huì)總結(jié)、會(huì)講解”授課策略，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式布置情境式任務(wù)，結(jié)合案例分析讓學(xué)生在參與中“做中學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中“學(xué)中思”，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和互動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。課后，在SPOC平臺(tái)上提供不同難度的多主題數(shù)據(jù)集，以問題為核心，引導(dǎo)學(xué)生自主探究和解決問題。例如，針對“如何通過數(shù)據(jù)可視化展示某地區(qū)環(huán)境污染的變化趨勢”這一問題要求學(xué)生查找相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用所學(xué)的數(shù)據(jù)可視化知識(shí)和技能，設(shè)計(jì)出合適的可視化方案來解決問題，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)與引導(dǎo)。

2．“會(huì)干活、會(huì)總結(jié)、會(huì)講 解”授課策略的實(shí)踐

（1）“會(huì)干活”：實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)

在計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)中，實(shí)踐能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。課程內(nèi)容以真實(shí)任務(wù)為載體，采用“初級(jí)一中級(jí)一高級(jí)”分層遞進(jìn)的教學(xué)策略，以滿足學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求。例如，初級(jí)任務(wù)聚焦于Excel數(shù)據(jù)整理、Echarts簡單圖表繪制等；中級(jí)任務(wù)引人復(fù)雜數(shù)據(jù)集，要求學(xué)生運(yùn)用Python、Tableau等多樣化的可視化工具進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)分析；高級(jí)任務(wù)則要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)整理與加工到可視化的全流程操作。分層遞進(jìn)的教學(xué)策略不僅能夠提升學(xué)生的實(shí)踐能力，還能激發(fā)學(xué)生求知欲，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。以“居民奶制品消費(fèi)額區(qū)間頻次統(tǒng)計(jì)”為例，學(xué)生在參與式“學(xué)中做”中掌握Excel中的Max（、Min（、Count（、round（等函數(shù)的運(yùn)用，單元格的相對引用和絕對引用，采用“區(qū)間+間隔長度”對數(shù)據(jù)集進(jìn)行區(qū)間劃分、設(shè)計(jì)分組標(biāo)簽等操作，完成“居民奶制品消費(fèi)支出調(diào)查統(tǒng)計(jì)”直方圖的繪制。

（2）“會(huì)總結(jié)”：知識(shí)歸納反思的引導(dǎo)

在計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生自主反思與行文總結(jié)能力極為關(guān)鍵。在創(chuàng)新實(shí)踐中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從“會(huì)干活”的操作層面（How）提升到理解原理的層面（Why）。通過記錄項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生重點(diǎn)探討工作步驟背后的原理和知識(shí)支撐，從單純的技能操作轉(zhuǎn)向?qū)χR(shí)和技能的深度反思。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生辨析所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用場景與局限性，激發(fā)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)力，增強(qiáng)其自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思維。以“居民奶制品消費(fèi)額區(qū)間頻次統(tǒng)計(jì)”為例，在學(xué)生繪圖完成后，教師需要引導(dǎo)其回顧對數(shù)據(jù)特征的觀察，確定數(shù)據(jù)的首尾區(qū)間，學(xué)習(xí)近似組數(shù)的經(jīng)典公式，習(xí)得近似組距、區(qū)間頻數(shù)、頻數(shù)密度的計(jì)算和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)清直方圖與柱形圖的本質(zhì)區(qū)別。

（3）“會(huì)講解”：溝通表達(dá)能力的培養(yǎng)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，借助可視化工具能將復(fù)雜信息轉(zhuǎn)化為直觀易懂的視覺呈現(xiàn)，使數(shù)據(jù)洞察更易被理解，助力管理者做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。在創(chuàng)新實(shí)踐中，筆者不僅要求學(xué)生“會(huì)總結(jié)”，更強(qiáng)調(diào)“會(huì)講解”。學(xué)生需要將可視化作品背后的項(xiàng)目背景、數(shù)據(jù)處理過程、設(shè)計(jì)思路、專業(yè)知識(shí)以及深層含義，用通俗易懂的語言清晰準(zhǔn)確地表達(dá)出來，真正實(shí)現(xiàn)從“會(huì)做”到“會(huì)講”的能力跨越。以“居民奶制品消費(fèi)額區(qū)間頻次統(tǒng)計(jì)”為例，通過“講解”，鍛煉學(xué)生示范實(shí)操過程、復(fù)述經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、講解關(guān)鍵步驟、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)、表達(dá)可視化圖表確切含義的能力。

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程創(chuàng)新實(shí)踐的成效

自創(chuàng)新實(shí)踐以來，學(xué)生在期末項(xiàng)目中能展示出較高的創(chuàng)新性和實(shí)踐能力，平均成績較傳統(tǒng)教學(xué)模式提高約 15%_c 同時(shí)，學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)時(shí)間顯著增加，課堂參與度和問題解決能力也得到了顯著提升，并能在學(xué)科競賽中學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文蘭，蘇瑞.境外項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)、趨勢與啟示——基于CiteSpace的數(shù)據(jù)可視化分析[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2018，36（05）.91-102.

[2]陳戰(zhàn)勝，劉曉宇.基于虛擬班級(jí)構(gòu)思的“數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用與實(shí)踐”[J].中國信息技術(shù)教育，2021（04）：97-99.

作者簡介：陳戰(zhàn)勝（1979—），男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)檫\(yùn)輸組織理論與技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、推薦算法、高等教育研究。

本文系2022年北京聯(lián)合大學(xué)教育類教改項(xiàng)目“以學(xué)生為中心的數(shù)據(jù)可視化線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究（JJ2022Y049）”“智能技術(shù)賦能的增值評(píng)價(jià)體系的內(nèi)涵、邏輯與路徑研究（K102024061270）”和“應(yīng)用型本科教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)有效性和提升策略研究（YKKY202307）”的階段性研究成果。