基于支架式教學(xué)方法的數(shù)據(jù)可視化課程創(chuàng)新教學(xué)實踐

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）13—0109—04

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)憑借其在數(shù)據(jù)分析與呈現(xiàn)中的重要性，逐漸成為各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要手段。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)指利用人眼的感知能力對數(shù)據(jù)進行交互的可視化表達(dá)以增強認(rèn)知的技術(shù)，其強調(diào)實踐性，突出探索性。下面，筆者結(jié)合數(shù)據(jù)可視化教學(xué)經(jīng)驗，從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法創(chuàng)新、學(xué)生課堂參與等多個維度，對課堂教學(xué)進行組織與優(yōu)化，希望能為提升學(xué)生對數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的理解與應(yīng)用能力提供有效的實踐路徑。

數(shù)據(jù)可視化課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)模式的創(chuàng)新與實踐近年來，項目驅(qū)動教學(xué)法和混合式教學(xué)模式在數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)中的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注并取得了一定的成效。

項目驅(qū)動教學(xué)法通過引入真實項目案例，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐能力，成為數(shù)據(jù)可視化課程改革的重要方向?；旌鲜浇虒W(xué)模式通過整合線上互動教學(xué)平臺和線下實體課堂，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的個性化和學(xué)習(xí)方式的多樣化，顯著提高了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力和可視化技能。其具有增強互動性、優(yōu)化教學(xué)資源配置和提高教學(xué)效率等諸多優(yōu)點，然而，仍存在諸如技術(shù)門檻高、教學(xué)質(zhì)量參差不齊、實施成本高等諸多挑戰(zhàn)。

2.教學(xué)內(nèi)容的拓展與優(yōu)化

數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)呈現(xiàn)出跨學(xué)科整合的特征，課程內(nèi)容橫跨數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)分析、信息可視化、知識圖譜等多個學(xué)科領(lǐng)域，教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化創(chuàng)新設(shè)計有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決復(fù)雜問題的能力。但在部分網(wǎng)站以“數(shù)據(jù)可視化”關(guān)鍵詞作為搜索條件進行搜索，在呈現(xiàn)的圖書列表中能夠發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)可視化相關(guān)教材采用的可視化工具相對單一。為了拓寬可視化工具的適應(yīng)性，筆者編著了涵蓋Excel、R語言、Echarts、Tableau、Python和SPSS等六種可視化工具的教材。同時，以基于PBL的行業(yè)典型案例為載體，將豐富的數(shù)據(jù)分析和可視化展現(xiàn)形式引入課堂教學(xué)，拓寬學(xué)習(xí)空間。

3.教學(xué)方法的適用與創(chuàng)新

在數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)類型豐富多樣，包括標(biāo)量、向量、張量、時空數(shù)據(jù)、時變數(shù)據(jù)、層次數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、跨媒體數(shù)據(jù)、地理信息、復(fù)雜高維多元數(shù)據(jù)等。每種數(shù)據(jù)類型都具有自己的特點，因此，選擇合適的可視化圖形至關(guān)重要。所以，筆者在教學(xué)中選擇通過支架式教學(xué)方法幫助學(xué)習(xí)者深入理解不同數(shù)據(jù)類型的特性，進而掌握如何根據(jù)數(shù)據(jù)特點選擇恰當(dāng)?shù)目梢暬瘓D形進行有效展示。

支架式教學(xué)方法基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和維果斯基“最近發(fā)展區(qū)”理論，其核心是教師圍繞學(xué)習(xí)主題搭建概念框架，引導(dǎo)學(xué)生自主探索，通過支架的支持促進學(xué)生知識建構(gòu)和能力提升。此外，支架式教學(xué)注重過程評價，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的認(rèn)知策略、自我監(jiān)控和批判性思維等能力的發(fā)展。

數(shù)據(jù)可視化課程的教學(xué)理念

在大數(shù)據(jù)、人工智能、大模型快速發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)可視化課程在創(chuàng)新實踐中，不僅要落實立德樹人的根本任務(wù)，更要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。下面，筆者從項目式學(xué)習(xí)、混合式教學(xué)模式、數(shù)據(jù)可視化敘事等方面談?wù)勅绾蝿?chuàng)新實踐。

學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅是知識的傳授，更是能力、思維與價值觀的塑造。數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的核心任務(wù)是對各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集、清洗、分析，形成數(shù)據(jù)可視化并實現(xiàn)數(shù)據(jù)化運營與管理決策。數(shù)據(jù)可視化課程作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亟待創(chuàng)新教學(xué)理念。在教學(xué)中，筆者以項目驅(qū)動教學(xué)法為核心，通過真實項目案例引導(dǎo)學(xué)生自主探索，培養(yǎng)其數(shù)據(jù)處理、分析與可視化表達(dá)的能力。結(jié)合混合式教學(xué)模式，利用線上資源與線下互動，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性與合作能力。此外，注重用戶體驗，從視覺、人機交互到情感層面優(yōu)化數(shù)據(jù)可視化設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的審美與創(chuàng)新思維。

2.以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

遵循以學(xué)生為中心的教學(xué)理念是實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵，它強調(diào)教學(xué)的出發(fā)點和落腳點應(yīng)聚焦于學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與發(fā)展。立德樹人教學(xué)觀是前提，要求教師立足學(xué)科發(fā)展，以學(xué)科為載體，在傳授知識的基礎(chǔ)上注重品德和素養(yǎng)的塑造，從而達(dá)到育人目標(biāo)。在實際教學(xué)中，以學(xué)生為中心的教學(xué)理念強調(diào)學(xué)生的“學(xué)”既是出發(fā)點也是落腳點，強調(diào)教學(xué)的中心在于“學(xué)”而非“教”，要求教師圍繞“學(xué)”組織和設(shè)計多樣化、個性化的學(xué)習(xí)活動，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗與成長，從而有效促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

3.深度教學(xué)理念

深度教學(xué)理念強調(diào)教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)僅僅停留在學(xué)科的表層現(xiàn)象，應(yīng)深入挖掘?qū)W科的本質(zhì)和內(nèi)涵，注重知識處理的充分廣度、深度和關(guān)聯(lián)度，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和學(xué)科核心素養(yǎng)。深度教學(xué)理念在數(shù)據(jù)可視化課程中的應(yīng)用，要求教師圍繞學(xué)習(xí)過程設(shè)計一系列有機關(guān)聯(lián)的教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力和合作精神，促使其深入探究學(xué)科的內(nèi)在邏輯與核心價值，培養(yǎng)學(xué)生在面對真實數(shù)據(jù)和復(fù)雜問題時進行數(shù)據(jù)分析和決策的能力。

數(shù)據(jù)可視化課程的創(chuàng)新教學(xué)實踐

下面，筆者從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法三個方面具體展示數(shù)據(jù)可視化課程的教學(xué)實踐。

1.教學(xué)模式的創(chuàng)新

筆者所在教學(xué)團隊在數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)實踐中，積極構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式，融合了翻

1.學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)理念

轉(zhuǎn)課堂、混合式學(xué)習(xí)、情境式教學(xué)等多種教學(xué)模式，具體如上頁圖1所示。

課前環(huán)節(jié)，教師利用SPOC平臺發(fā)布課前任務(wù)，基于任務(wù)設(shè)計系列具體問題并提供任務(wù)關(guān)聯(lián)度高的專業(yè)提示詞，引導(dǎo)學(xué)生利用大模型獨立查閱和自主學(xué)習(xí)。課中環(huán)節(jié)，首先，教師針對SPOC平臺布置的任務(wù)，基于PBL教學(xué)理念進行關(guān)鍵理論知識的導(dǎo)學(xué)，圍繞項目主題展開所需可視化工具與統(tǒng)計分析方法的介紹。其次，學(xué)生以小組形式對項目案例進行深入研討，對項目案例解構(gòu)系列任務(wù)，小組內(nèi)不同角色承擔(dān)并完成相應(yīng)的任務(wù)。最后，小組所有成員有序完成數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)可視化設(shè)計與呈現(xiàn)、項目PPT制作、思路梳理與展示匯報。在項目完成階段，教師要對學(xué)生可視化作品、展示與匯報進行專業(yè)點評，并將點評與反饋整理上傳至SPOC平臺，便于團隊基于反饋改進和優(yōu)化作品，同時，需要結(jié)合可視化作品實踐歷程進行學(xué)習(xí)達(dá)成度的分析和評價。此外，教師還可根據(jù)課堂授課效果、團隊表現(xiàn)，在SPOC平臺上布置有針對性的階梯增長式任務(wù)，推動學(xué)生的個性化分類培養(yǎng)。

2.教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

筆者所在教學(xué)團隊對數(shù)據(jù)可視化課程教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新主要表現(xiàn)為： ① 典型項目式可視化案例的選??； ② 教學(xué)內(nèi)容的組織與教師導(dǎo)學(xué)策略的實踐； ③ 教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)與學(xué)生團隊在參考作品的基礎(chǔ)上進行的可視化工具和可視化圖表呈現(xiàn)形式的自由選取，團隊協(xié)作完成可視化作品的沉浸式實戰(zhàn)，以及對“學(xué)中做、做中思、思中悟”的反思總結(jié)。同時，貼合生產(chǎn)實際的真實典型項目和任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方式，讓學(xué)生在無形中認(rèn)識到社會的進步和各行各業(yè)的快速發(fā)展，感悟到可視化作品體現(xiàn)的精益求精的工匠精神等，實現(xiàn)生動的教學(xué)思政，進而提升學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的實踐能力，具體如上頁圖2所示。

3.教學(xué)方法的創(chuàng)新

教學(xué)方法有很多，諸如常見的講授法、演示法、討論法、練習(xí)法、實驗法、調(diào)查法等，因此，如何將教學(xué)方法活學(xué)活用至關(guān)重要。

圖3所示是筆者結(jié)合教學(xué)實踐創(chuàng)新教學(xué)方法的融合。其中，真實典型的可視化項目能夠明確單元教學(xué)目標(biāo)，內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理直至數(shù)據(jù)可視化的全過程；

創(chuàng)設(shè)的實戰(zhàn)情境自然會吸引更多的學(xué)生參與，增強教與學(xué)的針對性和時效性；簡單案例的引入讓項目中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)顯性直觀地刻畫在學(xué)生腦海中；基于問題的教學(xué)方法則一步一步地牽引著學(xué)生逐一闖關(guān)，讓學(xué)生由表及里、由淺入深地逐步自主感受學(xué)習(xí)的樂趣、習(xí)得技能的成就感；分組協(xié)作讓學(xué)生能夠更全面地從多角度來考慮問題，不僅拓寬思維視野，更能培養(yǎng)學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)能力。

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)課程教學(xué)實踐的成效

經(jīng)過四年的教學(xué)創(chuàng)新實踐，筆者所在團隊建設(shè)的“數(shù)據(jù)可視化技術(shù)”課程被評選為北京聯(lián)合大學(xué)本科課程。自教學(xué)創(chuàng)新實踐以來，學(xué)生在數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析到可視化呈現(xiàn)的全過程顯著提高了專業(yè)技能，取得了很好的成績。

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作者簡介：陳戰(zhàn)勝（1979—），男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域為運輸組織理論與技術(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)計與實踐研究（J2022Y049）”“智能技術(shù)賦能的增值評價體系的內(nèi)涵、邏輯與路徑研究（K102024061270）”和“應(yīng)用型本科教學(xué)質(zhì)量評價有效性和提升策略研究（YKKY202307）”的階段性研究成果。