新工科背景下數據可視化技術課程改革探索

趙盼 馬小琴 錢凱 俞文昌

［摘 要］在新工科背景下，基于數據可視化技術課程特點和教學存在的問題，從教學內容、教學方法、課程考核等三個方面進行針對性多維度課程改革，通過教學實踐和學生反饋，證明了課程改革的可行性和有效性，為應用型本科院校數據可視化技術課程教學提供新的視角和方向，也為大數據產業需求和高素質應用型人才的發展提供支持。

［關鍵詞］新工科；應用型；數據可視化；教學改革

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.23.070

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2023）23-0230-04

［收稿日期］2023-06-20

［基金項目］池州學院線下課程建設項目（2021XXXKC

08）；安徽省高等學校省級質量工程項目（2021cyxy053，2020

kfkc352）；池州學院教學研究項目（2020XJYXM34）；安徽省高校優秀青年骨干教師國內訪問研修項目（gxgnfx2020113）。

［作者簡介］趙盼（1990— ），女，碩士，講師，主要研究方向：數據挖掘、機器學習；馬小琴（1982— ），女，安徽潛山人，副教授，碩士，主要研究方向：移動數據庫、機器學習；俞文昌（1988— ），男，安徽池州人，碩士，講師，主要研究方向：數據挖掘、自然語言處理。

0? ? ?引 言

自新工科提出后，新工科教育教學理念成為我國高校教育改革和發展的主要方向［1］。學科建設更加注重實用性、交叉性和綜合性，旨在培養具有專業理論基礎扎實、工程實踐操作能力強、跨界整合能力強的高素質應用型人才［2-3］。習近平總書記在視察清華大學時強調中國高等教育一線的教師群體對學生的培養承擔著重要職責。文獻［4］中提出提高課程站位，全面實現課程在人才培養體系中承擔的任務，要科學規劃、科學施教［4］。

隨著人工智能與大數據技術迅速發展，社會對此類新工科人才需求較多，數據可視化技術課程作為培養此類人才的一門核心課程，其應用工程實踐性較強，綜合性較高。因此對課程提出了更高要求，不僅需要培養學生工程實踐能力、分析解決復雜工程問題能力，更需培養學生思想品德、職業素養、家國情懷。亟需對“數據可視化技術”課程教學進行針對性設

計，進一步提高工科教學質量。

1? ? ?數據可視化技術課程特點

數據可視化技術是一個新興交叉學科，是數據科學與大數據專業一門核心課程，有很強的工程實踐和綜合性。課程具有以下三個特征。一是內容豐富，技術發展較快，需要緊跟互聯網技術的發展，不斷更新教學內容。二是知識面要求較廣，會涉及到前沿學術知識，并將其最新成果融入到教學中。三是與統計學、數學、心理學、藝術學等多個學科交叉，其工程實踐能力要求較高。課程對學生理論應用能力，實踐操作能力、復雜工程問題的分析解決能力要求較高。

2? ? ?數據可視化技術課程存在的問題

2.1? ?缺乏實踐教學內容

數據可視化技術課程主要對人類視覺系統的工作原理、可視化設計的基本原則、可視化類型和方法等內容進行教學設計。在教學過程中經常出現過于注重理論知識的全覆蓋和工具的使用，缺乏設計型的實踐教學內容，學生很難將理論知識應用到實際項目中解決現實問題。

2.2? ?教學方法單一

數據可視化技術主要采用課堂教學與課后作業結合的傳統教學方法，缺乏新工科建設思想的引領。課程教學中存在師生之間互動、生生之間互動不夠的問題，會導致學生失去學習興趣和主動學習能力減弱。需要在教學中，增加師生互動來有效促進學生的學習和思考。

2.3? ?考核方式單一

數據可視化技術考核方式主要是結合學生出勤情況，實踐項目完成情況，期末考試成績綜合完成課程考核。存在學生只注重項目最終完成，難以充分調動學生課程學習積極性的缺點。

現代社會對大數據人才的需求日益增加，課程內容需要更加緊貼現實，教學方法和考核方式需要多樣化，課程改革勢在必行。針對數據可視化技術課程教學中存在的上述問題，從教學內容、教學方法、課程考核等三個方面進行針對性課程改革。

3? ? ?數據可視化技術教學改革措施

3.1? ?教學內容的更新

數據可視化技術課程以新工科建設思想［5-6］為引領，以學生為中心，重在解決實際工程問題。重點培養學生計算思維能力和編程能力。以項目貫穿課程始終，根據實際需求，規劃學習目的，讓每個學生能從項目著手，進行需求分析、分解實際問題、解決復雜工程問題。

課程實踐項目是課程教學內容的重要部分，課程依托于中科曙光公司大數據應用開發平臺，將最新科研成果融入到實踐教學中，增加設計型實踐項目。課程實踐分為9個項目，分別為8個小項目和1個綜合項目，每個項目預期學習成果都清晰可見，覆蓋課程知識點的同時，兼顧各知識點和項目間的連貫性和擴展性。

3.2? ?教學方法創新

針對傳統課堂教學，存在教學方法單一，交互性教學不強的問題，以新工科理念為引領，提出一種為學生構建良好的教學環境，采用合理有效的教學方法，應用情緒喚醒的培養學生綜合能力的教學方法。合理有效的教學方法是外因，適時情緒喚醒是內因。在培養學生過程中，合理有效的教學方法提供學生實現學習目標的外部條件，適時的情緒喚醒激發學生的學習興趣及其主觀能動性保證實現課程的培養目標。

3.2.1? ?構建良好的教學環境

良好的教學環境對學生成長發展至關重要，主要從下面3個方面構建。首先，積極開展課程思政。教學中有意、有機、有效地融入優秀中華傳統文化，提煉蘊含的文化基因，對學生進行思政教育。其次，培養良好的師生關系。針對現代大學生個性更鮮明，自我意識強，責任意識薄弱等特點，采用新思想、新策略開展教學工作，培養學習上師生、生活中朋友的良好師生關系，建立學生對課堂和教師的認同感和歸屬感。最后，采取合理有效的教學方法。時常鼓勵良好的成長型學習，必要時給予適當批評等多措并舉的教學。最終會在學生間相互產生正向影響，形成良好的教學環境。

3.2.2? ?采用合理有效的教學方法

教學活動的實施需要講究方法，更要體現教學藝術。在新工科理念指導下，教學中有目的開展課堂討論，鼓勵學生提出并分析問題。鼓勵開展小組合作分享自己所學，小組成員可以在課堂上與同學、教師分享小組所做專題報告，并回答同學和教師提出的問題。利用學習通、雨課堂等平臺促進師生課外交流，加強交互式教學。

例如在講解“復雜數據可視化概述”時，不能僅從技術的角度講“復雜數據可視化方法”，而要從真實世界與虛擬世界越來越密不可分，帶來的高復雜度的高維多元化數據綜合講解為什么要進行復雜數據可視化，以及復雜數據可視化存在的挑戰。

3.2.3? ?實施適時的情緒喚醒

德國學者帕克讓，國內學者董妍、俞國良等均指出，在教學或學習過程中，學生的學業學習、課堂教學與學生各種情緒密切相關，為激發學生學習興趣及其主觀能動性，實現課程培養目標，在教學中需要對學生適時采用不同方式多角度、全時段地實施情緒喚醒。

課堂開始時，通過展示一段小視頻或者小故事吸引學生注意力，讓學生快速進入課堂，然后通過師生互動，將學生注意力及時轉移到教師身上，再正式進入課程內容教學，使得師生達到同頻共振，調動課堂氛圍，奠定課堂教學基礎。課堂進行過半時，學生注意力會逐步下降，可通過講些中華傳統文化、勵志故事、國際時事等方式實施情緒喚醒。不僅可以對學生進行課程思政教育，而且可以調動學生學習情緒，保障良好的教學效果。

3.3? ?考核方式多樣化

傳統考核方式主要是根據學生出勤情況，實踐項目設計與完成情況、期末考試成績綜合完成。考核方式過于單一，使得學生只注重項目最終完成，但難以充分調動學生學習積極性，需要創新課程考核方式。為了全面踐行新工科理念，提出一種實踐性更強、綜合性更高、以賽促學的考核體系。

該考核體系采用分組教學、過程化考核相結合的綜合型考核方式，將課程過程性評價與總結性評價有機結合起來。考核主要包括課堂出勤率及表現、小組項目匯報及專題報告、競賽獲獎、期末考試成績四個部分，比重分別為20%，30%，10%，40%。課程考核的具體實施方法為：

（1）分組教學。教學中采用分組教學，能活躍課堂研討氣氛，顯著促進學生之間相互交流學習。鼓勵小組成員在相互探討中創新，充分發揮自身優勢，相互補充，共同進步，更好錘煉學生團隊合作能力。學習知識最好的辦法就是嘗試用簡潔清晰的語言向他人講授。在準備過程中進行精心選題和設計陳述邏輯，在潛移默化中加深對選題內容的理解。受此啟發，要求小組成員以合作方式完成專題報告，并回答其他小組同學和老師問題。同時還要求小組成員合作完成項目，進行項目匯報和答辯。

（2）過程化考核。實施分階段全面考查學生學習效果的過程化考核，主要分為小組考核與個人考核。小組考核包括，小組成員需按要求合作完成專題報告和實踐項目。專題報告除了可以緊扣課程教學內容外，還可將前沿話題引入到專題報告中。需要在課堂上與同學、教師分享小組所做專題報告，并回答同學和教師提出的問題。實踐項目考核主要是根據任務分配、數據解讀、設計與實現、項目匯報和答辯、總結不足等任務給出相應分數。個人考核主要包括競賽獲獎、期末卷面考核和平時課堂出勤及表現。鼓勵學生參加各類學科競賽或者創新創業活動，以賽促學，并根據獲獎情況確定分值。以課程期末卷面考核作為主要考核依據，將學生平時課堂出勤率及課堂上參與問題探討的表現作為個人考核的額外加分項。課程考核體系，如圖1所示。

4? ? ?實踐效果

對池州學院的數據科學與大數據專業兩屆學生實施了新教學模式后，期末卷面考核成績比未實施之前得到了明顯提高，且最終綜合成績高于80分的人數比未實施之前分別增加了4.1%和4.6%。

課程教學結束后，對班級學生進行“學生學習興趣及能力提升情況”的問卷調查，調查結果顯示，87%學生對課程學習產生更加濃厚的興趣，23%學生在學習過程中發現自己內驅力得到加強，61%學生認為自己的合作、創新、思考、表達、等各種能力得到提升。由調查結果可知，實施新教學模式后，除了學生的整體成績得到提高外，學生還能認識到自己存在哪些方面的不足，進而提升相應能力。

5? ? ?結束語

在新工科理念引領下，根據應用型本科院校的人才培養目標，以學生為中心，培養“十四五”規劃和二○三五年遠景目標所需人才。結合課程在教與學中存在的問題，從教學內容、教學方法、課程考核等三個方面進行針對性改革，并在池州學院大數據與人工智能學院的“數據可視化技術”課程中開展實踐，學生反饋的結果表明課程改革的可行性和有效性，課程教學質量得到提高，為應用型本科院校的數據可視化技術課程教學改革提供新的視角和方向。

主要參考文獻

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