大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應用研究

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用 課程設計以及教學實踐 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 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)處理技術也越來越受到關注。作為一項熱門技術，大數(shù)據(jù)技術能夠從數(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對其進行分析、處理和應用的特點，目前在商業(yè)、科技、醫(yī)療等眾多領域中的應用非常廣泛。

同時，隨著信息技術日新月異的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)應用勢不可擋的進程，教育信息化已成為當前教育領域的重要發(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。

因此，研究大數(shù)據(jù)可視化在高校計算機教學中的應用，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、關系、差異等信息。

可視化的過程并不是簡單地應用數(shù)據(jù)來作圖，而是通過任務驅動，對數(shù)據(jù)進行采集、挖掘、清洗以及數(shù)據(jù)轉換等處理后，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用分析

數(shù)據(jù)可視化的應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)可視化應用在眾多的新研究領域［２］ ，在高校計算機教育中應用大數(shù)據(jù)可視化技術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。學校或者教育機構可以利用大數(shù)據(jù)可視化技術對學生的學習行為、學習表現(xiàn)等相關數(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，從而及時有效地調整教學策略。

（２）教學資源管理。通過大數(shù)據(jù)可視化技術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。應用大數(shù)據(jù)可視化技術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，從而及時調整教學內容和方式，提高教學效果。

（４）學生表現(xiàn)評估。應用大數(shù)據(jù)可視化技術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，計算機各項技術的發(fā)展進步非常快，大數(shù)據(jù)相關應用技術成為主流，應用領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）教學內容不斷更新。高校計算機教學涉及的教學內容與日新月異發(fā)展的計算機技術息息相關，教學內容不斷迭代、更新，更加切合目前社會的需要，以適應新技術的發(fā)展和應用領域的變化。

（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）教學質量不斷提升。高校計算機教學注重教學質量的提升，通過教學評估等方式，對教學質量進行監(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容和方法，提高教學質量，以適應計算機技術不斷發(fā)展的趨勢。大數(shù)據(jù)可視化技術融入高校計算機課程設計與實踐應用，能夠使學生掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本理論、關鍵技術和應用方法，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，并結合大數(shù)據(jù)可視化技術方法進行課程設計和教學實踐，大數(shù)據(jù)可視化的課程設計與教學實踐的具體內容如下。

４．２．１ 課程設計

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

（２）課程內容。大數(shù)據(jù)可視化的基礎概念、數(shù)據(jù)預處理方法、可視化技術、可視化工具和可視化應用。

（３）教學方法。采用理論與實踐教學相結合方法，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，準備相關數(shù)據(jù)集等。

（２）實驗內容。結合實際應用場景，設計和開發(fā)相關的大數(shù)據(jù)可視化應用程序，包括數(shù)據(jù)預處理、可視化技術、交互設計等方面的內容。

（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)可視化的關鍵技術和應用方法。大數(shù)據(jù)可視化的課程設計與教學實踐旨在通過理論教學和實踐教學相結合的方式，使學生掌握大數(shù)據(jù)可視化的基本理論、關鍵技術和應用方法，能夠獨立開發(fā)并實現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化應用程序。同時，通過實驗環(huán)境的搭建和實驗內容的設計，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，對提升教育教學質量能夠起到關鍵作用［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)可視化應用程序，這將幫助學生提高實際應用能力。在實際項目中，學生可以應用所學的大數(shù)據(jù)可視化技術來解決實際問題，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用

大數(shù)據(jù)可視化可以多維度應用于教師教學，通過數(shù)據(jù)處理和分析、課程設計和教學改進、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)的教學設計和調整提供支持。v（２）課程設計和教學改進。大數(shù)據(jù)可視化可以幫助教師對課程設計和教學內容進行分析和評估。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計和教學的實施進行調整和優(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，為教學科研和學術研究提供支持和依據(jù)。

在高校計算機教學中，應用大數(shù)據(jù)可視化技術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)可視化技術實時收集、分析和反饋學生的學習情況， 讓教師及時調整教學內容和教學方式，提高教學效率和質量、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 結束語

面對教學內容不斷更新、教學方法不斷改進、教學質量不斷提升等高校計算機教學現(xiàn)狀，大數(shù)據(jù)可視化技術的應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。通過應用大數(shù)據(jù)可視化技術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容的調整，從而提高教學質量和效果。

同時，研究結果顯示，教師應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類學科的教學中，更應該加強對大數(shù)據(jù)可視化技術的應用和研究。此外，學生也應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)可視化在教育領域中的應用雖然有很多的實踐案例，但還處于起步階段，相關的理論探索和技術研究正在不斷地延伸發(fā)展。未來人機交互、人機協(xié)同、機器學習等關鍵技術與大數(shù)據(jù)可視化技術的協(xié)同應用，以及將教師應有的感知和認知能力與人工智能具有的快速處理與響應能力相結合等措施，將進一步優(yōu)化整個教學過程，大數(shù)據(jù)可視化技術也將為解決復雜的教育問題提供強有力的技術支撐。

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

［３］ 劉霞．數(shù)據(jù)可視化技術在教學中的應用［Ｊ］．創(chuàng)新應用，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，２０１７（２）：９４?９７．