可視化大數據在在線(xiàn)教育教學(xué)中的應用研究

　　摘要：文章首先闡述了大數據、可視化的概念內涵、構成要素和特點(diǎn)價(jià)值，然后論述了大數據應用于在線(xiàn)教育教學(xué)理論研究現狀及意義，最后以三維動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)為例分別從學(xué)員的學(xué)、教師的教以及管理者的管等方面探析了大數據可視化作為一種有效的學(xué)習理念、思維形式和工具策略在在線(xiàn)教育教學(xué)中的應用實(shí)踐。

　　關(guān)鍵詞：大數據 可視化 在線(xiàn)教育 教學(xué) 應用

　　一 內涵解讀與價(jià)值概述

　　1 大數據的概念與特點(diǎn)

　　美國國家標準和技術(shù)研究院( NIST)對大數據(Big Data)做出的定義是：大數據是指其數據量、采集速度，或數據表示限制了使用傳統關(guān)系型方法進(jìn)行有效分析的能力，或需要使用重要的水平縮放技術(shù)來(lái)實(shí)現高效處理的數據。大數據應用就是利用數據分析的方法，從大數據中挖掘有效信息，為用戶(hù)提供輔助決策，實(shí)現大數據價(jià)值的過(guò)程。

　　大數據的特點(diǎn)主要包括：(1)規模大(Volume)：主要指對數據的存儲容量大，計量單位甚至上升到EB、ZB、YB及以上級別;(2)速度快( Velocity)：指對數據分析的速度極快，一般在秒級時(shí)間范圍內可以給出海量數據分析的結果;(3)種類(lèi)多(Variety)：指包含的數據類(lèi)型非常多，既包括網(wǎng)站記錄、網(wǎng)絡(luò )日志、圖片信息，又包含動(dòng)畫(huà)、視頻、地理位置等信息;(4)價(jià)值高(Value)：指大數據的重點(diǎn)在于發(fā)現海量數據背后隱藏的有價(jià)值的信息。見(jiàn)圖1：

　　2 大數據可視化的構成要素與特征價(jià)值

　　對于大數據可視化的定義，目前存在多種不同的觀(guān)點(diǎn)。有研究者認為，大數據可視化僅僅是計算可視化的延伸與擴展，其可視化對象為空間數據，只是將抽象數據直觀(guān)地表達出來(lái)，與信息可視化、知識可視化既有交叉又有不同。也有研究者認為大數據可視化是一個(gè)不斷演變的概念，人們正在接受同時(shí)涵蓋科學(xué)可視化與信息可視化的新生術(shù)語(yǔ)，它還包含知識可視化的內容。數據可視化的范圍也有不同的劃分。有研究者提出了數據可視化由統計圖形和主題圖組成，主要為信息的呈現。也有研究者認為，大數據可視化主要包括思維導圖、新聞的顯示、數據的顯示、連接的顯示、網(wǎng)站的顯示、文章與資源、工具與服務(wù)等方面，范圍更加廣泛。根據本文的研究?jì)热�，筆者贊同大數據可視化較為寬泛的界定，認為其同時(shí)涵蓋了科學(xué)可視化、信息可視化與知識可視化。

　　大數據可視化技術(shù)特征主要有：一是直觀(guān)化。直觀(guān)形象地呈現數據，使用戶(hù)可以看到分析對象或事件的多個(gè)屬性或變量，且數據可以按其每一維的值分類(lèi)、排序、組合和顯示。二是關(guān)聯(lián)化。能挖掘并突出呈現數據之間的關(guān)聯(lián)，直接快捷地弄清各個(gè)屬性之間、事件之間的關(guān)系。三是藝術(shù)化。通過(guò)不同的表現形式，增強數據呈現的藝術(shù)效果，符合審美規則。四是交互性。通過(guò)用戶(hù)與數據的交互，增強用戶(hù)對數據的控制與管理，實(shí)現可視化形式的個(gè)性化呈現。

　　大數據可視化的過(guò)程及步驟：(1)獲取。收集數據庫的表、文字記錄、網(wǎng)絡(luò )上的源文件，錄像記錄等數據。(2)分析。構造一個(gè)結構分類(lèi)圖，并按分類(lèi)排序。(3)過(guò)濾。刪除冗余數據，保留感興趣、有價(jià)值的數據。(4)挖掘。辨析數據格式，挖掘其中規律。(5)表述。比如條形圖、列表或樹(shù)狀結構圖。(6)修飾。改善表述方法，使它變得更加視覺(jué)化、直觀(guān)化。(7)交互。增加方法來(lái)操作數據，實(shí)現交互選擇性。

　　二 大數據的教育應用理論研究現狀分析

　　1 國內大數據教育應用研究現狀

　　在中國知網(wǎng)中選擇“高級檢索”類(lèi)型，并在檢索條件中選擇“主題”檢索，輸入“大數據”并含“教育”，其檢索出400余條結果與之相關(guān)，主要文章200余篇。經(jīng)過(guò)對文獻內容的分析，可以發(fā)現到目前為止，大數據在教育領(lǐng)域的應用研究可以劃分為以下兩個(gè)階段：研究的萌芽階段和研究的起步階段。2014年3月，教育部辦公廳印發(fā)的《2014年教育信息化工作要點(diǎn)》中指出：加強對動(dòng)態(tài)監測、決策應用、教育預測等相關(guān)數據資源的整合與集成，為教育決策提供及時(shí)和準確的數據支持，推動(dòng)教育基礎數據在全國的共享�？梢�(jiàn)，教育大數據的應用已被列入我國教育信息化的工作程序中，相信大數據將很快被推廣并與教育領(lǐng)域的深度融合，這是當前時(shí)代教育事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

　　2 國外大數據教育應用研究現狀

　　對于國外大數據教育應用的研究情況，我們主要借助教育資源信息中心ERIC數據庫提供的論文發(fā)表情況進(jìn)行分析。在搜索對話(huà)框中輸入“big data and education”，其檢索到500余條相關(guān)記錄。通過(guò)查閱論文的摘要以及結合每條記錄的“Descriptors”進(jìn)行手工篩選，剔除無(wú)關(guān)記錄，剩余30余條直接相關(guān)記錄。論文發(fā)表時(shí)間也主要分布在近三年，研究?jì)热葜饕�包括對教育數據挖掘、學(xué)習分析，個(gè)性化教育、教育方式的改善、學(xué)習策略探討、教育管理方式的改變、大數據對于教育的推動(dòng)作用、數據驅動(dòng)以及對圖書(shū)館建設、對教與學(xué)需求、評價(jià)方法的影響等方面�？梢�(jiàn)，雖然大數據在國外出現較早也備受重視，但是在教育領(lǐng)域中的應用仍不夠深入，正如Anthony G.Picciano教授所說(shuō)：教學(xué)應用大數據分析處于起步階段，還需要幾年才能成熟，雖然大數據的存在被證明是該被重視的，但大數據并不是解決所有教育問(wèn)題的靈丹妙藥，它只是給人們提供了擬定教育問(wèn)題解決方案時(shí)的一部分決策參考。

　　3 大數據可視化應用于在線(xiàn)教育教學(xué)的意義與平臺

　　大數據給在線(xiàn)教育教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域的探索帶來(lái)了新思維、新視角、新技術(shù)、新方法。其應用意義主要是革新教育理念和教育思維、實(shí)現個(gè)性化教育、重新構建教學(xué)評價(jià)方式、加強學(xué)�；�于數據的管理等。

　　目前國內外常見(jiàn)的在線(xiàn)教育學(xué)習平臺有：Moodle、Blackboard、Sakai、Khan Academy、網(wǎng)易公開(kāi)課、傳課網(wǎng)以及掀起當下教育革命風(fēng)暴的“MOOCS”等等。 　　綜上，國內外大數據在教育教學(xué)中應用的研究都尚處于起步階段，相關(guān)研究涉獵的內容雖然比較廣泛但是研究深度不夠，也缺乏具體的實(shí)踐應用經(jīng)驗，還需要進(jìn)一步加強大數據在教育教學(xué)中應用的研究力度，以期盡早推動(dòng)大數據在在線(xiàn)教育教學(xué)實(shí)踐中真正發(fā)揮其優(yōu)勢和作用。

　　三 大數據可視化在在線(xiàn)教育教學(xué)應用實(shí)踐探究

　　目前高校網(wǎng)院動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)應用尚顯不足。如何對學(xué)習過(guò)程中產(chǎn)生的數據進(jìn)行挖掘，并得到良好的可視化顯示應用7如何讓動(dòng)畫(huà)知識變得直觀(guān)、藝術(shù)、關(guān)聯(lián)、交互7如何利用數據的可視化處理來(lái)加強教學(xué)的管理與決策?筆者認為大數據可視化在在線(xiàn)教育教學(xué)中的應用可以按照模塊化功能和學(xué)習習慣進(jìn)行設計，可分為三方面：一是學(xué)生在自主學(xué)習過(guò)程中的應用;二是教師在課程開(kāi)發(fā)與設計模塊中的應用;三是教學(xué)管理者在管理中的應用。

　　1 學(xué)生角度：促進(jìn)知識探究、內化，進(jìn)行自我評估

　　三維動(dòng)畫(huà)知識是一門(mén)與市場(chǎng)聯(lián)系密切、實(shí)踐性很強的專(zhuān)業(yè)軟件知識，涵蓋了模型創(chuàng )作、質(zhì)感表現、場(chǎng)景設計、動(dòng)畫(huà)制作、特技效果、鏡頭運用等幾大藝術(shù)門(mén)類(lèi)，對于不同的專(zhuān)業(yè)方向，學(xué)生探究動(dòng)畫(huà)知識的內容、難點(diǎn)、重點(diǎn)都有所不同。對于影視動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)方向的學(xué)生，要求涉及建模、材質(zhì)、動(dòng)畫(huà)和特效等方面的知識，但重點(diǎn)突出特效技法的運用、舞臺類(lèi)質(zhì)感的表現、光和影的表達等;對于游戲動(dòng)畫(huà)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)是角色建模、角色材質(zhì)表現、角色骨骼動(dòng)畫(huà)制作等內容;對于環(huán)境藝術(shù)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)是建筑類(lèi)模型的準確制作、真實(shí)材質(zhì)燈光環(huán)境的表現、漫游動(dòng)畫(huà)設計等內容：對于多媒體設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，除基本的模塊知識外，還應考慮互動(dòng)環(huán)節設計等內容。

　　不同專(zhuān)業(yè)方向的學(xué)生在進(jìn)行探究式學(xué)習的過(guò)程中，可以對一些研究數據進(jìn)行可視化的處理分析，探究三維動(dòng)畫(huà)知識規律。學(xué)生也可以根據自己的理解對現有的三維動(dòng)畫(huà)知識進(jìn)行可視化建模，形成三維動(dòng)畫(huà)知識框架與互聯(lián)體系�？梢暬�的三維動(dòng)畫(huà)知識模型能夠促進(jìn)學(xué)生間有效的溝通與交流，便于發(fā)現自己和其他同學(xué)的異同，有助于完善自己的三維動(dòng)畫(huà)知識體系。同時(shí)，使用可視化建模工具呈現三維動(dòng)畫(huà)知識有助于學(xué)習者以具體和有意義的方式來(lái)表征概念，促進(jìn)思維的外顯和學(xué)習的反思。學(xué)習者在接受評價(jià)形成模型的過(guò)程中，促進(jìn)了新舊知識的整合，建構了三維動(dòng)畫(huà)知識網(wǎng)絡(luò )，培養了自我反思的能力;通過(guò)模型，學(xué)習者將自己對于三維動(dòng)畫(huà)知識的理解表現出來(lái)，有助于加強三維動(dòng)畫(huà)知識結構化的形成，培養結構化思維模式。對學(xué)習過(guò)程數據的可視化處理結果，可以作為學(xué)生自我評估的參照。學(xué)生可以直觀(guān)了解自己的學(xué)習行為(學(xué)習時(shí)間、時(shí)長(cháng)和瀏覽內容等)，并與其他同學(xué)形成比較，反思自己的學(xué)習過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生自我規劃，成為主動(dòng)的學(xué)習者。另外，對學(xué)習平臺數據的可視化處理，可以為學(xué)生建立單獨的縱向成長(cháng)記錄，形成個(gè)性化的學(xué)生進(jìn)步報告。

　　2 教師角度：提供教育發(fā)展動(dòng)向，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節

　　動(dòng)畫(huà)作為一個(gè)新興專(zhuān)業(yè)，尚未建立起一個(gè)成熟完善的教學(xué)系統，動(dòng)畫(huà)的教材雖然林林總總，俯拾即是，但真正公認經(jīng)典的流通教材卻寥寥無(wú)幾，很難找到，特別是針對不同專(zhuān)業(yè)的教材更是如鳳毛麟角。因此，教師可以通過(guò)數據可視化，大膽地進(jìn)行從形式到實(shí)質(zhì)的改革創(chuàng )新，根據工作過(guò)程體系構建教材內容和實(shí)例。此外，三維動(dòng)畫(huà)課程與時(shí)代發(fā)展聯(lián)系緊密，軟件版本升級很|央，一般是一年提升一個(gè)版本，版本升級會(huì )增加新的功能，為此需要教師通過(guò)數據可視化密切關(guān)注版本升級的內容加入教材與教學(xué)中。

　　動(dòng)畫(huà)課前的教學(xué)設計、課堂教學(xué)以及復習課，教師利用知識可視化方式，將三維動(dòng)畫(huà)知識可視化圖直接投影出來(lái)，既省時(shí)又省力，還可以資源共享。三維動(dòng)畫(huà)課程最典型的教學(xué)方法就是教師對軟件命令逐個(gè)講解，在講解過(guò)程中，既可應用目前十分流行的案例教學(xué)法，圍繞多個(gè)案例講解一個(gè)命令，也可使用流行的“邊講邊練、講練結合”的教學(xué)模式，避免傳統的“滿(mǎn)堂灌”、“填鴨式”教學(xué)，讓學(xué)生構建課程的知識體系結構圖，從而使教學(xué)生動(dòng)有趣，使學(xué)生學(xué)有所獲。

　　總之，數據可視化技術(shù)可以讓動(dòng)畫(huà)教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節得到優(yōu)化，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

　　3 教學(xué)管理者角度：提高在線(xiàn)教育交互平臺管理能力

　　教學(xué)管理者對動(dòng)畫(huà)教學(xué)過(guò)程數據進(jìn)行可視化處理，可以結合實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗，探討以能力為導向的三維動(dòng)畫(huà)課程的教學(xué)體系和教學(xué)方法創(chuàng )新改革的途徑，進(jìn)而確定其發(fā)展目標和整體發(fā)展策略。

　　教學(xué)管理者可以依據教學(xué)過(guò)程數據的可視化處理，考核動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)教師績(jì)效。為了有效監控三維動(dòng)畫(huà)教學(xué)情況、對三維動(dòng)畫(huà)教學(xué)工作進(jìn)行有針對性的指導和幫助，網(wǎng)院每年要組織對日常網(wǎng)上教學(xué)的跟蹤檢查，以此作為評價(jià)三維動(dòng)畫(huà)各課程進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)的重要指標，這時(shí)數據的統計與可視化處理就起到了重要的作用。

　　教學(xué)管理者可以通過(guò)數據可視化的分析，了解動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的具體表現情況，進(jìn)而針對性地對學(xué)生進(jìn)行管理和教育。管理者通過(guò)從網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺以及課程成績(jì)簿中收集信息來(lái)形成學(xué)生學(xué)習困難的層次，分別用綠色、黃色和紅色來(lái)標示危險等級，進(jìn)而對學(xué)習成績(jì)有“危險”的學(xué)生進(jìn)行有針對性的教育。

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