大数据可视化触发教育新热点

　　随着信息技术在教育领域的不断应用，人类生产和获取数据的能力呈几何级数增长。如何对海量数据进行分析以支持学生的深度学习，以及如何利用信息技术更好地呈现教学内容、优化教学过程，成为教育研究者亟须解决的问题。由此，数据挖掘以及数据可视化技术成为学者和专家们关注的热点。

　　数据可视化技术不断演变，逐渐涵盖科学可视化与信息可视化的范畴，并包含部分知识可视化内容。对数据进行可视化处理，需要经过获取、分析、过滤、挖掘、表述、修饰与交互等流程。

　　常见的数据可视化工具包括Visual Eyes、Google Trends和Many Eyes等。利用数据可视化工具和技术，教师可以为学生直观呈现知识，及时了解学生学习状况，进行课堂教学、教学干预、教学评价等；学生可以自我评估，及时发现自己的学习问题，并形成知识框架与互联体系，促进知识表达与内化；教学管理者可以掌握教师教学效果和学生学习情况，调整教学管理与决策的目标、方法和策略。

　　个性指导 帮助认知

　　数据可视化技术的直观化、关联化、艺术化和交互性的特点，以及智能可视化工具的出现，为处理教学过程中的数据提供了良好的支持。教师可以为学生呈现直观化的知识，使得枯燥的学习内容变得艺术化，加深学生对于知识的掌握程度；可以通过对学生学习数据的分析，优化“教”的过程，并为学生提供个性化的指导；还可以将其作为一种评价学生的手段，进行总结性评价和过程性评价。

　　数据可视化技术甚至可以作为学生的一种认知工具，用以支持、指导和扩展学生的系统化思维水平。学生可以通过对探究性数据的可视化，加深对知识的理解，完成知识的显性直观化，增加知识的交互性与关联性。依据学习分析进行的学习过程反馈为学习者自我评估提供了依据，有助于学习者在自我反思中进步，形成自己的学习路径图。

　　此外，教学过程中的数据分析也可以使教育管理者对教学的整个流程有深入的了解，更加科学地完成教师考核、教学设计，更具针对性地管理学生，为学校的科学决策提供依据，更好地促进学校整体发展。

　　数据可视化技术可以帮助教师通过数据收集工具和可视化分析工具，直观获得有关学生的学习绩效、学习过程以及学习环境的信息，这些信息可以为教师设计课程、为学生提供教学支持并提供依据。

　　教师可以从学习管理系统中，获得学习者行为数据，包括登录系统时间、访问网页、完成课程任务和交互的情况等。通过这些数据的分析，教师能对学生的学习需求、学习风格、学习进展进行判断，进而修改教学日程、内容和方式，对需要帮助的学生进行指导干预，并制定能够满足学生学习需求的个性化教育教学方案。

　　优化环节 助力探究

　　此外，在这个过程中，教师也可对自己的教学过程和教学成果有一个直观的审视，以此促进教师的专业发展。教师可以根据教学内容开发生动交互的学习材料，让学生直观地接受知识；可以让学生通过可视化工具对学习数据进行分析，自主探究知识。在数据可视化技术的支持下，教学的评价方式也随之发生变化。教师可以通过对学生学习过程的可视化展示，进行过程性评价；也可以在总结性评价中，改变传统的纸质测试，利用可视化工具对学生的多元智能进行综合评测（例如让学生构建课程的知识体系结构图）。总之，数据可视化技术可以让教学过程的各个环节得到优化，进而提高教学质量。

　　从学生方面出发，可以促进知识探究、内化。进行自我评估的学生在进行探究式学习的过程中，可以对一些研究数据进行可视化的处理分析，探究知识规律。学生也可以根据自己的理解对现有的知识进行可视化建模，形成知识框架与互联体系。可视化的知识模型能够促进学生间有效的沟通与交流，便于发现自己和其他同学的异同之处，有助于完善自己的知识体系。

　　同时，使用可视化建模工具呈现知识有助于学习者以具体和有意义的方式来表征概念，促进思维的外显和学习的反思。学习者在接受评价形成模型的过程中，促进了新旧知识的整合，建构了知识网络，培养了自我反思的能力；通过模型，学习者将自己对于知识的理解表现出来，有助于加强知识结构化的形成，培养结构化思维模式。知识的结构化过程是“新手”向“专家”转变的过程。

　　当知识以一种层次网络结构呈现的时候，会提高信息搜索速度。对学习过程数据的可视化处理结果，可以作为学生自我评估的参照。学生可以直观了解自己的学习行为（学习时间、时长和浏览内容等），并与其他同学形成比较，反思自己的学习过程，促进学生自我规划，成为主动的学习者。比利时鲁汶大学计算机科学系Govaerts等人在ROLE（一个欧盟项目）中，开发了一个内嵌在网页上的应用程序，用来记录学生在课程中的参与活动情况，并将数据进行可视化分析，以折线图、平行坐标、柱状图等方式来显示学生的学习情况，为学生提供反馈，用来促进他们更好地学习。

　　另外，对学习平台数据的可视化处理，可以为学生建立单独的纵向成长记录，形成个性化的学生进步报告。将学生在读期间的全过程以可视化的方式呈现出来，即可实现Dawson等所说的情景：追踪学生从最初入学、课程进展、最终毕业以及就业过渡的整个学习生涯，那么一个丰富的学生学习经历的画卷将会产生出来。

　　实时反馈 保证效果

　　对学校教学过程数据进行可视化处理，可以帮助学校修正愿景、提供期望，并向社会公布和展示反映学校绩效的各种数据成绩，进而帮助学校确定发展目标和整体发展策略。

　　学校管理者可以依据教学过程数据的可视化处理，考核教师绩效。例如，为了有效监控地方电大网上教学情况、对地方电大网上教学工作进行有针对性的指导和帮助，每年要组织对地方电大日常网上教学的跟踪检查，以此作为评价地方电大进行网上教学的重要指标，这时数据的统计与可视化处理就起到了重要的作用。

　　学校还可以通过数据可视化的分析，得知每一个学生的具体表现情况，进而针对性地对学生进行管理和教育，及时发现每一个落后的学生，不让一个学生落后。普渡大学的“警告信号系统”就是一个典型的例子。学校通过从网络教学平台以及课程成绩簿中收集信息来形成学生学习困难的层次，分别用绿色、黄色和红色来标示危险等级，进而对学习成绩有“危险”的学生进行有针对性的教育。

　　此外，学生在在线学习中产生的数据也将为教育管理者选择设计更好的教学平台提供依据。例如，通过记录鼠标的点击，可以研究学习者的活动轨迹，发现不同的人对不同知识点的不同反应，明确哪些知识点需要重复或强调，哪种陈述方式或学习工具最有效。单个个体行为数据似乎是杂乱无章的，但当数据累积到一定程度时，群体的行为就会在数据上呈现出一种秩序和规律。分析这种秩序和规律，有助于设计合理的在线学习平台，弥补缺乏教师面对面交流指导的不足，保证教学效果。

　　数据可视化技术经过多年的发展，已经产生了一大批优秀的产品工具，并在工程、计算、金融、医疗等领域得到了较为成熟的应用，然而其在教育领域的应用尚显不足。

　　如何对学习过程中产生的数据进行挖掘，并得到良好的可视化显示应用？如何让知识变得直观、艺术、关联、交互？如何利用数据的可视化来处理加强学校的管理与决策？这些都还需要业界不断去探讨实践。

　　数据可视化技术作为教学信息化发展的重要途径，将为支持教学服务提供有力的帮助，促进教师教学、学生知识构建以及学校管理。随着大数据可视化技术的不断发展，未来会逐渐成为教育新热点。

　　■南京大学教育学院 张金磊等