隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，人類生產(chǎn)和獲取數(shù)據(jù)的能力呈幾何級(jí)數(shù)增長。如何對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以支持學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，以及如何利用信息技術(shù)更好地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)過程，成為教育研究者亟須解決的問題。由此，數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)成為學(xué)者和專家們關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)不斷演變，逐漸涵蓋科學(xué)可視化與信息可視化的范疇，并包含部分知識(shí)可視化內(nèi)容。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，需要經(jīng)過獲取、分析、過濾、挖掘、表述、修飾與交互等流程。

　　常見的數(shù)據(jù)可視化工具包括Visual Eyes、Google Trends和Many Eyes等。利用數(shù)據(jù)可視化工具和技術(shù)，教師可以為學(xué)生直觀呈現(xiàn)知識(shí)，及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，進(jìn)行課堂教學(xué)、教學(xué)干預(yù)、教學(xué)評(píng)價(jià)等；學(xué)生可以自我評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)問題，并形成知識(shí)框架與互聯(lián)體系，促進(jìn)知識(shí)表達(dá)與內(nèi)化；教學(xué)管理者可以掌握教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)管理與決策的目標(biāo)、方法和策略。

　　個(gè)性指導(dǎo) 幫助認(rèn)知

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的直觀化、關(guān)聯(lián)化、藝術(shù)化和交互性的特點(diǎn)，以及智能可視化工具的出現(xiàn)，為處理教學(xué)過程中的數(shù)據(jù)提供了良好的支持。教師可以為學(xué)生呈現(xiàn)直觀化的知識(shí)，使得枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得藝術(shù)化，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握程度；可以通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化“教”的過程，并為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)；還可以將其作為一種評(píng)價(jià)學(xué)生的手段，進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)和過程性評(píng)價(jià)。

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)甚至可以作為學(xué)生的一種認(rèn)知工具，用以支持、指導(dǎo)和擴(kuò)展學(xué)生的系統(tǒng)化思維水平。學(xué)生可以通過對(duì)探究性數(shù)據(jù)的可視化，加深對(duì)知識(shí)的理解，完成知識(shí)的顯性直觀化，增加知識(shí)的交互性與關(guān)聯(lián)性。依據(jù)學(xué)習(xí)分析進(jìn)行的學(xué)習(xí)過程反饋為學(xué)習(xí)者自我評(píng)估提供了依據(jù)，有助于學(xué)習(xí)者在自我反思中進(jìn)步，形成自己的學(xué)習(xí)路徑圖。

　　此外，教學(xué)過程中的數(shù)據(jù)分析也可以使教育管理者對(duì)教學(xué)的整個(gè)流程有深入的了解，更加科學(xué)地完成教師考核、教學(xué)設(shè)計(jì)，更具針對(duì)性地管理學(xué)生，為學(xué)校的科學(xué)決策提供依據(jù)，更好地促進(jìn)學(xué)校整體發(fā)展。

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助教師通過數(shù)據(jù)收集工具和可視化分析工具，直觀獲得有關(guān)學(xué)生的學(xué)習(xí)績效、學(xué)習(xí)過程以及學(xué)習(xí)環(huán)境的信息，這些信息可以為教師設(shè)計(jì)課程、為學(xué)生提供教學(xué)支持并提供依據(jù)。

　　教師可以從學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中，獲得學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)，包括登錄系統(tǒng)時(shí)間、訪問網(wǎng)頁、完成課程任務(wù)和交互的情況等。通過這些數(shù)據(jù)的分析，教師能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)進(jìn)展進(jìn)行判斷，進(jìn)而修改教學(xué)日程、內(nèi)容和方式，對(duì)需要幫助的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)干預(yù)，并制定能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求的個(gè)性化教育教學(xué)方案。

　　優(yōu)化環(huán)節(jié) 助力探究

　　此外，在這個(gè)過程中，教師也可對(duì)自己的教學(xué)過程和教學(xué)成果有一個(gè)直觀的審視，以此促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開發(fā)生動(dòng)交互的學(xué)習(xí)材料，讓學(xué)生直觀地接受知識(shí)；可以讓學(xué)生通過可視化工具對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自主探究知識(shí)。在數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的支持下，教學(xué)的評(píng)價(jià)方式也隨之發(fā)生變化。教師可以通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的可視化展示，進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)；也可以在總結(jié)性評(píng)價(jià)中，改變傳統(tǒng)的紙質(zhì)測(cè)試，利用可視化工具對(duì)學(xué)生的多元智能進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)（例如讓學(xué)生構(gòu)建課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)圖）?？傊?，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以讓教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

　　從學(xué)生方面出發(fā)，可以促進(jìn)知識(shí)探究、內(nèi)化。進(jìn)行自我評(píng)估的學(xué)生在進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的過程中，可以對(duì)一些研究數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的處理分析，探究知識(shí)規(guī)律。學(xué)生也可以根據(jù)自己的理解對(duì)現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行可視化建模，形成知識(shí)框架與互聯(lián)體系?？梢暬闹R(shí)模型能夠促進(jìn)學(xué)生間有效的溝通與交流，便于發(fā)現(xiàn)自己和其他同學(xué)的異同之處，有助于完善自己的知識(shí)體系。

　　同時(shí)，使用可視化建模工具呈現(xiàn)知識(shí)有助于學(xué)習(xí)者以具體和有意義的方式來表征概念，促進(jìn)思維的外顯和學(xué)習(xí)的反思。學(xué)習(xí)者在接受評(píng)價(jià)形成模型的過程中，促進(jìn)了新舊知識(shí)的整合，建構(gòu)了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)了自我反思的能力；通過模型，學(xué)習(xí)者將自己對(duì)于知識(shí)的理解表現(xiàn)出來，有助于加強(qiáng)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的形成，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)化思維模式。知識(shí)的結(jié)構(gòu)化過程是“新手”向“專家”轉(zhuǎn)變的過程。

　　當(dāng)知識(shí)以一種層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的時(shí)候，會(huì)提高信息搜索速度。對(duì)學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的可視化處理結(jié)果，可以作為學(xué)生自我評(píng)估的參照。學(xué)生可以直觀了解自己的學(xué)習(xí)行為（學(xué)習(xí)時(shí)間、時(shí)長和瀏覽內(nèi)容等），并與其他同學(xué)形成比較，反思自己的學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生自我規(guī)劃，成為主動(dòng)的學(xué)習(xí)者。比利時(shí)魯汶大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系Govaerts等人在ROLE（一個(gè)歐盟項(xiàng)目）中，開發(fā)了一個(gè)內(nèi)嵌在網(wǎng)頁上的應(yīng)用程序，用來記錄學(xué)生在課程中的參與活動(dòng)情況，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，以折線圖、平行坐標(biāo)、柱狀圖等方式來顯示學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生提供反饋，用來促進(jìn)他們更好地學(xué)習(xí)。

　　另外，對(duì)學(xué)習(xí)平臺(tái)數(shù)據(jù)的可視化處理，可以為學(xué)生建立單獨(dú)的縱向成長記錄，形成個(gè)性化的學(xué)生進(jìn)步報(bào)告。將學(xué)生在讀期間的全過程以可視化的方式呈現(xiàn)出來，即可實(shí)現(xiàn)Dawson等所說的情景：追蹤學(xué)生從最初入學(xué)、課程進(jìn)展、最終畢業(yè)以及就業(yè)過渡的整個(gè)學(xué)習(xí)生涯，那么一個(gè)豐富的學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷的畫卷將會(huì)產(chǎn)生出來。

　　實(shí)時(shí)反饋 保證效果

　　對(duì)學(xué)校教學(xué)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，可以幫助學(xué)校修正愿景、提供期望，并向社會(huì)公布和展示反映學(xué)?？冃У母鞣N數(shù)據(jù)成績，進(jìn)而幫助學(xué)校確定發(fā)展目標(biāo)和整體發(fā)展策略。

　　學(xué)校管理者可以依據(jù)教學(xué)過程數(shù)據(jù)的可視化處理，考核教師績效。例如，為了有效監(jiān)控地方電大網(wǎng)上教學(xué)情況、對(duì)地方電大網(wǎng)上教學(xué)工作進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助，每年要組織對(duì)地方電大日常網(wǎng)上教學(xué)的跟蹤檢查，以此作為評(píng)價(jià)地方電大進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)的重要指標(biāo)，這時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與可視化處理就起到了重要的作用。

　　學(xué)校還可以通過數(shù)據(jù)可視化的分析，得知每一個(gè)學(xué)生的具體表現(xiàn)情況，進(jìn)而針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理和教育，及時(shí)發(fā)現(xiàn)每一個(gè)落后的學(xué)生，不讓一個(gè)學(xué)生落后。普渡大學(xué)的“警告信號(hào)系統(tǒng)”就是一個(gè)典型的例子。學(xué)校通過從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)以及課程成績簿中收集信息來形成學(xué)生學(xué)習(xí)困難的層次，分別用綠色、黃色和紅色來標(biāo)示危險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)成績有“危險(xiǎn)”的學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的教育。

　　此外，學(xué)生在在線學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也將為教育管理者選擇設(shè)計(jì)更好的教學(xué)平臺(tái)提供依據(jù)。例如，通過記錄鼠標(biāo)的點(diǎn)擊，可以研究學(xué)習(xí)者的活動(dòng)軌跡，發(fā)現(xiàn)不同的人對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的不同反應(yīng)，明確哪些知識(shí)點(diǎn)需要重復(fù)或強(qiáng)調(diào)，哪種陳述方式或?qū)W習(xí)工具最有效。單個(gè)個(gè)體行為數(shù)據(jù)似乎是雜亂無章的，但當(dāng)數(shù)據(jù)累積到一定程度時(shí)，群體的行為就會(huì)在數(shù)據(jù)上呈現(xiàn)出一種秩序和規(guī)律。分析這種秩序和規(guī)律，有助于設(shè)計(jì)合理的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，彌補(bǔ)缺乏教師面對(duì)面交流指導(dǎo)的不足，保證教學(xué)效果。

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生了一大批優(yōu)秀的產(chǎn)品工具，并在工程、計(jì)算、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了較為成熟的應(yīng)用，然而其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用尚顯不足。

　　如何對(duì)學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并得到良好的可視化顯示應(yīng)用？如何讓知識(shí)變得直觀、藝術(shù)、關(guān)聯(lián)、交互？如何利用數(shù)據(jù)的可視化來處理加強(qiáng)學(xué)校的管理與決策？這些都還需要業(yè)界不斷去探討實(shí)踐。

　　數(shù)據(jù)可視化技術(shù)作為教學(xué)信息化發(fā)展的重要途徑，將為支持教學(xué)服務(wù)提供有力的幫助，促進(jìn)教師教學(xué)、學(xué)生知識(shí)構(gòu)建以及學(xué)校管理。隨著大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，未來會(huì)逐漸成為教育新熱點(diǎn)。

　　■南京大學(xué)教育學(xué)院 張金磊等

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