网络学习监控中可视化图形的应用

朱晓雅，涂凌琳

(华中师范大学 教育信息技术学院，武汉 430070)

网络学习监控中可视化图形的应用

朱晓雅，涂凌琳

(华中师范大学 教育信息技术学院，武汉 430070)

探讨了现阶段网络学习平台在学习监控中采用的可视化图形应用模式。结合信息可视化的思维，对网络学习监控中采集的数据进行有效设计，能使所得信息给予用户更好的学习引导，激励学习者的学习态度并提高学习能力。依据信息可视化思想和符号学原理把一个或多个图形进行有序组织，能够将信息可视化设计中图形的可视性、交互性和多维性延伸到学习监控中，更好地呈现平台采集的各类学习数据并辅助网络学习和教学用户制定学习决策。

图形； 学习监控； 信息可视化； 符号学

在线教育概念随着互联网技术的发展逐步完善，国内外出现了一批优秀的远程教育平台如可汗学院，网易公开课，尔雅等，课外培训机构也纷纷开启了网课模式，吸引了一大批远距离或时间成本有限的网络用户。在网络教育的实践过程中，学习平台通过监控用户操作行为和结果产生并累积了大量的学生学习相关数据，包括数值型数据(如时长、人数)和非数值型数据(如地点、知识概念)。这些数据不仅可以反映出学生的个人学习客观表现，也能够用于横纵向比较和综合分析个人乃至群体的整体学习倾向和学习效果，对学生的学习行为和老师的教学实践具有评价和指导作用。信息可视化是学者们用于处理大量非空间数据信息常用方式之一。各类学习平台通过可视化处理将用户的学习监控数据和数据分析结果呈现为具有高度可辨识性的图形, 能够促进视觉上的高效沟通，辅助用户发掘数据间联系并制定学习决策。图形是可视化反馈的基本单元，作为信息可视化设计组成中一个极其重要的部分，图形和表现对象之间有较强的象征关系,其设计的成功与否决定了可视化设计是否美观且准确可达。从符号学的角度来说，图形的单一使用、组合或都能映射出不同的表意。

1 通过信息可视化和符号学解读图形

“信息可视化”这一专业概念最早于1989 年提出，旨在研究大规模非数值型信息资源(也可以称为抽象信息)的视觉呈现，综合计算机图形学、艺术设计学及其他领域的技术与方法帮助人们更进一步地理解和分析数据。在信息分析阶段，人们可以通过变更可视图形组合、次序、量级等产生不同的信息可视化成果，从中探索新的线索、新的关联、新的结构、新的知识，促进人机系统的智能结合和科学决策。在信息传播阶段，可视化设计简洁大方的视觉效果和简明直观的逻辑结构有效地适应了快节奏的互联网社会，得到了受众的青睐。简单来说，信息可视化就是通过有意识地组织图形，将原始信息映射到可有效识别的视觉形象上的过程，这些图形具有可视性、交互性和多维性。在《信息之美》一书中，作者将媒体对各灾难的恐慌峰值用不同的颜色进行横向时间排序，又用纵向排布高峰的波动表达恐慌程度，最后形成了一份二维“恐慌山脉图”。其中，暴力视频游戏有一个出现在4月的高峰和出现在9月的间断，通过信息图中横纵向不同颜色的山峰图形比较，作者发现4月高峰是由1999年枪击案引发的一年一度的媒体恐慌，而9月的间断是2001年911事件带来的周期性全民缄默。通过这张信息图，作者得以在其TED演讲中高效地对各信息之间隐含的联系进行解说，观众的快速反应也证明了有意识的设计信息图形有利于信息传递。这个事例真实地阐明了信息可视化在信息的理解、分析和传达中可以起到的引导作用。

信息可视化由可视化内容处理、可视化表现形式和可视化技术实现三个主要组成部分。表现形式(或CARD可视化模型中的绘制阶段)的主体就是图形的设计，这些图形作为一种视觉形象，尤其在信息可视化设计中是沟通人与文化、艺术与表达的中介。广义符号学奠基人皮尔斯认为：“一个符号，或者说象征(是某人用来从某一个方面或关系上代表某物的某种东西。”它是“确定另一事物去特指一个它所特指的对象的任何东西。”莫里斯对符号定义的一般表述是“一个符号‘代表’它以外的某个事物。依据广义符号学理论，信息可视化设计中的图形既是用于替换单一概念或名词的图形，比如保存功能常用的软盘形象，又可以是整体的信息图设计，比如说前文所提到的恐慌山脉图。从符号学的角度出发，信息可视化是一种具体的符号现象，信息可视化设计本身由图形这种符号构成，以图形的形式出现，又将图形作为一种表达媒介。在整个信息可视化设计思维与行为过程中，对图形把握的准确程度决定了最终基于图形的设计作品的成功与否。因此，图形是信息可视化设计的根本依据。

2 网络学习监控可反馈的数据内容

网络学习的实施主体是学生，这种自主学习包括多种发生于网络学习平台上的学习活动。在线教育研究者彭文辉等人提出并完善了多维度网络学习行为模型，包括学习过程中信息检索、信息加工、信息发布、人际沟通交流和问题解决五种学习行为。在一般的网络监控中，信息可视化技术可以使网络流量、节点连接特性以及区域信息得到清晰的反映，实现有效的监测数据通信，确定用户的实时网络应用服务状态，判断和记录用户当前行为。体现在网络学习中，学习监控的数据来自于用户的网络学习行为，因具象和抽象数据经常需要组合处理，笔者依据多维度网络学习行为模型中的学习行为将学习监控数据分为三类，即用户的基本学习行为数据，课堂统计数据和学习评估数据。在每一项行为中，操作产生时间、操作持续时长、操作次数、内容类别等等都可以作为监控记录和反馈的数据单元。

2.1 基本学习行为数据

基本学习行为数据主要监控学生在网络学习工程中的低级层次的学习行为操作，包括登陆情况、浏览资源等，此外还有用户在学习平台上的基本学习任务完成情况，如学习课程选择、教师选择、作业提交情况、考试参与情况和学习期望等。

2.2 课堂统计数据

课堂统计数据包括课堂表现、学习时间、有效操作和学习进度等，监控的是用户的中级和高级层次学习行为。课堂表现主要是课堂中的学习交互行为，包括课堂时间外的用户与网络教学系统的交互、用户间交互以及用户和驻平台教师间交互，例如提问、讨论和质疑。

2.3 学习评估数据

学习评估数据主要来源于一段学习时间后进行的测试。此外，前两类监控数据的组合也可以形成新的学习评估数据，比如结合学习进度和测试成绩作为用户的知识掌握程度评估，结合学习时间和有效操作次数，形成用户实施网络学习的态度及投入情况的评估。

3 数据内容的图形表达

信息可视化是现阶段被广泛认可的可以快速、准确的处理和展示网络学习监控所得数据，并通过这些数据反馈用户学习情况和记录学习档案的有效策略之一。学习监控的反馈采用文字、图形、色彩各种符号及其组合代替各种信息，获得符号所隐含的意义，完成信息的符号化。同时，用户通过符号更直观、快捷的认识到它所包含的信息，甚至可以观察数据的隐含信息。根据现有的符号学理论，笔者将网络学习监控可视化过程中出现的图形符号应用分为以下四类。

3.1 简单图形

简单图形就是单一图形本义和引申义的直接运用。根据符号学家罗兰·巴特的理论，符号学系统包含明示意和隐含意。缩小到图形层次，即明示意是表层的，指图形的客观形象。隐含意则是人们在表层含义的基础上引申出来的意义，这种引申意可能来自于事件、人物、缩写、约定俗成的习惯，且得到了大众的普遍认可。在网络学习监控数据的可视化表现中，诸如时间按钮、学习进度、课程类别等单一语义可通过钟表、矩形面积、科目代表标志等简单图形替代。这些图形除了在形状上的区别外，还有色彩、大小、次序上的区分，暗示各个图形的情感属性、重要程度和阅读层次。以色彩为例，红色惊叹号的本义是一个红色的标点符号，而在实际使用中，它常常传达的是引申义“注意”。

3.2 图形的组合和聚合

索绪尔在《普通语言学教程》当中提出了“句段关系”和“联想关系”，后来的符号学家将这一理论提炼为符号的组合与聚合，并且把范围从语言扩展到所有人类符号，其中就包括图形。信息可视化设计中图形的组合和聚合主要表现在多维数据的设计表现，在网络监控的学习评估中运用的数据组合就可以表现多种图形的组合和聚合。时长、分数波动、课程类别、知识点等二维数据可以借助数学图表如直方图、箱线图、饼图等，把简单图形有序组织成统一的整体，在表示基本信息的同时传递各部分之间的关系和暗示用户某一方面的发展趋势。这种时序思想多用于表现用户多个时段划分的学习基本行为、课堂表现、测验成绩等数据，组合暗示了用户在此时段内的学习态度变化和学习效果波动。单一图形组又可以根据相近的元素或意义再次进行组合和聚合，将图形涵义延伸到更大范围的关系和趋势。如以某学生某一课程考试成绩折线图为基础，纵轴上增加多门成绩折线，对比折线总体上升和下降的集中区域，可以判断用户本学期内的高效率学习时段和低效率学习时段，用户通过有针对性的回忆或查看这些时段的具体学习安排，能够发掘出有价值的下阶段学习规划调整参考。

3.3 交互式图形

交互式图形的概念更多地借用了人机交互设计的理念，旨在打造人性化的视觉反馈设计，满足用户在网络学习过程中得到实时反馈和避免学习焦虑的情感需求。在可视化反馈中，交互图形主要包括操作反馈和引导动画，是网络学习平台与用户互动过程中至关重要的一环。图形在鼠标悬停操作时的变化、图形有序渐进的动画效果、概念图形逐步形变等都是交互式图形的体现。booc.io在线教育系统用交互式图形依据概念和课程的层次结构建造了概念地图。在该系统中，用户可以在左侧的概念计划中选择层次，也可以直接在概念地图点击具体概念放大。而且，在选择不同层次概念时，这些概念之间的箭头连线会按照学习时间或概念前后关系进行实时变更。鼠标悬停于某一概念时，地图上会出现相应的前置和后置概念，帮助用户清晰构建概念框架。在用户查看已学知识概念地图的过程中，这种符号的交互更多的是挖掘具体监控数据之间内在联系，并将课程选择间联系进行视觉体现。

3.4 多模态图形应用

基于符号学多模态符号的概念，笔者将范围缩小至多模态图形，它出现基于多媒体的网络教学环境，是文字、图片、语音、影像等多种媒体的综合展示或单一媒体的变体形式，本质是图形与其他信息符号的组合和聚合。李战子于2003年首次将多模态概念引入教学，其后，更多学者从教学模式改革和构建的角度，探索不同学科的“多模态”教育体系。现阶段的多模态图形应用最广且最成功的当属外语教学，结合多种感官体验的图形设计充分利用了科技为教育提供的辅助条件，构建完整的教学情景和交互通道。网络学习中多模态图形的应用常伴随着额外的文字、图像和语音信息，在外语教学中，单词文本常与语音图形同时出现，有时会佐以对应事物的释义和图像。这种图形还能与交互式图形结合，对用户的发音进行录入和输出，将语音监控结果对比反馈，让学习者清晰的感受标准语音和自身发音的区别。

4 结语

国内已经出现了不少优秀的网络学习平台，各大高校或高校集中地区也在积极推动校内云课堂的发展。这些学习平台拥有优秀的学习资源，并吸引了大批有自主学习意愿的用户，但大多数界面和数据显示仍存在优化空间。当然，用信息可视化思想和符号学原理指导学习监控可视设计的尝试和研究，其最终目的在于利用可视化技术优化网络学习平台的服务，最大程度地挖掘、分析和传达学习监控数据隐含的用户学习特征，增进用户自身对于某时段网络学习整体情况和具体表现的了解，达到辅助用户计划和决策后期学习的目的。在对学习监控中可视化图形的应用研究中，虽然其主要工作是优化信息可视化的视觉表达，本质上还是服务于更准确、高效、低资源的学习监控，满足网络自主学习用户、教学用户和平台搭建方全面清晰的了解学生学习水平的需求。

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Applications of Visualization Graphics in E-learning Monitoring

ZHU Xiao-ya, TU Ling-lin
(School of Educational Information Technology, Central China Normal University, Wuhan 430070, China)

This paper discusses several available applications of visualization graphics that are used by web-based learning service providers to show e-learning process monitoring. An effective design of collected data from e-learning process monitoring combining an idea of information visualization could give better learning guide to users, motivate learners and enhance learning ability. According to information visualization and semiology, orderly organizing graphics can extend visibility, interactivity and multi-dimension of graphics of information visualization designs to learning monitoring process, better display learning data collected on the platform, and assisting users to make learning plans.

graphics; learning monitoring; information visualization; semiology

TP37

A

1674-344X(2017)8-0046-04

2017-06-21

朱晓雅(1994-)，女，湖南长沙人，在读硕士研究生，研究方向为数字媒体技。

涂凌琳(1981-)，女，湖北宜昌人，副教授，研究方向为数字媒体艺术。