利用大数据提高“高等数学”课程的教学质量

程美玉+肖相武+李锐

摘要：目前，如何提高“高等数学”课程的教学质量，是大多数理工科专业学校的一个老大难问题。本文依托黑龙江大学教务处重点支持项目，通过使用Maple T.A.的经验，对学生在线自主学习以及在线测试过程所统计的全部数据进行分析，介绍了一个调整课程教学，从而达到提高教学质量的方法。

关键词：大数据；互联网+；Maple T.A.

随着社会的进步，社会已经进入信息化时代，信息化社会的高速发展，尤其是计算机的高速发展，使得人们每天都可以处理大量的数据，整个世界走向了一个高度数据化的时代。

1 大数据理论的发展

大数据是一个比较新的概念，前几年，学术界一般称其为“海量数据”，含义是指一切数据量和数据规模比较大的数据概念。2008年，谷歌公司在其成立十周年的重要时间节点上，《自然》杂志介绍了一系列关于未来大数据的处理问题，其中“Big Data”（大数据）作为概念被提出。

今天的“大数据”概念，重点不仅在于定义数据的大小，它更说明了一个趋势，就是科学发展和信息系统的发展终将趋于此，传统的数据分析技术将迎来大规模数据量的冲击和挑戰，而大数据全新的处理技术和分析方法，将会展现一种新视野，开发新的服务，创造新的发明，革新这个时代。

近几年来，大型数据的处理需求一直成为当前迫切需要解决的问题，它的重要性也日渐提高，全世界范围内的政府机构、学术组织以及产业界都对其表示关注和重视。大数据对于人类，不仅是一个发展机遇和商机，也是一项重大的挑战和难题，不管从技术层面还是理论层面。正因为其透露出的让人惊讶的深度值，未来衡量一个国家综合国力时，大数据的利用率和发展状态将会成为一个极其重要的考量。当然，在社会领域和科技领域，大数据的发展也会成为国家、企业之间相互关注的新焦点。

当前，比较大数据处理技术与传统技术的差异以及关注其应用，都是具有现实意义的。维克托·迈尔-舍恩伯格，被称为“大数据时代预言家”，他在他出版的《大数据时代》一书中就做了大量论证，通过各种应用案例和数据情况，提出了很多跨时代的观点和想法，对大数据的发展起到了重大推动作用。他认为“大数据开启了一次重大的时代转型”，它将为我们带来前所未有的变化，从而改变整个世界各行各业原有的模式。

随着移动互联技术和计算机信息技术的高速发展，随着一系列诸如互联网+等概念的提出普及，当今世界已经逐渐向数字化的全球性的信息分享模式发展，人们使用信息服务、浏览移动信息、传播信息渠道的方式逐渐被新技术所改变。在其中，不断积累的大数据其实包含了许多在小数据时代不具有也不会被发现的深度知识和价值。而数据挖掘将能为各行业带来商业前景，创造增值服务，促进其效益在经济社会领域的发展。比如，在淘宝，商家通过大数据技术的分析方法，从庞大的消费者行为中进行筛选概括，结合消费者的购买统计为消费者推送购买信息。这就是大数据分析和采集为商业领域带来的巨大经济变革和效益。

在国内，大数据相比于国外起步较晚。一开始，“大数据”并没有作为一个专有名词被定义，更没有被政府部门和相关科研机构所重视，所以在当时也没有相应的科研支持和政策鼓励。一般只是在前人的基础上对“大数据”这一概念做一些补充定义或阐释。这是一种非常重要的技术，之后国内涌现一批学者，在大数据的发展状态和基本处理方法，以及在重点领域的深度应用方面。他们对大数据的研究真正做到与国外同步。由于大数据的解决问题的强大功能，推动了国内对大数据研究的热潮。

2 Maple T.A.的简介

Maple T.A.是互联网+教学的一个十分完美的典范。Maple T.A.是一个基于互联网的在线自主学习、在线测试和评分系统，是Maplesoft公司与美国数学会联合开发的，是当今世界上唯一的具有数学引擎的在线测试和智能评分系统，由于Maplesoft软件的支撑，Maple T.A.适用于数学、物理、化学、计算机、各种工程类课程、经济学等科学计算的课程。Maple T.A.提供了用户数据库，分类存储用户信息，学习过程信息，考试信息；Maple T.A.提供试题创建环境，根据课程需要，学生实际情况，设置多种多样的试题；Maple T.A.提供不同类型的考试任务，用以完成不同的教学任务，比如，练习、小测验、期中考试、期末考试等；Maple T.A.为用户提供监考浏览器，即利用“监考浏览器”考试时，限制应用网络查询及传输，不能再利用考试之外的网络；Maple T.A.具有自动评分引擎，使用者利用Maple T.A.在线测试结束提交试卷后，系统会适时评分，使用者会马上看到自己本次考试的结果分数；Maple T.A.提供了丰富的学习者成绩统计分析，有总体成绩统计，单个试题正确率等等；Maple T.A.还提供了强大的系统管理等功能，应该是目前最为理想的在线测试平台。Maple T.A.系统在欧美有着广泛的应用，大量的用户经验和调研表明，在教学中使用Maple T.A.系统，可以帮助教师及时准确地了解学生的现状和水平，同时这种利用互联网+教学的模式可以大大激发学生的学习兴趣，可以有效地提高教学质量，节约大型考试的人力物力，极大地减轻教师工作负担。

3 学校的大力支持

作为黑龙江大学信息化建设和课程教学改革的重点项目，我校引进了加拿大Maplesoft公司开发的在线测试和评价系统Maple T.A.，对现有课程的作业和考试模式进行重要改革，比如，将一部分作业发到网上，让学生通过网络来完成等。另外，学校给予重大的支持还体现在开放联系机房，提高服务器配置等方面。提高两次可行性测试之后，黑龙江大学已经成功地组织6 500余名学生顺利使用我校在线测试和评价系统Maple T.A.完成高等数学期中考试。考试期间，教务处和数学学院相关领导和教师都亲临现场监督和指导，考场秩序井然、系统稳定运行、学生答卷顺利、实时导出成绩和结果分析报告。

4 分析数据调整教学

目前，黑龙江大学的教务管理软件功能是十分强大的。从排课开始，学校把每年应该开设的课程资源都放到校园网上，各个教学单位根据教学大纲、教师的实际情况，教室的实际情况把课排好，在校园网上公布，学生根据自己所学专业的要求结合自身的发展诉求，在校园网上自主合理地选择要学的课程来学习。比如，教师要上习题课借用教室以及和教学有关的手续也都是通过校园网实现的。学生的成绩是通过校园网来管理的，目前的管理软件可以对提交到校园网的成绩管理分析，一般就是任课教师所教的班级的成绩分析。通过学校教务处可以把整个一门课程的所有成绩都统计分析，能够反映学校的整体教学水平。如果用来评价一个学校的整体教学情况可能会有较大的偏差。教学改革目的是要进一步提高教学质量，方案中最好能细化到某章的某个知识点。由于目前的管理软件只是对成绩的管理，没有对试卷的管理功能。作为黑龙江大学信息化建设和课程教学改革的重点项目，我校引进的在线测试和评价系统Maple T.A.就很好地解决了这个问题。Maple T.A.系统不仅能完成对成绩的管理，而且具有对试卷的管理。

教師可以根据知识点分组出题，在公平的前提下保证每位参加考试的学生的试卷都不相同，再加上使用考试浏览器，基本杜绝考试作弊的可能，这样能够得到学生的真实学习情况。学生交卷后系统自动保存试卷，立刻给出本次考试分数。可以根据考试性质，设置交卷后是否让学生看到试卷答案。如果是某一知识点的测试，可以设置交卷后先可以选择看到试题答案；如果是课程结业考试，可以设置交卷后，学生只能看到成绩或者过一段时间后公布考试成绩。Maple T.A.系统提供了几乎你能想到的统计分析功能。原因是该系统保存了参加考试人员的所有考试信息，这样可以提供形式十分丰富的统计分析，数据十分翔实。比如成绩分析，可以按照班级、学院、课程等等。Maple T.A.系统还有一个其他管理软件没有的功能，就是对试卷的管理，可以对试卷中的每道题进行统计分析，由于系统保存了所有参加测试人员的数据，教师根据每一道试题的得分情况了解学生的掌握情况，可以十分精准地调整教学，达到最有效地提高教学质量的目的。

5 结论

在具体考试前，要进行充分精心的准备工作，在充分准备下，考试过程顺利、考场秩序井然。测试后通过对相应数据的分析，合理调整下轮课程教学，这样使高等数学课程教学质量稳步提升。在线测试和评价系统在高等数学课程教学中成功应用，是我校信息化建设和课程教学改革的新成果，实现了与国外高等院校教学手段的同步接轨。通过这个大规模在线考试，可以积累宝贵的经验，这种以利用大数据分析为依据，为达到提高教学质量的目的，合理调整教学资源的教学改革，可以扩展应用到其他公共基础课程和专业基础课程的教学改革之中，为改善我校师生的教学和学习环境提供优良的依据。

参考文献：

[1]维克托·迈尔-舍恩伯格.盛杨燕，周涛，译.大数据时代[M].浙江人民出版社，2013.

[2]郭昕，孟晔.大数据的力量[M].机械工业出版社，2013.

编辑/岳 凤