大数据可视化在高校计算机教学中的应用研究

赵帅 吴强

摘 要 文章介绍了大数据可视化的概念 以及它在高校计算机教学中的应用 课程设计以及教学实践 分析了高校计算机教学现状 从促进学生学习以及教师教学等多方面对大数据可视化在高校计算机教学中的应用进行了探讨 并分析了大数据可视化在高校计算机教学中的应用前景等 以期为高校计算机教育的改进和提高提供参考

关键词 大数据 大数据可视化 大数据可视化技术 高校计算机教学

中图法分类号tp311    文献标识码a

１ 引言

当今社会，数据已成为各行各业不可或缺的资源，数据处理技术也越来越受到关注。作为一项热门技术，大数据技术能够从数据量庞大的各类数据集中发现、呈现出数据背后隐含的更有价值的信息并能够对其进行分析、处理和应用的特点，目前在商业、科技、医疗等众多领域中的应用非常广泛。

同时，随着信息技术日新月异的发展以及互联网应用势不可挡的进程，教育信息化已成为当前教育领域的重要发展方向。高校计算机教育是培养计算机人才的重要途径，将大数据技术融入高校计算机教育中，既能够提高学生的实践能力和创新能力，又能够培养学生的数据分析思维，为学生未来的就业和职业发展打下基础。

因此，研究大数据可视化在高校计算机教学中的应用，不仅可以促进教育信息化的发展，提高高校计算机教育的质量和效率，还能够满足现代企业对人才的需求，推动我国数字经济的发展。

２ 概述

大数据可视化是指将大数据通过可视化手段进行展示和呈现的一种方式，对从海量数据中发现规律、增强数据表现、提升交互效率具有重要作用［１］ ，它将复杂的数据转化成直观的视觉表达形式，有助于数据更容易被理解和更有效的表达，从而挖掘出数据中隐藏的信息和规律。

大数据可视化技术包括多种数据可视化方法和工具，如用于表达数据的各类图形———折线图、柱状图、饼图、热力图；用于实现可视化功能的工具———Ｅｘｃｅｌ，Ｔａｂｌｅａｕ，ＦｉｎｅＢＩ，Ｅｃｈａｒｔｓ 等以及Ｐｙｔｈｏｎ 编程工具。这些工具和方法能够通过直观的视觉形式表现数据的分布、趋势、关系、差异等信息。

可视化的过程并不是简单地应用数据来作图，而是通过任务驱动，对数据进行采集、挖掘、清洗以及数据转换等处理后，再用可视化工具和方法实现数据到视觉的映射，以及实现人机交互的功能。实现数据可视化的基本流程如图１ 所示。

３ 大数据可视化在高校计算机教育中的应用分析

数据可视化的应用最早可追溯至远古时代，主要用于航海地图的标注；到１８ 世纪，“柱形图”“折线图”的概念被提出，其主要用于表示标注国家的进出口等相关数据。一直到２０ 世纪５０ 年代以后，随着计算机的发明以及计算机图形学技术的发展，人们开始用计算机进行绘图，极大地促进了可视化技术的发展；进入２１ 世纪，“大数据”时代的到来，让大数据可视化应用在众多的新研究领域［２］ ，在高校计算机教育中应用大数据可视化技术可以帮助学生更好地理解和掌握计算机科学中的复杂概念和算法，提高学生的数据分析和处理能力，大数据可视化在高校计算机教育中的应用具有很大的潜力。主要体现在以下几个方面。

（１）数据分析和挖掘。学校或者教育机构可以利用大数据可视化技术对学生的学习行为、学习表现等相关数据进行分析和挖掘，从而可以多维度、多角度、多层次地了解学生的学习情况和需求。比如，学生的出勤率、成绩、作业提交情况等可以通过数据可视化的方式呈现，有助于教师更好地发现学生学习中存在的问题，从而及时有效地调整教学策略。

（２）教学资源管理。通过大数据可视化技术可以了解学生的学习需求和兴趣，从而更好地管理教学资源，为学生提供个性化的教育资源。比如，通过分析学生的学习兴趣、学习习惯以及爱好等特性，可以为学生推荐更切合其学习实际的课程或者教材，有助于提高学生的学习兴趣和积极性。

（３）教学过程优化。应用大数据可视化技术可以充分展示学生的学习进度和学习中遇到的难点，能够让教师及时了解和发现教学过程中遇到的问题，从而采取有效措施解决这些问题。比如，通过对学生学习行为的可视化分析，教师可以发现学生在学习过程中遇到的瓶颈或者困难，如“哪些难题一直克服不了”“哪些问题出错率较高”等，从而及时调整教学内容和方式，提高教学效果。

（４）学生表现评估。应用大数据可视化技术可以帮助教师对学生的表现进行评估，为学生提供针对性的学习建议和支持。通过对学生学习行为和成绩的可视化，教师可以及时发现学生的问题和不足，为学生提供個性化的学习建议和支持，同时促进学生认知发展，帮助学生反思学习过程，从而激励其改进学习方法，取得更好成绩［３］ 。

大数据可视化在教学中的应用，可以从多方面帮助教师更好地了解学生，采取更行之有效的教学方法，准备更贴合学生学习需求的教学资源等，不断优化教学过程，提高学生的学习效果。

４ 高校计算机教学现状及大数据可视

化课程设计与教学实践分析

４．１ 高校计算机教学现状

高校计算机教学是指高等院校针对计算机相关专业的学生所进行的一系列教学活动。当前，计算机各项技术的发展进步非常快，大数据相关应用技术成为主流，应用领域和范围也越来越广，计算机教学面临着新的挑战和机遇。当前，高校计算机教学存在以下现状。

（１）教学内容不断更新。高校计算机教学涉及的教学内容与日新月异发展的计算机技术息息相关，教学内容不断迭代、更新，更加切合目前社会的需要，以适应新技术的发展和应用领域的变化。

（２）教学方法不断改进。随着教学理念的更新和完善，高校计算机教学的方法、方式也需要不断改进，以及采用更加开放、多元化的教学方式，要更加注重培养学生的实操能力和创新能力。

（３）师资队伍需求增大。高校计算机教学需要具备高水平的师资队伍，目前师资队伍的需求也在不断增加。

（ ４）教学质量不断提升。高校计算机教学注重教学质量的提升，通过教学评估等方式，对教学质量进行监测和改进。

高校计算机教学目前正面临新的挑战和机遇，需要不断更新教学内容和方法，提高教学质量，以适应计算机技术不断发展的趋势。大数据可视化技术融入高校计算机课程设计与实践应用，能够使学生掌握大数据可视化的基本理论、关键技术和应用方法，促进学生主动学习和实际能力的提高，为培养计算机专业人才提供有力的支持和保障。

４．２ 大数据可视化课程设计与教学实践

可以根据高校计算机教学的现状与特点，并结合大数据可视化技术方法进行课程设计和教学实践，大数据可视化的课程设计与教学实践的具体内容如下。

４．２．１ 课程设计

（１）课程目标。通过大数据可视化相关课程的学习，使学生能够掌握大数据可视化的基本理论、关键技术和应用方法，能够独立开发并实现大数据可视化应用程序。

（２）课程内容。大数据可视化的基础概念、数据预处理方法、可视化技术、可视化工具和可视化应用。

（３）教学方法。采用理论与实践教学相结合方法，着重从实践动手能力和思维创新能力方面来培养学生，通过案例分析、编程实践、小组讨论等多种教学方式，促进学生的主动学习。

４．２．２ 教学实践

（１）实验环境。根据教学需要，搭建适当的可视化实验环境，包括大数据采集、处理平台，可视化工具安装，准备相关数据集等。

（２）实验内容。结合实际应用场景，设计和开发相关的大数据可视化应用程序，包括数据预处理、可视化技术、交互设计等方面的内容。

（３）实验方法。采用分组实验的方式，由学生自主选择实验的内容和方向，通过多次实验，逐步深入掌握大数据可视化的关键技术和应用方法。大数据可视化的课程设计与教学实践旨在通过理论教学和实践教学相结合的方式，使学生掌握大数据可视化的基本理论、关键技术和应用方法，能够独立开发并实现大数据可视化应用程序。同时，通过实验环境的搭建和实验内容的设计，促进学生主动学习和实际能力的提高，为培养计算机专业人才提供有力的支持和保障。

５ 大数据可视化在高校计算机教学中的应用实践分析

在大数据时代，教育大数据可视化成为学生自主学习、教师教学监督以及管理者优化决策的重要方法和手段，对提升教育教学质量能够起到关键作用［４］ 。

５．１ 大数据可视化在学生学习中的作用

大数据可视化在学生学习中的作用是多方面的，通过可视化数据综合考查学生的知识水平、实际能力和反馈意见，可以初步了解学生学习的实际效果。

（１）帮助学生理解和分析数据。大数据可视化通过可视化手段将数据呈现给学生，使学生能够更直观地理解和分析数据。学生可以通过可视化图表、动画和交互式界面来探索数据，从而更深入地了解数据背后的信息和规律。

（２）提高学生的实际能力。通过大数据可视化的课程设计与教学实践，学生将学习如何开发和实现大数据可视化应用程序，这将帮助学生提高实际应用能力。在实际项目中，学生可以应用所学的大数据可视化技术来解决实际问题，提升自己的实践能力。

（３）培养学生的创新能力。大数据可视化可以通过设计与其他课程不同的教学实践方式来培养学生的创新能力，通过可视化案例分析、编程实践、小组讨论等多种教学方式，促进学生的主动学习。学生将从直观的数据展示中思考和实践如何将所学的知识应用于实际项目中，培养自己的创新能力。

５．２ 大数据可视化在教师教学中的应用

大数据可视化可以多维度应用于教师教学，通过数据处理和分析、课程设计和教学改进、数据可视化和展示、个性化教学、教学科研和学术研究等多种方式，可以帮助教师更好地了解、掌握学生的学习情况和自身课程的教学效果，促进教学目标的达成，提高学生的学习成效。

（１）数据处理和分析。教师可以使用大数据可视化技术来处理和分析教学过程中的数据，如学生的考试成绩数据、课堂互动反馈数据以及对教师进行的教学效果评价数据等，从而更加全面地了解学生的学习情况，为后续的教学设计和调整提供支持。v（２）课程设计和教学改进。大数据可视化可以帮助教师对课程设计和教学内容进行分析和评估。通过对学生的学习情况和表现数据的分析，教师可以对课程的设计和教学的实施进行调整和优化，以提高学生对计算机课程学习的体验感。

（３）数据可视化和展示。大数据可视化可以将多维度的教学数据用可视化的方式进行展现，如图表、动画和交互式界面等形式，教师可以更加直观地观察、理解和分析这些数据，从而更好地评估教学效果和学生的学习情况。

（４）个性化教学。大数据可视化可以帮助教师实时分析学生的学习情况，有助于更好地实现个性化教学。通过直观展示班级中不同学生的学习情况、学习方式和学习习惯等数据，教师可以更好地了解和分析学生的学习特点，可以有的放矢地制定适合不同学生的个性化教学计划和方案，从而提高教学效果和学生的学习成效。

（５）教学科研和学术研究。大数据可视化可以帮助教师开展教学科研和学术研究。通过对教学过程中的数据进行收集、分析和可视化，教师可以深入了解学生的学习情况和实时授课效果，为教学科研和学术研究提供支持和依据。

在高校计算机教学中，应用大数据可视化技术可以帮助学生更加直观地了解自己的学习情况，以及学习成果，让学生更好地安排自己的学习时间和学习方式，提升学生的学习动机和自信心，提高学习效率。同时，在教师层面，能够根据大数据可视化技术实时收集、分析和反馈学生的学习情况， 让教师及时调整教学内容和教学方式，提高教学效率和质量、促进教学创新和改革、提高教学反馈和指导能力，帮助教师更加有效地开展教学工作［５］ ，从而不断提升学生的学习效果和学习成绩。

６ 结束语

面对教学内容不断更新、教学方法不断改进、教学质量不断提升等高校计算机教学现状，大数据可视化技术的应用可以帮助学生更好地理解和掌握复杂的计算机概念和知识点，提高其对计算机各类课程的学习效果和学习兴趣，能够有效地提高学生的学习成绩，激发其更加积极的学习态度。通过应用大数据可视化技术可以使教师更加直观、实时地了解学生的各项学习情况，并通过有效的反馈进行教学策略和内容的调整，从而提高教学质量和效果。

同时，研究结果显示，教师应该更加注重教学手段的创新和教学方法的多样化，尤其是在计算机科学等技术类学科的教学中，更应该加强对大数据可视化技术的应用和研究。此外，学生也应该更加积极主动地参与到教学活动中，利用大数据可视化技术等新型学习手段，充分发挥自身的学习主体性和创造力。

目前，大数据可视化在教育领域中的应用虽然有很多的实践案例，但还处于起步阶段，相关的理论探索和技术研究正在不断地延伸发展。未来人机交互、人机协同、机器学习等关键技术与大数据可视化技术的协同应用，以及将教师应有的感知和认知能力与人工智能具有的快速处理与响应能力相结合等措施，将进一步优化整个教学过程，大数据可视化技术也将为解决复杂的教育问题提供强有力的技术支撑。

参考文献：

［１］ 刘滨，刘增杰．数据可视化研究综述［Ｊ］．河北科技大学学报，２０２１（１２）：６４３?６４４．

［２］ 史国举．數据可视化技术在大数据分析领域的应用及发展研究［Ｊ］．无线互联科技，２０２１（９）：９６?９７．

［３］ 刘霞．数据可视化技术在教学中的应用［Ｊ］．创新应用，２０２１（２）：１５２?１５３．

［４］ 郑娅峰，赵亚宁．教育大数据可视化研究综述［Ｊ］．计算机科学与探索，２０２０（１２）：４０３?４０４．

［５］ 田汉宾，张梦霞．大数据时代下的高校计算机教育［Ｊ］．现代教育技术，２０１７（２）：９４?９７．