王一凡

(1. 華中師范大學(xué) 教育學(xué)院，湖北 武漢 430079；2. 武漢市教育科學(xué)研究院，湖北 武漢 430021)

一、引 言

可視化來(lái)源于英語(yǔ)的[1]visualization，原意是形象化顯示(顯像化或圖示化)。數(shù)字技術(shù)中的可視化最先是指科學(xué)計(jì)算可視化，即運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的原理方法，將科學(xué)、工程等計(jì)算產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形、圖像來(lái)直觀顯示，之后又衍生出數(shù)據(jù)可視化、信息可視化、知識(shí)可視化等概念。數(shù)據(jù)可視化研究數(shù)據(jù)視覺(jué)表征形式，以一種概要形式抽取信息(包括信息的屬性和變量等)，給人以視覺(jué)沖擊。而視覺(jué)是人類最重要的信息獲取通道，人類的大腦有一半以上的功能用于視覺(jué)感知[2]，當(dāng)數(shù)據(jù)被圖形取而代之展現(xiàn)在人的眼球下時(shí)，可以降低人類的腦部認(rèn)知負(fù)荷，從而使人們快速地吸收理解數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可視化借助圖形化手段融入美學(xué)來(lái)傳遞信息，數(shù)據(jù)可視化的概念[3-5]一直處于不斷演變之中，其邊界也在不斷擴(kuò)大，目前學(xué)界已存在多種數(shù)據(jù)可視化的定義，從廣義的角度來(lái)講數(shù)據(jù)可視化包括了比較成熟的科學(xué)可視化和較年輕的信息可視化以及知識(shí)可視化。從狹義的角度來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)可視化是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)和圖像處理技術(shù)將大型數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)以可交互式圖形圖像的方式來(lái)展現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)。

當(dāng)前，信息技術(shù)發(fā)展推動(dòng)教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，形成教育數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，教育領(lǐng)域進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。所謂教育大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的一個(gè)子集，是在教育教學(xué)和校園活動(dòng)中產(chǎn)生，在教育管理和科學(xué)研究活動(dòng)中采集，對(duì)推動(dòng)教育發(fā)展有巨大潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)集合[6]。對(duì)在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化研究，進(jìn)而發(fā)掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，能夠幫助學(xué)生高效學(xué)習(xí)，同時(shí)可以惠及教師、家長(zhǎng)、教育管理者等，在提升教育質(zhì)量、促進(jìn)教育公平、提升教育服務(wù)等方面存在巨大研究?jī)r(jià)值。

二、發(fā)展歷史

數(shù)據(jù)可視化就是讓信息以更容易理解、記住、辨識(shí)或能夠快速捕獲重點(diǎn)信息的方式呈現(xiàn)出來(lái)。其發(fā)展歷史可以分為三個(gè)階段。早期數(shù)據(jù)可視化可追溯到17世紀(jì)，最初可視化用于表現(xiàn)星星和其他天體位置的圖表，以及導(dǎo)航地圖，可視化形式是基本的地圖與圖表，一個(gè)著名的例子是托勒密的世界地圖，這也應(yīng)用到了后來(lái)的地理科目教學(xué)當(dāng)中。17世紀(jì)由于分析幾何的興起、測(cè)量誤差理論和概率論的誕生，人口統(tǒng)計(jì)等的展開(kāi)，數(shù)據(jù)可視化在理論和實(shí)踐表現(xiàn)巨大的增長(zhǎng)，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)可視化的研究奠定了初步基礎(chǔ)。18世紀(jì)末，人們開(kāi)始進(jìn)行地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)專題制圖嘗試，出現(xiàn)類似柱狀圖的線圖表述方式，引入抽象圖和函數(shù)圖。此時(shí)可視化開(kāi)始應(yīng)用到教學(xué)內(nèi)容，對(duì)課本知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化展現(xiàn)以幫助學(xué)習(xí)者整體把握學(xué)習(xí)內(nèi)容。此階段的可視化方式已經(jīng)接近當(dāng)代科學(xué)使用形式[7]?？梢暬跐u漸走向教育教學(xué)當(dāng)中。

19世紀(jì)初到20世紀(jì)上半葉，是可視化應(yīng)用于教育教學(xué)的蓬勃發(fā)展時(shí)期。立足前期設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)，這個(gè)時(shí)期統(tǒng)計(jì)圖形和專題制圖的運(yùn)用成爆炸性增長(zhǎng)，其速度是以前所不能比的，出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)圖形中所有現(xiàn)代形式的數(shù)據(jù)顯示形式：條形圖和餅圖、直方圖、折線圖和時(shí)間序列圖、等高線圖等。由于認(rèn)識(shí)到數(shù)字信息在社會(huì)規(guī)劃、工業(yè)化、商業(yè)和交通方面日益增長(zhǎng)的重要性，歐洲建立了官方國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，高斯和拉普拉斯發(fā)起統(tǒng)計(jì)理論，并由Guerry[8]和Quetelet[9]擴(kuò)展到社會(huì)領(lǐng)域[10]，提供了理解大量數(shù)據(jù)的手段，這也為后面的大數(shù)據(jù)可視化奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)上半葉，數(shù)據(jù)可視化處于穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，研究者認(rèn)為這是一個(gè)必要休眠期，是應(yīng)用和普及時(shí)期而不是創(chuàng)新時(shí)代。在此期間，統(tǒng)計(jì)圖形成為主流，圖形方法大量進(jìn)入教科書(shū)[11-13]、課程[14]、政府標(biāo)準(zhǔn)[15]、商業(yè)[16]和科學(xué)，在天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和其他學(xué)科中首次使用圖形方法表達(dá)新見(jiàn)解、新發(fā)現(xiàn)和新理論。此時(shí)，靜態(tài)圖形的可視化技術(shù)大量應(yīng)用到課堂教學(xué)內(nèi)容中。同時(shí)開(kāi)始對(duì)各種圖形形式的可視化效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，例如研究者開(kāi)發(fā)了許多實(shí)用的圖形輔助工具[17]。

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，教育數(shù)據(jù)可視化發(fā)展進(jìn)入了質(zhì)變階段。1975年至20世紀(jì)末，高維數(shù)據(jù)可視化開(kāi)始發(fā)展。這一時(shí)期數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展變化多端、發(fā)展迅速，涉及更廣泛的學(xué)科，很難簡(jiǎn)要進(jìn)行概述。布魯斯·麥考梅克等所編寫的美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)報(bào)告《Visualization in Scientific Computing》對(duì)于可視化領(lǐng)域產(chǎn)生了重大沖擊，這份報(bào)告中強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的必要性[18]。20世紀(jì)90年代初期，出現(xiàn)了信息可視化研究領(lǐng)域，分析抽象的異質(zhì)數(shù)據(jù)集。21世紀(jì)初，由于動(dòng)態(tài)圖形的發(fā)展，興起動(dòng)態(tài)交互式的可視化，推動(dòng)可視化領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)可視化越來(lái)越受到研究者重視，大數(shù)據(jù)的爆發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域的發(fā)展有著沖擊性作用。這一時(shí)期，針對(duì)電子設(shè)備存儲(chǔ)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析發(fā)展迅速，大多數(shù)是借助于在線學(xué)習(xí)平臺(tái)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。如何合理有效地利用學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的海量學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)成為了這一領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，而可視化能幫助人們獲取到更多數(shù)據(jù)背后隱藏的或不明顯的信息或發(fā)展趨勢(shì)，教育數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用是在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和可視化技術(shù)的結(jié)合，應(yīng)用載體的典型代表為學(xué)習(xí)儀表盤，如LOCO-Analyst、Course Signal、快樂(lè)學(xué)等，還有高校和社會(huì)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的在線教育平臺(tái)，如清華大學(xué)雨課堂、華中師范大學(xué)師大云課堂、網(wǎng)易云課堂、希沃教學(xué)等。近些年來(lái)也涌現(xiàn)出了更多樣的可視化工具，如數(shù)據(jù)可視化庫(kù)類:Echarts、Antv、Leaflet、Polymaps等，以及報(bào)表類的，如百度圖說(shuō)、Tableau，可視化大屏類阿里dataV、FineReport，還有專業(yè)編程類如R語(yǔ)言和python，均可用于教育數(shù)據(jù)可視化。

三、熱點(diǎn)分析

(一)數(shù)據(jù)與方法

為了把握教育領(lǐng)域數(shù)據(jù)可視化不同時(shí)期的特點(diǎn)，本文采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，使用citespace軟件對(duì)數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域內(nèi)web of science核心期刊進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析，以“educational Data Visualization、data visualization of education、educational visualization”等為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，分別檢索出240、576、653條記錄，時(shí)間為1985年至2021年。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行共被引分析，發(fā)現(xiàn)其中起關(guān)鍵作用的文獻(xiàn)，呈現(xiàn)出教育領(lǐng)域可視化不同時(shí)期研究主題演變。經(jīng)過(guò)瀏覽文章各級(jí)標(biāo)題和摘要，剔除相關(guān)度不大的文獻(xiàn)，由于文獻(xiàn)大部分集中在近十年，所以本文選取了2010到2021十一年間653篇WOS核心文獻(xiàn)，導(dǎo)入到citespace中進(jìn)行分析，以一年為時(shí)間切片，選取每個(gè)切片的前80%的文獻(xiàn)進(jìn)行聚類分析。

(二)結(jié)果與分析

1.研究熱點(diǎn)

教育領(lǐng)域可視化研究集中于E-learning，比如學(xué)習(xí)儀表盤(learning dashboard)、報(bào)告系統(tǒng)(reporting system)等，數(shù)據(jù)可視化前提是大數(shù)據(jù)，借助于電子設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)可以方便收集用戶數(shù)據(jù)。2012年維克托·邁爾-舍恩伯格的《大數(shù)據(jù)時(shí)代》前瞻性地指出，大數(shù)據(jù)帶來(lái)的信息風(fēng)暴正在變革我們的生活、工作和思維，大數(shù)據(jù)開(kāi)啟了一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型[19]。2013年，數(shù)據(jù)可視化的典型應(yīng)用——學(xué)習(xí)儀表盤蓬勃發(fā)展，對(duì)于教育領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，給學(xué)生的學(xué)習(xí)、教師的教學(xué)以及教育管理者的工作帶來(lái)極大便利。

圖1 熱點(diǎn)聚類圖

2.相關(guān)熱點(diǎn)趨勢(shì)

用citespace對(duì)教育領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)數(shù)據(jù)可視化文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，文章選取2010年到2021年的文獻(xiàn)，以1年為時(shí)間切片。分析發(fā)現(xiàn)，這段時(shí)間教育領(lǐng)域內(nèi)數(shù)據(jù)可視化研究的熱點(diǎn)詞匯有可視化(visualization)、學(xué)習(xí)分析(learning analytics)、教育(education)、信息可視化(information visualization)、醫(yī)學(xué)教育(medical education)和教育數(shù)據(jù)挖掘(educational data mining)，其次還有模型(model)、學(xué)生(student)、3D可視化、工具(tool)等。并且，用于教育領(lǐng)域的可視化技術(shù)主要是進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，對(duì)信息進(jìn)行可視化等。

表1 關(guān)鍵詞頻率

圖2 時(shí)間線圖

由圖中可以看出教育領(lǐng)域的可視化研究主題主要是有關(guān)E-learning的研究，比如學(xué)習(xí)儀表盤(learning dashboard)、報(bào)告系統(tǒng)(reporting system)等。這種結(jié)果是意料之中的，數(shù)據(jù)可視化的前提是要有大量的數(shù)據(jù)，而借助于電子設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)可以方便地收集用戶的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行在線分析和可視化。研究熱點(diǎn)之一的學(xué)習(xí)儀表盤可以說(shuō)是進(jìn)行學(xué)習(xí)者分析的很有效的一種現(xiàn)代電子設(shè)備，近些年來(lái)關(guān)于在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)包括學(xué)習(xí)儀表盤的發(fā)展速度也很快。將上面的聚類結(jié)果以時(shí)間線模式(Timeline View)呈現(xiàn)，可以從時(shí)間維度探究教育可視化領(lǐng)域研究主題的演變過(guò)程。如上圖所示。通過(guò)解析時(shí)間線圖可以發(fā)現(xiàn)，早于2010年之前就已經(jīng)有學(xué)者開(kāi)始研究植物細(xì)胞器和教育數(shù)據(jù)相關(guān)的主題了，這表明可視化早期較多地應(yīng)用于生物學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如用于植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的可視化，同時(shí)由于電子化設(shè)備的應(yīng)用，已經(jīng)形成了教育數(shù)據(jù)的概念。2012年維克托·邁爾-舍恩伯格的《大數(shù)據(jù)時(shí)代》一書(shū)的問(wèn)世，引起了業(yè)界人士對(duì)大數(shù)據(jù)的重視，維克托·邁爾-舍恩伯格在書(shū)中前瞻性地指出，大數(shù)據(jù)帶來(lái)的信息風(fēng)暴正在變革我們的生活、工作和思維，大數(shù)據(jù)開(kāi)啟了一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型，事實(shí)也確實(shí)如此。在隨后的2013年，有關(guān)數(shù)據(jù)可視化的典型應(yīng)用——學(xué)習(xí)儀表盤的研究蓬勃發(fā)展，這也正是本文的研究重點(diǎn)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用發(fā)展，可以給人類的生活帶來(lái)前所未有的量化維度，對(duì)于教育領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，可以給學(xué)生的學(xué)習(xí)、教師的教學(xué)以及教育管理者的工作帶來(lái)極大的便利。將聚類結(jié)果以內(nèi)容類別呈現(xiàn)，可以看出教育數(shù)據(jù)涉及眾多層面，主要分為三類：對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的教育知識(shí)數(shù)據(jù)可視化、對(duì)師生行為相關(guān)的教育數(shù)據(jù)可視化、以及對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)與主體行為融合的教育數(shù)據(jù)可視化。對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的教育知識(shí)數(shù)據(jù)可視化，可以向?qū)W生展示復(fù)雜知識(shí)的內(nèi)在特征與發(fā)展態(tài)勢(shì)，還可以結(jié)合深度學(xué)習(xí)等手段發(fā)掘其背后的潛在價(jià)值，即可以通過(guò)將分散的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的處理，幫助他們用結(jié)構(gòu)化的邏輯從整體到部分分層思考。所以，對(duì)教育數(shù)據(jù)可視化分析可以培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知策略和思維能力。對(duì)師生行為相關(guān)的教育數(shù)據(jù)可視化，比如用圖表展現(xiàn)師生課堂行為分布、學(xué)生課堂行為表現(xiàn)以及學(xué)生成績(jī)變化，可以幫助教師快速清晰地了解學(xué)生知識(shí)掌握情況、學(xué)習(xí)變化趨勢(shì)等，同時(shí)還可以讓教師反思其教學(xué)設(shè)計(jì)，并據(jù)此對(duì)教學(xué)工作做出改進(jìn)和優(yōu)化。所以，對(duì)教育數(shù)據(jù)可視化分析可以幫助教師進(jìn)行深度反思和教學(xué)問(wèn)題改進(jìn)。對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)與主體行為融合的教育數(shù)據(jù)可視化，可以幫助學(xué)校教學(xué)管理者查看學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和教師教學(xué)水平，促進(jìn)教師對(duì)教學(xué)工作的優(yōu)化和改進(jìn)，從而提升學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)與就業(yè)技能，同時(shí)促進(jìn)教師的職業(yè)發(fā)展，并提升院校教學(xué)管理效能。而對(duì)全國(guó)教育數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，可以幫助教育決策者快速聚焦于某一領(lǐng)域的突出問(wèn)題，經(jīng)過(guò)及時(shí)討論和協(xié)商，制定相關(guān)教育決策，提高執(zhí)行效率。

四、教育數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用載體——學(xué)習(xí)儀表盤

學(xué)習(xí)儀表盤也稱數(shù)字化學(xué)習(xí)儀表盤，是一類智能化、集成化的典型在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其集成了可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的教育價(jià)值。在線學(xué)習(xí)容易實(shí)現(xiàn)師生之間一對(duì)一交流，充分尊重學(xué)生個(gè)性，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，學(xué)生可以不受時(shí)間、地點(diǎn)和空間的限制隨時(shí)與老師進(jìn)行互動(dòng)。在線學(xué)習(xí)同樣也存在很多缺陷，比如缺乏人性化的溝通。網(wǎng)絡(luò)人為地拉大了人與人之間的距離，同時(shí)阻礙了直接情感交流，在線學(xué)習(xí)的師生、生生之間缺乏及時(shí)有效的情感交流。普通的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)中存在缺少“人性交互”的問(wèn)題，學(xué)習(xí)儀表盤利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以打開(kāi)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中的“黑匣子”，有利于教與學(xué)，同時(shí)能促進(jìn)自我意識(shí)、自我反思、自我行為監(jiān)控和學(xué)情追蹤，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的高階思維能力，進(jìn)而幫助教師優(yōu)化和設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程[20]。

學(xué)習(xí)者經(jīng)過(guò)意識(shí)、自我反思到意義構(gòu)建，然后影響自身學(xué)習(xí)，形成一種意識(shí)后又進(jìn)入下一輪循環(huán)，學(xué)習(xí)儀表盤構(gòu)建的正是這樣一種反饋型學(xué)習(xí)機(jī)制。大數(shù)據(jù)的價(jià)值被發(fā)現(xiàn)后，教育大數(shù)據(jù)的價(jià)值也被逐漸挖掘。張悅在其文章中指出現(xiàn)代課堂的重要標(biāo)志就是用數(shù)據(jù)來(lái)讀懂學(xué)生[21]，而學(xué)習(xí)儀表盤就是利用在線課堂生成的教育大數(shù)據(jù)來(lái)讀懂每個(gè)學(xué)生，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)。學(xué)習(xí)儀表盤的數(shù)據(jù)可視化過(guò)程分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析處理以及數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)儀表盤針對(duì)的對(duì)象分為學(xué)生、教師以及學(xué)生和教師。

第一類服務(wù)對(duì)象主要為學(xué)生，比如Khan Academy。這類學(xué)習(xí)儀表盤的數(shù)據(jù)來(lái)源主要有登錄時(shí)間、頻次、練習(xí)和測(cè)試、學(xué)習(xí)進(jìn)度。Khan Academy于2013年9月推出數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)儀表盤，記錄每個(gè)學(xué)生看視頻的時(shí)間，花費(fèi)時(shí)間比較多的單元章節(jié)和做錯(cuò)的題目等數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，作為補(bǔ)充教學(xué)依據(jù)。該學(xué)習(xí)儀表盤把教學(xué)內(nèi)容精細(xì)地切割為上百個(gè)知識(shí)點(diǎn)，用小格組成“任務(wù)進(jìn)度”圖，每個(gè)小格代表一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并鏈接到相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，用顏色深淺表示學(xué)習(xí)者對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，學(xué)習(xí)者可以自行選擇符合個(gè)人學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)習(xí)路徑和知識(shí)點(diǎn)[22]。

Duolingo學(xué)習(xí)儀表盤用樹(shù)圖形象化地表現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)進(jìn)度，以及學(xué)習(xí)者當(dāng)前已有的知識(shí)構(gòu)架[23]。用樹(shù)圖呈現(xiàn)出當(dāng)前的學(xué)科體系及學(xué)習(xí)任務(wù)，展示學(xué)習(xí)者的個(gè)人知識(shí)架構(gòu)，提高學(xué)習(xí)者的元學(xué)習(xí)能力。此外，Duolingo還融入了各種游戲體驗(yàn)，借此激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)習(xí)者能夠堅(jiān)持學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教育一直追求的快樂(lè)學(xué)習(xí)。

此類學(xué)習(xí)分析儀表盤的功能大多為學(xué)生定制，登錄時(shí)間和登錄頻次一般用條形圖或折線圖，直觀地展示學(xué)習(xí)者每天的學(xué)習(xí)時(shí)間，一段時(shí)間內(nèi)的學(xué)習(xí)時(shí)間波動(dòng)趨勢(shì)。學(xué)習(xí)進(jìn)度用于顯示個(gè)人的學(xué)習(xí)效率，練習(xí)和測(cè)試用于幫助學(xué)習(xí)者測(cè)試學(xué)習(xí)效果等。

第二類服務(wù)對(duì)象主要為教師，學(xué)習(xí)儀表盤有Moodle、Teacher ADVisor等等。其中Moodle是一個(gè)開(kāi)源課程管理系統(tǒng)(CMS)，又稱為學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)。教師頁(yè)面在系統(tǒng)頂部顯示有關(guān)課程的一些數(shù)據(jù)：課程的縮寫和全名，學(xué)生人數(shù)等的名稱，以及他們的電話號(hào)碼和電子郵件。左上方最明顯的區(qū)域以圖表顯示出勤率和提交的作業(yè)情況。在右上方，一個(gè)大區(qū)域用于詳細(xì)展示每個(gè)學(xué)生當(dāng)前狀態(tài)和未來(lái)預(yù)測(cè)情況。出勤率、作業(yè)成績(jī)、測(cè)驗(yàn)、期中考試和當(dāng)前最終成績(jī)的數(shù)據(jù)均用圖表和數(shù)字可視化呈現(xiàn)。教師可以在警報(bào)圖標(biāo)的幫助下發(fā)現(xiàn)需要注意的學(xué)生，比如作業(yè)成績(jī)較低或者考勤稀少的情況[24]。

Class View學(xué)習(xí)儀表盤主要由六個(gè)主要信息區(qū)組成：學(xué)生徽章矩陣、隨時(shí)間變化的活動(dòng)/徽章、活動(dòng)清單、活動(dòng)詳細(xì)信息字段、徽章概述和過(guò)濾區(qū)域。學(xué)生徽章矩陣橫軸上顯示學(xué)生姓名，縱軸顯示授予學(xué)生的徽章次數(shù)，圓圈越大表示徽章次數(shù)越多。隨時(shí)間變化的活動(dòng)視圖包含五個(gè)圖表，顯示學(xué)生的總活動(dòng)量、博客文章、博客評(píng)論和推文，此區(qū)域內(nèi)的條形圖還可以互動(dòng)，單擊可更新活動(dòng)列表。活動(dòng)詳細(xì)信息字段顯示連接到活動(dòng)的內(nèi)容，徽章概述則是獲獎(jiǎng)徽章的另一種可視化，便于學(xué)生或小組比較。過(guò)濾區(qū)域中有多個(gè)過(guò)濾選項(xiàng)，可以從列表中選擇學(xué)生并分配Set 1(藍(lán)色)和Set 2(紅色)，其中時(shí)間滑塊允許用戶修改儀表板上顯示數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍[25]。

Course Vis是一種從課程管理系統(tǒng)獲取跟蹤數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式的工具。CourseVis系統(tǒng)生成便于課程教師探索的圖形圖表，以檢查遠(yuǎn)程學(xué)生的社交、認(rèn)知和行為等方面，通過(guò)處理和圖像化表示CMS收集的數(shù)據(jù)來(lái)幫助教師了解學(xué)習(xí)者的需求并有效地管理遠(yuǎn)程課程。CourseVis收集在線遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)課程的學(xué)生行為記錄，包括所訪問(wèn)頁(yè)面的歷史記錄、學(xué)生每次測(cè)驗(yàn)收到的信息以及發(fā)布到論壇的消息等。教師可以通過(guò)查看由學(xué)生的姓名和課程日期組成的簡(jiǎn)單矩陣了解全球?qū)W生對(duì)課程的訪問(wèn)情況，矩陣明確顯示出了模式和趨勢(shì)，以幫助教師了解遠(yuǎn)程學(xué)生的具體學(xué)習(xí)行為。CourseVis在遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中可能存在的一種作用是幫助教師識(shí)別需要注意的個(gè)體，發(fā)現(xiàn)距離群體的模式和趨勢(shì)，并反思他們自身的教學(xué)實(shí)踐[26]。

這類教師用儀表盤的數(shù)據(jù)來(lái)源有文檔和工具使用情況、社會(huì)交互、產(chǎn)生式資源、學(xué)生的活動(dòng)情況、肢體動(dòng)作、登陸次數(shù)、在線時(shí)間、練習(xí)和測(cè)試。教師通過(guò)登錄時(shí)間和頻次查看個(gè)別學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間情況，還可以矩陣散點(diǎn)圖了解整個(gè)班級(jí)的學(xué)習(xí)情況。通過(guò)學(xué)生的活動(dòng)和社會(huì)交互情況了解學(xué)生之間的人際交流，通過(guò)練習(xí)和測(cè)試的結(jié)果確定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，肢體動(dòng)作則可用于分析學(xué)習(xí)者的心理活動(dòng)，學(xué)習(xí)實(shí)際掌握情況等。這些數(shù)據(jù)分別以表格、條形圖、社會(huì)關(guān)系網(wǎng)圖、表矩陣、指針圖等來(lái)可視化顯示。

第三類為教師和學(xué)生共同服務(wù)的學(xué)習(xí)儀表盤，通過(guò)不同的登錄入口或設(shè)置權(quán)限來(lái)區(qū)分教師和學(xué)生，比如快樂(lè)學(xué)、SAM等?？鞓?lè)學(xué)旨在幫助老師提高教學(xué)效率，同時(shí)幫助學(xué)生診斷學(xué)習(xí)難點(diǎn)，快速提升學(xué)習(xí)成績(jī)并增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的自信心?？鞓?lè)學(xué)包括四個(gè)模塊：知識(shí)模型、優(yōu)質(zhì)內(nèi)容、智能引擎和知識(shí)足跡。智能引擎是整個(gè)平臺(tái)的核心，它從學(xué)習(xí)要點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力等多個(gè)維度挖掘與學(xué)習(xí)需求相匹配的學(xué)習(xí)資源[27]，給學(xué)生推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，逐個(gè)排除學(xué)習(xí)難點(diǎn)[28]。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)完某個(gè)章節(jié)后，知識(shí)足跡模塊將從題庫(kù)里挑選出同類型的優(yōu)質(zhì)題目推送給學(xué)生，以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。待學(xué)生練習(xí)完后，再將他們的練習(xí)結(jié)果與學(xué)科知識(shí)模型進(jìn)行比對(duì)，便可映射出學(xué)生的知識(shí)足跡，從而找出學(xué)生自身知識(shí)結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)督促用戶進(jìn)行自我診斷練習(xí)。系統(tǒng)還可以生成個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，學(xué)生通過(guò)進(jìn)行針對(duì)性的練習(xí)能將單位時(shí)間內(nèi)的學(xué)習(xí)效率最大化[29]?？鞓?lè)學(xué)為不同的需求提供了不同的入口，比如學(xué)生入口的頁(yè)面主要顯示學(xué)生在練習(xí)過(guò)程中的錯(cuò)題類型與數(shù)量，系統(tǒng)可據(jù)此生成針對(duì)個(gè)人盲點(diǎn)的錯(cuò)題本，幫助學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化和提高。教師頁(yè)面可支持師生間一對(duì)一地進(jìn)行交互，幫助實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。家長(zhǎng)進(jìn)入系統(tǒng)后可看到學(xué)生的總體學(xué)習(xí)指數(shù)，頁(yè)面根據(jù)學(xué)生具體練習(xí)情況顯示關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，基于此家長(zhǎng)能夠有效地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

SAM(Student Activity Monitor)學(xué)生活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于支持學(xué)習(xí)者的自我監(jiān)控和教師的教學(xué)意識(shí)，該系統(tǒng)收集四個(gè)方面的數(shù)據(jù)：課程花費(fèi)的總時(shí)間，平均瀏覽文檔的時(shí)間，下載使用的文件數(shù)量和學(xué)生工作的平均時(shí)間[30]。用條形圖、統(tǒng)計(jì)圖、折線圖等來(lái)可視化相關(guān)數(shù)據(jù)。

這類儀表盤的數(shù)據(jù)來(lái)源就包括學(xué)生用儀表盤和教師用儀表盤的所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集的重點(diǎn)是文檔與工具的使用情況和產(chǎn)生式資源，比如某種功能的使用頻率，文檔的下載情況和瀏覽時(shí)間等。這類數(shù)據(jù)的可視化方式也是一些基本的圖表：柱狀圖、餅狀圖、標(biāo)簽云等，此外還有時(shí)間線圖。

本文收集了23個(gè)學(xué)習(xí)儀表盤，它們的服務(wù)對(duì)象及可視化方法多種多樣，其中有10(43.49%)個(gè)主要服務(wù)教師，8(34.78%)個(gè)主要服務(wù)于學(xué)生，還有5(21.74%)個(gè)同時(shí)為教師和學(xué)生服務(wù)。收集的數(shù)據(jù)來(lái)源一般都有登錄次數(shù)、登錄時(shí)間、瀏覽時(shí)間、文檔下載和使用情況等，不同的儀表盤還有一些各自特別的數(shù)據(jù)，有的系統(tǒng)還會(huì)收集社會(huì)交互情況、產(chǎn)生式資源、肢體動(dòng)作、面部表情等，用于分析學(xué)習(xí)者的心理變化情況等。不同的在線系統(tǒng)收集的信息維度和數(shù)據(jù)分析的深度也不同，一般來(lái)說(shuō)都會(huì)收集登錄次數(shù)、在線時(shí)間等一些基礎(chǔ)元信息，相對(duì)應(yīng)的就用一些條形圖、折線圖基本圖表來(lái)可視化登錄頻率、在線時(shí)間等，其中一些儀表盤會(huì)基于收集的社會(huì)交互、眼動(dòng)追蹤信息等來(lái)發(fā)掘?qū)W習(xí)者的興趣愛(ài)好、個(gè)人偏好、性格特點(diǎn)等深層次的信息。通常用一些圖形和圖表來(lái)可視化學(xué)習(xí)者信息，一般有條形圖、折線圖、餅狀圖等，特別的還有信號(hào)燈、雷達(dá)圖、2D3D立體圖、氣泡散點(diǎn)圖、熱網(wǎng)格顯示、甘特圖以及圖表的組合使用等，還有用各種植物圖隱喻可視化，比如用一盆植株的生長(zhǎng)來(lái)意象化學(xué)習(xí)進(jìn)度。部分學(xué)習(xí)儀表盤嵌入了游戲元素，通過(guò)獲取禮物之類的方法來(lái)激勵(lì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，以保持學(xué)習(xí)的動(dòng)力，如可汗學(xué)院和Duolingo多國(guó)語(yǔ)言平臺(tái)在學(xué)習(xí)過(guò)程中嵌入了很多游戲人物和游戲術(shù)語(yǔ)，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)也能感受到玩游戲的興趣。不同的圖形圖表起到的可視化效果也不盡相同，具體要依據(jù)數(shù)據(jù)的類型、學(xué)習(xí)者或教師的個(gè)人風(fēng)格、要達(dá)到的目的或者要凸顯的重點(diǎn)而言。關(guān)于這一點(diǎn)，相關(guān)教育行業(yè)可制定基于在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、可視化的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，類似于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這樣教育數(shù)據(jù)可視化就有了參照模板，而不再是一種數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著合適或不合適的各式各樣的圖表。其中，可視化的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型和維度或者用戶的需求來(lái)制定。

表2 不同圖表的特點(diǎn)[31]

學(xué)習(xí)儀表盤能追蹤和記錄用戶各個(gè)維度的數(shù)據(jù)信息，并以可視化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，具有良好的視覺(jué)效果。基于對(duì)數(shù)據(jù)的分析和可視化，能支持多對(duì)象學(xué)習(xí)或工作。

于教師而言，學(xué)習(xí)儀表盤為教師提供了一個(gè)全面監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)者行為的平臺(tái)。教師通過(guò)這個(gè)平臺(tái)可以了解到學(xué)生各個(gè)維度的數(shù)據(jù)，如學(xué)生的登錄次數(shù)、在線時(shí)間、文檔的下載與使用情況、論壇討論情況、練習(xí)測(cè)試效果、個(gè)人進(jìn)展、學(xué)習(xí)風(fēng)格、情感體驗(yàn)等。何克抗教授的“大數(shù)據(jù)面面觀”一文中提到：大數(shù)據(jù)背景下可以建立起前所未有的學(xué)習(xí)預(yù)警系統(tǒng)[32]。通過(guò)這些信息，教師可以很容易地識(shí)別出處于危險(xiǎn)狀態(tài)的學(xué)生，這些信息就起到了預(yù)警的作用，教師及時(shí)給予有效干預(yù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)人指導(dǎo)和情感關(guān)懷，就能防止放棄學(xué)業(yè)，降低輟學(xué)率。學(xué)習(xí)儀表盤還可幫助教師進(jìn)行個(gè)性化地教學(xué)，實(shí)現(xiàn)因材施教。以往教師都是基于自身經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷學(xué)生，對(duì)于剛上崗的新教師來(lái)說(shuō)則是無(wú)處了解，而現(xiàn)在則可以借助學(xué)習(xí)儀表盤轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)據(jù)的分析。梁文鑫等人[33]就提出過(guò)類似的觀點(diǎn)：大數(shù)據(jù)促使教師的教學(xué)從經(jīng)驗(yàn)走向?qū)Ａ繑?shù)據(jù)的分析，從群體教育轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)習(xí)者的個(gè)性化教育。

于學(xué)習(xí)者而言，學(xué)習(xí)儀表盤為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)自我監(jiān)控的學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)習(xí)者通過(guò)這個(gè)平臺(tái)記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)能更好地感知自己的學(xué)習(xí)行為，有利于學(xué)習(xí)者本身進(jìn)行自我監(jiān)督學(xué)習(xí)，通過(guò)可視化的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)者還可以輕松得知自己的當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)，和班上其他人的差距，自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格，找到合適的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)方法，針對(duì)性地練習(xí)自己的薄弱環(huán)節(jié)，培養(yǎng)自己的元學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。平臺(tái)根據(jù)需要可推送相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，適合的學(xué)習(xí)路徑來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)的提高。用戶還可以方便地與其他人進(jìn)行在線溝通，提高社交能力，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的快樂(lè)，有目標(biāo)有計(jì)劃地自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)，自我認(rèn)知，增強(qiáng)約束力，消除孤立感。

對(duì)于家長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)儀表盤提供了一個(gè)監(jiān)管孩子學(xué)習(xí)的平臺(tái)，家長(zhǎng)通過(guò)這個(gè)平臺(tái)可全面了解孩子在學(xué)校的學(xué)習(xí)情況，不必向以前一樣需要頻繁去學(xué)校問(wèn)老師，了解自己孩子的學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)風(fēng)格以及學(xué)習(xí)習(xí)慣等，這樣就可以在合適的時(shí)機(jī)實(shí)施有效干預(yù)，購(gòu)買合適的學(xué)習(xí)資料，還可以了解到班上其他學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于與自己的孩子比較分析，更好地幫助孩子學(xué)習(xí)。

對(duì)于研究者而言，以往的研究與實(shí)踐往往是分開(kāi)的，通過(guò)學(xué)習(xí)儀表盤的使用，研究者可以結(jié)合理論研究和教學(xué)實(shí)踐，深入了解學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，這樣便于發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題以便及時(shí)改善系統(tǒng)，修正理論上的錯(cuò)誤，同時(shí)產(chǎn)出相關(guān)科研成果，有利于更進(jìn)一步的深入研究。

對(duì)于教育管理者，他們一般關(guān)注的是宏觀層面的數(shù)據(jù)，比如整個(gè)年級(jí)、整個(gè)學(xué)校以及整個(gè)地區(qū)的教學(xué)質(zhì)量，通過(guò)區(qū)域間的教學(xué)質(zhì)量比較，有助于合理分配教學(xué)資源，平衡教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源分布，實(shí)現(xiàn)教育公平，整體提升教學(xué)質(zhì)量，基于現(xiàn)有的情況設(shè)置課程安排，提供決策參考。決策過(guò)程過(guò)于依賴經(jīng)驗(yàn)、缺乏數(shù)據(jù)的支撐，一直是教育界中頗受詬病的不足之處。在決策領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)時(shí)代電子數(shù)據(jù)以海量、多樣、高頻的方式爆炸性增長(zhǎng)，這就為決策者追蹤事物的發(fā)展過(guò)程并調(diào)整現(xiàn)行政策提供了可能性，而不再是之前那樣僅僅以經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。基于數(shù)據(jù)的教育決策還可以幫助學(xué)校、地區(qū)精確地制定發(fā)展計(jì)劃，提供改進(jìn)的途徑[34]，并通過(guò)數(shù)據(jù)的應(yīng)用構(gòu)建一種良性循環(huán)的校園文化[35]。

對(duì)于開(kāi)發(fā)方，學(xué)習(xí)儀表盤收集的反饋情況可有助于他們了解用戶的需求，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏洞以及不足之處，以便不斷改善系統(tǒng)性能優(yōu)化系統(tǒng)，擴(kuò)大應(yīng)用市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際需求的系統(tǒng)。

綜上所述，借助于儀表盤載體的教育數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用對(duì)各方都有益處，但同時(shí)也不可避免地存在一些弊端。其中最突出的問(wèn)題就是數(shù)據(jù)隱私保護(hù)，經(jīng)常有新聞報(bào)道某某學(xué)校學(xué)生數(shù)據(jù)泄露，家長(zhǎng)頻繁接到推銷電話，不堪其擾。其次，學(xué)生性格迥異，統(tǒng)一的可視化方法并不是所有人都受用，在設(shè)計(jì)可視化的同時(shí)應(yīng)注意到個(gè)性化問(wèn)題。數(shù)據(jù)有不同的來(lái)源、類型和維度，要想做到對(duì)學(xué)生情況的全面了解，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)應(yīng)該不僅僅是收集平臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)，還應(yīng)融合外部數(shù)據(jù)，如面部表情、腦電之類的生物數(shù)據(jù)。針對(duì)不同類型不同維度的數(shù)據(jù)，應(yīng)該用多種可視化方法去解讀，給用戶可選的權(quán)利，提供更人性化的服務(wù)。此外，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，未來(lái)對(duì)平臺(tái)及可視化技術(shù)的要求會(huì)越來(lái)越高，科技要做到與時(shí)俱進(jìn)。

表3 多對(duì)象支持

五、教育數(shù)據(jù)可視化的未來(lái)發(fā)展

教育大數(shù)據(jù)的可視化涉及到方方面面，尤其是作為典型應(yīng)用的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，涉及到數(shù)據(jù)的來(lái)源收集、在線平臺(tái)的構(gòu)建、可視化技術(shù)、學(xué)習(xí)者隱私等一系列問(wèn)題。

(一)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)

教育大數(shù)據(jù)對(duì)教育發(fā)展有著潛在價(jià)值的同時(shí)，也存在潛在的隱私風(fēng)險(xiǎn)。教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用需要注意風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)意識(shí)。政府方面可以訂制相關(guān)法律法規(guī)來(lái)約束教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，形成學(xué)生數(shù)據(jù)隱私的立體保護(hù)體系，力求在大數(shù)據(jù)運(yùn)用和隱私保護(hù)這兩點(diǎn)間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。美國(guó)政府針對(duì)此類學(xué)生數(shù)據(jù)隱私侵犯問(wèn)題，通過(guò)了立法和政策引導(dǎo)以及行業(yè)協(xié)會(huì)的自律性政策，基本構(gòu)建起大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)法規(guī)體系，運(yùn)作方面也形成了數(shù)據(jù)隱私治理體系[36]。除了數(shù)據(jù)隱私風(fēng)險(xiǎn)外，大數(shù)據(jù)應(yīng)用存在的風(fēng)險(xiǎn)在人工智能技術(shù)自身、利益相關(guān)主體的問(wèn)責(zé)等問(wèn)題上面臨數(shù)據(jù)與算法的缺陷，影響教育大數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的挖掘，這些問(wèn)題都需要教育者正視并注重[37]。Johnson于2014年闡述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在高等教育領(lǐng)域存在的倫理道德問(wèn)題和社會(huì)挑戰(zhàn)，并提出應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)應(yīng)保持審慎的態(tài)度，這樣才能保證數(shù)據(jù)挖掘的科學(xué)性和規(guī)范性。

(二)關(guān)注個(gè)人學(xué)習(xí)風(fēng)格

世界上并沒(méi)有放之四海皆準(zhǔn)的道理，數(shù)據(jù)可視化也同樣如此。并非所有的數(shù)據(jù)可視化都面向同樣的用戶，因此把握好服務(wù)對(duì)象非常關(guān)鍵。不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格是各不相同的，對(duì)于學(xué)習(xí)積極性高的學(xué)生不需要系統(tǒng)給予太多提示和干預(yù)甚至是入侵式地提醒，這類學(xué)習(xí)者一般都會(huì)主動(dòng)完成自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，積極探索自己的需求，有計(jì)劃地追求高目標(biāo)高質(zhì)量的學(xué)習(xí)。如果系統(tǒng)提供太多干預(yù)可能會(huì)引起他們的反感或不適，特別是當(dāng)系統(tǒng)給出的提示不符合學(xué)習(xí)者個(gè)人的學(xué)習(xí)習(xí)慣時(shí)，更會(huì)引起學(xué)習(xí)者的不滿。而對(duì)于學(xué)習(xí)主動(dòng)性低的學(xué)生，系統(tǒng)的提示才有可能起到積極的正面效果。東北師范大學(xué)的姜強(qiáng)教授在其“基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析儀表盤研究”一文的研究中發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)儀表盤對(duì)成績(jī)?nèi)跻恍┑膶W(xué)生作用效果更好。這一研究結(jié)果證實(shí)了在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)機(jī)性不強(qiáng)的學(xué)生作用效果會(huì)更好一些。對(duì)于這一點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)該有自適應(yīng)的學(xué)習(xí)功能。如果系統(tǒng)檢測(cè)到學(xué)習(xí)者經(jīng)常登錄網(wǎng)站學(xué)習(xí)，做一些練習(xí)、測(cè)驗(yàn)，并積極主動(dòng)地下載瀏覽學(xué)習(xí)資源時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該降低干預(yù)度，反之則應(yīng)該提高系統(tǒng)的干預(yù)度。其次，不同的學(xué)習(xí)者有著不同的視覺(jué)偏好，同一種數(shù)據(jù)，有的人可能喜歡柱狀圖表示，有的人可能對(duì)直方圖比較受用，系統(tǒng)對(duì)于同一種數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能用多種合適的可視化方法展示，供用戶自行選擇。只有充分考慮到學(xué)生的個(gè)人性格特征，系統(tǒng)才能做到智能化地因材施教，最大化地貼近用戶的需求。關(guān)于學(xué)生個(gè)人數(shù)據(jù)對(duì)外是否公開(kāi)的問(wèn)題，這個(gè)要看學(xué)生自己的意愿，優(yōu)秀的學(xué)生或許更愿意公開(kāi)自己的學(xué)習(xí)情況，但學(xué)習(xí)較差的學(xué)生卻不一定想讓別人知道自己的情況，和同伴進(jìn)行比較也是能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的，但比較卻不一定要暴露，關(guān)于這一點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)該要給與個(gè)人選擇的權(quán)利，個(gè)人可以有選擇地公開(kāi)個(gè)人數(shù)據(jù)。其次，用戶界面的顏色和字體可能會(huì)影響到呈現(xiàn)的視覺(jué)效果，因此儀表盤在可視化時(shí)可以對(duì)視覺(jué)表征方面進(jìn)一步細(xì)化。例如用戶可以根據(jù)自己的偏好來(lái)調(diào)整視覺(jué)表示，這需要儀表盤具有用戶控件的高度交互功能，允許可視化的個(gè)性化，用戶可調(diào)節(jié)字體、顏色、飽和度、亮度、大小、標(biāo)簽、紋理等屬性。

(三)數(shù)據(jù)可視化發(fā)展方向

大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)日益豐富，數(shù)據(jù)量更是以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，如此數(shù)據(jù)分析的速率必須能夠跟上數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速率才能適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展需求。新型的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)必須滿足互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)的大數(shù)據(jù)需求，應(yīng)該能夠快速地收集、篩選并分析和總結(jié)出決策者所需要的信息，還能根據(jù)新增的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，這樣才能滿足用戶的需求。未來(lái)的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)該朝著高度交互式的動(dòng)態(tài)可視化發(fā)展，交互的意思是用戶可以通過(guò)硬件設(shè)備如鼠標(biāo)或鍵盤和計(jì)算機(jī)進(jìn)行互動(dòng)，動(dòng)態(tài)就是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互后能實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的快速刷新，比如用戶通過(guò)改變數(shù)值來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)某一領(lǐng)域的趨勢(shì)情況，系統(tǒng)應(yīng)該能快速把新的數(shù)據(jù)作為輸入顯示出變化后的實(shí)時(shí)的可視化數(shù)據(jù)圖形或圖表。這個(gè)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求會(huì)比較高，不過(guò)隨著科技的進(jìn)步相信未來(lái)都能夠?qū)崿F(xiàn)。

(四)關(guān)注用戶反饋情況

一般研究只關(guān)注如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，如何展現(xiàn)更好的可視化效果問(wèn)題。這個(gè)研究層次僅僅停留在怎樣去做的點(diǎn)上，很少有追蹤用戶使用系統(tǒng)后的反響情況如何，學(xué)生是否如我們預(yù)期的那樣感受到了可視化的效果，教師又是否有感覺(jué)到可視化技術(shù)給教學(xué)帶來(lái)的益處，以及不同數(shù)據(jù)可視化方法帶來(lái)的效果之間的差別問(wèn)題，也就是探索可視化的一般規(guī)律或規(guī)范問(wèn)題，探討不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的可視化方法以及不同性格的人對(duì)圖形視覺(jué)的偏好問(wèn)題，這些都是未來(lái)的在線平臺(tái)進(jìn)行可視化時(shí)需要注意的問(wèn)題。如能發(fā)現(xiàn)可視化的一般規(guī)律以及不同性格的人的可視化效果偏好問(wèn)題，這將有助于未來(lái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化工作做地更好，更貼近于人性化的服務(wù)，如此用戶的體驗(yàn)感會(huì)更好。系統(tǒng)可以內(nèi)置問(wèn)卷調(diào)查模塊，用于收集用戶對(duì)系統(tǒng)的看法和建議，基于問(wèn)卷數(shù)據(jù)分析用戶的偏好，有利于系統(tǒng)的進(jìn)一步完善。

(五)關(guān)注學(xué)生線下數(shù)據(jù)

目前的教育數(shù)據(jù)可視化的數(shù)據(jù)來(lái)源一般都是學(xué)生的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，是基于電子設(shè)備存儲(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)方便收集，也方便利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行可視化分析。但是學(xué)習(xí)更多的發(fā)生在線下環(huán)境中，放眼中小學(xué)校，學(xué)生大部分時(shí)間是進(jìn)行線下學(xué)習(xí)如坐在教室里聽(tīng)課，線下學(xué)習(xí)則包含了學(xué)生的面部表情、肢體動(dòng)作以及學(xué)習(xí)環(huán)境等數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)也能反映或影響學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在儀表盤的背景下，如若能把這些線下數(shù)據(jù)和線上數(shù)據(jù)集成起來(lái)，線上線下結(jié)合分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，增強(qiáng)儀表盤反饋的效度，則可以更準(zhǔn)確地捕獲學(xué)習(xí)者的當(dāng)前狀況，從而更好地幫助學(xué)習(xí)者提升學(xué)習(xí)成績(jī)[38]。比如近期一些研究顯示，人們對(duì)探索從各種可穿戴傳感器和音頻視頻流收集的生物反饋的多模態(tài)數(shù)據(jù)越來(lái)越感興趣[39]。國(guó)內(nèi)已有試點(diǎn)學(xué)校用攝像頭來(lái)捕捉學(xué)生的面部表情，分析學(xué)生的上課認(rèn)真程度，但由于各種因素，現(xiàn)今還未能推廣開(kāi)來(lái)。因此，未來(lái)的學(xué)習(xí)分析儀表盤需要具備可擴(kuò)展性功能，收集從各種來(lái)源、各種數(shù)據(jù)格式的大量實(shí)時(shí)的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)(如可穿戴傳感器的數(shù)據(jù))，并對(duì)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合分析。

六、總 結(jié)

數(shù)據(jù)的采集、提取和理解是人類感知和認(rèn)識(shí)世界的基本途徑之一，數(shù)據(jù)可視化為人類洞察數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、理解數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的規(guī)律提供了重要的手段。隨著數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，大數(shù)據(jù)的分析、挖掘與可視化已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的迫切需求[40]。自大數(shù)據(jù)時(shí)代的興起以來(lái)，用在線學(xué)習(xí)平臺(tái)來(lái)輔助教育教學(xué)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。利用在線系統(tǒng)和可視化技術(shù)，可真正實(shí)現(xiàn)因材施教，而這是教育領(lǐng)域一直存在的一個(gè)痛點(diǎn)問(wèn)題，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)及可視化技術(shù)的出現(xiàn)可在一定程度上緩解這個(gè)問(wèn)題。雖然目前國(guó)內(nèi)的知名在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)數(shù)目不多，但隨著Khan Academy、雨課堂等眾多在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的興起，國(guó)內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)更多的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，用以輔助教育教學(xué)，引領(lǐng)教育發(fā)展的潮流。本文大致梳理了數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展歷史和來(lái)源，重點(diǎn)介紹了教育數(shù)據(jù)可視化的研究熱點(diǎn)即國(guó)內(nèi)外二十多種學(xué)習(xí)儀表盤，從數(shù)據(jù)的選取、數(shù)據(jù)處理、可視化方法、受益對(duì)象多角度分析在線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化，最后提出了在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)可視化過(guò)程中存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)使得教師的教學(xué)有跡可循、有據(jù)可依，是未來(lái)的教育基礎(chǔ)，相信今后數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)逐漸深入并逐步擴(kuò)大，幫助實(shí)現(xiàn)教育質(zhì)量質(zhì)的飛躍。