摘? 要：針對目前高校課堂教學(xué)過程性評價工具存在評價結(jié)果缺乏共享、實(shí)時反饋和評價內(nèi)容缺乏整合和可視化功能的問題，文章利用Hadoop大數(shù)據(jù)離線分析框架和EChart數(shù)據(jù)可視化工具，設(shè)計了基于大數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)過程性評價可視化平臺，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程中大數(shù)據(jù)的采集、處理、可視化分析和應(yīng)用，為開展教學(xué)過程性評價和教育教學(xué)改革提供便利，具有較高的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；過程性評價；Hadoop；大數(shù)據(jù)；可視化

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）08-0012-04

Abstract： Aiming at the problems of lack of sharing of evaluation results， real-time feedback and lack of integration and visualization of evaluation content in the current university classroom teaching process evaluation tools， this paper uses the Hadoop big data offline analysis framework and the EChart data visualization tool to design a visualization platform for classroom teaching process evaluation based on big data， which realizes the collection， processing， visual analysis and application of big data in the teaching process. It provides convenience for carrying out teaching process evaluation and teaching reform， and has high practicability.

Keywords： classroom teaching; process evaluation; Hadoop; big data; visualization

0? 引? 言

當(dāng)前高校課堂教學(xué)過程性評價仍是采用以承擔(dān)著教學(xué)互動和總結(jié)性評價為主的信息化教學(xué)工具，評價結(jié)果只能由任課教師查看，課后反饋給教輔老師，導(dǎo)致在學(xué)生教育和管理上存在一定的滯后性。隨著學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的不斷增加，評價數(shù)據(jù)的處理和理解變得復(fù)雜。當(dāng)今，大數(shù)據(jù)已被廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，可為教師開展教育教學(xué)評價提供有力的數(shù)據(jù)支撐，大數(shù)據(jù)的處理和可視化分析為課堂教學(xué)過程性評價提供新的途徑。

1? 課堂教學(xué)過程性評價工具存在的問題

通過比較分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)通、藍(lán)墨云和雨課堂都已具備考勤簽到、作業(yè)提交和批改等功能，能自動完成人工計算、整合評價，極大地降低了教師的工作量，但是在課堂教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)過程性評價工具功能的實(shí)用性不足。

1.1? 缺乏評價結(jié)果共享和實(shí)時反饋功能

目前的教學(xué)工具中出現(xiàn)的彈幕、截屏、標(biāo)記收藏等功能使用頻率較低，課堂教學(xué)中收集的缺勤率、作業(yè)完成率等評價結(jié)果無法共享以及實(shí)時反饋給教輔人員；任課教師對學(xué)生生源背景、歷史成績、獲獎或懲處等背景知之甚少，難以開展對學(xué)生的全面評價；任課教師和教輔人員之間缺乏溝通交流，無法對學(xué)習(xí)出現(xiàn)異常的學(xué)生進(jìn)行及時的干預(yù)。

1.2? 缺乏評價內(nèi)容整合和可視化功能

不同教學(xué)情境下過程評價內(nèi)容呈現(xiàn)多樣性，學(xué)習(xí)動力、態(tài)度和價值觀等作為過程性考核的主要維度，未能整合到教學(xué)工具中。隨著學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷增大，評價數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計需要投入大量人工；過程評價數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜，晦澀難懂的評價數(shù)據(jù)增加了教師教學(xué)評價的難度。

本文以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院為例，研究利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)具有評價內(nèi)容整合功能，可進(jìn)行教學(xué)互動和過程評價，評價結(jié)果轉(zhuǎn)為可視化圖形，實(shí)時反饋給任課老師與其他教輔老師，實(shí)現(xiàn)信息共享的可視化系統(tǒng)。

2? 課堂教學(xué)過程評價大數(shù)據(jù)可視化平臺設(shè)計

平臺的實(shí)現(xiàn)需要對課堂教學(xué)過程評價的業(yè)務(wù)進(jìn)行詳盡的分析，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計平臺功能模塊，結(jié)合技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2.1? 課堂教學(xué)過程評價業(yè)務(wù)流程

過程性評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中每一階段的痕跡數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、計算[1]。過程評價的主要業(yè)務(wù)流程包括簽到、資源、測驗(yàn)、討論、作業(yè)等教學(xué)活動（任務(wù)）的發(fā)布，學(xué)生完成教學(xué)活動，教師進(jìn)行學(xué)習(xí)過程評價內(nèi)容添加和比例設(shè)置，如圖1所示。

過程評價的數(shù)據(jù)來源于教學(xué)互動的教學(xué)活動（任務(wù)），先由任課教師發(fā)布教學(xué)活動，學(xué)生完成教學(xué)活動后，教師選取開展的教學(xué)活動設(shè)計評價內(nèi)容和評價比例完成過程評價。

2.2? 課堂教學(xué)過程評價平臺功能需求分析

過程評價平臺設(shè)計相應(yīng)的模塊收集數(shù)據(jù)，評價維度依據(jù)學(xué)院對過程評價的實(shí)際要求和“以學(xué)生為中心”的過程性評價體系的指標(biāo)而設(shè)計，以可視化圖形顯示評價結(jié)果[1]。通過問卷調(diào)查，收集有關(guān)平臺評價和可視化功能需求的問卷110份，整理出核心功能需求，如表1所示。

通過對問卷調(diào)查結(jié)果的分析得出，過程性評價平臺的設(shè)計需要滿足具有教學(xué)互動、過程評價和可視化的核心功能，學(xué)習(xí)動力和情感價值觀屬于定性評價的維度，設(shè)計量表后發(fā)放問卷由學(xué)生自評，評價結(jié)果整合到客戶端以相應(yīng)的可視化圖形進(jìn)行展示。平臺組成層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括用戶登錄、教學(xué)活動、過程評價、用戶管理四個模塊。

在平臺設(shè)計中，按照課堂教學(xué)過程“課前、課中、課后”三個階段分別設(shè)計教學(xué)互動功能模塊。課前預(yù)習(xí)與學(xué)習(xí)資源發(fā)布到“資源”模塊，課中教學(xué)互動問題和回答在“討論”模塊完成，課中用于檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的測試題上傳到“測驗(yàn)”模塊，課后復(fù)習(xí)和練習(xí)的資料發(fā)布到“作業(yè)”模塊，學(xué)習(xí)動力和情感、價值觀等難以量化的評價則通過“問卷”模塊收集數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫存儲了教學(xué)活動所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為評價結(jié)果可視化提供數(shù)據(jù)支撐。過程評價結(jié)果由任課教師設(shè)置評價內(nèi)容和比例，或輸出評價結(jié)果可視化圖形，任課教師和教輔人員共享評價信息。任課教師可通過可視化評價結(jié)果全面分析學(xué)情，了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，實(shí)時調(diào)整教學(xué)計劃并實(shí)施個性化教學(xué)策略；教輔人員可通過可視化評價結(jié)果了解學(xué)生的學(xué)習(xí)出勤、作業(yè)完成情況，其中輔導(dǎo)員要注重了解學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和思想上的變化等，進(jìn)而對學(xué)生開展思想政治教育。

2.3? 基于Hadoop的過程評價大數(shù)據(jù)處理流程

隨著平臺使用班級的不斷增加，存儲和處理數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的單機(jī)模式已無法滿足處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的速度和存儲量要求。關(guān)于大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理方法多種多樣，其中Hadoop技術(shù)是最為成熟的一種，HDFS分布式存儲和MapReduce分布式離線并行計算框架使其在大數(shù)據(jù)分析處理領(lǐng)域備受關(guān)注[2]。

平臺采用Hadoop的大數(shù)據(jù)離線分析技術(shù)，數(shù)據(jù)處理流程主要分為采集數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)、分析挖掘數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)可視化，如圖3所示。

采集來自課堂教學(xué)過程評價系統(tǒng)以及其他與過程性評價有關(guān)的測評數(shù)據(jù)，經(jīng)過整合后加入到過程性評價數(shù)據(jù)倉庫。測驗(yàn)、作業(yè)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲在課堂教學(xué)過程評價系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，直接利用Sqoop把數(shù)據(jù)遷移到HDFS中；對于來自課堂教學(xué)監(jiān)控視頻、網(wǎng)頁爬取等半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的測評數(shù)據(jù)，通過編寫Java代碼操作Hadoop API接口，把數(shù)據(jù)傳送至HDFS文件系統(tǒng)[3]。

利用ETL工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換、去噪聲等預(yù)處理。例如使用Jave語言操作MapReduce，根據(jù)日期從HDFS中獲取數(shù)據(jù)并根據(jù)要求篩除不合格的數(shù)據(jù)，將符合要求的數(shù)據(jù)存儲在HBase數(shù)據(jù)倉庫的表中以備分析之用。通過Hive進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，首先需整合Hive和HBase，利用Hive創(chuàng)建HBase對應(yīng)的映射表，如表2所示。

通過Hive從HBase中獲取數(shù)據(jù)整合進(jìn)行分析，例如將時間戳轉(zhuǎn)換為所需格式的時間，如表3所示。整合數(shù)據(jù)完成后準(zhǔn)備HQL腳本對學(xué)生行為、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（包括統(tǒng)計分析、分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析等），分析結(jié)果通過Sqoop輸出到MySQL數(shù)據(jù)庫中。為方便理解數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)頁技術(shù)和EChart工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可視化。

選擇CentOS7作為平臺開發(fā)操作系統(tǒng)，在IDEA平臺下進(jìn)行Java語言開發(fā)，選擇用于數(shù)據(jù)處理的Hadoop和用于數(shù)據(jù)存儲的MySQL，采用Tomcat服務(wù)器進(jìn)行部署，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以選擇IE/FireFox/Google/Chrome等，輸入IP或域名進(jìn)行訪問。

3? 課堂教學(xué)過程性評價大數(shù)據(jù)可視化平臺的實(shí)現(xiàn)

在Hive環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，采用類似于SQL的語句和數(shù)據(jù)函數(shù)完成統(tǒng)計分析；或者連接MySQL，根據(jù)可視化需求，通過SQL語句查詢并獲取數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)分析結(jié)果的展示可根據(jù)需要采用EChart或自定義可視化算法繪制折線圖、柱狀圖或熱點(diǎn)圖等可視化圖形。

3.1? 教學(xué)活動與共享反饋功能的實(shí)現(xiàn)

教學(xué)活動是過程性評價的前提，平臺整合了多個教學(xué)活動。任課教師創(chuàng)建課程后，在“簽到”模塊發(fā)布簽到活動及修改簽到狀態(tài)，在“工作”模塊發(fā)布作業(yè)、測驗(yàn)題、討論等教學(xué)活動，“測驗(yàn)”活動的界面如圖4所示。學(xué)生在一級菜單“查詢課程”后加入教師設(shè)置的課程，在“工作”模塊中完成教師發(fā)布的教學(xué)活動，在“簽到”模塊中點(diǎn)擊簽到完成教師發(fā)布的簽到任務(wù)。任課教師可在“成員”模塊中查詢學(xué)生的基本情況，在“可視化”模塊中查看學(xué)生完成教學(xué)活動的進(jìn)度。

考勤是課堂教學(xué)過程評價中“學(xué)習(xí)態(tài)度”評價的重要依據(jù)，任課教師和輔導(dǎo)員可以通過“請假”功能查看學(xué)生的請假時間和原因、請假審批結(jié)果，如圖5所示。任課老師和教輔人員可根據(jù)過程評價需求雙向反饋、共享部分信息，如任課教師向輔導(dǎo)員反饋學(xué)生請假、考勤、作業(yè)完成情況等信息，輔導(dǎo)員向任課老師提供學(xué)生基本信息、歷史成績、所獲榮譽(yù)和處分等，這樣的信息互通共享，也減少了信息反饋的滯后。

3.2? 學(xué)習(xí)過程評價可視化的實(shí)現(xiàn)

教師通過設(shè)計教學(xué)任務(wù)或活動完成教學(xué)目標(biāo)，通過過程評價中的學(xué)習(xí)認(rèn)知評價維度可了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，通過學(xué)習(xí)過程評價中的可視化結(jié)果可了解學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)。學(xué)習(xí)認(rèn)知—高層次思維評價對應(yīng)作業(yè)活動，低層次思維對應(yīng)測驗(yàn)活動；學(xué)習(xí)態(tài)度評價對應(yīng)考勤簽到活動，學(xué)習(xí)方式評價對應(yīng)資源學(xué)習(xí)、頭腦風(fēng)暴、討論活動。計算學(xué)生完成教學(xué)活動的參與率或得分率，以環(huán)形圖可視化展示，即可了解教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，如圖6所示。

3.3? 班級總體和學(xué)生個體評價可視化的實(shí)現(xiàn)

課堂教學(xué)過程性評價主要是針對學(xué)生在課堂教學(xué)中的表現(xiàn)而設(shè)計的學(xué)習(xí)行為評價，對學(xué)生總體情況進(jìn)行統(tǒng)計和展示，可以方便教師查看目前教學(xué)班級的大概情況，對學(xué)校在校生有個全面的了解，如通過“專業(yè)學(xué)習(xí)能力”評價熱力圖，可了解班級先修課程、掛科人數(shù)、掛科課程數(shù)，以及每門課程的分?jǐn)?shù)分布，從總體上了解班級的學(xué)習(xí)情況，如圖7所示。

然而，針對學(xué)生的評價還須落實(shí)到學(xué)生個體，方便教師了解該學(xué)生的個人信息和行為信息。如利用學(xué)生個人的測驗(yàn)成績繪制學(xué)習(xí)進(jìn)步曲線，從歷史時間序列上或從活動參與次數(shù)上評價學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知變化與發(fā)展，如圖8所示。

4? 課堂教學(xué)過程評價大數(shù)據(jù)可視化平臺的應(yīng)用

過程評價大數(shù)據(jù)可視化平臺應(yīng)用于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院信息工程學(xué)院和人文學(xué)院共4門課程多個班級的課堂教學(xué)中。任課教師利用平臺進(jìn)行過程評價，進(jìn)行了基于可視化評價結(jié)果的課堂教學(xué)改革實(shí)踐。

4.1? 基于學(xué)習(xí)過程評價的習(xí)慣養(yǎng)成教育

學(xué)習(xí)認(rèn)知是影響學(xué)習(xí)效果的重要因素，學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成有利于提高學(xué)習(xí)效率[4]。教師根據(jù)課前、課中、課后三個階段分別設(shè)計教學(xué)活動，課前發(fā)布預(yù)習(xí)資料，上課第5～10分鐘進(jìn)行測試，課后布置作業(yè)，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師從元認(rèn)知、態(tài)度等評價結(jié)果中了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我認(rèn)知的程度，引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，自主規(guī)劃學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力。

4.2? 基于學(xué)習(xí)動力評價的案例和項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計

學(xué)習(xí)動力評價維度的“滿足感”和“相關(guān)性”是影響學(xué)習(xí)效果的主要因素。由于學(xué)生對案例背景內(nèi)容的熟悉度將影響案例學(xué)習(xí)效果，基于“學(xué)生友好型”案例教學(xué)理念和“最近發(fā)展區(qū)”理論[5，6]，在案例問題引導(dǎo)下激發(fā)學(xué)習(xí)興趣后，選擇學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域的案例教學(xué)資源營造熟悉感，讓相似團(tuán)隊(duì)的學(xué)生協(xié)作完成項(xiàng)目，當(dāng)學(xué)生遇到困難時，支持學(xué)生相互協(xié)作解決問題。這樣學(xué)生就會獲得足夠的信心克服困難，在完成學(xué)習(xí)目標(biāo)后獲得成功的喜悅感，可以產(chǎn)生持續(xù)學(xué)習(xí)的動力。

4.3? 基于學(xué)習(xí)效果和進(jìn)步曲線評價的個性化教學(xué)

教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)效果和進(jìn)步曲線來比較學(xué)生之間的學(xué)習(xí)差異。對學(xué)習(xí)進(jìn)步幅度大的學(xué)生給予表揚(yáng)；為學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生提供高難度的任務(wù)；針對學(xué)習(xí)退步的學(xué)生了解其退步的原因，實(shí)施分類教育。教師和學(xué)生通過學(xué)習(xí)進(jìn)步曲線關(guān)注學(xué)生自身的變化，而不是只關(guān)注與他人競爭，學(xué)生對自身的優(yōu)勢和劣勢形成清晰的自我認(rèn)知，教師依據(jù)評價結(jié)果為學(xué)生的個性化發(fā)展進(jìn)行生涯規(guī)劃。

5? 結(jié)? 論

大數(shù)據(jù)技術(shù)為高校教學(xué)改革提供了有力的支持，本文利用Hadoop和EChart數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，設(shè)計了課堂教學(xué)過程性評價平臺。平臺整合了教學(xué)活動和過程評價功能并應(yīng)用于課堂教學(xué)，為教師開展課堂教學(xué)過程評價和基于評價結(jié)果的教學(xué)改革提供了便利。

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作者簡介：楊知玲（1985—），女，漢族，廣東韶關(guān)人，講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)。