基于项目驱动的数据可视化课程教学实践研究

刘亚林 宋廷强 郭秋红

摘要：为了提升学生综合应用数据可视化工具解决实际复杂问题的能力，研究旨在分析传统数据可视化课程教学设计存在的问题，并提出一种以项目为驱动、线上线下相结合的教学改革措施，并从案例选择、目标设定、课程考核体系三个方面进行探索研究。通过实验结果、期末成绩和学生反馈，结果显示这种教学模式有效提高了学生的学习动力、实践能力和期末成绩。

关键词：教学改革；数据可视化；案例驱动

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）11-0151-04

0 引言

随着大数据时代的到来，数据可视化作为一种重要的信息传达工具，对于数据分析、决策制定和信息交流起着关键作用。数据可视化课程在大数据相关课程体系中非常重要，该课程是将大数据的复杂性转化为可理解和可传达的信息的关键环节。通过数据可视化课程培养学生的技术技能，提高了学生的数据理解、沟通和决策制定能力，为应对现代数据驱动的挑战提供关键的支持。然而，传统的数据可视化课程教学方式采用理论与实验课分离，每周2课时理论4 课时实验课，这种模式存在着理论与实践脱节，学生实验课练习的内容都是互相独立的，缺乏完整案例的实践，导致学生最后能够掌握理论知识但是難以应用到实践中。传统教学模式最终学习变成以考试为目的，以期末考试及格为结果，中间教学过程中学生参与度低，限制了学生在实际应用中的能力和创新思维的培养。而且，传统的课程考核指标单一，期末考试占比较大，部分学生可以通过突击复习的方式，通过期末考试检测，无法有效地检验教学效果。

为了解决这些问题并提升数据可视化课程教学效果，本研究基于雨课堂智慧教学平台[1]并采用项目案例驱动的教学方法，旨在探索一种创新的数据可视化课程教学实践模式。雨课堂智慧教学平台，提供了丰富的互动功能和多样化的教学手段，为学生提供了一个更具挑战性和实践性的学习环境[2]。

1 项目驱动教学方法

1.1 雨课堂平台介绍

雨课堂智慧教学平台[3]提供了丰富的互动功能，如实时弹幕、随机点名、在线讨论和学习资源共享、互动交流、提交实验内容等。此外，雨课堂还支持在线测试，扫码签到等功能，通过以上雨课堂平台的功能，可以打造多元化的过程性考核手段，同时帮助学生及时发现学习过程中的不足，提高教学质量。

1.2 项目驱动的教学方法概述

项目驱动[4]的教学方法是一种以实际项目为基础的教学方式，通过将学生置身于真实的数据场景中，培养学生的问题解决能力和实践技能。在数据可视化课程教学中，项目驱动的方法[5]能够使学生更好地理解数据可视化课程的原理和应用，并将理论知识与实际情境相结合，提高学生的数据分析和沟通能力。

1.3 教学设计与实施步骤

1） 项目案例选择：根据教学目标和学生背景，选择与数据可视化相关的真实项目案例作为教学材料。这些案例可以来自不同领域的数据，如金融、医疗、市场营销等，以便学生能够探索不同应用领域的数据可视化方法和技巧[6]。

2） 学习目标设定：明确项目案例的学习目标，并与课程中的相关知识点相匹配。将综合项目案例中涉及的知识点根据课本内容分割成按章节划分的小型案例，提升学生自主练习能力。

3） 多元化过程性考核设定：通过雨课堂平台丰富的功能，制定过程性考核标准，提升过程性考核比重，增加实践在考核中的占比，提高课程考核质量。

2 项目驱动的教学实践

2.1 项目设计

2.1.1 二手房信息可视化平台项目

设计一个基于Matplotlib模块生成可视化图表的综合案例，该案例数据通过爬虫获取真实网站数据，通过对数据的处理分析形成可视化图表。该案例包含直方图、柱形图、饼状图、散点图、箱型图等丰富的图表，最后将生成的图表并将相关图表嵌入html 页面中，方便观看与展示，项目界面如图1所示。

2.1.2 智慧医疗可视化平台项目

设计一个Pyecharts 可视化框架的综合项目案例选择智慧医疗领域的公开数据集作为项目数据，以智慧医疗可视化案例作为教学材料。该案例涉主要通过数据可视化技术展现某地区就诊人数、用药情况、病床使用情况、流行病等情况。使用的可视化图表非常丰富，包括柱形图、折线图、饼图、条形图、堆积折线图等图表，全面覆盖数据可视化课程中Pyecharts章节的重点图表。该项目部分图表效果如图2所示。

以上两个项目案例的特点如下：

1） 项目贴近实际生活，现在的日常衣食住行都与大数据息息相关，为了快速地获取重要信息，都会使用数据可视化对复杂数据进行展示。

2） 项目难易程度适中，项目基础功能和架构简单，不涉及复杂的功能逻辑，总代码量少，学生容易上手。

3） 项目实现了对数据可视化课程知识点的全面覆盖，可以与学过的其他计算机课程互相练习。

通过项目案例让学生对实际开发流程有更深入的认识，具体知识点与项目覆盖情况如表1所示。

2.2 学习目标设定

1） 握数据集中数据的基本处理方法。

2） 掌握数据可视化中图表的基本绘制方法。

3） 学会运用合适的可视化图表来呈现数据集中的不同数据。

2.3 教学实施过程和方法

1） 引入案例。通过在雨课堂平台上发布案例背景和相关数据，引发学生的兴趣和思考。鼓励他们提出问题和假设，并激发学生对可视化案例的进一步探索。

2） 紧密衔接教材。由于综合案例中涉及的内容非常广泛，使用的图表种类繁多，以二手房信息可视化平台和智慧医疗可视化案例为导向，根据教材的顺序和教学大纲中的课时安排，进一步细化每次实验课的内容，并增加练习，形成按课时划分的实验课内容。

3） 学期多元化考核评价机制。基于雨课堂平台制定多元化课程考核机制。为保证教学质量，公正地对学生的学习效果进行评价，基于课程的特点，采用多元化的评价标准，提升过程性考核占比，依托雨课堂的随堂测试、在线考试等功能，达到每节课一次随堂测验，每学期多次阶段性测验的过程性测验方案。本考核模式将学生成绩分成两大部分：平时成绩、期末卷面成绩。其中，平时成绩即过程性考核成绩，在总成绩中的占比为50%，由考勤、课堂表现、随堂测试、实验构成；期末卷面成绩即最后的期末考试学生的卷面得分，在总成绩中的占比也为50%。过程性考核项的构成可根据课程性质合理安排，因数据可视化课程的实验部分课时比较多，所以本课程的过程性考核构成为：考勤5%+课堂表现10%+随堂测试15%+实验20%。期末试卷命题方面要求难度适中，注重实用性，多出理解性题目，少出机械记忆性题目，体现出学生对本课程知识的掌握程度，出题的出发点是检验学生对基本知识的掌握程度以及灵活应用知识解决实际问题的能力。多元化考核各部分占比如图3所示。

①考勤。考勤部分通过雨课堂扫码签到的方式，该方式比较节省课堂时间，结果更加客观，而且避免了传统的点名方式学生代答到的情况。签到时可以设置签到时间限制，超时未签到将视为旷课，同时签到时也可以设置显示地理位置，异地签到即为旷课。除了签到限制的设置以外，在雨课堂中还设置了随机点名机制，随机点某个同学回答问题，增加了随机性和趣味性，同时随机点名还可以找出中间离开的学生。

②随堂测验。随堂测验方式比较多，可以将测试题目穿插在授課PPT里面，讲授完某个知识点以后进行测试，也可以单独进行章节测试，在课程内容讲授结束以后再进行测试。通过随堂测试的形式可以及时地检验学生对该部分知识点的掌握程度，根据检验结果对学生掌握薄弱的部分进行单独复习。

③课堂表现。课堂表现是对学生学习态度以及学习参与度的检测，衡量方式可以通过雨课堂投稿以及弹幕的方式进行。在授课的过程中，教师会随机提问，要求学生将答案通过弹幕的方式回答，同时教师可以将学生的答案形成词云的形式，弹幕的条数是学生参与度的一个衡量指标。同时在课堂上教师可以让学生做练习题，要求学生下课之前将做的题目以投稿的形式上传，投稿的数量以及质量是学生学习态度的一个衡量指标。

过程性考核是贯穿整个学期的持续性工作，授课教师需要严格把控每个环节，科学指定每个环节的比重，做到过程性考核真实有效，切实起到反映学生真实学习情况和督促学生认真学习的效果。

④项目报告与分享。学期结束后每位学生在雨课堂平台提交综合项目报告，总结学生的可视化项目案例。在雨课堂平台发布优秀的可视化项目，学生互相分享自己完成的项目案例。通过在雨课堂平台上发布案例背景和相关数据，引发学生的兴趣和思考。鼓励他们提出问题和假设，并激发学生对可视化案例的进一步探索。

3 结果与分析

为了对比本次雨课堂平台结合项目驱动的教学模式[7]与传统课堂模式的效果，学期末对学生的学习过程材料进行了收集，并从以下维度与传统课堂模式进行对比。

3.1 学生学习效果分析评价

1） 激发了学生的学习热情。雨课堂作为一种新兴的教学模式，相较于传统的教学模式对于学生来说是比较新颖的。传统的教学模式仅仅局限于教师讲学生听，而雨课堂充分融合了线下线上教学的优点，提高了学生的参与度以及积极性。

2） 提高了课堂学习效率。传统的教学模式在课前预习方面缺乏监督性，仅仅是口头布置任务，缺乏预习效果的检查，而采用雨课堂，教师可以在雨课堂中发布预习任务，同时也可以上传一些相关的预习资料让学生课前预习完成。

3） 提升了课程学习效果。采用雨课堂+项目驱动的教学模式取得了更好的教学效果，通过平台导出的数据可以发现，学生的缺勤率降低，而且参与度得到了极大的提升。从学生期末成绩来看，与往届试题难度一致的前提下学生的考试成绩有明显提升，且不及格学生数量较往届有明显减少。最终的期末成绩也与过程性考核的成绩相吻合，由此得到结论：用雨课堂+项目驱动的教学模式提升了课程学习效果，见表2。经过两个实战项目的训练，学生数据可视化相关框架的使用更加熟练，极大地提升了学生的编程实战能力。

3.2 调查问卷满意度调查分析评价

通过调查问卷进行满意度的调查，经过调查得出学生普遍比较喜欢雨课堂+项目驱动的教学模式。在调查问卷的评价指标中大部分同学都是认同的：您认为课前预习课件对您上课听讲的帮助怎么样？您认为课上雨课堂开启弹幕互动是否增加了您的课堂参与度？您认为雨课堂能否提高您的上课兴趣？您认为雨课堂互动效果如何？您是否希望继续使用雨课堂上课？

通过对比可以发现本次雨课堂+项目驱动的教学模式的教学效果明显优于统课堂模式的效果。采用雨课堂项目驱动的教学模式激发了学生的学习热情，提高了课堂学习效率，提升了课程学习效果，通过完成项目增加了学生实战编程经验，不再畏惧项目开发。

4 结束语

本研究基于雨课堂项目案例驱动的数据可视化教学实践取得了一定的成果，但仍存在一些讨论点和进一步的展望[8]。

1） 案例选择的多样性。本研究选择了两个相关项目案例进行教学实践，但数据可视化应用涉及多个领域。未来的研究可以拓展案例选择的范围，涵盖更多领域的实际项目，以满足不同学生的兴趣和需求。这将为学生提供更多样化的学习体验，促进他们在不同领域中的数据分析和可视化能力。

2） 评估指标的拓展。本次教学实践虽然使用雨课堂平台构建了完善的过程性考核手段，但未来的研究可以考虑引入更多的评估指标，如学生的创新思维能力、问题解决能力和团队合作能力等。通过综合评估学生的多个方面能力，可以更全面地了解项目案例驱动教学对学生的影响。

参考文献：

[1] 臧晶晶，郭丽文. 滴水成雨：走进雨课堂[J]. 信息与电脑（理论版），2016（8）：235-236.

[2] 黄成龙. 雨课堂让教学更轻松[J]. 科教文汇（中旬刊），2016（35）：27-28.

[3] 周凤新，王兴辉. 基于雨课堂智慧教学环境的课堂教学初探[J]. 中国教育技术装备，2018（1）：56-58.

[4] 曾晓晶，樊斌.“雨课堂” 在《C语言程序设计》课程中的应用研究[J]. 现代计算机（专业版），2017（3）：14-17.

[5] 郑燕娥，郑志明. 基于“雨课堂” 混合式《JAVA语言程序设计》课程教学改革实践[J]. 福建电脑，2018，34（4）：91-93.

[6] 刘玉成，王传生，杨晶.“雨课堂” 教学模式的“IDCNN+” 结构化分析与实证研究[J]. 远程教育杂志，2019，37（1）：94-103.

[7] 黄燕芬，陆海锋. 基于雨课堂的移动学习网络课程的设计开发[J]. 软件，2017，38（2）：56-60.

[8] 邓亮. 基于“雨课堂” 混合式教学模式设计与实践[J]. 中国人民公安大学学报（自然科学版），2017，23（2）：105-108.

【通联编辑：王力】