數據可視化技術在教學管理系統中的應用*

福州軟件職業技術學院 黃琳

本文以教學管理為視角，以數據可視技術為方向，進行系統搭建與技術研究。在教學管理程序中，可視技術用于賬戶登錄、平臺管理、資源編輯等程序，結合可視技術、數據庫設計的有效融合，積極提升教學管理能效，充分發揮直方圖、詞云等可視技術的應用價值，助力教學管理發展。

1 數據可視化的技術種類

1.1 直方圖

直方圖是以數據分類為基礎，進行數據發生概率的展示[1]。在直方圖顯示時，橫軸設定變量因素，比如分數區間、等級類別等，用于數據分類。縱軸顯示次數，反映數據的發生概率。在教學管理中多個環節，可使用直方圖，橫軸表示“優秀”“良好”等類別，縱軸表示學生人數，以展現各等級學生數量，驗證教學管理的有效性。

1.2 餅狀圖

直方圖傾向于展示數據發生次數，餅狀圖側重于展示數據種類。如果在分析數據變量分布特點時，變量對應參數具有固定性，比如“優秀”“良好”等，此時可使用條形圖進行學情數據展示。例如，某次考試成績100分為滿分，將80分以上設定為“優秀”，60～80分設定為“良好”，不足60分設為“一般”，進行學生成績的餅狀圖展示，能夠清晰展示出各分數段的學生人數，反映出多數學生的分數區間。

1.3 折線圖

折線圖是使用直線，有效連接各個變量分散的點，展示數據變化特點。比如，將學生按序號進行成績點的標注，使用折線進行連接，以此展現班級學生整體成績的變化特點。散點圖可擴展成三維、四維等多重結構的圖，進行區間點的差異性顏色設計，形成多維數據展示效果。比如，在班級學生成績的圖中，女生標注粉色，男生標注藍色，達成三維學情展示效果。

1.4 時間圖

時間圖是以時間為橫軸變量，進行持續時間的變量展示。比如，學生成績動態變化，橫軸表示變量為各學期的考試時間，一年級期中、一年級期末等，縱軸對應學生分數；班級成績均分的變動情況，橫軸為各學期考試的時間變量，以達成數據分類效果，縱軸對應班級成績均分。借助時間圖，管理人員可掌握學情分數的變化特點。

1.5 關系圖

在驗證新型教學方法時，比如實踐教學，采取對比教學后，進行兩組數據對比，可使用關系圖。橫坐標表示教學時間，1個月、2個月等，縱坐標表示學生綜合測評分數，測評項目包括：動手能力、實操技能、知識轉化效果、知識考核分數等。使用時間與成績的關系圖，進行兩組教學效果對比，獲取效率更高的教學方法。

1.6 詞云

在教學庫中，可建立兩個詞云，一組用于反饋教學內容，另一組用于展示學生管理成果。在反饋教學質量時，采取課后評價形式，回收學生想法，在課件詞云中，評價次數較高的詞匯，進行大號字體顯示，放在中心位置。評價次數較少的詞匯，以小號字體放在邊緣位置，以此有效展示課程評價情況。

2 可視系統技術框架

2.1 需求與功能

在教學系統研發期間，應從系統運行、功能完善、性能優化三個方面，進行系統搭建[2]。其中，系統運行時，應保證技術先進、成本可控、操作便利。功能完善時，分別從學生、教師、管理三個角色視角，梳理系統功能如圖1所示，確保系統可用性。性能保證時，應保證教學資源存儲的全面性，系統響應時間的有效縮短，最大程度地保證系統運行平穩性。

圖 1 數據可視系統的需求測評示意圖Fig.1 Demand evaluation diagram of data visualization system

2.2 B/S技術框架

結合教學管理的系統運行需求，融合數據可視化技術，進行軟件程序開發。使用B/S架構，進行系統設計。(1)表示層連接各終端用戶。(2)功能層展示與編輯教學資料。(3)數據庫。在數據庫的幫助下，充分發揮OLE、DDE的功能，完成數據存儲與調取。功能層中，借助ASP技術，進行資料的高效保存。與此同時，合理使用XML文件，進行數據副本加工，確保系統離線時資料展示的完全性。在表示層中，借助網頁服務技術，進行數據格式規范，確保教學資料的可視效果。借助封裝完成的系統功能，加強系統交互性，最大程度地順應可視系統使用需求。

2.3 可視化流程

系統中，教學資源可視處理的具體流程。

(1)數據采集。在采集學情資料時，以課堂上學習狀態為主，包括神態、表情、交流等。(2)數據準備。在數據采集時，進行數據分類與選擇。數據選擇時，以代表性數據為首選，防止邊緣數據選用。比如，女生身高均值1.62m，選擇[1.50，1.70]m之間的身高資料均可，此時1.40m、1.80m的身高資料作為邊緣數據，不用于數據分析。(3)數據預處理。前期處理存儲學情資料，有效清除無用數據、清洗亂碼、雜音等問題，為深層分析數據資料奠定基礎。(4)數據挖掘。前期處理完成的數據，進行價值挖掘，準確提煉數據特征，側重提取重要資料。(5)數據可視。借助直方圖、關系圖等，進行資料可視展示。

3 數據可視化融合于管理系統的技術應用

3.1 賬戶登錄程序

系統運行時，分配系統角色，以用戶權限為視角，對用戶進行分類管理[3]。師生兩種身份，使用賬戶登錄系統，權限具有差異性，如圖2所示。教師群體主要管理教學資源的上傳、修改與刪除，學生成績的公布與查看，學生作業的設計，獲取學生作業完成情況。學生在系統中，可進行資源學習、作業查看與提交、成績調取。

3.2 管理程序

管理程序的設計，由管理人員檢查系統版本的更新需求，必要時進行技術升級。管理人員具有師生兩個用戶群體的管理權限。比如，在技術更新時，可采取封裝形式，將直方圖、餅狀圖等技術，以工具包形式引入可視模塊，便于教師使用。

圖 2 用戶登錄系統示意圖Fig.2 Schematic diagram of user login system

3.3 教學資源編輯程序

教學資源程序，展現的內容有：教學綱要、教學方案、課件內容、課堂監控、章節練習題。教師用戶對于各類教學資源，擁有“增刪改查”的操作權限。學生用戶在此模塊中，僅有查看權限。教師可結合學生在線觀看情況，使用可視技術，獲取學生在線學習進度。比如，學生課件下載、章節練習完成時，會以作業提交形式，形成數據反饋。在班級學情進度中，教師點擊“學情分析－作業完成”，餅狀圖反饋學生作業完成進度，80%學生完成習題訓練，15%學生進行課件學習，5%的學生在看教案內容。借助可視技術，教師能夠動態掌握班級線上學情。

3.4 學生檢測模塊

學生檢測程序中，教師為學生設計了各級難度練習題，能夠有效掌握學生知識轉化效果，結合學生實際需求，優化教學方案。教師可在檢測單元中，進行習題設計，讓學生在單位時間內，線上作業。系統在學生答題后，給出自動評分。教師在線使用折線圖，獲取各位學生的線上檢測成績，對于折線點位較低、較高的學生，進行重點查看。比如，在一次測試中，學生成績普遍分布在[75，81]分，有1名學生65分，有2名98分。在可視折線圖中，65分、98分的三個散點較為突出，凸顯出散點圖成績可視展示的優勢。

3.5 交流模塊

師生可在課堂、課余任意時間進行教學交流。學生在查看課件、習題練習時，提出學習問題，教師逐一處理學生留言，給予答復。學生結合教師的回復與反饋，繼續提出問題，形成師生學習線上交流。交流模塊中，使用詞云技術進行可視反饋。以語文科目為例，在使用系統時，學生提出的問題80%圍繞古詩，12%的問題為作文，8%的問題為閱讀。在教師整理交流模塊問題時，詞云數據可視反饋的圖中：古詩占據中心位置，字號比例最大，兩側分別是小四字號的“作文”、小五字號的“閱讀”。在詞云可視反饋技術的幫助下，管理人員明確語文科目的學生學習困境，組織教師開展“古詩”專題教學交流，加大問題攻破，解決學生問題，發揮詞云可視技術的助學功能。

3.6 數據庫設計

以可視教學平臺為基礎，搭建數據庫，確保可視技術的使用效果[4]。與此同時，有效存儲系統賬戶資料。數據庫程序中，資料類型包括用戶信息、作業題目、成績分數等。

3.6.1 用戶資料

主鍵設計，管理員ID，數據類型為“int”，數據說明“管理員”；主鍵設計，教師ID，數據類型為“int”，數據格式“教師編號”。非空設計包括各級用戶密碼、用戶名稱等。

3.6.2 作業數據

作業數據包括課堂練習、課后檢測兩種類型。數據庫設計時，數據類型包括題目編號、題目、答題用時等。其中，題目編號為主鍵，其余為非空。在數據庫幫助下，系統可有效搜集各項數據，生成作業資料，使用直方圖、餅狀圖進行可視展示。學生可結合成績與可視圖的信息展示情況，掌握自身學習成績的班級位置，便于學生調整學習計劃，增加學習能效。

3.7 干預管理

在數據可視技術中，教師可使用“時間圖”進行干預管理。比如，教師為學生分享測試100道題，要求學生在60分鐘內提交答案。線上答題時，“時間圖”會動態反饋學生完成答題的數量。每間隔15分鐘，教師點擊“時間圖”查看學生整體的答題完成情況。比如，在40分鐘時，班級多數學生完成80道題；有2名學生提交100道題的測試卷；5名學生完成60道題；1名學生完成40道題。使用“時間圖”，教師可進行答題干預，給予學生剩余測試時間的提示，提示題目剩余較多的學生，確保教學管理質量。

3.8 食物鏈測試

在系統中，使用“折線圖”進行學生能力檢測。以“食物鏈測試”為主題，學生進行連線，以此考察學生知識轉換效果。食物鏈測試是以學生能力為視角，具有知識考察的全面性。在“折線圖”的連線方式中，促使學生形成完整的知識體系，極具教育應用、教學管理融合的綜合價值。此外，教學管理人員可使用關系圖，對比各班級的學情資料，獲取優質班級管理方法，完善與優化管理平臺。

4 結語

綜上所述，數據可視科技具有較強的資料顯示、學情分析功能，逐步融合于各類信息平臺中，發揮其科技助學的智能價值。因此，教師需結合數據可視科技的使用情況，加強技術更新與優化，最大程度地保證教學管理有效性，高效回收學生問題，形成智能分析、資料高速處理的管理體系，全面增強教育管理效率，確保教育工作有序落實。

引用

[1] 劉霞.數據可視化技術在教學中的應用[J].電子技術,2021,50(2):152-153.

[2] 徐麗麗,高艷.大數據分析技術對網絡授課輔助能力的研究[J].電子技術與軟件工程,2021(2):164-165.

[3] 徐立宇,李奕.數據可視化技術下課堂教學質量保障體系應用研究[J].計算機產品與流通,2020(10):40-41.

[4] 吳蓓,于純浩.淺論數據可視化技術在教學中的應用[J].吉林工程技術師范學院學報,2019,35(6):44-46.