基于大數(shù)據(jù)的在線課程教學(xué)數(shù)據(jù)分析與展示
——以《平面設(shè)計》課程為例

毛燁，許建林

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，江蘇泰州 225300)

隨著國家“新基建”的深入開展和教學(xué)信息化的不斷普及，不但推動了大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，也更新了傳統(tǒng)的教育教學(xué)觀念，正在逐漸改變一些教育教學(xué)行為。特別是2021年7月，教育部等部門專門發(fā)布了《教育部等六部門關(guān)于推進教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》[1]，要求“促進信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合”“普及教育應(yīng)用”“創(chuàng)新評價應(yīng)用”“拓展研訓(xùn)應(yīng)用”“深化管理應(yīng)用”等。2020年初，為應(yīng)對新冠肺炎疫情，幾乎所有學(xué)校都開展“停課不停學(xué)”的在線教學(xué)。經(jīng)過近2年的建設(shè)，各類網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺已日漸完善，基本實現(xiàn)“從專用資源向大資源轉(zhuǎn)變”[2]，師生信息素養(yǎng)不斷提高，相關(guān)課程也逐漸形成“線上與線下相結(jié)合”的教學(xué)模式，教師和學(xué)生的平臺使用情況產(chǎn)生了豐富的在線教學(xué)數(shù)據(jù)和在線資源使用記錄。然而如此海量的教學(xué)行為數(shù)據(jù)對學(xué)校決策、學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)劃和老師教學(xué)方案制定都有重大作用，基于大數(shù)據(jù)的在線教學(xué)數(shù)據(jù)分析也愈發(fā)重要[3]。

論文以《平面設(shè)計》課程為例，采用各種大數(shù)據(jù)技術(shù)，對該課程的在線教學(xué)數(shù)據(jù)進行分析，并對結(jié)果進行可視化展示，以指導(dǎo)學(xué)生和教師調(diào)整學(xué)習(xí)與教學(xué)行為。

1 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)流程

基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析與展示主要包括6個流程。技術(shù)流程圖如圖1所示：

圖1 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析與展示技術(shù)流程圖

(1)Hadoop平臺部署安裝。作為一個開源平臺，用戶可以在不了解Hadoop底層分布細節(jié)的情況下，開發(fā)分布式的程序，以充分利用廉價機器集群的運算速度和分布存儲的數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)采集。使用Python語言，輔以強大的軟件工具包，編寫爬蟲腳本，自動解析網(wǎng)頁，獲取數(shù)據(jù)。采集的離線數(shù)據(jù)，輸出保存到Hadoop的HDFS目錄中。

(3)數(shù)據(jù)清洗。使用MapReduce對HDFS中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于統(tǒng)計和分析的相對結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)清洗后的仍在MapReduce中進行統(tǒng)計、分析，在HDFS中生成數(shù)據(jù)輸出目錄。

(5)數(shù)據(jù)可視化。用Python+echarts來進行數(shù)據(jù)可視化展示，并在HTML頁上呈現(xiàn)。

(6)綜合分析。結(jié)合數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)行為規(guī)律，及時讓老師調(diào)整教學(xué)策略，提醒學(xué)生學(xué)習(xí)重點和難點，提升教學(xué)的效率。

2 大數(shù)據(jù)平臺搭建

大數(shù)據(jù)平臺搭建于VMware Workstation Pro上，選用Cent OS7作為系統(tǒng)，安裝全分布Hadoop，其中一臺為管理節(jié)點，其他四臺為數(shù)據(jù)節(jié)點。依次安裝好JDK、Hadoop、Hive、Zookeeper、Hbase、Spark等軟件。通過FileZilla上傳至hadoop1目錄下的ope中。

2.1 安裝配置Centos系統(tǒng)

安裝5臺Centos系統(tǒng)。安裝好后需修改主機名，設(shè)置靜態(tài)IP和hosts，創(chuàng)建普通用戶，配置好SSH。先安裝cent os7系統(tǒng)，將主機名改為hadoop1修改命令：vim/etc/sysconfig/network，然后保存：wq。然后使用命令：cd/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth33修改IP地址：172.16.1.41。如圖2所示。

圖2 IP映射關(guān)系圖

2.2 安裝配置Hadoop

配置Hadoop{“hadoop.env.sh，core-site.xml，hdfssite.xml，mapred-site.xml，yarn-site.xml，slaves”}，共配置6個文件。

依次配置完上述6個文件后，將hadoop1復(fù)制到其他計算機，修改機器名為hadoop2,hadoop3,hadoop4,hadoop5，最后輸入命令hdfs namenode-format進行格式化一下，在虛擬機hadoop1中進入目錄/usr/local/src/hadoop-2.6.0/sbin/，輸入start-all.sh，啟動Hadoop集群。

2.3 安裝配置其他軟件

其余各軟件的安裝步驟與hadoop相類似，不再重復(fù)，安裝路徑及部署位置如表1所示：

表1 各軟件安裝路徑及部署位置

3 數(shù)據(jù)分析與可視化展示

3.1 數(shù)據(jù)分析流程

基于大數(shù)據(jù)的在線課程教學(xué)數(shù)據(jù)分析流程如圖3所示。在線教學(xué)平臺的教學(xué)大數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，導(dǎo)入Hadoop平臺進行處理并建立HBase數(shù)據(jù)表。最后經(jīng)過Mapreduce清洗后得到最終用于可視化展示的數(shù)據(jù)。

圖3 數(shù)據(jù)分析流程圖

3.2 在線教學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理

為了對學(xué)生劃分等級和教學(xué)重點規(guī)劃，論文采集了江蘇某高職學(xué)校2019級的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三個班的《平面設(shè)計》課程教學(xué)數(shù)據(jù)，一共獲得109名學(xué)生的數(shù)據(jù)，將獲取的數(shù)據(jù)導(dǎo)入組件Hadoop平臺，按表2和表3的字段命名規(guī)則在HBase建立數(shù)據(jù)表，以對這部分學(xué)生數(shù)據(jù)進行分析。

表2 學(xué)生樣本基本信息數(shù)據(jù)表

表3 學(xué)生登錄信息表

表4 當日人均登錄時長

表5 學(xué)生章節(jié)得分表

3.3 數(shù)據(jù)分析與可視化展示

將預(yù)處理后的109名學(xué)生的在線學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)存儲到HBase中，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)查詢技術(shù)提取學(xué)習(xí)者特征信息和章節(jié)特征信息，對學(xué)生進行學(xué)習(xí)行為統(tǒng)計和分析，將上課的學(xué)生成績與教學(xué)任務(wù)相聯(lián)系，以便科學(xué)建立學(xué)習(xí)者行為習(xí)慣、學(xué)習(xí)績效及教學(xué)任務(wù)重難點之間的聯(lián)系[4]。

3.3.1 教學(xué)平臺活躍度

(1)學(xué)生每日登錄人數(shù)統(tǒng)計

通過MySQL查詢學(xué)生登錄信息表，來統(tǒng)計每天登錄教學(xué)平臺人數(shù)和平均每天登錄平臺的人數(shù)。

表6 每天登錄教學(xué)平臺人數(shù)

表7 平均每天登錄平臺人數(shù)

(2)可視化展示

圖4 每日（部分日期）登錄人數(shù)可視化展示

(3)數(shù)據(jù)分析

一個時間周期內(nèi)，教學(xué)平臺登錄人數(shù)在3月4日達到了頂峰，間隔一周后在3月10日又達到了高峰。根據(jù)授課計劃，每周二和周三為上課的日期，學(xué)生會在上課前完成課前預(yù)習(xí)任務(wù)和課后任務(wù)。其余每個非周末的時間，也有將近半數(shù)的學(xué)生會登錄平臺，而登錄人數(shù)較低的日期為周末。

3.3.2 學(xué)習(xí)登錄次數(shù)與時長統(tǒng)計

(1)學(xué)習(xí)登錄次數(shù)、時長統(tǒng)計

通過建立0-24時全時段數(shù)據(jù)表來保存學(xué)生每次登錄平臺和離開平臺時間，并通過關(guān)聯(lián)查詢來統(tǒng)計每個登錄號十天內(nèi)的累計學(xué)習(xí)時長。

表8 連續(xù)10天學(xué)生累計學(xué)習(xí)時長前10名登錄次數(shù)及時長

?

(2)可視化展示

圖5 連續(xù)10天學(xué)生累計學(xué)習(xí)時長（前10名）可視化展示

圖6 連續(xù)10天學(xué)生累計學(xué)習(xí)時長（前10名）登錄次數(shù)可視化展示

圖7 學(xué)習(xí)時長前10名學(xué)生成績圖

(3)數(shù)據(jù)分析

結(jié)合學(xué)生登錄的次數(shù)，由可視化結(jié)果可以看出，10天內(nèi)累積學(xué)習(xí)時長排名前10的同學(xué)，每天都會登錄學(xué)習(xí)平臺，并且每天在線時長約1小時，其學(xué)習(xí)成績也均達到優(yōu)良。

3.3.3學(xué)生學(xué)習(xí)成績等級劃分

(1)學(xué)生學(xué)習(xí)成績等級劃分

統(tǒng)計平臺中90-100、80-89、70-79、60-69、0-59數(shù)據(jù)區(qū)間的人數(shù)。

表9 各分數(shù)段人數(shù)統(tǒng)計長

(2)可視化展示

圖8 各分數(shù)段人數(shù)可視化展示

(3)數(shù)據(jù)分析

此部分統(tǒng)計的是學(xué)期末學(xué)生的總評學(xué)習(xí)成績，圖表中明顯看出學(xué)生成績基本呈正態(tài)分布，除了2名學(xué)生不及格外，其他學(xué)生均完成課程學(xué)習(xí)，到達合格要求，70%以上的學(xué)生期末成績能達到良好及以上。

3.3.4 教學(xué)任務(wù)分析

(1)教學(xué)任務(wù)平均得分

預(yù)設(shè)9個教學(xué)任務(wù)的權(quán)重，統(tǒng)計所有學(xué)生在每個教學(xué)任務(wù)的平均得分，得到每個教學(xué)任務(wù)的直觀教學(xué)成果。

表10 9個教學(xué)任務(wù)的平均得分

(2)可視化展示

圖9 9個教學(xué)任務(wù)的平均得分可視化展示

(3)數(shù)據(jù)分析

此部分展示的是《平面設(shè)計》課程9個教學(xué)任務(wù)的學(xué)生平均得分，此中可以看出學(xué)生在AI基本編輯工具和圖形編輯工具的使用上有所欠缺，特別是路徑工具的掌握。

4 結(jié)果分析與建議

根據(jù)以上統(tǒng)計和可視化展示的結(jié)果，結(jié)合日常教學(xué)實際，可總結(jié)出以下規(guī)律和建議：

(1)筆者所在學(xué)校，平均每天登錄人數(shù)接近總?cè)藬?shù)的70%，尤其是在有課的當天，學(xué)生登錄頻次較高，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下能利用平臺開展學(xué)習(xí)。

新冠疫情爆發(fā)到現(xiàn)在，學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣開展線上與線下相結(jié)合的教學(xué)，線上教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面是有一定成效的。但教師也要強化以網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)，爭取以內(nèi)容吸引和留住學(xué)生，提供與課程內(nèi)容配套的價值、質(zhì)量、趣味性等均有較高質(zhì)量的資源[5]。

(2)學(xué)習(xí)成績優(yōu)良的學(xué)生，平均每日都能登錄平臺開展自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)成績優(yōu)良。說明花費在學(xué)習(xí)上的時間長度與學(xué)習(xí)成績是成正比的。

教師應(yīng)督促學(xué)生多利用教學(xué)平臺開展學(xué)習(xí)，以提升學(xué)習(xí)主動性和教學(xué)效果。對于學(xué)習(xí)主動性較強的學(xué)生，教師要鼓勵這部分學(xué)生堅持并持續(xù)自主學(xué)習(xí)[6]。而學(xué)習(xí)主動性較弱的學(xué)生，則要幫助他們樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，加大學(xué)習(xí)監(jiān)管，引導(dǎo)其主動轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)觀念。

(3)每個教學(xué)任務(wù)的平均得分可以直觀地看出學(xué)生哪些知識點有欠缺，也可以及時修正教師主觀主義上認定的重難點、“優(yōu)差生”及目標達成與否。

大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可以為教師科學(xué)地掌握重難點提供依據(jù)，修正主觀主義的偏差，以及時調(diào)整教學(xué)策略和補充資源。針對不同學(xué)生群體，提供不同的指導(dǎo)與幫助，“因材施教”，最終提升教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量[7]。