分类：电子论文 时间：2022-04-18 热度：882
摘要：近年来，数据可视化正不断成为人们了解和认识世界、与世界对话的重要媒介。然而传统课堂应用数据可视化注重以图形图像的形式呈现教学内容、支持学生认知建构，忽视了数据本身所具有的动态变化性、沟通力与说服力。基于网络智能设备的课堂数据可视化，一方面继承了数据可视化“一图胜千言”的表达优势，另一方面又通过技术将已构建教学关联的课堂数据，以即时反馈、全局展示、动态累积、趣味呈现的方式应用于课堂教学各环节和活动中，在支持课堂管理的同时，着重突出“可视化”的教学互动及教学的动态生成，促进了教学过程的不断改进。这在很大程度上革新了对传统课堂交互的认识与理解，可能带来课堂形态的新变革，推进教师技术应用的优化。然而课堂数据可视化应用不仅仅是简单的技术介入，而是从课堂数据和课堂交互两大方面为课堂教学创设新的形态。这需要教育利益相关者的共同关注与参与。
关键词：数据可视化;课堂数据可视化;内涵特点;应用价值;教学案例;ClassDojo
一、问题的提出
从新闻界中如火如荼的数据新闻(Data Journalism)，如央视新闻“我看大数据”、新浪“图解天下”、网易“数读”、搜狐“数字之道”等，到教育领域内方兴未艾的学习仪表盘(Learning Dashboard)(张振虹等，2014)，如可汗学院的个性化导航面板和学习进步报告，可以看出，数据可视化正不断成为人们了解和认识世界、与世界对话的重要媒介。随着网络技术的不断发展，特别是智能手机、平板电脑等个人设备在课堂教学中的应用普及，以网络智能设备为基本载体的数据可视化课堂技术(Classroom Technology)正以前所未有的态势融入课堂教学，不断推进课堂教学的变革与发展。与传统课堂应用数据可视化以图形图像的方式呈现数据相关的教学内容、支持学生的认知建构不同，基于网络智能设备的课堂数据可视化，从数据与课堂教学相关联的视角出发，注重支持面向全体学生成长的课堂管理，可为课堂教学中数据可视化的应用提供新的应用视角与发展方向。为充分发掘基于智能设备的课堂数据可视化教学应用机理，笔者从课堂数据可视化“是什么”(What)、“为什么而用”(Why)、“怎么用”(How)三个问题出发，探究课堂数据可视化的内涵、价值与教学应用，以期为新一轮课堂互动形态下的课堂数据可视化应用与完善提供一定参考。
二、研究方法
研究围绕“课堂”、“数据”、“可视化”、 “技术支持”四个关键词采用文献分析法、比较法、案例分析法等研究方法，试图回答课堂数据可视化“是什么”、“为什么而用”、“怎么用”三个问题。
1.文献分析法
笔者通过阅读与分析“课堂数据可视化”相关文献，了解和把握“数据可视化”或“可视化工具”在课堂教学中应用的相关学术探讨、技术工具和理论支撑等情况，为探讨与梳理课堂数据可视化内涵与应用价值提供现实基础。
2.比较法
研究一方面通过比较传统课堂与以网络智能设备为载体的数据可视化应用，梳理课堂数据可视化教学应用特征，探讨以课堂数据可视化为互动媒介的课堂形态变革;另一方面结合课堂数据可视化的特征，对传统技术应用与基于数据的技术应用进行比较，探讨基于数据的技术应用对教师技术整合意识与能力提升的促进作用。
3.案例分析法
根据国内外相关网站推介或排名(如EdShelf、 Top 100 Tools for Learning)的课堂技术，筛选数据可视化应用相关技术工具，通过安装试用这些技术工具和分析教师分享的应用案例，梳理基于课堂技术的数据可视化工具应用范畴和应用实践，探究可用于支持课堂教学、促进师生成长的教学应用方式。
三、课堂数据可视化的内涵
数据可视化借助图表、图像形象地呈现数据，支持用户直观了解数据本身，分析蕴含在数据背后的信息与数量关系，其主要目标在于“通过图形化的手段清晰有效地传达信息”，帮助人们“揭示趋势、探索来源、获取新知”(Wikipedia：Data Visualization，2015)。研究表明，大脑要处理的信息多跟视觉有关，超过 80%的大脑细胞是处理视觉信息的，人们在加工视觉信息时认知负荷很低，所需努力极其微小(Sibbet，2010)。数据可视化充分应用 “一图胜千言”的可视化表达方式，具有显著的沟通力、呈现力与吸引力，在课堂教学中常被用于呈现教学信息，通过图形图像的方式增进学生对教学内容的理解与认知，支持学生学习过程中的认知建构(D·H·乔纳森，2008)，或是对已记录的教学数据加以可视化，便于后期的比较与分析。
课堂数据可视化是将课堂教学过程中不断生成和积累的数据予以可视化呈示，一方面继承了数据可视化的表达优势，另一方面通过技术将已构建教学关联的课堂数据，以即时反馈、全局展示、动态累积的方式应用于课堂教学各环节和活动中，使在表征课堂教学的同时，不断发展成为课堂教学交互的基本媒介。其应用主要包括获取课堂表现数据、呈示可视化结果、自主调整反馈三个基本流程。各流程间顺序并不固定，可根据教学实际灵活调整，通过这些流程的不断应用促成教学改进的良性循环，如图1所示。
其中“获取课堂表现数据”，通常指通过应用智能设备获取学生课堂表现数据，主要有行为表现、认知表现和情感表现三类。表1呈现了不同类型数据及其技术应用实例。由图 1 可见，在为数据构建课堂关联的基础上，课堂数据可视化应用具有如下特征：
第一，在应用参与上侧重对数据涵义的共同建构。图 1 的内核为数据与课堂教学现实建构关联，这是课堂数据可视化工具得以有效应用的根本基础。与传统的教师单方面记录与分析课堂数据不同，课堂数据可视化应用首先关注的是师生对数据涵义的共同建构与应用，让学生了解课堂数据可视化应用过程中的不同数据涵义，以充分调动师生在教学过程中应用数据的积极性与主动性。如在使用 ClassDojo 前，师生首先需要对课堂行 为 的 重 要 性 或 严 重 程 度 赋 权 值 ， 使 “1”、 “2”、“3”、“4”等无意义的数字具有其特定的教学涵义。
第二，在应用指向上侧重教学过程的不断改进。与传统的数据获取囿于教学评估和学生评价不同，课堂数据可视化应用围绕获取课堂表现数据、呈示可视化结果、自主调整反馈三个基本流程展开，旨在面向整个教学过程，不断引导教学的优化与改进。例如 ClassDojo 通过增减分的方式，量化学生行为的过程性表现，以促进学生行为表现的不断改善。
第三，在应用功能上侧重对课堂管理的支持。与应用数据可视化促进学生对教学内容的理解与认知相比，课堂数据可视化侧重对课堂管理的支持：一方面其可视化呈示的数据源于学生课堂表现，可为课堂管理提供重要的参考依据;另一方面，利用可视化的表达方式高度浓缩全体学生的相关数据与信息，可使教师更为全面而即时直观地了解全体学生的课堂表现，使课堂管理更具公平性、全局性和有效性。如 Too Noisy 工具即时直观地呈现学生声音分贝值大小，使师生能够随时调整自己的教学表现，优化课堂管理效果。
第四，在应用方式上侧重开展基于数据的教学互动。作为课堂数据可视化应用的重要一环，“呈示可视化结果”并不局限于“展示”，其实质在于可视化呈现学生课堂表现数据，旨在以课堂表现数据为基础展开师生间、生生间的更为即时、直观、全面的教学互动，以促进教学的不断调整与改进。
第五，在应用设计上侧重关注教学的动态生成。课堂数据是根据教学开展实际才能得以不断生成与累积的，其数据应用与教学相辅相成，在帮助教师即时全面地了解学生的同时，使教师在课堂教学设计中能够更充分地关注和理解其自身教与学生学的生成性，注重教学实践过程中的灵活调整与改进，而非像以往一样将其主要精力放在教学预设上。如借助Socrative，教师可根据学生实际的学习表现调整教学规划，而非关注通过预设的教学方案展开教学。
此外，课堂数据可视化工具还注重对数据可视化的趣味呈现，以增进课堂互动的趣味性。如可视化测评工具 Kahoot!在课堂的互动测评环节添加了多种游戏元素，如有趣的画面和背景声，使测评过程如同游戏活动，从而在对学生进行即时测评的同时，使学生体验游戏元素带来的愉悦。 Socrative 则提供有“太空赛”(Space Race)功能，可实时展示学生的学习进展并支持与校内、国内乃至全球其他班级展开竞技比赛。包括ClassDojo 在内的许多课堂技术都提供有随机抽取学生、计时器和倒计时等功能，可以有效支持教师开展各种各样的游戏活动，增强课堂的游戏性，提高学生的课堂参与。
四、课堂数据可视化的应用价值
与传统侧重于内容呈现的数据可视化固有应用模式相比，课堂数据可视化应用所呈示的数据与学生课堂表现一一对应，并在技术支持下，这些数据可即时、直观、全面地呈示于课堂中，使其不断实时介入课堂互动中，从而发展为课堂教学互动的基本媒介。这在较大程度上革新了传统课堂教学的交互方式，可能形成一种全新的课堂形态，引领新一代课堂教学变革与优化。同时，课堂数据可视化应用使教师能够基于教学实践全方位地理解数据应用与教学改进间的相辅相成，可将其作为教师数据素养发展的重要内容，促进教师数据素养的不断提升。此外，与传统的技术应用相比，课堂数据可视化应用实则是基于数据的技术应用，其自身就与课堂教学相依相存，深层次整合于教学实践中，可有助于全面激发教师以学生为中心的技术应用的主动性，提升教师技术整合能力。
1.课堂数据可视化应用带来课堂形态的新变革
教学的本质在于交互，课堂交互方式的变革可以说是课堂形态变革的关键节点。在网络和智能传感技术的支持下，课堂数据可视化在极大程度上革新了我们对于课堂交互的认识与理解，其应用将可能形成一种基于数据可视化的课堂互动形态，从而引领新一轮的课堂教学变革与优化。首先，课堂数据可视化的应用使课堂交互真正得以“实时实地” (Vatrapu et al.，2013)。尽管与网络交互相比，传统的课堂交互因使教师可即时了解与监控学生而被认为是一种实时实地的交互，然而这种交互在对学生即时评价反馈上仍存在较大的延时性，从而使其他交互如学生与学习内容间、学生与学生间、学生自身等的交互相应存在延时，未能真正“实时实地”。课堂数据可视化的应用则可使教师即时而准确地了解学生情况，如使用课堂应答工具Socrative可即时了解学生对某一知识点的掌握情况，从而减少师生间反馈所需的时间，促使课堂交互真正实现“实时实地”。
其次，课堂数据可视化应用可自主设置课堂交互的透明度，在充分尊重学生的同时增进课堂交互的自由度。传统课堂中，教师难以有针对性且隐匿地给予某些学生提示，课堂教学的公开透明在某种程度上并不利于学生隐私的保护，特别是一些自尊心很强的学生。而一些较为内向或者不喜公开表达自己观点的学生因担心其观点会带来额外的压力，而难以轻松“发声”。应用课堂数据可视化可使教师和学生借助技术应用按需反馈信息，如根据需要在公开反馈时隐匿学生信息，特别是因反馈的公开性而可能对学生造成负面影响的信息，以充分尊重和保障学生的成长。如 Socrative 可在不同测试题型如简答题中设置是否匿名，为课堂中的学生创设毫无压力的表达空间，使其更愿意且更真实地表达自己。
第三，课堂数据可视化应用可使课堂交互充分面向个体和全体学生。如 ClassDojo 将全体学生行为表现信息置于单一界面中，教师可以通过这种可视化的方式即时了解个体和全体学生的行为表现情况。与传统课堂交互不同的是，这种基于课堂数据可视化的课堂交互将教师对学生的每一次评价与反馈记录下来，充分支持教师课后的总结与反思，从而促成教学充分面向个体和全体学生的良性循环。
2.课堂数据可视化应用是教师数据素养发展的重要内容
近年来，教育数据应用的常态化亟需教师能够理解与应用数据，以不断改进教学和促进学生发展，即要求教师具备数据素养。据美国教育数据应用权威宣传机构“数据质量运动”(Data Quality Campaign，DQC)2014 年最新的调查报告显示，当前美国已有18个州的教师资格认证或教育项目审批中明确对教师数据素养提出了要求，而这一数据在 2009 年时为 0(Data Quality Campaign，2014a)。为有效推进教师数据素养的发展，DQC在其面向美国各州决策者的政策简报《该是培养教师数据素养的时候了》(Teacher Data Literacy: It's About Time)中对数据素养加以界定，即教师数据素养是“教师根据其专业角色和责任，持续、有效、符合伦理道德地获取、解释、应用和交流来自州、学区、课堂和其他来源的多种数据类型，改善学生成就的能力”(Data Quality Campaign，2014b)。作为大数据时代发展的产物，教师数据素养的培育与发展受到诸多教育决策者、研究者、教师教育工作者乃至一线教师的高度关注。研究表明，学习共同体(Learning Communities)、数据情景(Data Scenarios)等协作交流和在教学实践中持续考察数据应用是教师的数据能力或数据素养发展的重要方式(U.S. Department of Education，2011)。课堂数据可视化一方面将数据应用渗透于教师教学与沟通交流的各环节和各层面，另一方面在技术应用上简化了教师数据统计与分析的工作，使教师能够切实关注基于数据的教学发展而非数据本身。这与教师数据素养对于数据的教学应用要求相吻合。可见，课堂数据可视化应用是教师数据素养发展的重要内容，可以使教师全方位地从数据的视角理解与认识教学，推进教学的可持续发展。
3.课堂数据可视化应用推进教师技术应用的优化变革
课堂数据可视化应用实则是基于数据的技术应用，从罗杰斯创新扩散的观点来看(埃弗雷特·M.罗杰斯，2002)，这种基于数据的技术应用在教学整合的“相对优越性”、教师教学的“兼容性”、教学效果的“可观察性”上均较传统的技术应用更能激发教师应用技术的积极性与主动性。一是数据与教学切实关联，也就是数据源于教学，与教学相依相存，使得基于数据的技术应用比传统的技术应用更能融入教学，其应用自身就具有深层次的教学整合，即更显著的教学整合“相对优越性”。二是数据具有动态性特征，也就是数据真实表征着教学过程并随着教学的改变而改变。与传统技术整合固化的预设性相比，基于数据的技术应用更契合于动态生成的教学实际，是真正基于教学实践的技术整合，其自身就具有教学实践性的特征，即更显著的教学“兼容性”。三是数据具有一定的指示作用，即数据的生成、变化与发展均在为教师教学改进提供一定的指示与导引，即更显著的教学效果“可观察性”，从而激发教师改善教学的实际行动。与传统流程化的技术应用相比，基于数据的技术应用更能激发教师应用技术的主动性，更能形成改进教学的实际行动，其自身就具有改进教学实践的特征。此外，课堂数据可视化应用中，其数据主要源于学生课堂表现，教师在关注数据的同时实质是关注学生，由此使得基于数据的技术应用更能提升教师以学生为中心的技术应用意识与能力，从而不断推进教师技术应用的优化变革。
五、课堂数据可视化教学应用案例
尽管各种基于网络智能设备的课堂技术在教学中不断得以普及应用，但目前仍没有哪种技术工具能够集成处理和应用不同类型的课堂数据。课堂数据可视化应用仍分散于各种技术工具中，这里主要以课堂行为管理工具 ClassDojo 为例探讨课堂数据可视化的典型教学应用。
1.ClassDojo简介
ClassDojo是一款免费的基于学生行为数据可视化的课堂行为管理网络工具，旨在帮助教师管理课堂和改进学生行为表现(Gross，2015)。如图2所示，教师可使用该工具实时评估学生的行为表现，通过对学生行为表现的加减分来改善学生的课堂行为表现，促进学生良好行为习惯的培养。这项功能主要通过四个环节实现：(1)量化学生行为，即将学生行为分为积极行为和待改善行为，根据行为的重要性或严重程度赋予不同分值。如“帮助同学”是非常值得鼓励的行为，可赋较高分值(+4);“与同学打架”这一行为较为恶劣，可赋较低分值(-5)。(2)评估学生行为，即根据学生实际行为表现情况，使用ClassDojo评估学生行为。(3)呈示学生行为得分，即评估学生行为后，ClassDojo 会在被评估学生的卡通角色旁呈示出该学生的行为得分变化。(4)生成学生“行为报告”，即生成 “整个班级”或单个学生在某一段时间内(包括今天、昨天、本周、上周、本月、上月、全部以及自定义日期范围)的“行为报告”。
除了促进学生行为改善这一核心应用外， ClassDojo 还提供了许多简便、实用、有趣的功能，以方便教师、学生和家长的使用。如提供跨设备(包括PC、智能手机、平板电脑等各种类型的网络终端)、多语言应用(含中文)支持来自全球多国的教师;配套专用于课堂管理的应用界面，将所有与学生行为评估相关的操作与信息集成于该界面，方便教师迅速了解和评估学生的行为表现;提供个性化学生的卡通人物角色和游戏化的行为评估方式，提高学生的课堂参与;提供教师、学生、家长之间的邮件和短信等通讯方式，促进家校沟通;提供如一键随机抽取、一键记录出勤情况、计时器、重置分数泡等功能，提高 ClassDojo 的广泛性和实用性。据官方统计，截至2015年2月，共有来自全球150个国家的300多万教师、5000多万学生和家长使用该工具(Gross，2015)。而在2015年第8 届科技奥斯卡奖(Crunchies Awards)评选活动中，ClassDojo更是力压包括可汗学院在内的全球众多著名教育公司，荣膺最佳教育创业公司榜首(TechCrunch，2015)。
2.基于ClassDojo的课堂数据可视化教学应用
ClassDojo将课堂教学过程中的学生及其行为表现数据加以可视化呈现，其应用自身与教学密不可分，因而在实际的教学应用中，应注重从教学实践的视角出发，充分发挥ClassDojo在教学改进中的效用。一方面，要善于应用数据与学生表现的关联性，在不同的应用环节与层面，激发学生、教师、家长等在教学中的全员互动和参与;另一方面，要结合教学实际流程，灵活设置 ClassDojo 的应用要素，为课堂创设轻松有趣、积极向上的学习氛围。
(1)激发全员共同参与
应用 ClassDojo 激发全员的共同参与，即共同建构与理解 ClassDojo 的数据意义，共同推进由意义建构过程所形成的共同愿景的实现。数据只是用于描述事物的符号记录，其自身并不提供判断或是意义诠释，数据的意义获取须与具体业务相关联(Davenport et al.，2000)。在应用 ClassDojo 开展教学之前，首先需要量化学生行为，即将学生课堂行为量化为数据，构建数据的教学涵义。可充分应用这一关联建构过程，通过师生甚至是家长等教育利益相关者共同参与构建 ClassDojo 数据的教学涵义，使基于 ClassDojo 的课堂数据可视化得以在教学发展过程中成为基本的互动媒介，规约师生的教学行为表现，从而激发全员共同参与的积极性与主动性，促进教学相长。一方面，师生可在使用ClassDojo前，共同调查与探讨各种课堂行为表现，然后将这些行为表现分为“积极行为”与“待改善行为”，并根据其重要程度赋予不同的分值。通过共同参与过程，有效激发师生全员的参与，并促使师生获得对 ClassDojo 中行为表现数据的共同理解。另一方面，在 ClassDojo 的课堂应用过程中，由于前期的共同参与，促使师生形成通过改进教学行为以实现教学相长的“共同愿景”，增强师生自主规约行为表现的意识，使其不断表现出积极行为，并避免消极行为的出现。
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此外，数据特别是数字是全球性的共同语言。以“数据”为基本载体的 ClassDojo 课堂数据可视化应用，不仅可激发普通课堂的全员参与，还能在较大程度上促进多元文化背景的学生共同交流。这在一位英语教师梅根·布朗(Megan Brown)看来尤为重要。该教师所教授的班级学生来自全球12个不同的国家，而 ClassDojo 的应用使她能够更有效地激发不同文化背景学生的学习动机，使这些学生都努力朝着积极的方向发展(ClassDojo，2015a)。
(2)创设游戏化课堂
应用 ClassDojo 创设游戏化课堂，即通过灵活设置 ClassDojo 趣味化呈示与评估等应用要素增进课堂的游戏性。游戏性是指在非游戏情境下对游戏要素加以设计应用(Deterding et al.，2011)。根据 ClassDojo 自身的应用特征，即 ClassDojo 趣味呈示和评估与学生行为表现相关的数据，可将学生课堂行为管理作为游戏机制，通过将数据应用和趣味呈示的色彩、声音、时间乃至学生个人形象相关联，从个性化形象设置、评估过程到竞争机制、互动反馈等方面，将 ClassDojo 的应用过程变为游戏过程，从而创设游戏化课堂。具体可从以下三方面考虑：
一是为所有学生设置独特的卡通人物形象。 ClassDojo 为学生提供了一套专用于 ClassDojo 的卡通角色，教师在导入学生名单后，ClassDojo 会自动为每位学生随机分配一位卡通人物角色，而教师也可以根据需要自主为学生设置相应的卡通角色。
二是重视学生行为评估过程的游戏化。教师使用 ClassDojo 对学生行为进行评估时，系统会突出呈示该卡通人物，指出“谁因为什么行为而获得多少分”，并根据评估是奖励还是惩罚形成不同的声效，形象而趣味地完成整个行为表现的评估过程。这在一定程度上增强了评估的游戏性与趣味性，可使 ClassDojo 的实时评估得以在弱化评估权威性与指责性的同时而不失评估的效用。
三是充分应用 ClassDojo 所提供的随机抽取、计时器和倒计时等功能，开展各种各样的趣味活动，有效提高学生的课堂参与。如一位教师指出： “每当需要指定学生做一些事情时，我会用到随机抽取功能。即便是让学生帮忙收发作业，我都会使用它，这一功能可很好地保障教学过程的公正性。这样学生参与度会非常高，就像玩游戏一样，他们总是很关注下一个会抽取到谁”(ClassDojo Helpdesk，2015)。
(3)展开即时、全面、自主的教学互动
基于 ClassDojo 的课堂数据可视化，直观地以图形图像的方式呈现学生学习与行为表现数据，使教师和学生得以展开更为即时、全面、自主的教学互动。首先，应用 ClassDojo 展开即时的教学互动。一方面，教师应用 ClassDojo 即时评估学生行为表现，而学生则即时看到教师对自己的评估结果，整个评估与互动过程更为即时直观。另一方面，ClassDojo 中的“数据”与学生表现相关联，数据变化实则源于学生表现的变化，其即时直观的呈现使得基于 ClassDojo 的数据可视化犹如一面 “镜子”，不断反射出学生的行为表现，使教师和学生得以即时审视自身的行为表现，展开更为即时的教学互动。
其次是应用 ClassDojo 展开全面的教学互动。 ClassDojo 充分应用数据可视化“一图胜千言”的优势，将所有学生的表现得分置于单一页面，使课堂教学系统内的大量数据得以一览无遗，促使教师能够统整性且毫无压力地理解和管理学生，而通过即时反馈实时形成的所有学生表现的可视化数据，使师生得以更为全面地展开教学互动。
第三是应用 ClassDojo 展开自主的教学互动。一方面，由于每位学生的数据均体现在基于ClassDojo的课堂数据可视化中，而这些数据与自我表现的关联性，使所有学生在教学中的自我互动更为深层与全面(Michael S. Gazzanign 等，2011)。ClassDojo 的即时反馈可有效增强这种数据与自我间的关联性，从而促进学生对行为的自主调整。正如一位小学教师莎拉·史密斯(Sarah Smith)所言(ClassDojo， 2015b)，ClassDojo可帮助孩子们自主检查自己的行为，使学生能够迅速纠正他们的不良行为。此外， ClassDojo 中的学生行为设置本身也可为学生提供改善行为的引导。ClassDojo 的行为分类让学生清楚了解到哪些是积极行为，哪些是不良行为，且这些行为不局限于学业行为，而是面向学生全面发展的行为表现，从而促进学生在基于 ClassDojo 的课堂数据可视化中获得自主而全面的成长。另一方面，教师通过 ClassDojo，将不再仅仅局限于获取相应的数据结果以评估学生学习，而是重视通过教学改进，引导学生与数据相关联的行为变化与不断累积，促进学生获得实质成长。ClassDojo 为教师全面展示了所有学生的课堂行为表现，可帮助教师不断审视自己教学的合理性与公正性。如通过 ClassDojo 的评分情况查看自己在课堂教学中是否忽略了对某些学生的评价，是否关照到了全体学生的发展。教师可通过应用 ClassDojo 不断审视和改进自己的教学，充分引导和促进所有学生的成长。——论文作者：阮士桂 郑燕林
文章名称：课堂数据可视化的价值与教学应用
