利用大數(shù)據(jù)提高“高等數(shù)學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量

程美玉+肖相武+李銳

摘要：目前，如何提高“高等數(shù)學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量，是大多數(shù)理工科專業(yè)學(xué)校的一個老大難問題。本文依托黑龍江大學(xué)教務(wù)處重點支持項目，通過使用Maple T.A.的經(jīng)驗，對學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)以及在線測試過程所統(tǒng)計的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，介紹了一個調(diào)整課程教學(xué)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；互聯(lián)網(wǎng)+；Maple T.A.

隨著社會的進(jìn)步，社會已經(jīng)進(jìn)入信息化時代，信息化社會的高速發(fā)展，尤其是計算機(jī)的高速發(fā)展，使得人們每天都可以處理大量的數(shù)據(jù)，整個世界走向了一個高度數(shù)據(jù)化的時代。

1 大數(shù)據(jù)理論的發(fā)展

大數(shù)據(jù)是一個比較新的概念，前幾年，學(xué)術(shù)界一般稱其為“海量數(shù)據(jù)”，含義是指一切數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)規(guī)模比較大的數(shù)據(jù)概念。2008年，谷歌公司在其成立十周年的重要時間節(jié)點上，《自然》雜志介紹了一系列關(guān)于未來大數(shù)據(jù)的處理問題，其中“Big Data”（大數(shù)據(jù)）作為概念被提出。

今天的“大數(shù)據(jù)”概念，重點不僅在于定義數(shù)據(jù)的大小，它更說明了一個趨勢，就是科學(xué)發(fā)展和信息系統(tǒng)的發(fā)展終將趨于此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)將迎來大規(guī)模數(shù)據(jù)量的沖擊和挑戰(zhàn)，而大數(shù)據(jù)全新的處理技術(shù)和分析方法，將會展現(xiàn)一種新視野，開發(fā)新的服務(wù)，創(chuàng)造新的發(fā)明，革新這個時代。

近幾年來，大型數(shù)據(jù)的處理需求一直成為當(dāng)前迫切需要解決的問題，它的重要性也日漸提高，全世界范圍內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)組織以及產(chǎn)業(yè)界都對其表示關(guān)注和重視。大數(shù)據(jù)對于人類，不僅是一個發(fā)展機(jī)遇和商機(jī)，也是一項重大的挑戰(zhàn)和難題，不管從技術(shù)層面還是理論層面。正因為其透露出的讓人驚訝的深度值，未來衡量一個國家綜合國力時，大數(shù)據(jù)的利用率和發(fā)展?fàn)顟B(tài)將會成為一個極其重要的考量。當(dāng)然，在社會領(lǐng)域和科技領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)的發(fā)展也會成為國家、企業(yè)之間相互關(guān)注的新焦點。

當(dāng)前，比較大數(shù)據(jù)處理技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的差異以及關(guān)注其應(yīng)用，都是具有現(xiàn)實意義的。維克托·邁爾-舍恩伯格，被稱為“大數(shù)據(jù)時代預(yù)言家”，他在他出版的《大數(shù)據(jù)時代》一書中就做了大量論證，通過各種應(yīng)用案例和數(shù)據(jù)情況，提出了很多跨時代的觀點和想法，對大數(shù)據(jù)的發(fā)展起到了重大推動作用。他認(rèn)為“大數(shù)據(jù)開啟了一次重大的時代轉(zhuǎn)型”，它將為我們帶來前所未有的變化，從而改變整個世界各行各業(yè)原有的模式。

隨著移動互聯(lián)技術(shù)和計算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展，隨著一系列諸如互聯(lián)網(wǎng)+等概念的提出普及，當(dāng)今世界已經(jīng)逐漸向數(shù)字化的全球性的信息分享模式發(fā)展，人們使用信息服務(wù)、瀏覽移動信息、傳播信息渠道的方式逐漸被新技術(shù)所改變。在其中，不斷積累的大數(shù)據(jù)其實包含了許多在小數(shù)據(jù)時代不具有也不會被發(fā)現(xiàn)的深度知識和價值。而數(shù)據(jù)挖掘?qū)⒛転楦餍袠I(yè)帶來商業(yè)前景，創(chuàng)造增值服務(wù)，促進(jìn)其效益在經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域的發(fā)展。比如，在淘寶，商家通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析方法，從龐大的消費者行為中進(jìn)行篩選概括，結(jié)合消費者的購買統(tǒng)計為消費者推送購買信息。這就是大數(shù)據(jù)分析和采集為商業(yè)領(lǐng)域帶來的巨大經(jīng)濟(jì)變革和效益。

在國內(nèi)，大數(shù)據(jù)相比于國外起步較晚。一開始，“大數(shù)據(jù)”并沒有作為一個專有名詞被定義，更沒有被政府部門和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)所重視，所以在當(dāng)時也沒有相應(yīng)的科研支持和政策鼓勵。一般只是在前人的基礎(chǔ)上對“大數(shù)據(jù)”這一概念做一些補充定義或闡釋。這是一種非常重要的技術(shù)，之后國內(nèi)涌現(xiàn)一批學(xué)者，在大數(shù)據(jù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和基本處理方法，以及在重點領(lǐng)域的深度應(yīng)用方面。他們對大數(shù)據(jù)的研究真正做到與國外同步。由于大數(shù)據(jù)的解決問題的強大功能，推動了國內(nèi)對大數(shù)據(jù)研究的熱潮。

2 Maple T.A.的簡介

Maple T.A.是互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)的一個十分完美的典范。Maple T.A.是一個基于互聯(lián)網(wǎng)的在線自主學(xué)習(xí)、在線測試和評分系統(tǒng)，是Maplesoft公司與美國數(shù)學(xué)會聯(lián)合開發(fā)的，是當(dāng)今世界上唯一的具有數(shù)學(xué)引擎的在線測試和智能評分系統(tǒng)，由于Maplesoft軟件的支撐，Maple T.A.適用于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計算機(jī)、各種工程類課程、經(jīng)濟(jì)學(xué)等科學(xué)計算的課程。Maple T.A.提供了用戶數(shù)據(jù)庫，分類存儲用戶信息，學(xué)習(xí)過程信息，考試信息；Maple T.A.提供試題創(chuàng)建環(huán)境，根據(jù)課程需要，學(xué)生實際情況，設(shè)置多種多樣的試題；Maple T.A.提供不同類型的考試任務(wù)，用以完成不同的教學(xué)任務(wù)，比如，練習(xí)、小測驗、期中考試、期末考試等；Maple T.A.為用戶提供監(jiān)考瀏覽器，即利用“監(jiān)考瀏覽器”考試時，限制應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)查詢及傳輸，不能再利用考試之外的網(wǎng)絡(luò)；Maple T.A.具有自動評分引擎，使用者利用Maple T.A.在線測試結(jié)束提交試卷后，系統(tǒng)會適時評分，使用者會馬上看到自己本次考試的結(jié)果分?jǐn)?shù)；Maple T.A.提供了豐富的學(xué)習(xí)者成績統(tǒng)計分析，有總體成績統(tǒng)計，單個試題正確率等等；Maple T.A.還提供了強大的系統(tǒng)管理等功能，應(yīng)該是目前最為理想的在線測試平臺。Maple T.A.系統(tǒng)在歐美有著廣泛的應(yīng)用，大量的用戶經(jīng)驗和調(diào)研表明，在教學(xué)中使用Maple T.A.系統(tǒng)，可以幫助教師及時準(zhǔn)確地了解學(xué)生的現(xiàn)狀和水平，同時這種利用互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)的模式可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量，節(jié)約大型考試的人力物力，極大地減輕教師工作負(fù)擔(dān)。

3 學(xué)校的大力支持

作為黑龍江大學(xué)信息化建設(shè)和課程教學(xué)改革的重點項目，我校引進(jìn)了加拿大Maplesoft公司開發(fā)的在線測試和評價系統(tǒng)Maple T.A.，對現(xiàn)有課程的作業(yè)和考試模式進(jìn)行重要改革，比如，將一部分作業(yè)發(fā)到網(wǎng)上，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)來完成等。另外，學(xué)校給予重大的支持還體現(xiàn)在開放聯(lián)系機(jī)房，提高服務(wù)器配置等方面。提高兩次可行性測試之后，黑龍江大學(xué)已經(jīng)成功地組織6 500余名學(xué)生順利使用我校在線測試和評價系統(tǒng)Maple T.A.完成高等數(shù)學(xué)期中考試?？荚嚻陂g，教務(wù)處和數(shù)學(xué)學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和教師都親臨現(xiàn)場監(jiān)督和指導(dǎo)，考場秩序井然、系統(tǒng)穩(wěn)定運行、學(xué)生答卷順利、實時導(dǎo)出成績和結(jié)果分析報告。

4 分析數(shù)據(jù)調(diào)整教學(xué)

目前，黑龍江大學(xué)的教務(wù)管理軟件功能是十分強大的。從排課開始，學(xué)校把每年應(yīng)該開設(shè)的課程資源都放到校園網(wǎng)上，各個教學(xué)單位根據(jù)教學(xué)大綱、教師的實際情況，教室的實際情況把課排好，在校園網(wǎng)上公布，學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)的要求結(jié)合自身的發(fā)展訴求，在校園網(wǎng)上自主合理地選擇要學(xué)的課程來學(xué)習(xí)。比如，教師要上習(xí)題課借用教室以及和教學(xué)有關(guān)的手續(xù)也都是通過校園網(wǎng)實現(xiàn)的。學(xué)生的成績是通過校園網(wǎng)來管理的，目前的管理軟件可以對提交到校園網(wǎng)的成績管理分析，一般就是任課教師所教的班級的成績分析。通過學(xué)校教務(wù)處可以把整個一門課程的所有成績都統(tǒng)計分析，能夠反映學(xué)校的整體教學(xué)水平。如果用來評價一個學(xué)校的整體教學(xué)情況可能會有較大的偏差。教學(xué)改革目的是要進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，方案中最好能細(xì)化到某章的某個知識點。由于目前的管理軟件只是對成績的管理，沒有對試卷的管理功能。作為黑龍江大學(xué)信息化建設(shè)和課程教學(xué)改革的重點項目，我校引進(jìn)的在線測試和評價系統(tǒng)Maple T.A.就很好地解決了這個問題。Maple T.A.系統(tǒng)不僅能完成對成績的管理，而且具有對試卷的管理。

教師可以根據(jù)知識點分組出題，在公平的前提下保證每位參加考試的學(xué)生的試卷都不相同，再加上使用考試瀏覽器，基本杜絕考試作弊的可能，這樣能夠得到學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況。學(xué)生交卷后系統(tǒng)自動保存試卷，立刻給出本次考試分?jǐn)?shù)?？梢愿鶕?jù)考試性質(zhì)，設(shè)置交卷后是否讓學(xué)生看到試卷答案。如果是某一知識點的測試，可以設(shè)置交卷后先可以選擇看到試題答案；如果是課程結(jié)業(yè)考試，可以設(shè)置交卷后，學(xué)生只能看到成績或者過一段時間后公布考試成績。Maple T.A.系統(tǒng)提供了幾乎你能想到的統(tǒng)計分析功能。原因是該系統(tǒng)保存了參加考試人員的所有考試信息，這樣可以提供形式十分豐富的統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)十分翔實。比如成績分析，可以按照班級、學(xué)院、課程等等。Maple T.A.系統(tǒng)還有一個其他管理軟件沒有的功能，就是對試卷的管理，可以對試卷中的每道題進(jìn)行統(tǒng)計分析，由于系統(tǒng)保存了所有參加測試人員的數(shù)據(jù)，教師根據(jù)每一道試題的得分情況了解學(xué)生的掌握情況，可以十分精準(zhǔn)地調(diào)整教學(xué)，達(dá)到最有效地提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

5 結(jié)論

在具體考試前，要進(jìn)行充分精心的準(zhǔn)備工作，在充分準(zhǔn)備下，考試過程順利、考場秩序井然。測試后通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)的分析，合理調(diào)整下輪課程教學(xué)，這樣使高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。在線測試和評價系統(tǒng)在高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)中成功應(yīng)用，是我校信息化建設(shè)和課程教學(xué)改革的新成果，實現(xiàn)了與國外高等院校教學(xué)手段的同步接軌。通過這個大規(guī)模在線考試，可以積累寶貴的經(jīng)驗，這種以利用大數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，為達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，合理調(diào)整教學(xué)資源的教學(xué)改革，可以擴(kuò)展應(yīng)用到其他公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革之中，為改善我校師生的教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境提供優(yōu)良的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]維克托·邁爾-舍恩伯格.盛楊燕，周濤，譯.大數(shù)據(jù)時代[M].浙江人民出版社，2013.

[2]郭昕，孟曄.大數(shù)據(jù)的力量[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

編輯/岳 鳳