在线项目式学习如何塑造数据科学课程选择：基于桑基图可视化的纵向案例研究

《International Journal of Educational Technology in Higher Education》：Online project-based learning to foster students’ course choices in data science: a longitudinal case study using Sankey visualization

本研究针对数据科学(DSC)领域职业路径不明确的问题，通过课程分析和桑基图可视化技术，探索了在线项目式学习对学生课程选择行为的影响。研究人员对35名选修数据科学社会应用(DSFSG)课程的学生进行了为期六个学期的追踪，发现非白人、男性、STEM专业和成绩中等的学生更倾向于继续选修DSC课程。这项研究为DSC教育的课程设计和 workforce development 提供了重要启示。

　　

在当今数据驱动的时代，数据科学(DSC)已成为最热门的职业领域之一。然而，尽管数据科学学位项目的兴趣和注册人数激增，美国多个行业对数据素养的需求仍在持续增长。更复杂的是，数据科学的跨学科本质意味着清晰的职业路径仍然模糊不清，特别是对于那些希望在不同学科中应用DSC知识的学生而言。

传统的DSC教育往往被繁重的先修课程所束缚，要求学生长期投入统计学或相关领域的完整学位项目。这些障碍降低了本科生探索DSC作为职业选择的机会，无论他们主修什么专业。与此同时，在线学习环境已成为学生初次接触DSC的入口点，但大多数供应商的课程侧重于数据实践（如数据整理），而忽略了DSC在不同背景下的应用。

为了解决这些问题，北卡罗来纳州立大学的数据科学与人工智能学院(DSA)开发了ADAPT课程模型，旨在通过项目式学习为不同学科背景的学生提供DSC培训。其中，数据科学社会应用(DSFSG)课程作为一门在线项目式学习课程，特别关注通过数据科学应用解决社会挑战，与联合国可持续发展目标保持一致。

为了理解在线项目式学习如何影响学生的DSC课程选择，研究人员开展了一项创新的纵向研究。他们追踪了35名在2022年秋季至2024年春季期间选修DSFSG课程的学生，分析了他们后续的课程注册行为，使用桑基图可视化技术来揭示学生的学术路径模式。

研究方法上，本研究主要采用了课程分析(curriculum analytics)方法和桑基图(Sankey diagram)可视化技术。研究人员建立了包含35名同意参与研究的学生的纵向数据集，追踪他们在选修DSFSG课程后的课程注册情况。数据来源于机构注册记录，包括人口统计学和学术数据。课程按学科分类为七个类别，使用R进行数据处理，并通过Flourish Studio平台进行可视化。

研究结果通过多个桑基图展示，揭示了有趣的模式：

课程选择模式分析

研究发现，学生在选修DSFSG后，不仅增加了对DSC和STEM课程的注册，还表现出对人文艺术(HAS)和社会科学(SOCSCI)课程的显著兴趣。具体来说，从第一波到第二波和第三波，向HAS和SOCSCI课程的过渡明显增加。多名学生选修的课程包括"商业与管理沟通"和"医学社会学"等跨学科课程，表明DSFSG可能促进了学生对跨学科方法的兴趣。

学业成绩的影响

与预期相反，在DSFSG课程中取得高分（A和A+）的学生并没有继续注册更多DSC课程，而成绩中等（A-、B和满意）的学生则表现出持续的DSC课程注册行为。研究人员用自我决定理论(self-determination theory)解释这一现象，认为适度的挑战更能维持学生的学习动机。

性别差异分析

男性学生在选修DSFSG后表现出更持续的DSC课程注册模式，而女性学生则更多转向STEM课程。这一发现与全国数据中女性在统计学相关学位中占42-43%的比例相呼应，表明DSFSG可能对男性学生探索DSC职业更具催化作用。

专业背景的影响

STEM专业学生在选修DSFSG后，不仅继续注册DSC课程，还增加了对非STEM课程（特别是HAS和SOCSCI）的注册。而非STEM专业学生对DSC课程的注册在第二波后停止，但仍有相当数量的课程过渡指向DSC和STEM课程，表明DSFSG可能为非STEM专业学生打开了探索新学科的大门。

种族和第一代大学生 status

非白人学生表现出持续的DSC课程注册模式，而白人学生主要在第二波后注册DSC课程。最值得注意的是，第一代大学生在选修DSFSG后没有继续注册DSC课程，研究人员认为这可能与在线学习所需的自律技能挑战有关。

研究结论强调，桑基可视化虽然不能建立因果关系，但为DSC教育的课程设计和项目发展提供了可行的见解。从教学角度看，在线项目式DSC课程可能与所有被检查亚组（除第一代大学生外）的持续DSC课程注册模式共存。在课程规划方面，高等教育机构可以将在线项目式课程视为促进跨学科职业路径的良好途径。

这项研究的意义在于为DSC教育提供了三个层面的贡献：教学层面展示了在线项目式学习对促进DSC课程选择的潜力；课程规划层面为高校提供了增加DSC课程注册的有效策略；方法学层面证明了桑基图在快速探索教育干预效果方面的价值。

值得注意的是，在线学习可能成为促进看似孤立领域间对话的载体。本研究中，第四波的人文艺术课程是一门结合美国历史和环境科学的跨学科课程，与DSFSG一样采用远程教学形式。这表明在线教育不仅为不同背景的学生打开DSC大门，还可能成为促进学科间交流的重要工具。

然而，研究人员也指出研究的局限性，包括样本自选择偏差、缺乏对照组以及无法建立因果关系等。未来研究可以包括更长期的追踪、更精细的亚组分析，以及结合定性方法来深入理解学生的课程决策过程与职业发展的关系。

总体而言，这项研究为理解在线项目式学习在DSC教育中的作用提供了重要基础，为未来更精细的DSC教育研究指明了方向。随着对数据科学家需求的持续增长，这类研究对于培养能够跨学科工作的下一代数据专业人员至关重要。