數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用

李瑞林

LI Rui-lin

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023）

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用

Data mining technology in the teaching process the application of

李瑞林

LI Rui-lin

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023）

隨著校園的數(shù)字化、信息化發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展的需要。畢竟要搜集和整理大量的教學(xué)數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)的方法既耗時、耗費，且操作繁瑣。如何從大量的教學(xué)數(shù)據(jù)信息中及時挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)之中對教學(xué)有用的信息，從而指導(dǎo)指導(dǎo)教師的教學(xué)決策，促進教學(xué)活動的開展，提高教學(xué)質(zhì)量，為我們的教學(xué)服務(wù)已成為我們面臨的十分緊迫要解決的問題。

數(shù)據(jù)挖掘；特征分析；教學(xué)過程決策；評價

0 引言

初淺的數(shù)據(jù)挖掘方法通常在教學(xué)過程中得到廣泛的運用。如教師教學(xué)前的備課通常就是建立在初淺的數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上進行的；教學(xué)時教師時常用敏銳的目光捕捉課堂上學(xué)生學(xué)習(xí)的動態(tài)信息或用激勵的語言鼓動學(xué)生，使之能從學(xué)生身上挖掘出對某一學(xué)習(xí)問題的反饋信息，使教師的教學(xué)具有因勢利導(dǎo)、隨機應(yīng)變的主導(dǎo)能力；教學(xué)后，教師常常通過日常的教學(xué)評價手段或通過測驗、考試中挖掘出對改進教學(xué)有用的信息，不斷修正教學(xué)的方式和手段。但為了在新的歷史條件下更進一步提高教學(xué)質(zhì)量，改進教學(xué)方法，就不能停留在初淺的數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上，必須對各種教學(xué)數(shù)據(jù)信息作深入的數(shù)據(jù)挖掘，找出穩(wěn)藏在其中對教學(xué)有用的信息和規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)挖掘的概念及作用

所謂數(shù)據(jù)挖掘，就是從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、未知的、用戶可能感興趣的和對決策有潛在價值的知識和規(guī)則。數(shù)據(jù)挖掘又稱為數(shù)據(jù)庫中知識發(fā)現(xiàn)，是一個多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，涉及到機器學(xué)習(xí)、數(shù)理統(tǒng)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、模式識別、粗糙集和模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)技術(shù)。數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)的知識一般可以表示為以下幾種形式：概念、規(guī)則、規(guī)律、模式等。決策者可以用這些知識來輔助決策過程；相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙部梢杂闷鋪硇拚械闹R體系；同時還可以把這些知識作為新知識轉(zhuǎn)存到相應(yīng)系統(tǒng)的知識存儲機構(gòu)中，如規(guī)則庫、專家系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)挖掘所挖掘的對象是多種多樣的，它可以是我們所熟知的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；也可以是文本、圖形和圖像等半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；甚至還可以是分布在網(wǎng)絡(luò)上的異構(gòu)型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果表示等一系列過程，采用的算法主要有關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、粗糙集方法、模糊論方法、貝葉斯模型等。在教育、教學(xué)領(lǐng)域，我們通過對教學(xué)過程中出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)進行挖掘，從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的教學(xué)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱含的、規(guī)律性的、人們事先未知的，但又是潛在有用的并且最終可理解的信息和知識，并伴隨著教學(xué)的過程深入開展不斷挖掘?qū)虒W(xué)有用的信息，為我們的教學(xué)決策作為依據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘在教學(xué)過程中的運用主要有以下幾個方面：

2 運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征進行分析

教學(xué)設(shè)計是在現(xiàn)代教育理論指導(dǎo)下，為了促進學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展而設(shè)計的解決教與學(xué)問題的一套系統(tǒng)化程序。是一種教學(xué)問題求解，側(cè)重與問題求解中方案的尋找和決策的過程。其中學(xué)習(xí)者特征分析是教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)中的一個重要組成部份。所謂學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征分析就是要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備狀態(tài)和學(xué)習(xí)風(fēng)格。它們與具體學(xué)科內(nèi)容雖無直接聯(lián)系，但影響教學(xué)設(shè)計者對學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇和組織、影響教學(xué)方法、教學(xué)媒體和教學(xué)組織形式的選擇與運用。通過對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征分析，可以明確學(xué)生的初始能力，進而確定學(xué)習(xí)起點，并為選擇教學(xué)策略提供依據(jù)。故要用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對學(xué)習(xí)者特征進行分析，首先要收集、整理與學(xué)習(xí)者有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息。目的在于幫助學(xué)習(xí)者修正自己的學(xué)習(xí)行為、提高學(xué)習(xí)能力、完善人格，有利于學(xué)生各方面素質(zhì)的和諧發(fā)展。其次，運用數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹方法，通過對學(xué)習(xí)者的基本信息及學(xué)習(xí)活動的分析、整理和挖掘來構(gòu)造出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格特征。其中包含描述有關(guān)學(xué)習(xí)者的事實和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的規(guī)則，我們運用數(shù)據(jù)挖掘方法從數(shù)據(jù)中衍生出學(xué)習(xí)的規(guī)則，并通過教育專家的協(xié)助，使用確立操作數(shù)來區(qū)分好壞規(guī)則?？上炔捎镁垲惙治龅姆椒ò褜W(xué)生進行分類，然后根據(jù)分類的結(jié)果對學(xué)生再進行關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘。也可以采用決策樹算法根據(jù)學(xué)生基本情況預(yù)測學(xué)生發(fā)展未來，指導(dǎo)學(xué)生選擇所學(xué)的專業(yè)和課程。這樣就可以對某些方面有潛質(zhì)的學(xué)生提供更多鍛煉和學(xué)習(xí)機會，以達到因材施教、培養(yǎng)不同層次人才的目的。

3 運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)輔助教學(xué)過程決策

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教學(xué)過程決策中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：

1）合理設(shè)置課程

合理的設(shè)置課程，是指各門課程之間的結(jié)構(gòu)合理，包括開設(shè)的課程、課程開設(shè)的先后順序以及各課程之間的銜接有序，能使學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，獲得某一專業(yè)所具備的知識與能力。畢竟開設(shè)的各門課程之間有著一定的關(guān)聯(lián)與前后順序關(guān)系，這種關(guān)系是潛在的，不易發(fā)覺的。這樣就可以找到合理設(shè)置學(xué)生課程的依據(jù)，及時調(diào)整各課程的開出順序，以達到最佳的教學(xué)效果。總之，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)資源的有效配置以及課程設(shè)置的合理化。

2）改進教學(xué)方法和手段

在教學(xué)過程中，教師要靈活運用各種教學(xué)方法和手段來完成自己的教學(xué)任務(wù)，并獲取最佳的教學(xué)效果。至于何種教學(xué)方法教學(xué)效果最佳，需從積累的大量的教學(xué)歷史數(shù)據(jù)，通過用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的分類、聚類方法分析學(xué)生的具體情況，運用回歸線分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則的方法來判定不同專業(yè)、不同特征的學(xué)生應(yīng)采取什么樣的教學(xué)方法，還有教學(xué)內(nèi)容的范圍和深度是否合適；選擇的教學(xué)媒體是否實用；講解的時間是否恰到好處；教學(xué)策略是否得當(dāng)?shù)鹊?。只有這樣，才能使我們的教學(xué)方法隨著教學(xué)對象的不同、教學(xué)內(nèi)容的更新、教學(xué)手段的改進以及教學(xué)活動中各種因素的變化而變化，用發(fā)展的觀點看待教學(xué)方法，促進教學(xué)方法不斷與時具進，并能正確運用教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

3）合理化考試

考試是教育教學(xué)活動中的重要一環(huán),作為檢驗學(xué)生所學(xué)知識和能力掌握程度的手段,也應(yīng)該隨著教育的不斷發(fā)展而做出調(diào)整,以適應(yīng)新形勢下教育發(fā)展的需要。在教學(xué)與考試關(guān)系中，我們不能因為考試而教學(xué)，也不能因為教學(xué)而考試。教學(xué)內(nèi)容決定了考試的內(nèi)容，而教學(xué)方法決定了考核方法，因此從理論上說，考試只是教學(xué)的一個組成部分，它的考核內(nèi)容與方法由教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法所決定。故讓教學(xué)和考試這對伙伴和諧發(fā)展、互相促進、共同提高就必須運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)輔助我們的教學(xué)決策，探索有效的途徑來評價考試的合理化，如試題相對學(xué)生的難易度、知識點全面度等需要數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

4 運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對教學(xué)的總體情況進行評價

教學(xué)評價就是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的要求，采用測量的工具和方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進行量化的描述，并對量化的結(jié)果作出價值判斷的過程。它是教學(xué)管理中的一個重要環(huán)節(jié)，是引導(dǎo)教育、充分利用教育成果和促進教育健康發(fā)展的保障。但傳統(tǒng)的教學(xué)評價方法尚存缺陷，主要表現(xiàn)在：

1）主觀因素較多，難以客觀反映實際問題。由于教學(xué)管理部門的評價手段不全面，其所獲取的用于教學(xué)評價的數(shù)據(jù)不充分。同時教學(xué)管理部門僅依賴他人的經(jīng)驗進行評價，主觀因素左右評價的結(jié)果。

2）內(nèi)容與形式過于簡單，不能反映教學(xué)中深刻的問題。在內(nèi)容上，所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)也不夠全面，直接或間接影響教學(xué)效果的因素如學(xué)生基礎(chǔ)、教學(xué)環(huán)境、課程設(shè)置以及任課教師的搭配等都沒有包括；形式上也僅限于學(xué)生網(wǎng)評打分、教師互評、考試成績統(tǒng)計等簡單方式。在這種方法下，評估指標(biāo)的制定往往忽視了對己有數(shù)據(jù)中蘊含信息的利用，使得評估指標(biāo)的指定缺乏歷史依據(jù)，同時只能取得單純的評估結(jié)果，卻不能對評估數(shù)據(jù)進行分析，深刻反映教學(xué)過程中存在的問題。

3）未能起到教學(xué)評價應(yīng)有的作用。通常教學(xué)評價的結(jié)果只作為晉升、評優(yōu)等項目的依據(jù)。然而它的作用遠不如此，良好的教學(xué)評價會在教學(xué)過程中發(fā)揮著正面的作用，并從整體上調(diào)節(jié)、促進、激勵及控制著教學(xué)活動的進行，保證著教學(xué)活動向預(yù)定目標(biāo)前進并最終達到該目標(biāo)。。從學(xué)生成績、教學(xué)基本信息、評價信息數(shù)據(jù)中進行數(shù)據(jù)挖掘，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的關(guān)聯(lián)分析、統(tǒng)計分析、分類法、聚類法以及決策樹法等進行深層次的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各個因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，找到隱藏在其中的規(guī)律以及找出影響教學(xué)效果的諸多原因之間的關(guān)系，綜合評定教學(xué)成果，從而保證評價內(nèi)容全面、評價方式多元化，提高評價結(jié)果的科學(xué)性、可靠性和客觀公正性，促進教學(xué)的互動和提高。只有建立科學(xué)合理的教學(xué)綜合分析評價體系，才能強化教學(xué)管理，保證教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提高；才能促進教學(xué)基本建設(shè)，包括師資隊伍建設(shè)、專業(yè)與課程建設(shè)；才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮競爭的優(yōu)勢；才能增強學(xué)校的凝聚力，促進優(yōu)良教風(fēng)和學(xué)風(fēng)的形成；才能及時發(fā)現(xiàn)人才培養(yǎng)中存在的不足，以便進一步明確辦學(xué)指導(dǎo)思想和教學(xué)工作思路，加大教學(xué)經(jīng)費投入，改善辦學(xué)條件。理論研究說明，把數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)運用到教學(xué)評價上，在理論上是可行的，在技術(shù)上是可實現(xiàn)的。

5 結(jié)束語

雖然數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)目前總體上還處于理論探討階段，離實際應(yīng)用還有一定的距離，但目前它己經(jīng)成為計算機科學(xué)與技術(shù)的一個熱點，在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)日益發(fā)展的同時，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷的擴大。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不但應(yīng)用在教學(xué)過程中，而且在學(xué)校的各項管理工作中也將有著十分嶄新和廣闊的應(yīng)用前景。為了讓我們的學(xué)校在激烈的競爭中掌握主動，在未來的發(fā)展中走向強大，就必須加大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教學(xué)各項管理工作中的應(yīng)用，不斷提高了教學(xué)管理的科學(xué)性，增強教學(xué)管理數(shù)字化建設(shè)的實效性，把提高教學(xué)質(zhì)量真正落實到實處。

[1] 于立紅,張建偉.基于數(shù)據(jù)挖掘的高職生成績分析與預(yù)測[J].鄭州輕工學(xué)院學(xué)報,2006,21(3).

[2] 康曉東.基于數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2004,1.

[3] 李雄飛,李軍.數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)[M].高等教育出版社,2003,11.

[4] 員巧云,程剛.近年來我國數(shù)據(jù)挖掘研究綜述[J].情報學(xué)報,2005,24(2).

TP391

A

1009-0134(2010)09-0153-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.09.47

2009-12-11

李瑞林 （1964 -），男，廣西南寧人，講師，研究方向為計算機應(yīng)用。