大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)新探

詹少?gòu)?qiáng)

詹少?gòu)?qiáng)/揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)講師（江蘇揚(yáng)州225000）。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)帶來(lái)的社會(huì)變革引起了各界的高度關(guān)注。目前，大數(shù)據(jù)與我們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)影響力。數(shù)據(jù)挖掘?qū)W科是大數(shù)據(jù)時(shí)代的產(chǎn)物，是學(xué)校培養(yǎng)大數(shù)據(jù)人才的重要課程。本文主要探討職業(yè)院校的數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)校將實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與大數(shù)據(jù)的具體特性、數(shù)據(jù)挖掘?qū)W科交叉性強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識(shí)、加強(qiáng)理論體系、創(chuàng)新教學(xué)方法和深入科學(xué)研究等四個(gè)方面入手，創(chuàng)新數(shù)據(jù)挖掘課的教學(xué)方法，努力解決大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)的困難，培養(yǎng)更多與時(shí)俱進(jìn)的大數(shù)據(jù)研究型人才。

一、大數(shù)據(jù)及其特征

“大數(shù)據(jù)”是一個(gè)新興名詞，是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展、大繁榮的一種外在表現(xiàn)，大數(shù)據(jù)伴隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展極為迅速，至今我們尚未對(duì)大數(shù)據(jù)有一個(gè)全面深入的認(rèn)識(shí)與定義。目前看來(lái)，大數(shù)據(jù)就是由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型眾多的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合，是以云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用模式為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)的整合與共享，交叉復(fù)用形成的智力資源和知識(shí)服務(wù)能力。由此看來(lái)，單臺(tái)的計(jì)算機(jī)無(wú)法完成大數(shù)據(jù)的處理，只有分布式計(jì)算架構(gòu)才能完成這一工作。大數(shù)據(jù)依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、云存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的進(jìn)行挖掘。

其具體特征可以概括為4V：第一，數(shù)據(jù)量浩大（Volume）。數(shù)據(jù)集合的規(guī)模不斷擴(kuò)大，容量計(jì)量單位從GB、TB到PB甚至EB、ZB，通常的個(gè)人計(jì)算機(jī)硬盤的容量為TB級(jí)，而部分大型企業(yè)的數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到EB級(jí)。第二，數(shù)據(jù)類型繁多（Variety）。大數(shù)據(jù)的對(duì)象是能夠存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)格式，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以文本為主的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)易于存儲(chǔ)，是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型，而現(xiàn)在則出現(xiàn)了更多的音頻、視頻、圖片、網(wǎng)絡(luò)日志、地理位置信息、搜索引擎中關(guān)鍵詞等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。第三，價(jià)值巨大（Value）。數(shù)據(jù)之間存在的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，在信息學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)等諸多領(lǐng)域掀起了革命性浪潮，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。第四，處理迅速（Velocity）。大數(shù)據(jù)通常以數(shù)據(jù)流的形式不間斷地迅速產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)性和時(shí)效性都很強(qiáng)。

二、數(shù)據(jù)挖掘課程的主要內(nèi)容

數(shù)據(jù)挖掘是涉及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)系統(tǒng)、信息檢索、高性能計(jì)算和可視化等多學(xué)科知識(shí)的復(fù)雜學(xué)科，具有顯著的交叉性，不僅具有很強(qiáng)的理論性，還具備很強(qiáng)的實(shí)踐意義，注重于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決綜合問(wèn)題的能力。課程的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)是教學(xué)指導(dǎo)大綱，也是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容。核心知識(shí)結(jié)構(gòu)如下圖所示。數(shù)據(jù)挖掘前要先經(jīng)過(guò)預(yù)處理才能存入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，再根據(jù)具體情況利用相關(guān)的挖掘工具和挖掘算法，按照一定的挖掘流程進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，最后以可視化的形式展示挖掘結(jié)果。挖掘工具和挖掘算法是教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。挖掘工具分為專用挖掘工具和通用挖掘工具，十大經(jīng)典挖掘算法有分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析、鏈接挖掘、裝袋和增強(qiáng)、序列、機(jī)器學(xué)習(xí)、聚合挖掘、粗糙集挖掘和圖挖掘，學(xué)生需要了解各種算法的概念、思想和代表性算法，并能對(duì)實(shí)例進(jìn)行分析。

《數(shù)據(jù)挖掘》課程核心知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

三、數(shù)據(jù)挖掘的課程特點(diǎn)

（一）新穎性

早在1980年，著名未來(lái)學(xué)家阿爾文·托夫勒便在《第三次浪潮》一書中，將大數(shù)據(jù)贊頌為“第三次浪潮的華彩樂(lè)章”。1989年是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)興起的元年，大約從2009年開始，“大數(shù)據(jù)”才成為互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)行業(yè)的流行詞匯。近年來(lái)，數(shù)據(jù)挖掘作為一門新興的學(xué)科，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，對(duì)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)來(lái)說(shuō)，它有著嶄新的理論思想和非凡的實(shí)踐意義。

（二）內(nèi)容廣

數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)包括分類規(guī)則挖掘、聚類規(guī)則挖掘、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、時(shí)序規(guī)則挖掘、特征規(guī)則挖掘、偏差規(guī)則挖掘和預(yù)測(cè)，每項(xiàng)內(nèi)容都有專門的挖掘技術(shù)。其相關(guān)領(lǐng)域有人工智能、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫(kù)。

（三）交叉性

數(shù)據(jù)挖掘?qū)W科有廣泛的技術(shù)支撐，它涵蓋了數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)可視化、知識(shí)系統(tǒng)、信息檢索、圖像與信號(hào)處理、空間數(shù)據(jù)分析、高性能計(jì)算和可視化數(shù)據(jù)挖掘等多門學(xué)科，是在廣泛吸取其他各門學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化發(fā)展而來(lái)的。

（四）難度大

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)，它通過(guò)分析每個(gè)數(shù)據(jù)，從大量數(shù)據(jù)中尋找其規(guī)律的技術(shù)，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示三個(gè)步驟，與人工智能、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)，主要應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)、情報(bào)檢索和模式識(shí)別等。因其具有新穎性、內(nèi)容廣、交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)，決定了它必然具有一定的難度。

四、數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)的困難

（一）教師經(jīng)驗(yàn)不足

大數(shù)據(jù)背景下的新興數(shù)據(jù)挖掘是各院校的新開課程，之前很少有教師接觸過(guò)或者系統(tǒng)地了解過(guò)，所以沒(méi)有成熟的教學(xué)理念和教學(xué)方法，經(jīng)驗(yàn)不足。

（二）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)，需要學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)和操作，部分開課專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)比較薄弱，之前也沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)課和其他相關(guān)課程，因此在學(xué)習(xí)中存在一定的困難。

（三）教學(xué)偏重理論

目前數(shù)據(jù)挖掘廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)、情報(bào)檢索和模式識(shí)別等領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，但由于數(shù)據(jù)挖掘是一門數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、信息檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)系統(tǒng)、高性能計(jì)算和可視化等多學(xué)科交叉的學(xué)科，教師受填鴨式教學(xué)理念的拘泥，所以大都偏重理論教學(xué)，很少為學(xué)生提供上機(jī)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

五、大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)方法

（一）提高教師的職業(yè)素養(yǎng)

數(shù)據(jù)挖掘是一門新興課程，涉及學(xué)科繁多、內(nèi)容廣泛、理論復(fù)雜，教師經(jīng)驗(yàn)不足，職業(yè)素養(yǎng)不高，在教學(xué)中存在一定的困難，這就要求教師努力提高自身職業(yè)素養(yǎng)，包括兩方面：一方面，教師要自覺(jué)學(xué)習(xí)，提高數(shù)據(jù)挖掘的專業(yè)水平，系統(tǒng)掌握其所涉及科目的理論及技術(shù)知識(shí)，能夠運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)分析并解決實(shí)踐問(wèn)題；另一方面，教師要樹立數(shù)據(jù)意識(shí)，創(chuàng)新教學(xué)思想和方法，豐富課堂和教學(xué)內(nèi)容，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。不能因?yàn)閷W(xué)生基礎(chǔ)薄弱、涉及的知識(shí)太多太雜、課程難度大而敷衍了事，一定要引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化理論基礎(chǔ)和實(shí)踐應(yīng)用技能，全面為學(xué)生講解相關(guān)知識(shí)，避免他們?cè)趯W(xué)習(xí)中感到迷茫困惑。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)

數(shù)據(jù)的采集運(yùn)用十分嚴(yán)謹(jǐn)，差之毫厘，謬以千里。大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域掀起了革命性浪潮。我們要樹立大數(shù)據(jù)思維意識(shí)，全面認(rèn)識(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)挖掘以數(shù)據(jù)為對(duì)象展開分析，同時(shí)具備具體性和抽象性。具體性是指以數(shù)據(jù)為對(duì)象挖掘出的信息和知識(shí)具有客觀性，解釋性和理解性較強(qiáng)；抽象性是針對(duì)數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中的理論、技術(shù)和方法來(lái)說(shuō)的。在進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)時(shí)，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)?？梢宰寣W(xué)生交流并發(fā)表自己對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的理解，然后教師對(duì)學(xué)生的看法做出總結(jié)修正，通過(guò)實(shí)例讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘形成一個(gè)初步的了解；課下組織學(xué)生開展調(diào)查活動(dòng)，對(duì)大數(shù)據(jù)在生活中的應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)、研究成果、數(shù)據(jù)挖掘的就業(yè)等進(jìn)行調(diào)查，使其理解數(shù)據(jù)在社會(huì)各行各業(yè)的重要意義，并將通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)的信息和知識(shí)服務(wù)于政府、企業(yè)等部門。

（三）強(qiáng)化學(xué)生的基礎(chǔ)理論

數(shù)據(jù)挖掘是一門交叉性強(qiáng)的學(xué)科，以復(fù)雜而強(qiáng)大的理論體系作為支撐，所涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別、信息檢索、高性能和智能計(jì)算等學(xué)科內(nèi)容繁雜，在有限的職業(yè)教育中難以對(duì)此展開系統(tǒng)全面的學(xué)習(xí)。為解決這一問(wèn)題，各院校可以將數(shù)據(jù)挖掘課定位在高年級(jí)學(xué)生，在低年級(jí)做好高等數(shù)學(xué)、代數(shù)、統(tǒng)計(jì)分析、概率、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)編程等與之相關(guān)課程的教學(xué)工作，這些學(xué)生在前幾年的教育中掌握了一些與數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，學(xué)習(xí)能力和理解能力都有很大的提高，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)習(xí)也有清晰的目標(biāo)。此外，學(xué)校要時(shí)常鼓勵(lì)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)相關(guān)課程，了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，推薦有代表性且通俗易懂的文章和書籍，強(qiáng)化學(xué)生的基礎(chǔ)理論體系，為數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)習(xí)提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備。

（四）聯(lián)系實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)

理論源于實(shí)踐，實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)。僅對(duì)大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行理論方面的抽象認(rèn)識(shí)，不能使學(xué)生清晰明確地認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)際意義。數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)的根本目標(biāo)應(yīng)該是使學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)熟練運(yùn)用到實(shí)際中。在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的概念、原理和算法的講解要結(jié)合具體實(shí)例，用數(shù)據(jù)挖掘思想去解釋生活中常見的有關(guān)現(xiàn)象和事物。開設(shè)上機(jī)操作課，讓學(xué)生演算案例中的具體實(shí)例，更好地將所學(xué)理論與實(shí)踐操作相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。鼓勵(lì)他們用理論知識(shí)解決實(shí)踐問(wèn)題，讓學(xué)生分組合作，調(diào)查搜集與課程內(nèi)容相關(guān)的社會(huì)案例，用數(shù)據(jù)分析及處理思想并撰寫報(bào)告。

（五）深入探究提升能力

大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)挖掘面臨著更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，人類的生產(chǎn)生活已經(jīng)和數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生了不可破解的聯(lián)系。因此，我們要更加深入地掌握數(shù)據(jù)挖掘的理論及實(shí)踐意義，使其更好地服務(wù)于人類社會(huì)。在教學(xué)中，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)探究，提升自己利用數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力。如，讓學(xué)生深入研究大數(shù)據(jù)環(huán)境下數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的成果，了解這些成果在生活領(lǐng)域及企業(yè)或政府部門的實(shí)踐應(yīng)用；鼓勵(lì)有出國(guó)深造或科研意向的學(xué)生精細(xì)研究數(shù)據(jù)挖掘，分析經(jīng)典文獻(xiàn)的思維方式，指導(dǎo)他們自主進(jìn)行學(xué)術(shù)創(chuàng)作。

綜上所述，在大數(shù)據(jù)滲透人類社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域的背景下，數(shù)據(jù)挖掘逐漸成為各高校及職業(yè)院校的重要課程。大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘的特點(diǎn)決定了教學(xué)任務(wù)具有一定的困難。教師要在提高自身知識(shí)水平和職業(yè)素養(yǎng)的同時(shí)，創(chuàng)新教學(xué)思維和教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠熟練掌握理論知識(shí)并將其應(yīng)用于實(shí)踐，為今后數(shù)據(jù)挖掘的發(fā)展培養(yǎng)更多的研究型人才。

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