高校數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)模式探究

陳晶+呂佳

摘要：針對數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)過程中存在的主要問題，提出以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，案例輔助教學(xué)的教學(xué)方法，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從課前學(xué)習(xí)、課中討論和課后應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)開展教學(xué)活動，提倡研究生自主學(xué)習(xí)，充分挖掘?qū)W生的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，并在項(xiàng)目實(shí)踐中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作以及運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘方法分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；翻轉(zhuǎn)課堂；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0179-04

Abstract： According to the data mining problems in the process of teaching， this paper puts forward the teaching method of project-based learning and case-assisted teaching， combined with the teaching mode of trans-classroom teaching， teaching from the pre-class study， class discussion and post-class application Activities， to promote graduate students to learn independently， to fully tap the students' ability to achieve the needs of learners personalized learning， and in the project practice to develop teamwork and the use of data mining methods to analyze and solve problems.

Key words： data mining； flipped classroom； project based learning

1 概述

隨著我國教育信息化水平的不斷提升，大數(shù)據(jù)已然成為信息技術(shù)發(fā)展的新趨勢，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用引起了教育變革，推動教育的發(fā)展。數(shù)據(jù)挖掘是大數(shù)據(jù)時(shí)代的產(chǎn)物，是學(xué)校培養(yǎng)數(shù)據(jù)挖掘人才的重要課程[1]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科，涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、并行計(jì)算、分布式計(jì)算、統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識別等學(xué)科知識，在商務(wù)、醫(yī)學(xué)、科學(xué)與工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2]。數(shù)據(jù)挖掘課程涉及的內(nèi)容廣泛，要求學(xué)生知識面寬廣、基礎(chǔ)課程功底扎實(shí)等，很多高校已在本科階段開設(shè)數(shù)據(jù)挖掘課程，以提高大學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而為以后進(jìn)入社會工作打好基礎(chǔ)。本文探討高校的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)校將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)方法，理論課程多引用案例教學(xué)，以具體的實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；實(shí)踐課程結(jié)合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方法，依據(jù)具體的項(xiàng)目實(shí)踐，完成項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)以致用，不斷提升綜合實(shí)踐的能力。

2 高校數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 教學(xué)系統(tǒng)性不足

數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)內(nèi)容相當(dāng)豐富，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，該課程要求學(xué)生對數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)有深層次的認(rèn)識，掌握數(shù)據(jù)挖掘的原理、過程和方法，能夠熟練運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決問題。目前的該課程教學(xué)系統(tǒng)不夠科學(xué)，實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)未能銜接，基本的操作技能未能得到拓展。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)需求有差距

現(xiàn)今數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)展迅速，企業(yè)業(yè)務(wù)具有較大拓展性，因此企業(yè)招聘時(shí)要求人才能與時(shí)俱進(jìn)。在學(xué)校教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容往往依托著教材，由于實(shí)踐課與理論課比例不當(dāng)、校企合作不足等原因，致使學(xué)生在技能應(yīng)用上的滯后。

2.3 適合個(gè)性化學(xué)習(xí)的資源缺乏

目前與數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)相適合的優(yōu)質(zhì)資源較為匱乏，例如：教學(xué)資源沒有進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，內(nèi)容多為重復(fù)資源；教學(xué)資源更新不及時(shí)，沒有及時(shí)跟進(jìn)與國際接軌的最新、最前沿資源；沒有很好的利用互聯(lián)網(wǎng)資源，多以紙質(zhì)教材資源為主；沒有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)適用于課堂個(gè)性化教學(xué)的資源。

2.4 課堂交互不足，學(xué)生積極性不高

課堂教學(xué)活動中，教師不能引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性不高。例如：課堂教學(xué)只注重教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)與講解，且教學(xué)內(nèi)容多以靜態(tài)為主，忽視教學(xué)情景和交互的設(shè)計(jì)；教育技術(shù)的多種交互在課堂教學(xué)中體現(xiàn)不充分，課堂問題設(shè)計(jì)不具針對性，不利于好促進(jìn)師生之間的交流。

3 數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)改革思路

數(shù)據(jù)挖掘課程改革以深入開展校企合作為出發(fā)點(diǎn)，以企業(yè)需求為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)典型的案例分析合理劃分多個(gè)課程教學(xué)模塊；分析各個(gè)知識點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系，在每個(gè)學(xué)習(xí)模塊中安排結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，有層次的提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂開展課程教學(xué)課程實(shí)踐，按課前學(xué)習(xí)、課中討論和課后應(yīng)用開展每一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)；優(yōu)化課程考核方法，增加過程性評價(jià)的比例，全面提高學(xué)生的綜合能力。

4 數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)改革具體實(shí)施

數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)過程涉及課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中，理論課教學(xué)主要講授數(shù)據(jù)挖掘概念、模型、方法和算法等相關(guān)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)課教學(xué)則主要以加強(qiáng)學(xué)生對課堂知識的理解、培養(yǎng)應(yīng)用能力為目標(biāo)。

理論課教學(xué)主要以案例為中心組織教學(xué)內(nèi)容，以問題引出知識點(diǎn)并對知識點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)；通過案例分析的方式，學(xué)生能掌握數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基本方法和流程。為了要鞏固學(xué)生學(xué)到的知識，在實(shí)踐課中以項(xiàng)目開發(fā)為手段，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。因此，在實(shí)踐課教學(xué)中，教師需要以具體的項(xiàng)目為導(dǎo)向，通過組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)中積極思考，主動探索，運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題，通過對知識的實(shí)際運(yùn)用加深理解并促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)和協(xié)作能力。endprint

4.1 基于案例分析設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)過程中，教師應(yīng)采用案例教學(xué)，將教學(xué)模塊中的主要知識點(diǎn)進(jìn)行連接并以案例引導(dǎo)的方式進(jìn)行教學(xué)，以問題引出知識點(diǎn)；在案例展開的過程中，圍繞數(shù)據(jù)挖掘的知識點(diǎn)，輔以案例進(jìn)行講解。這些案例需要緊扣教學(xué)計(jì)劃，根據(jù)各章節(jié)授課內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和概念，理解數(shù)據(jù)挖掘的過程與方法。此外，案例應(yīng)貼近現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，要有針對性、典型性。數(shù)據(jù)挖掘理論課教學(xué)過程中設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例[3]，如表1所示。

課堂教學(xué)是以案例分析的方式展開，教師在講授各教學(xué)模塊時(shí)，首先給出案例并介紹所需要解決的問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入內(nèi)容的學(xué)習(xí)；其次分析問題并引出案例中涉及的各個(gè)知識點(diǎn)，讓學(xué)生大致了解新的教學(xué)內(nèi)容中涉及的主要知識點(diǎn)，對這些知識點(diǎn)的應(yīng)用有一個(gè)初步認(rèn)識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；最后對具有代表性案例中的知識點(diǎn)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識遷移，將新學(xué)到的知識應(yīng)用到案例中。

4.2 結(jié)構(gòu)化項(xiàng)目教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)過程中，引入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project Based Learning）的教學(xué)方法，學(xué)習(xí)者以課程的核心概念和原理為中心內(nèi)容，依據(jù)一個(gè)具體的項(xiàng)目，利用多種教學(xué)資源開展學(xué)習(xí)活動[4]，以項(xiàng)目任務(wù)的形式，要求學(xué)生通過綜合利用所學(xué)知識設(shè)計(jì)、開發(fā)并最終完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，在數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)課程中，數(shù)據(jù)挖掘課程的總體目標(biāo)是結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘的專業(yè)知識，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)理論或方法解決一個(gè)具體的問題。學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程中了解和掌握各個(gè)知識的重難點(diǎn)，掌握數(shù)據(jù)挖掘方法的應(yīng)用實(shí)踐，熟悉數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)環(huán)境。

教師可以依據(jù)數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容，預(yù)先提供若干項(xiàng)目選題，如圖1所示，也可以是學(xué)生根據(jù)興趣選擇項(xiàng)目，然后學(xué)生自由組合分成2-3人的小組，合作完成各組的項(xiàng)目。各小組選定各組的選題，首先利用參考書籍、互聯(lián)網(wǎng)、文獻(xiàn)期刊等搜集資料，完成項(xiàng)目申請書，并提交由在教師修改，初步確定各小組的任務(wù)方向；然后進(jìn)行部分的修改與完善，各小組分配任務(wù)；最后確定各小組最終要完成的項(xiàng)目任務(wù)。

4.3 應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂開展實(shí)踐教學(xué)

1） 課前學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂改變了知識傳授和知識內(nèi)化的方式，要求學(xué)生自主按照學(xué)習(xí)的任務(wù)進(jìn)程進(jìn)行知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)和已學(xué)知識的鞏固。根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要形式，主要從三個(gè)部分開展，包括課前學(xué)習(xí)，自主學(xué)習(xí)，提出問題；課中討論，觀點(diǎn)新穎，互動交流；課后應(yīng)用，項(xiàng)目實(shí)踐，自主創(chuàng)新，以此設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，如圖2所示。

首先，設(shè)計(jì)本課程總項(xiàng)目的設(shè)計(jì)分析，即根據(jù)自己的興趣或老師的要求設(shè)計(jì)項(xiàng)目，列出具體的實(shí)施細(xì)節(jié)，例如：教育數(shù)據(jù)挖掘：學(xué)生學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目規(guī)劃，如表2所示，明確教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)該掌握的基本方法，要求在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程中，能夠正確應(yīng)用所學(xué)的知識，最終形成一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目文件。在項(xiàng)目的完成過程中，要充分注重團(tuán)隊(duì)的作用，要與同組的學(xué)員進(jìn)行合作與交流。

課前教師對每個(gè)單元提供學(xué)習(xí)任務(wù)單，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，知道課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)難點(diǎn)，對每個(gè)重要的知識點(diǎn)，設(shè)置課堂作業(yè)，小組研討問題等，以期對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價(jià)；教師擁有大量的國內(nèi)外最新、最前沿的學(xué)習(xí)資源，課前與學(xué)生共享，提供中英文的PPT教學(xué)課件，中英文的參考教材以及精品課程的網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供支持。如：推薦學(xué)生學(xué)習(xí)加州理工學(xué)院公開課：機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘（中英文字幕），為數(shù)據(jù)挖掘課程學(xué)習(xí)建立基礎(chǔ)。學(xué)生要根據(jù)自己制定的學(xué)習(xí)計(jì)劃，明確學(xué)習(xí)任務(wù)，對重點(diǎn)難點(diǎn)要有自己的解決方法，對于數(shù)據(jù)挖掘工具要熟練的應(yīng)用，對難理解的數(shù)據(jù)挖掘方法要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到鞏固和強(qiáng)化知識的目的。及時(shí)反饋學(xué)習(xí)中遇到的問題，在QQ群或微信群留言，以便教師或?qū)W生討論或解答。

2） 課中討論設(shè)計(jì)

教師要營造一個(gè)互動的學(xué)習(xí)環(huán)境，對學(xué)生課前反饋的問題，總結(jié)出普遍性與共性的問題進(jìn)行疑問解答；側(cè)重講解課程內(nèi)容的容易被遺漏，容易混淆以及容易出錯(cuò)的知識點(diǎn)，如：學(xué)生在閱讀英文文獻(xiàn)時(shí)遇到個(gè)別術(shù)語的問題，中文解釋與英文解釋會有偏差，教師應(yīng)及時(shí)講解這方面的誤解，以便學(xué)生更好的理解。對于很具有代表性、新穎的問題組織學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行討論，以小組為單位，進(jìn)行觀點(diǎn)的匯報(bào)，再提出問題，進(jìn)行解答，建立良好的學(xué)習(xí)氛圍。學(xué)生要擅于總結(jié)、提煉外文學(xué)習(xí)材料中的問題，挖掘出典型的、具有重要研究意義的問題，制作英文PPT在課堂中匯報(bào)，教師與學(xué)生一起再進(jìn)行深入的分析理解。學(xué)生要對討論課中提出的問題以及解決方法進(jìn)行梳理，在匯總的基礎(chǔ)上構(gòu)成自己的知識體系。

3） 課后應(yīng)用設(shè)計(jì)

學(xué)生完成項(xiàng)目的驗(yàn)收階段，學(xué)生需要完成項(xiàng)目任務(wù)書的書寫，教師組織項(xiàng)目匯報(bào)展示，小組成員綜合應(yīng)用信息技術(shù)，匯報(bào)的形式不局限于口頭陳述，可以制作PPT對本組項(xiàng)目進(jìn)行陳述，或利用其他的形式展示。各小組成員在相互講解的過程中互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。教師對學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中存在的問題進(jìn)行分析和解答，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐的過程中去理解和把握數(shù)據(jù)挖掘知識與技能，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的潛能，在實(shí)踐中積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

4.4 深入開展過程性評價(jià)

過程性評價(jià)滲透于學(xué)習(xí)過程中，不是以一次評價(jià)作為學(xué)習(xí)價(jià)值判斷的依據(jù)，它是對課程教學(xué)實(shí)施過程中的，學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果的綜合評價(jià)。評價(jià)在學(xué)習(xí)過程中發(fā)生，可見于學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)施的過程體現(xiàn)動態(tài)性、全面性，評價(jià)的結(jié)果有利于體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的真實(shí)價(jià)值[5]。數(shù)據(jù)挖掘課程評價(jià)的形式參考多方面因素的綜合，如表3所示。課程的最終評價(jià)結(jié)果是過程性評價(jià)與總結(jié)性評價(jià)相結(jié)合的結(jié)果，教師通過評價(jià)學(xué)生課堂討論的參與程度（外文文獻(xiàn)的閱讀與理解程度）、項(xiàng)目匯報(bào)（可執(zhí)行性）、項(xiàng)目成果發(fā)表（論文或項(xiàng)目書）來評價(jià)學(xué)生的最終表現(xiàn)。

5 總結(jié)

在大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展背景下，數(shù)據(jù)挖掘已然成為各高校的重要課程。在數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)過程中，學(xué)校和教師要積極創(chuàng)新教學(xué)思維和優(yōu)化教學(xué)方式，創(chuàng)建豐富的實(shí)踐環(huán)境，提供系統(tǒng)的學(xué)習(xí)資源，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并將其應(yīng)用于實(shí)踐，努力解決數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)的困難，培養(yǎng)更多與時(shí)俱進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘人才。本文對數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)模式進(jìn)行探討，將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，將實(shí)際案例應(yīng)用到理論教學(xué)，將某一項(xiàng)目貫穿于整個(gè)教學(xué)中，在課前自主學(xué)習(xí)，閱讀和理解數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，查閱資料，觀看精品課程，反饋問題，在課堂中進(jìn)行問題解答以及典型問題的討論，使學(xué)生在掌握數(shù)據(jù)挖掘?qū)I(yè)知識的同時(shí)，提煉自己的觀點(diǎn)，掌握數(shù)據(jù)挖掘?qū)I(yè)領(lǐng)域前沿的知識。

參考文獻(xiàn)：

[1] 詹少強(qiáng).大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)新探[J].長春教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（22）：81-82.

[2] Pang-Ning Tan， Michael Steinbach， Vipin Kumar.數(shù)據(jù)挖掘?qū)д摚和暾鎇M].人民郵電出版社， 2011.

[3] 周學(xué)春.數(shù)據(jù)挖掘算法與現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用案例[EB/OL].2015-9-21.

[4] 霍玉秀.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式與大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的實(shí)證研究[J].考試周刊，2015（91）：144-145.

[5] 謝同祥，李藝.過程性評價(jià)：關(guān)于學(xué)習(xí)過程價(jià)值的建構(gòu)過程[J].電化教育研究， 2009（6）：17-20.endprint