K-Means聚類(lèi)分層法在高職教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用分析

朱婭婷 陳丹彤 趙星星

江蘇省聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州旅游與財(cái)經(jīng)分院，江蘇 蘇州 215000

一、K-Means聚類(lèi)分層法的應(yīng)用背景

自貫徹《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》（國(guó)發(fā)〔2014〕19號(hào)）以來(lái)，高職教學(xué)研究就在不斷進(jìn)行中。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，分層次教學(xué)是教育教學(xué)中最具針對(duì)性的方法［1］，而基于K-Means聚類(lèi)的分層教學(xué)則不僅能量化分層指標(biāo)具有較強(qiáng)的科學(xué)性及操作性［2］，而且能根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化檢測(cè)教學(xué)實(shí)踐的成效［3］，故K-Means聚類(lèi)分層法是教學(xué)實(shí)踐中的重要手段。

二、K-Means聚類(lèi)分層法的原理

K-Means聚類(lèi)分層法即基于K-Means聚類(lèi)的學(xué)生分層法。聚類(lèi)分析是研究對(duì)樣品（或指標(biāo)）分類(lèi)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，K-Means聚類(lèi)即K均值聚類(lèi)算法是一種非系統(tǒng)的快速聚類(lèi)法，是在給定訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和聚類(lèi)數(shù)目后通過(guò)不停地迭代，聚類(lèi)域中的全部樣本到聚類(lèi)中心距離的平方和誤差最?。?］?；贙-Means聚類(lèi)的學(xué)生分層即通過(guò)學(xué)生的日常課程評(píng)價(jià)成績(jī)數(shù)據(jù)集，運(yùn)用K-Means聚類(lèi)，劃分為若干層次，指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐的一種探索分層的方法。

三、K-Means聚類(lèi)分層法在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

本文所探討的聚類(lèi)分層是基于高職某門(mén)課程的教學(xué)實(shí)踐而進(jìn)行的動(dòng)態(tài)研究。共計(jì)三個(gè)步驟：（一）構(gòu)建該課程日常評(píng)價(jià)體系；（二）根據(jù)學(xué)生學(xué)情給予評(píng)價(jià)，收集數(shù)據(jù)；（三）對(duì)學(xué)生進(jìn)行K-Means聚類(lèi)分層，階段性動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)生層次。

（一）構(gòu)建該課程日常評(píng)價(jià)體系

據(jù)美國(guó)著名心理學(xué)者B·S·布魯姆的《教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)》［4］，我們將課程日常評(píng)價(jià)體系構(gòu)建如下：

維度一：認(rèn)知過(guò)程維度。將知識(shí)區(qū)分為事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)、元認(rèn)知知識(shí)四個(gè)層次，每個(gè)層次的知識(shí)又按照學(xué)生的接受水平由淺入深設(shè)為記憶（1分）、理解（2分）、應(yīng)用（3分）、分析（4分）、評(píng)價(jià)（5分）、創(chuàng)造（6分）六個(gè)級(jí)別，按學(xué)生學(xué)情分別計(jì)分。四層六級(jí)得分總和為該維度得分，得分區(qū)間為（0，24）。

維度二：情感領(lǐng)域維度。將學(xué)生情感按照內(nèi)化程度由淺入深分為：接受或注意（1分）、反應(yīng)（2分）、評(píng)價(jià)或價(jià)值化（3分）、組織（4分）、價(jià)值與價(jià)值體系的性格化（5分）五個(gè)層次，按學(xué)生學(xué)情選擇計(jì)分，得分區(qū)間為（0，5）。

維度三：動(dòng)作技能領(lǐng)域。將學(xué)生動(dòng)作能力由簡(jiǎn)單到復(fù)雜分為：知覺(jué)能力（1分）、生理能力（2分）、技能動(dòng)作（3分）、有意活動(dòng)（4分）等多個(gè)層次，按學(xué)生學(xué)情選擇計(jì)分，得分區(qū)間為（0，4）。

（二）根據(jù)學(xué)生學(xué)情給予評(píng)價(jià)收集數(shù)據(jù)

將每節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容按照認(rèn)知過(guò)程、情感領(lǐng)域、動(dòng)作領(lǐng)域的緯度進(jìn)行分解，同時(shí)依據(jù)學(xué)生的學(xué)情給予量化積累，以備后續(xù)分析處理。

（三）對(duì)學(xué)生進(jìn)行K-Means聚類(lèi)分層

通過(guò)對(duì)學(xué)生早期的日常學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)聚類(lèi)，我們得到如下表1分層數(shù)據(jù)：

在此基礎(chǔ)上，我們?cè)谡n堂隨機(jī)分組的基礎(chǔ)上進(jìn)行了組員調(diào)整，力求組內(nèi)成員層次全包括，組間成員相對(duì)均勻。同時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，以小組作為教學(xué)活動(dòng)的基本單元，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目引領(lǐng)、情境導(dǎo)入等方式組織課程，輔之各色的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、各式的信息化手段，讓學(xué)生通過(guò)角色扮演、情景模擬、組內(nèi)自學(xué)互助組間比幫趕超的方式內(nèi)化理論、情感，拓展技能。同時(shí)關(guān)注不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，在教學(xué)中發(fā)揮好優(yōu)等生的榜樣帶頭作用，做好中等生的提優(yōu)及穩(wěn)定工作，做好待優(yōu)生的鼓勵(lì)及激發(fā)工作，分層制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、布置作業(yè)，實(shí)現(xiàn)因材施教。

通過(guò)調(diào)整分層教學(xué)，我們對(duì)學(xué)生后期的日常學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)再一次聚類(lèi)，我們得到如下表2信息：

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：優(yōu)等生比例增加，中等生比例減少，待優(yōu)生比例不變；后期聚類(lèi)結(jié)果中類(lèi)中心點(diǎn)的坐標(biāo)普遍上移；三大類(lèi)認(rèn)知過(guò)程得分下限普遍提升。表明通過(guò)分層教學(xué)實(shí)施后，效果較優(yōu)，全班學(xué)生都有不同程度的受益：全體知識(shí)學(xué)習(xí)的效果明顯提升；雖三大類(lèi)學(xué)生在情感領(lǐng)域、動(dòng)作領(lǐng)域區(qū)間變化不大，但類(lèi)中心坐標(biāo)的上移表明，在這兩方面的整體水平都有一定程度的提高；有個(gè)別學(xué)生受益較大，進(jìn)入了更優(yōu)類(lèi)。

四、反思與改進(jìn)

通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，K-Means聚類(lèi)分層在高職教學(xué)實(shí)踐中，可以較隨機(jī)分組更科學(xué)地輔助教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)分層，探索其層內(nèi)特質(zhì)層間差異，從而采用恰當(dāng)?shù)慕谭?、學(xué)法甚至創(chuàng)新更適用的方式組織課堂。但也有改進(jìn)空間，例如聚類(lèi)指標(biāo)要依據(jù)每次的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，工程量較大，后期可探索標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化結(jié)合的指標(biāo)體系；同時(shí)聚類(lèi)數(shù)據(jù)可引進(jìn)同學(xué)、企業(yè)等多對(duì)象評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生更立體地認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)教學(xué)落實(shí)。

表1 初期聚類(lèi)分析

表2 后期聚類(lèi)分析