《數(shù)據(jù)挖掘》課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐

時(shí)鴻濤，李紹靜，魯天安

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109）

0 引言

目前我國(guó)大學(xué)課堂主要采用講授型教學(xué)模式，在這一教學(xué)模式下教師會(huì)在課堂上講授大量的概念和理論知識(shí)，而只提供較少的時(shí)間來進(jìn)行案例分析和討論，這導(dǎo)致了學(xué)生往往沒有太多時(shí)間理解和掌握這些課程內(nèi)容，因此無法激發(fā)他們深層思考的過程。此外，由于學(xué)生對(duì)先前知識(shí)掌握的不全面或不扎實(shí)，也會(huì)進(jìn)一步增加他們對(duì)課程內(nèi)容的理解難度，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性的下降。

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）[1]作為一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式成為解決上述問題的一種有效手段，這種教學(xué)模式也受到了越來越多的關(guān)注，并在國(guó)內(nèi)教育界掀起了一股教學(xué)模式改革的熱潮。然而，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在我國(guó)高校推廣過程中仍面臨諸多困難，本研究將針對(duì)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)開設(shè)的《數(shù)據(jù)挖掘》課程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。

1 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂是通過調(diào)整課堂內(nèi)外的學(xué)時(shí)間將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在這種教學(xué)模式下，教師將不再占用課堂的時(shí)間來講授課程內(nèi)容，這些內(nèi)容需要學(xué)生在課前通過在線教育資源來完成自主學(xué)習(xí)，而課堂時(shí)間內(nèi)則用來完成針對(duì)前沿項(xiàng)目的分析和討論[2]。這種將在線教育資源與傳統(tǒng)課堂講授相結(jié)合的混合教學(xué)方式不僅能夠使學(xué)生更積極、更規(guī)律的學(xué)習(xí)課程，同時(shí)也滿足了學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)上的靈活性需求。

在典型的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程中，學(xué)生們需要在課堂教學(xué)之前觀看多段教學(xué)視頻，這些教學(xué)視頻為課堂教學(xué)提供必備的概念、理論和知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)快速、便捷的訪問，每個(gè)視頻后面緊跟著四到五個(gè)小問題，可以幫助學(xué)生及時(shí)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)自己的學(xué)習(xí)情況做出判斷。如果當(dāng)前視頻涉及之前學(xué)過的知識(shí)時(shí)，視頻中也會(huì)提供相關(guān)教學(xué)視頻的訪問鏈接從而方便基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生強(qiáng)化學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)過程中教師將對(duì)課程中的難點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)從而減少學(xué)生對(duì)知識(shí)的誤解，并針對(duì)國(guó)內(nèi)外前沿研究開展案例分析和討論，讓學(xué)生獲得更高階的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

2 關(guān)鍵影響因素

2.1 學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

學(xué)生及時(shí)完成課前教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)至關(guān)重要，而目前大學(xué)生大多習(xí)慣于被動(dòng)學(xué)習(xí)，因此如何增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性是影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果的關(guān)鍵。對(duì)此，祝智庭等[3]指出在沒有監(jiān)督的情況下保證學(xué)生及時(shí)完成課前學(xué)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂所面臨的難題。此外，Ak ay r[4]等指出盡管翻轉(zhuǎn)課堂有利于提升學(xué)生的考試成績(jī)，但僅有52%的研究表明翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有積極的影響，這一情況也說明了翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性的依賴性非常強(qiáng)。

2.2 先前知識(shí)架構(gòu)

影響翻轉(zhuǎn)課堂效果的另一個(gè)關(guān)鍵因素是學(xué)生對(duì)當(dāng)前課程所涉及的先前知識(shí)的掌握情況[5]。相較于通識(shí)課，該因素對(duì)專業(yè)課的影響更為突出。例如數(shù)學(xué)成績(jī)高的學(xué)生對(duì)于《算法設(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)挖掘》和《人工智能》等課程的成績(jī)表現(xiàn)更為突出。這充分說明先前知識(shí)掌握較好的學(xué)生能夠花費(fèi)更少的精力完成新知識(shí)的學(xué)習(xí)和消化，同時(shí)也能夠更加積極地參與到課堂教學(xué)過程中。

2.3 教學(xué)環(huán)境

教學(xué)環(huán)境包括宏觀環(huán)境和微觀環(huán)境兩個(gè)方面[6]。宏觀方面包括學(xué)校環(huán)境、校風(fēng)學(xué)風(fēng)、教學(xué)資源等。微觀方面包括課程設(shè)置、班級(jí)規(guī)模、學(xué)生專業(yè)、教師特征、課堂環(huán)境等。其中，教師特征（如教學(xué)能力、科研水平和學(xué)歷背景等）會(huì)直接影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過程，因?yàn)榻處煏?huì)在許多方面直接影響課堂過程的教學(xué)質(zhì)量。此外，學(xué)生專業(yè)與當(dāng)前課程的相關(guān)度也會(huì)對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生影響。

3 研究設(shè)計(jì)和結(jié)果分析

3.1 假設(shè)模型設(shè)計(jì)

《數(shù)據(jù)挖掘》作為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)課程，因涉及大量的數(shù)學(xué)（如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)和概率論等）和程序設(shè)計(jì)（如R語言、Python語言等）知識(shí)而被認(rèn)為過于復(fù)雜，并引起學(xué)生的負(fù)面預(yù)期和焦慮，最終導(dǎo)致他們只為應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，在這種情況下學(xué)生所獲得的知識(shí)往往會(huì)在考試后不久被徹底遺忘。針對(duì)上述問題，本研究對(duì)《數(shù)據(jù)挖掘》課程應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的授課模式進(jìn)行教學(xué)，授課前通過“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)站為學(xué)生提供課程的教學(xué)視頻，同時(shí)記錄每個(gè)學(xué)生每天的在線學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)，并檢查學(xué)生是否按照我們翻轉(zhuǎn)課堂中教師的建議在課堂教學(xué)之前觀看了在線視頻。對(duì)于影響翻轉(zhuǎn)課堂效果的三種主要因素，本研究認(rèn)為學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和先前知識(shí)架構(gòu)均可以通過學(xué)生對(duì)教學(xué)視頻的訪問記錄來進(jìn)行量化，而最后一個(gè)要素，即教學(xué)環(huán)境可以被忽略。因此，所有學(xué)生的教學(xué)視頻訪問記錄將被用來分析他們?cè)谄谀┛荚嚨谋憩F(xiàn)（學(xué)業(yè)成績(jī)；H1）以及他們?cè)诳荚嚱Y(jié)束六個(gè)月后的課程設(shè)計(jì)中的分?jǐn)?shù)（知識(shí)保持；H2）。

3.2 數(shù)據(jù)收集

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)17級(jí)本科生，共計(jì)131人。期末考試形式為筆試，考試題型包括單選題、多選題、判斷題、問答題和計(jì)算題，考試范圍與教學(xué)視頻和課堂討論內(nèi)容相對(duì)應(yīng)。試卷由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的教師進(jìn)行批閱和雙重檢查，考試成績(jī)?cè)O(shè)定為變量S。第二學(xué)期期末，大約考試結(jié)束六個(gè)月后，學(xué)生通過完成課程設(shè)計(jì)以衡量學(xué)生的知識(shí)保持情況，課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)O(shè)定為變量D。本實(shí)驗(yàn)收集的教學(xué)視頻觀看數(shù)據(jù)包括學(xué)生學(xué)號(hào)、視頻編號(hào)、觀看時(shí)間和觀看時(shí)長(zhǎng)，這些數(shù)據(jù)被保存到數(shù)據(jù)庫中以供統(tǒng)計(jì)分析。視頻觀看數(shù)據(jù)顯示教學(xué)視頻被學(xué)生訪問了5147次，平均每個(gè)學(xué)生訪問39.29次。變量P反映了學(xué)生是否在課堂教學(xué)之前完成了教學(xué)視頻的觀看，通過統(tǒng)計(jì)分析，大約41%的學(xué)生在課堂教學(xué)前觀看了視頻，而59% 的學(xué)生在課堂教學(xué)后觀看了視頻。另外，每個(gè)學(xué)生觀看教學(xué)視頻的總時(shí)長(zhǎng)（變量T）以及課堂教學(xué)的出席率（變量V）也作為變量被統(tǒng)計(jì)。

3.3 結(jié)果分析

使用上述三個(gè)自變量（P，V，T）對(duì)兩個(gè)因變量（S和D）分別進(jìn)行回歸分析，分析結(jié)果如表1所示。

如表1所示，在以考試成績(jī)S為因變量的回歸分析中，反映教學(xué)視頻觀看時(shí)間的變量P、觀看視頻總時(shí)長(zhǎng)T和課堂教學(xué)出勤率V與期末考試成績(jī)S之間均為正相關(guān)。其中出勤率V與期末考試成績(jī)S的相關(guān)性更高，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示出勤率高的學(xué)生在期末考試中的平均成績(jī)比出勤率低的學(xué)生平均高 9.11分，這一方面說明課堂教學(xué)能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和消化知識(shí)，另一方面也說明課堂教學(xué)可能涉及了一些考試內(nèi)容。另外，學(xué)生課前觀看視頻也能有效提升期末考試成績(jī)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示學(xué)生課前觀看視頻教程在考試中平均多獲得4.91分，相比之下觀看視頻總時(shí)長(zhǎng)T與期末考試成績(jī)S的相關(guān)度并不明顯，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示每多觀看15分鐘教學(xué)視頻，學(xué)生在考試中的平均得分只會(huì)增加0.12分。

表1 回歸分析結(jié)果

在以課程設(shè)計(jì)成績(jī)D為因變量的回歸分析中，反映教學(xué)視頻觀看時(shí)間的變量P、觀看視頻總時(shí)長(zhǎng)T和課堂教學(xué)出勤率V與期末課程設(shè)計(jì)成績(jī)D之間也均為正相關(guān)。其中變量P與課程設(shè)計(jì)成績(jī)D的相關(guān)性更高，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示學(xué)生課前觀看教學(xué)視頻在課程設(shè)計(jì)中平均多獲得6.876分，這說明課前觀看教學(xué)視頻更有助于知識(shí)保持。另外，觀看視頻總時(shí)長(zhǎng)T和課堂教學(xué)出勤率V與課程設(shè)計(jì)成績(jī)D之間相關(guān)性均較低，這說明它們對(duì)于知識(shí)保持的作用較小。

4 結(jié)語

綜上所述，在課前觀看教學(xué)視頻的學(xué)生在考試成績(jī)和知識(shí)保持方面受益更多。在課堂教學(xué)過程中，通過課前觀看教學(xué)視頻而獲得的知識(shí)可以在案例分析和討論中更好的回顧和消化。與此相比，盡管課堂教學(xué)出勤率高的學(xué)生獲得了更好的考試分?jǐn)?shù)，然而在知識(shí)保持方面他們的成績(jī)卻不突出。此外，觀看教學(xué)視頻總時(shí)長(zhǎng)對(duì)與學(xué)生的考試成績(jī)和知識(shí)保持并無太大影響，這一結(jié)果說明觀看視頻總時(shí)長(zhǎng)僅僅反映了學(xué)生獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間，這一時(shí)間的長(zhǎng)短與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和之前掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與考試成績(jī)和知識(shí)保持并無太大關(guān)系。因此，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)成功的保障。