《數(shù)據(jù)挖掘》課程的“五合三聯(lián)”教學(xué)改革模式研究

郭紅萍，張鐵成

(湖北師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院， 湖北 黃石 435002)

0 引言

眾所周知，大數(shù)據(jù)正在悄悄地改變?nèi)藗兊纳詈托袨?。不少?guó)家已經(jīng)將大數(shù)據(jù)作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，而商業(yè)領(lǐng)域更是將大數(shù)據(jù)作為下一個(gè)投資寶庫(kù)[1，2]。數(shù)據(jù)挖掘是近十幾年來大數(shù)據(jù)、人工智能行業(yè)飛速發(fā)展最重要的驅(qū)動(dòng)技術(shù)之一，當(dāng)前大數(shù)據(jù)分析幾乎都離不開數(shù)據(jù)挖掘，因此掌握數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)知識(shí)技能對(duì)于學(xué)生當(dāng)下就業(yè)和未來深造都有重要意義。針對(duì)《數(shù)據(jù)挖掘》課程的教學(xué)改革研究也引起了高校教師的廣泛興趣[3～6]。

《數(shù)據(jù)挖掘》課程是面向我校統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)三年級(jí)本科生開設(shè)的一門重要的職業(yè)發(fā)展課程，共48學(xué)時(shí)(理論學(xué)時(shí)32+上機(jī)學(xué)時(shí)16)。課程以大數(shù)據(jù)挖掘的算法和應(yīng)用為主要內(nèi)容，緊跟大數(shù)據(jù)時(shí)代前沿，旨在使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘的原理和方法，熟練運(yùn)用R語言或python編程挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的內(nèi)在信息；使學(xué)生具備將復(fù)雜實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)挖掘問題，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)思維、高階思維和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)自主、合作、探究能力以及解決復(fù)雜實(shí)際問題的綜合能力；使學(xué)生養(yǎng)成“用數(shù)據(jù)說話，透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的思維習(xí)慣；培養(yǎng)探索未知、求真務(wù)實(shí)、勇攀高峰的使命感，建立家國(guó)情懷與科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)立德樹人。

1 教學(xué)中的“痛點(diǎn)問題”

1)課堂教學(xué)理念老化。傳統(tǒng)的教學(xué)忽略情感價(jià)值的塑造，課程育人功能不全；教師只注重知識(shí)的講授，忽視培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維；教學(xué)中倚重多媒體，缺乏現(xiàn)代信息技術(shù)手段。

2)課程體系結(jié)構(gòu)僵化。在教學(xué)中使用單一教材，高階資源不夠豐富，難以支撐專業(yè)需求；現(xiàn)有教材中學(xué)科知識(shí)的前沿性和時(shí)代性不完善，教材中沒有及時(shí)補(bǔ)充新的學(xué)科前沿成果，缺乏與大數(shù)據(jù)時(shí)代相匹配的實(shí)際案例；在課程內(nèi)容的安排上，有的偏重?cái)?shù)學(xué)理論的推導(dǎo)，有的偏重計(jì)算機(jī)技術(shù)，缺少與統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)相契合的內(nèi)容體系。

3)教學(xué)效果評(píng)價(jià)固化。教學(xué)評(píng)價(jià)以終結(jié)性考試為主，過程性考察設(shè)計(jì)不夠；學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)過程得不到督促，學(xué)習(xí)效果得不到及時(shí)反饋；挑戰(zhàn)度不足，缺乏融會(huì)貫通知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。另外，也沒有考慮學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和學(xué)生之間的相互評(píng)價(jià)。

2 “五合三聯(lián)”教學(xué)改革模式

針對(duì)教學(xué)中長(zhǎng)期存在的痛點(diǎn)問題，本文提出了“以學(xué)生發(fā)展為中心，以翻轉(zhuǎn)課堂為平臺(tái)，以課程思政為抓手，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的創(chuàng)新理念，構(gòu)建了“融合教學(xué)育人、整合教學(xué)內(nèi)容、混合教學(xué)模式、耦合教學(xué)設(shè)計(jì)、聯(lián)合教學(xué)評(píng)價(jià)”的“五合”創(chuàng)新舉措，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)與“時(shí)代需求、特色育人、實(shí)踐創(chuàng)新”緊密聯(lián)系的“三聯(lián)”目標(biāo)，全面深入解決痛點(diǎn)問題(如圖1所示)。

圖1 “五合三聯(lián)”全面解決痛點(diǎn)問題

2.1 “立體重構(gòu)”整合教學(xué)內(nèi)容，形成多維度知識(shí)結(jié)構(gòu)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，按照我校統(tǒng)計(jì)類專業(yè)制定教學(xué)計(jì)劃，按需安排教學(xué)內(nèi)容，滿足后續(xù)課程的需要。每一類教學(xué)內(nèi)容按難易程度設(shè)計(jì)為三級(jí)，采用不同的教學(xué)方式呈現(xiàn)(如圖2所示)。知識(shí)、能力、素養(yǎng)三階目標(biāo)滲透在每一類每一級(jí)教學(xué)內(nèi)容中。形成多維度的立體化內(nèi)容魔方。整合后的內(nèi)容魔方滿足面向產(chǎn)出的專業(yè)人才培養(yǎng)需求，保證知識(shí)體系的完整性，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，有效解決了教學(xué)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)僵化、與時(shí)代需求脫節(jié)的教學(xué)痛點(diǎn)。

圖2 課程內(nèi)容魔方

另外，還構(gòu)建課程內(nèi)容邏輯框架，形成漸進(jìn)式課程體系鏈(如圖3所示)。同時(shí)，刪繁就簡(jiǎn)，瞄準(zhǔn)前沿，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。課程的每一章都配套豐富的案例集和數(shù)據(jù)集，供學(xué)生課后實(shí)踐。

圖3 漸進(jìn)式課程體系鏈

2.2 “數(shù)據(jù)挖掘+程序設(shè)計(jì)”耦合教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多課堂互融共促

結(jié)合大數(shù)據(jù)時(shí)代的人才培養(yǎng)需求，構(gòu)建《數(shù)據(jù)挖掘》課程和學(xué)科專業(yè)課程互融共促的教學(xué)模式。已經(jīng)建成了“數(shù)據(jù)挖掘+程序設(shè)計(jì)”的課程耦合教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生在掌握了基本方法和原理的基礎(chǔ)上，通過編程輔助來實(shí)現(xiàn)課程中數(shù)據(jù)的可視化圖形描繪、大樣本數(shù)據(jù)的加工處理、經(jīng)典應(yīng)用案例的建模求解等?；旌鲜谡n的教學(xué)模式保障了線下面授課有比較集中的時(shí)間研究融合案例。采用查閱資料、主題討論、分組任務(wù)、課程論文等方式，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜問題的能力。

通過計(jì)算機(jī)編程后直觀生動(dòng)的可視化展示和大樣本數(shù)據(jù)挖掘，使學(xué)生突破直覺局限和思維定勢(shì)，學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)說話，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從而體現(xiàn)課堂教學(xué)的“兩性一度”。

2.3 “數(shù)據(jù)挖掘+課程思政”融合教學(xué)育人，深化特色思政建設(shè)

作為統(tǒng)計(jì)類專業(yè)的職業(yè)發(fā)展課，充分發(fā)揮其面向時(shí)代需求的育人功能，遵循“以立德樹人為根本，以科技報(bào)國(guó)為己任，培養(yǎng)更多尊重?cái)?shù)據(jù)、熱愛統(tǒng)計(jì)的新型人才”的育人原則，深入挖掘課程內(nèi)容蘊(yùn)含的思政元素。通過線上資源建設(shè)，線下教學(xué)活動(dòng)，師德師風(fēng)引領(lǐng)等各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維、家國(guó)情懷、創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)(如表1所示)。

表1 課程思政元素

首先，在線上資源建設(shè)中，將課程思政案例制作成視頻、文檔、課件等形式，上傳至教學(xué)平臺(tái)。比如，在資源庫(kù)中呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)發(fā)展史和統(tǒng)計(jì)勵(lì)志文化，使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究的艱辛和科學(xué)家堅(jiān)忍不拔的意志品質(zhì)。其次，在教學(xué)組織過程中，結(jié)合學(xué)科和專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)課程思政案例集，使學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)的重要意義，同時(shí)也潛移默化地幫助學(xué)生建立了專業(yè)自信，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，教師身正為范的人格魅力和求其務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度也會(huì)感染學(xué)生。這樣，思政教育變?yōu)閷W(xué)生自發(fā)的認(rèn)知需求，強(qiáng)烈的獲得感和信念感激發(fā)了學(xué)生內(nèi)心的正能量。

2.4 “線上+線下”混合教學(xué)模式，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

“線上+線下”混合教學(xué)模式為融合教學(xué)育人、整合教學(xué)內(nèi)容、耦合教學(xué)設(shè)計(jì)、聯(lián)合教學(xué)評(píng)價(jià)提供了強(qiáng)有力的平臺(tái)支撐。這種教學(xué)模式保證在現(xiàn)有學(xué)時(shí)、教師和教室資源不變的情況下，有額外的時(shí)間討論課程融合案例、數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)建模等高階活動(dòng)，增加了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

學(xué)生在線上可以完成一級(jí)知識(shí)點(diǎn)和部分二級(jí)三級(jí)知識(shí)點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)。線下運(yùn)用翻轉(zhuǎn)教學(xué)的方式解決線上自主學(xué)習(xí)中遺留的問題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)堂持續(xù)改進(jìn)，并將“項(xiàng)目化學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)”用于實(shí)踐教學(xué)。圍繞數(shù)據(jù)融合和挖掘案例，學(xué)生們開展討論、辯論、演講和小組項(xiàng)目等高階教學(xué)活動(dòng)。原本復(fù)雜數(shù)據(jù)的案例和難以求解的模型，在程序設(shè)計(jì)的輔助下迎刃而解，激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的探索欲和求知欲。通過高階教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生獲得的不僅是知識(shí)，而是全方位的能力提升。

2.5 “多元考核”聯(lián)合教學(xué)評(píng)價(jià)，全面反饋學(xué)習(xí)效果

構(gòu)建了基于多目標(biāo)(知識(shí)目標(biāo)，能力目標(biāo)，價(jià)值目標(biāo))、多主體(學(xué)生自評(píng)，生生互評(píng)，教師評(píng)價(jià))、多方式(定量與定性相結(jié)合，形成性與結(jié)果性相結(jié)合)的評(píng)價(jià)體系。課程評(píng)價(jià)的整體內(nèi)容構(gòu)成和比例如表2所示。

表2 課程評(píng)價(jià)的整體內(nèi)容構(gòu)成和比例

3 總結(jié)

本課程圍繞“五合三聯(lián)”教學(xué)改革模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)課堂向翻轉(zhuǎn)課堂、灌輸課堂向?qū)嵺`課堂、知識(shí)課堂向能力課堂的轉(zhuǎn)變。在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了“課堂活起來，學(xué)生忙起來，教學(xué)嚴(yán)起來”，得到了同行和學(xué)生的好評(píng)。

Research on the“five in three”teaching reform style of Data Mining course

GUO Hong-ping，ZHANG Tie-cheng