基于雨課堂的“數(shù)據(jù)挖掘”課程混合式教學

張微微　唐龍業(yè)　郝建華

摘要：隨著新興技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘在不同領域發(fā)揮著重要作用，因此，越來越多的高校開始設立“數(shù)據(jù)挖掘”課程。針對“數(shù)據(jù)挖掘技術”課程在教學過程中出現(xiàn)的理論內(nèi)容多、學科交叉、學時少等問題，結(jié)合線上教學平臺雨課堂，以教學目標為導向，以學生為中心的教學形式，提出了基于雨課堂+BOPPPS教學模式的“數(shù)據(jù)挖掘技術”課程探索研究，并通過案例分析得出結(jié)合雨課堂的教學相比較傳統(tǒng)教學，在課堂互動、調(diào)動學生學習積極性等方面有明顯提升，進一步達到提高教學質(zhì)量的目的。

關鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘技術；雨課堂；BOPPPS

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

Abstract：With the development of emerging technologies，data mining plays an important role in different fields，therefore，more and more universities begin to data mining course，in view of the data mining technology course in the teaching process of the theory content of many，interdisciplinarity，less class hours，combined with the online classroom teaching platform rain，guided by the teaching goal，student-centered teaching form，Based on the rain classroom+BOPPPS teaching model，this paper puts forward the exploration and research of data mining technology curriculum.Through case analysis，it is concluded that compared with traditional teaching，the teaching combined with rain classroom has obvious improvement in classroom interaction and arousing students' learning enthusiasm，so as to further improve the purpose of teaching quality.

Keywords：Data Mining technology； Rain Classroom； BOPPPS

當今社會中，我們雖然擁有豐富的數(shù)據(jù)，但卻缺乏有用的信息，于是催化了數(shù)據(jù)挖掘技術的發(fā)展。數(shù)據(jù)挖掘是在大量的數(shù)據(jù)中挖掘感興趣的信息，因為隱藏在數(shù)據(jù)之后更深層次、更重要的信息能夠描述數(shù)據(jù)的整體特征，可以預測發(fā)展趨勢，在決策中具有重要價值。另一方面，網(wǎng)絡信息技術的完善促進了線上教學的發(fā)展，其中雨課堂智慧教學平臺就是一種新興的在線教學工具，能夠?qū)崿F(xiàn)老師和學生之間的教學互動，將雨課堂和傳統(tǒng)的課堂的優(yōu)點進行結(jié)合并采用BOPPPS教學方法能有效地實現(xiàn)線上線下混合式教學模式。

一、教學過程中存在的問題

（一）大班授課

近年來，隨著信息與計算科學專業(yè)的不斷發(fā)展，招生規(guī)模也不斷擴大，雖然在教師隊伍上進行了一定的擴充，但是生師比還是在不斷提高。在此背景下，迫不得已采取大班授課的教學組織形式，雖然大班授課能夠使得學校的教學資源得到充分利用，降低學校運行成本，同時保持了班級的多元化，但是大班授課也會帶來一些弊端，由于聽課學生較多，在課堂上不能進行有效的師生討論，不能照顧個別差異［1］。研究發(fā)現(xiàn)表明，教學過程中的師生互動中學生比率如果小于25%，將影響學生的上課積極性［2］，個別學生感覺自己在大班上課時注意力無法集中，容易受其他同學影響，認為大班學生多，老師注意不到自己，因而顯得較為松懈，不能專心聽課。基于以上弊端，需要努力探索適合大班授課的教學方法。

（二）教學以教師講授為主

教學以教師講授為主，傳統(tǒng)教學中，由于大班教學的特點，在課堂教學過程中存在單向的傳授知識的現(xiàn)象，學生只能是被動地接收授課內(nèi)容，上課變得枯燥無味，不能提高學生的學習興趣和積極性。課程內(nèi)容的掌握情況不能及時反饋，傳統(tǒng)的教學過程中，由于教學實踐安排，只能通過提問個別同學的方式或者班級同時回答的方式查看掌握情況，這種方式不能反饋每一個學生的掌握情況，容易造成“以偏概全”的現(xiàn)象，難以根據(jù)學生的反饋調(diào)整授課進度和內(nèi)容。

（三）考核方式單一

考核方式單一，平時成績的考核難以量化，傳統(tǒng)的考核方式不能全面地考查學生對知識的掌握，學生只以通過考試為目標，缺乏學習的動力和持續(xù)性。因此，需要深化新時代教育評價改革總體方案加強過程性考核。

二、雨課堂介紹

2020年以來，隨著線上線下教學模式的改革發(fā)展，各種各樣的線上教學如雨后春筍般在華夏大地如火如荼地興起，雨課堂就是其中之一。雨課堂將復雜的信息技術手段融入PPT和微信，對于教師端，授課教師只需要在官網(wǎng)下載并安裝雨課堂，PPT中會自動嵌入雨課堂功能，并能使用雨課堂簽到、出題、新建試卷等功能；對于學生端，雨課堂在微信小程序中，方便快捷，避免在學生端安裝軟件的煩瑣步驟并節(jié)省內(nèi)存，因此學生接受程度很高。上課時教師先登錄雨課堂，然后選擇授課班級，生成課堂碼，學生使用微信掃一掃就可以一鍵簽到，使用雨課堂簽到也減輕了大班考勤的工作難度并節(jié)省時間。雨課堂在課外預習與課堂教學間增強了切合度，讓課堂互動由課上延續(xù)到課下。使用雨課堂，教師可以將帶有課前預習視頻或語音推送到學生手機，課堂上可以實時答題，教師可根據(jù)答題情況實時答疑，為傳統(tǒng)課堂教學師生互動提供了便利。雨課堂使得課前—課上—課后環(huán)環(huán)相扣，并能夠通過后臺得到學生的學習過程數(shù)據(jù)表并進行可視化展示［3］。

近年來，隨著線上教學的不斷發(fā)展，越來越多的研究人員將雨課堂運用到課堂教學過程中。程海濤等［4］提出雨課堂在“微型計算機原理與接口技術”混合式教學中的應用，針對課程教學現(xiàn)狀，提出混合式教學模式，介紹了混合式教學的模式和具體實施情況，并為應用型本科院校課程教學改革提供一些參考。張瑞娥等［5］提出雨課堂在“信息檢索與利用”課程教學中的應用實踐，使用“雨課堂”輔助教學，主要從課前內(nèi)容準備、課上使用效果、課后學習統(tǒng)計等方面介紹應用實踐過程，總結(jié)出現(xiàn)的問題并提出一些解決對策。王晶晶等［6］淺析雨課堂在大班教學中的應用，探討雨課堂智慧教學模式對大班教學改革的推動作用，為高校更好利用雨課堂進行智慧教學提供參考。于洪濤［7］提出基于雨課堂的高校智慧教學五步法探究，能充分調(diào)動學生的學習積極性，實時掌握學生的學習情況，且教學效果一目了然，故具有較大的推廣價值。

三、BOPPPS教學模式

BOPPPS教學模式是起源于哥倫比亞大學，由道格拉斯·克爾在1978年提出。它是一種以教學目標為導向，以學生為中心的教學模型，主要包括六個階段Bridge-in、Objective/Outcome、Pre-assessment、ParticipatoryLearning、Post-assessment和Summary，分別代表導言、學習目標、前測、參與式學習、后測和總結(jié)，BOPPPS就是取自六個階段的英文首字母。通過知網(wǎng)查閱文獻可知，最早在2011年，王若涵、張志翔［8］將BOPPPS應用到“植物生殖生態(tài)學”課程中，提高了學生的學習興趣和教學效果，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力起到顯著的推動作用。王林玉等［9］以高等數(shù)學中“導數(shù)的概念”為例來探討B(tài)OPPPS微課教學模式的教學設計策略［9］。郭曉晴［10］提出計算思維培養(yǎng)視角下BOPPPS教學模式在信息技術基礎中的應用研究，采用的教學模式對學生自主學習能力、參與學習能力、計算思維能力的強化有積極作用。石蘊玉等［11］提出基于BOPPPS模型的數(shù)字圖像處理教學設計，采用BOPPPS教學模型進行課程知識點和講解方式的設計，滿足多專業(yè)學生的基本學習需求，培養(yǎng)學生的學習興趣，從而激發(fā)學生的自主學習意識和知識探索的精神［11］。

四、基于雨課堂+BOPPPS模型的數(shù)據(jù)挖掘教學設計案例

數(shù)據(jù)挖掘技術發(fā)展至今，提出了面向不同應用問題的挖掘與分析算法，樸素貝葉斯（Naive Bayesian）是其中應用最為廣泛的分類算法之一。本節(jié)教學設計結(jié)合雨課堂線上教學平臺+BOPPPS教學模式。

（一）導入（Bridge-in）

什么是分類？在國外大學中，學校需要根據(jù)教師目前的等級（助理教授、副教授、教授）以及教齡等信息來預測該教師是否有資格被授予終身職位，學校希望能夠分析已有教師的數(shù)據(jù)，以便幫助他們猜測具有某些特征的教師是否會被授予終身職位，這個數(shù)據(jù)分析任務就是典型的分類任務?，F(xiàn)有學生數(shù)據(jù)集包含四個特征分別是年齡、收入、學生、信譽評分，類標號為是否購買電腦。如何用樸素貝葉斯分類器預測一個未作類別標記數(shù)據(jù)的類別。

（二）學習目標（Objective/Outcome）

知識與技能：通過學習了解樸素貝葉斯算法的基本原理，能夠使用樸素貝葉斯算法對數(shù)據(jù)進行分類。

過程與方法：通過討論法、案例法，發(fā)展學生的推理能力，進一步培養(yǎng)學生的算法理解能，掌握分析數(shù)據(jù)、能夠解決問題的能力。

情感態(tài)度與價值觀：端正學習態(tài)度，樹立正確的價值觀，培養(yǎng)學生良好的學習情感，激勵濃厚的科學興趣。

（三）前測（Pre-assessment）

樸素貝葉斯分類器基于一個簡單假設：被分類對象的各個屬性之間互相條件獨立，利用概率統(tǒng)計知識預測給定元組屬于特定類的概率，是基于貝葉斯定理。因此本節(jié)的先驗和前測知識是概率統(tǒng)計中的貝葉斯定理。

令X為數(shù)據(jù)元組：類標簽未知，令H為一個假設在：X屬于類別C，給定訓練數(shù)據(jù)X，假設H的后驗概率P（H|X）滿足貝葉斯理論。

隨著課程思政在高校思想政治工作中的地位和作用得到進一步明確和加強，在本節(jié)教學設計中引入和學生相關的選擇題，既能夠使學生端正學習態(tài)度、樹立正確的價值觀，又能檢測學生們關于貝葉斯定理的掌握情況。例如，如果缺課5次以上的比率是30%，補考率是20%，補考中的60%都是缺課5次以上，問：缺課5次以上的學生補考的概率是多少？

通過雨課堂中隨堂練習提交數(shù)據(jù)顯示學生選擇各選項的分布情況，全班共70人，其中選擇B選項3人，D選項1人，66人選擇正確答案C選項。說明大部分同學對貝葉斯定理掌握得比較好，因此在接下來的教學過程中，可以重點關注選錯的4位同學的掌握情況。

（四）參與式學習（Participatory Learning）

（五）后測（Post-assessment）

后測是檢驗學生對本節(jié)教學內(nèi)容的掌握情況，目的在于驗收學生學習成果，檢測是否達成學習目標。例.X=（Refund=No，Married，Income=120K），該測試樣本的類標號。為了提交方便，我們將這個題以選擇題形式考察，通過學生們提交的數(shù)據(jù)顯示，大部分同學能夠較好地掌握本節(jié)課的內(nèi)容。而在線下課堂中通過查看學生們的算法分析過程，重點講解易錯或不明白的知識點。同時也充分發(fā)揮了線上線下教學的優(yōu)勢。

（六）總結(jié)（Summary）

總結(jié)對本節(jié)教學內(nèi)容做一個歸納匯總，并強調(diào)通過后測發(fā)現(xiàn)的問題如何避免，布置課后習題，并通過數(shù)據(jù)分析對課堂表現(xiàn)優(yōu)秀的學生提出表揚，對于預警學生給予鼓勵。

五、教學成果分析

通過分析近年來信息與計算科學專業(yè)學生關于數(shù)據(jù)挖掘期末考試成績發(fā)現(xiàn)，采用基于雨課堂+BOPPPS教學方式的線上線下教學方式能有效地提高學生成績。2017級數(shù)據(jù)挖掘教學是采用小班傳統(tǒng)教學方式，2018級教學過程中結(jié)合雨課堂教學，提高師生互動的效率，調(diào)動學生上課積極性，2018級是采用大班教學方式，但平均成績明顯高于2017級的教學成績。雖然在教學成績上有一定的提高，然而，通過箱線圖我們也能發(fā)現(xiàn)兩個成績異常點，所以大班教學容易出現(xiàn)兩極分化，這也是在以后教學中要解決的問題。

結(jié)語

近年來，數(shù)據(jù)挖掘正被不同的專業(yè)領域所關注，作為一門具有通用性和基礎性的數(shù)據(jù)處理方法與技術，越來越多的高校開設了“數(shù)據(jù)挖掘”課程，但是“數(shù)據(jù)挖掘”課程是一門交叉學科且內(nèi)容多為枯燥無味的算法原理，因此，在實際教學過程中采用傳統(tǒng)教學方式不能取得滿意的效果，所以本文提出基于雨課堂+BOPPPS的線上線下教學模式，結(jié)合雨課堂豐富的線上功能，堅持使用案例教學，豐富了考核評價體制，量化平時成績，實現(xiàn)學習的過程化管理，能夠做到課前預習、課上發(fā)布習題練習，并能及時反饋學生掌握情況，課后作業(yè)鞏固，結(jié)合線下的BOPPPS的五步教學法。通過數(shù)據(jù)分析表明能夠有效解決大班上課中的問題，堅持以學生為中心，有效地提高師生互動積極性，有效地掌握算法原理內(nèi)容，進一步提高學生動手實踐能力。

參考文獻：

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［8］王若涵，張志翔.BOPPPS式教學在“植物生殖生態(tài)學”課程中的探索與實踐［J］.中國林業(yè)教育，2011，29（06）：55-57.

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［10］郭曉晴.計算思維培養(yǎng)視角下BOPPPS教學模式在信息技術基礎中的應用研究［D］.河北師范大學，2021.

［11］石蘊玉，韋鈺.基于BOPPPS模型的數(shù)字圖像處理教學設計［J］.教育教學論壇，2018（05）：168-169.

基金項目：2019年12月，校企合作模式下雙師型師資培養(yǎng) 教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（項目號：201902060 021）研究成果之一

通訊作者：張微微（1993—），女，漢族，山東滕州人，碩士，山東交通學院助教，研究方向：信息管理與數(shù)據(jù)挖掘。

作者簡介：唐龍業(yè)（1973—），男，漢族，山東泰安人，博士后，山東交通學院副教授，信息系主任，研究方向：信息管理、網(wǎng)絡安全；

郝建華（1993—），男，漢族，山東滕州人，山東師范大學信息科學與工程學院計算機科學與技術專業(yè)博士研究生，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘。