數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析教學(xué)方法的研究與探索

吳錦夢 馬雷 張耀宗

摘要 數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是大數(shù)據(jù)時(shí)代高效處理數(shù)據(jù)的方式，已在多所高校設(shè)立專業(yè)課程，并建立了相對(duì)應(yīng)的人才培養(yǎng)計(jì)劃。文章主要對(duì)數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)方式進(jìn)行探索，從教學(xué)理念、教學(xué)主體、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程結(jié)果評(píng)價(jià)等方面，結(jié)合雙語教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生能力，拓展學(xué)生思維，使其具備數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析處理的能力，并落實(shí)國家創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的方針。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析；雙語教學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新思維

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.021

隨著人們在生產(chǎn)生活中所涉及的信息數(shù)據(jù)量日益增加，從復(fù)雜數(shù)據(jù)中發(fā)掘出人們所需的信息，并利用這些信息的內(nèi)在聯(lián)系為人們提供決策和便利，促使了數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的出現(xiàn)以及高速發(fā)展。多所高校開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析專業(yè)的課程，還設(shè)立了相關(guān)的人才培養(yǎng)計(jì)劃，讓學(xué)生可以運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析知識(shí)解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，結(jié)合前沿的技術(shù)和研究，以創(chuàng)新性人才培養(yǎng)為目的進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程的改革，提高學(xué)生學(xué)術(shù)素質(zhì)和實(shí)踐能力，是該課程設(shè)立的主要目標(biāo)。

從我國綜合素質(zhì)教學(xué)的諸多模式來看，使用雙語教學(xué)進(jìn)行工科專業(yè)課程改革是一種有效的方式。雙語教學(xué)模式是以英語為教學(xué)輔助工具，通過學(xué)科講授內(nèi)容與國外前沿研究相結(jié)合，以豐富和拓寬學(xué)生知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神為目的的教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式下，利用英文為載體去引入多方先進(jìn)的技術(shù)，獲取更多元化的專業(yè)相關(guān)內(nèi)容，是我們實(shí)行雙語教學(xué)模式進(jìn)行課程改革的目的。

數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，在該領(lǐng)域中，有大量英文文獻(xiàn)、英文數(shù)據(jù)集以及國外的研究進(jìn)展等。使用雙語教學(xué)的模式可以豐富課程內(nèi)容，提高學(xué)生對(duì)該專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，還可以拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，加深學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的深度，并培養(yǎng)學(xué)生在該學(xué)科領(lǐng)域中多向思維的能力。

1數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程簡介

數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析是高等數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、計(jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)科等多學(xué)科相交叉的技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)庫分析、深度學(xué)習(xí)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，并且數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在信息管理、醫(yī)療影像、金融投資等眾多現(xiàn)實(shí)場景中有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程主要授課方向是對(duì)建立數(shù)據(jù)處理模型過程中的各個(gè)方面展開，并且針對(duì)各模塊，本課程會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的基本原理、大數(shù)據(jù)分析的算法邏輯、數(shù)據(jù)處理的模型搭建和結(jié)果分析等內(nèi)容進(jìn)行講解。通過本課程，學(xué)生可以了解數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用場景建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模型，并對(duì)模型進(jìn)行分析和評(píng)估。同時(shí)，教師將課程與前沿技術(shù)相結(jié)合，可以加強(qiáng)學(xué)生在數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的專業(yè)水準(zhǔn)，提高學(xué)生的運(yùn)算思維、分析能力和解決問題的能力，培養(yǎng)該領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才。

2數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程現(xiàn)狀

隨著時(shí)代的發(fā)展，在大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)中挖掘重要信息，是人們生產(chǎn)生活中常用的手段。也因此，眾多高校都開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程，并將其列入創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃中。數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程是理論與技術(shù)綜合的課程，該課程的目的是通過講述經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析的模型原理，并結(jié)合相關(guān)實(shí)際問題的求解與分析，讓學(xué)生具備使用數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析原理解決實(shí)際情境問題的能力。但是，目前多數(shù)學(xué)校在該課程教學(xué)過程中重理論輕實(shí)踐，學(xué)生只掌握教材的理論原理，沒有將理論運(yùn)用到解決實(shí)際情境的問題中，究其原因，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)主要源于以下幾個(gè)方面。

2.1思想認(rèn)識(shí)方面

該課程內(nèi)容復(fù)雜造成的入門困難，讓學(xué)生從思想上對(duì)其產(chǎn)生枯燥感，并對(duì)本課程的學(xué)習(xí)目的產(chǎn)生疑惑，即僅僅只是學(xué)習(xí)教材上的原理去完成課程考試，沒有真正認(rèn)識(shí)該課程在實(shí)際生活中的實(shí)用性，以及該課程后續(xù)所涉及行業(yè)方向的重要性，對(duì)課程中的內(nèi)容也無法應(yīng)用到實(shí)際生活中。該課程作為數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域人才培養(yǎng)中的重要課程，學(xué)生要掌握數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析的方法，就不僅要明白其運(yùn)算邏輯的原理，還要培養(yǎng)學(xué)生在該領(lǐng)域處理實(shí)際問題的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生在該領(lǐng)域的創(chuàng)新思維。但是教學(xué)方式的不完整，導(dǎo)致學(xué)生在思想上不重視，極大地影響了該課程相關(guān)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的目的。

2.2課程教學(xué)方面

該課程屬于多學(xué)科交叉課程，要求學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)邏輯思維以及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握較牢，并且數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析的相關(guān)算法過程相對(duì)復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的理解能力要求較高?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外該領(lǐng)域的迅速發(fā)展，使得數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)更新加快，教材中的內(nèi)容與日新月異的技術(shù)無法同步發(fā)展。在課程講授內(nèi)容方面，對(duì)于基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理方式模塊涉及較少，多在于數(shù)據(jù)建模后的結(jié)論分析，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)不牢固，只知結(jié)論卻無法獲取數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析的全過程內(nèi)容，僅會(huì)使用簡單的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)證，面對(duì)新數(shù)據(jù)不能建模處理，無法解決實(shí)際問題。該課程教學(xué)還缺乏前沿技術(shù)案例的補(bǔ)充，我國高等教育強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)技術(shù)型、創(chuàng)新型人才，但該課程的教學(xué)內(nèi)容多數(shù)沒有達(dá)到創(chuàng)新性和處理現(xiàn)實(shí)問題的要求，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析全過程的詳細(xì)講解。因此，學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的具體模型以及處理流程認(rèn)識(shí)不清，使得培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教育目標(biāo)無法高質(zhì)量達(dá)成，人才培養(yǎng)方案無法落實(shí)。

2.3應(yīng)用實(shí)踐方面

數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析作為理論與技術(shù)綜合的課程，學(xué)生不僅要掌握其中的算法和處理數(shù)據(jù)的建模方式，而且需要?jiǎng)邮謱?shí)踐，去執(zhí)行自己掌握的算法代碼。目前，許多高校雖然也會(huì)開設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，但是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為簡單，所涉及的實(shí)驗(yàn)案例也較為老舊，沒有和數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析的全過程相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)過程中均是使用已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)，只需對(duì)其進(jìn)行簡單的驗(yàn)證即可，沒有下沉到數(shù)據(jù)本質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析與處理，學(xué)生無法達(dá)到理論邏輯和現(xiàn)實(shí)場景應(yīng)用的融會(huì)貫通，并且所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相較于當(dāng)今的學(xué)術(shù)發(fā)展環(huán)境還略有遲緩，不能夠與新技術(shù)掛鉤，限制了學(xué)生對(duì)問題的思考，造成了學(xué)術(shù)思維守舊脫節(jié)的現(xiàn)象。

2.4課程考核方面

該課程的考核大多采用作業(yè)與考試相結(jié)合的方式，這種傳統(tǒng)的考核方式不能全方位地分析學(xué)生對(duì)該學(xué)科的掌握程度，沒有體現(xiàn)該課程作為一門應(yīng)用技術(shù)型課程的本質(zhì)。作業(yè)和試卷考試只是側(cè)重對(duì)課程原理理論掌握程度的考查，但本課程實(shí)踐性和理論性同樣重要，無法對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行考查并給予相應(yīng)的評(píng)價(jià)，這也導(dǎo)致學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，無法達(dá)到學(xué)以致用和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目的。

3數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程雙語教學(xué)改革

由于數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程在大數(shù)據(jù)處理中的重要作用，該課程使用雙語教學(xué)的模式進(jìn)行改革，不僅是為了提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生潛力，拓展學(xué)生知識(shí)面，更是為了使學(xué)生更好地應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)情境中的問題，同時(shí)，也是為了更好地實(shí)現(xiàn)國家在數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目標(biāo)。結(jié)合筆者多年的國外學(xué)習(xí)經(jīng)歷以及數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)的實(shí)踐，課程改革可從以下幾個(gè)方面實(shí)行。

3.1雙語授課豐富課程內(nèi)容

首先，教師要有扎實(shí)的英語基礎(chǔ)，并且對(duì)開設(shè)數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程的意義有明確認(rèn)知，從而引導(dǎo)學(xué)生重視該課程的學(xué)習(xí)。從教學(xué)思路上，通過課堂教學(xué)讓學(xué)生掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并用雙語教學(xué)拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，讓其認(rèn)識(shí)到學(xué)好該門課程的實(shí)際意義。課程總課時(shí)32學(xué)時(shí)，其中理論講解22學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)10學(xué)時(shí)。教學(xué)內(nèi)容對(duì)每個(gè)知識(shí)模塊都有相應(yīng)的理論講解、典型案例分析和實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排，并適當(dāng)加入國內(nèi)外學(xué)科新動(dòng)態(tài)，以最新研究成果作為教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促使其學(xué)會(huì)使用多種方法去處理問題。通過雙語教學(xué)的案例分析，不僅補(bǔ)充了國內(nèi)外最新的研究技術(shù)，還以英文原文講解的方式，保證了案例內(nèi)容的完整性和準(zhǔn)確性，并結(jié)合前面所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)，深化對(duì)案例分析的認(rèn)知，讓學(xué)生真正理解該課程的目的。

3.2樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，讓學(xué)生自主探索該課程從原理到建模分析的全過程，從而更容易地進(jìn)入學(xué)科知識(shí)的探索中。因此，教師在課堂上要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并讓每一組學(xué)生完成各自的分工；然后，在課程中的討論環(huán)節(jié)，小組成員要對(duì)案例進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)容或特殊名詞的翻譯，并就案例背景、案例中所涉及的數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析方法，以及模型構(gòu)建的流程進(jìn)行討論，最后各小組總結(jié)匯報(bào)案例重點(diǎn)內(nèi)容和結(jié)果分析，就同類型案例進(jìn)行對(duì)比，并思考與當(dāng)今新研究方向的聯(lián)系。要依此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、激發(fā)創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題、總結(jié)問題的能力。要根據(jù)各小組匯報(bào)情況，針對(duì)其中的問題對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，并針對(duì)出現(xiàn)的問題分模塊進(jìn)行詳細(xì)講解，達(dá)到雙向反饋的效果，以提高教學(xué)效率。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，要讓學(xué)生自主調(diào)試并編寫實(shí)驗(yàn)相關(guān)代碼，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

3.3采用雙語模式教學(xué)方法

在該課程的教學(xué)過程中，教師采用雙語模式的教學(xué)方法，是為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生以多向思維去解決實(shí)際情境中數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析相關(guān)問題的教學(xué)目的。課程教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)課程理論實(shí)踐并重的特點(diǎn)，從典型案例為出發(fā)點(diǎn)講述應(yīng)用背景，用國內(nèi)外相似的前沿案例作為教學(xué)補(bǔ)充，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的處理方式、數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析模型的建立以及模型結(jié)果分析，將案例教學(xué)與雙語教學(xué)有機(jī)結(jié)合。該方法不但可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和具體應(yīng)用，還可以拓展學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生要參與案例問題的全過程，而用雙語教學(xué)的方式，則可以加快學(xué)生對(duì)算法程序編寫的接受程度。另外，通過補(bǔ)充大量國外案例的，學(xué)生可以學(xué)會(huì)多模式地建立數(shù)據(jù)采集預(yù)處理模型，而最后的結(jié)果分析評(píng)價(jià)則可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

3.4科學(xué)考核設(shè)計(jì)

該課程的考核由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績、期末成績?nèi)糠纸M成。平時(shí)成績主要包括：考勤、課堂提問和課后作業(yè)；實(shí)驗(yàn)成績主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績?yōu)樵u(píng)定方式，實(shí)驗(yàn)以小組為單位，小組成員分工合作，評(píng)價(jià)結(jié)果根據(jù)每個(gè)小組中個(gè)人工作的完成質(zhì)量進(jìn)行分?jǐn)?shù)認(rèn)定。課程期末成績分為試卷考試和結(jié)課實(shí)驗(yàn)兩部分，試卷考試以課程所授內(nèi)容為主，涉及基本的算法原理和課堂中引入的典型案例，主要考查學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)和對(duì)該課程理論知識(shí)的掌握程度；結(jié)課實(shí)驗(yàn)以小組為單位，完成老師擬題的數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析全過程的實(shí)驗(yàn)，并書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過以上方式，能將理論評(píng)價(jià)和實(shí)踐評(píng)價(jià)相結(jié)合，更科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生的能力。

4結(jié)論

本文通過介紹數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析課程的現(xiàn)有教學(xué)模式，分析了該教學(xué)模式存在的問題，并結(jié)合筆者多年的留學(xué)經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)課程雙語教學(xué)模式的改革探索方案。首先，要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，合理安排課程理論講解和實(shí)驗(yàn)部分的課時(shí)，利用雙語教學(xué)模式將國內(nèi)外新案例融入教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生知識(shí)面。其次，要樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)觀念，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。最后，要落實(shí)國家對(duì)該學(xué)科的培養(yǎng)要求，培養(yǎng)出本領(lǐng)域的高質(zhì)量創(chuàng)新性人才。

基金項(xiàng)目：2021年湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于無人船艇智能監(jiān)測的實(shí)時(shí)三維多目標(biāo)檢測關(guān)鍵技術(shù)研究”（2021CFB255）。

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