大數(shù)據(jù)時(shí)代的高校實(shí)踐教學(xué)改革

鄭芳超

［摘 要］本文主要介紹多源數(shù)據(jù)在高校實(shí)踐教學(xué)改革中的應(yīng)用，包括多源數(shù)據(jù)的整合和利用方法、多源數(shù)據(jù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用場景和實(shí)踐方法等內(nèi)容。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，多源數(shù)據(jù)的整合與利用已成為高校教學(xué)改革和高質(zhì)量發(fā)展的核心問題之一。本文深入探究了多源數(shù)據(jù)整合方法和技術(shù)，如數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本挖掘、多源數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)，為多源數(shù)據(jù)在高校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用提供了重要支持和保障。針對教育大數(shù)據(jù)分析這一應(yīng)用場景，本文從多個(gè)方面介紹了多源數(shù)據(jù)的實(shí)踐方法，包括數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等方面，幫助讀者更加全面深入地認(rèn)識多源數(shù)據(jù)在高校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］大數(shù)據(jù)時(shí)代；高校實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革；多源數(shù)據(jù)；整合與利用

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.17.065

［中圖分類號］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］1673-0194（2023）17-0229-04

1? ? ?相關(guān)理論概述

1.1? ?高校教育實(shí)踐的界定

高校教育實(shí)踐是指高校為了促進(jìn)學(xué)生全面成長和社會(huì)實(shí)踐能力的提高，通過開展教育實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生在實(shí)踐過程中獲得經(jīng)驗(yàn)和技能的一種教育活動(dòng)。高校教育實(shí)踐包括課堂教育實(shí)踐、社會(huì)實(shí)踐和科技實(shí)踐三個(gè)方面。

首先，課堂教育實(shí)踐。面對不同專業(yè)特點(diǎn)，高校為了加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)相關(guān)實(shí)踐技能進(jìn)行訓(xùn)練和實(shí)踐。包括實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等。例如，在計(jì)算機(jī)專業(yè)中，高?？梢蚤_設(shè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來深入了解計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用，并掌握相關(guān)技能。

其次，社會(huì)實(shí)踐。高校為了提高學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，開設(shè)社會(huì)實(shí)踐系統(tǒng)，可以讓學(xué)生到社會(huì)實(shí)踐中去學(xué)習(xí)和提升自己的能力。社會(huì)實(shí)踐可以包括參觀、調(diào)查、實(shí)踐等多種形式，如到企業(yè)考察，到社區(qū)開展志愿活動(dòng)，到鄉(xiāng)村進(jìn)行實(shí)地考察，等等。

最后，科技實(shí)踐。高校為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，因而開展各種形式的科技實(shí)踐活動(dòng)，包括科研實(shí)踐、學(xué)科競賽、發(fā)明創(chuàng)新等。例如高?？梢越M織學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、機(jī)器人比賽、發(fā)明展覽等科技實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。

1.2? ?多源數(shù)據(jù)的類型、來源和特征

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，各種類型和規(guī)模的數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，高校教育實(shí)踐中如何將這些多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和利用，是當(dāng)前高校實(shí)踐教學(xué)改革的重大問題之一。而要進(jìn)行多源數(shù)據(jù)整合，就需要了解多源數(shù)據(jù)的類型、來源和特征。

1.2.1? ?數(shù)據(jù)類型

多源數(shù)據(jù)可以根據(jù)來源和類型進(jìn)行分類。按來源，可分為內(nèi)部數(shù)據(jù)（學(xué)生成績、學(xué)科課程表、選課信息等），外部數(shù)據(jù)（圖書館藏書信息、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)據(jù)等）和第三方數(shù)據(jù)（政府公共數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等）［1］。按類型，多源數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、表格數(shù)據(jù)等），半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（XML、JSON等）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（圖像、文本、音頻、視頻等）。

1.2.2? ?數(shù)據(jù)來源

多源數(shù)據(jù)的來源可以分為內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。內(nèi)部數(shù)據(jù)是指來自高校學(xué)生、教師、課程管理系統(tǒng)、教學(xué)管理系統(tǒng)等內(nèi)部系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)；外部數(shù)據(jù)則是指來自高校周邊環(huán)境或者是網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)。

1.2.3? ?數(shù)據(jù)特征

多源數(shù)據(jù)有以下幾個(gè)特征。

首先是規(guī)模巨大。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，各類數(shù)據(jù)的規(guī)模呈爆炸式增長。其次是異構(gòu)性。多源數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可能不同，因此數(shù)據(jù)的異構(gòu)性十分突出。再次是多樣性。由于數(shù)據(jù)來源多，其涉及的問題、應(yīng)用和領(lǐng)域的多樣性也是非常顯著的［2］。再次是不確定性。多源數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，數(shù)據(jù)內(nèi)容隨時(shí)可能變化，因此數(shù)據(jù)的不確定性極強(qiáng)。最后是價(jià)值潛力大。多源數(shù)據(jù)集成后能夠發(fā)掘更豐富的信息和價(jià)值，對決策和管理具有重要意義。

1.3? ?多源數(shù)據(jù)的整合方法和技術(shù)

多源數(shù)據(jù)整合需要利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段和方法，如數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本挖掘、多源數(shù)據(jù)融合等。下面介紹常用的多源數(shù)據(jù)整合方法和技術(shù)。

1.3.1? ?數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和統(tǒng)計(jì)方法自動(dòng)地從大量數(shù)據(jù)中提取知識和信息的過程。通過對數(shù)據(jù)的分析、處理和挖掘，可以識別數(shù)據(jù)中隱藏的模式和關(guān)聯(lián)規(guī)律。數(shù)據(jù)挖掘可用于多源數(shù)據(jù)的提取、分析和利用。

1.3.2? ?機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種人工智能領(lǐng)域的分支，其主要思想是利用計(jì)算機(jī)程序模擬人類的學(xué)習(xí)過程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。機(jī)器學(xué)習(xí)可以構(gòu)建分類模型、聚類模型、預(yù)測模型等，并可以通過數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和預(yù)測來識別模式和關(guān)聯(lián)規(guī)律。

1.3.3? ?文本挖掘

文本挖掘是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自然語言處理技術(shù)，從大量的文字?jǐn)?shù)據(jù)中提取和分析有用信息的過程。利用文本挖掘技術(shù)，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、分類聚類、主題挖掘等操作，從而提高數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。

1.3.4? ?多源數(shù)據(jù)融合

多源數(shù)據(jù)融合是將來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成成一個(gè)整體，并解決數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式等問題的過程。多源數(shù)據(jù)融合包括數(shù)據(jù)庫融合、XML數(shù)據(jù)融合、Web數(shù)據(jù)融合、文本數(shù)據(jù)融合、圖像數(shù)據(jù)融合等［3］。

1.3.5? ?數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是將數(shù)據(jù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和信息可視化呈現(xiàn)，并提供一種直觀的方法，以幫助用戶理解、識別和分析多源數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)可視化可以實(shí)現(xiàn)挖掘數(shù)據(jù)的編碼和解碼，可以通過數(shù)據(jù)顯示、動(dòng)畫、圖形等方式呈現(xiàn)復(fù)雜的多源數(shù)據(jù)信息。

1.4? ?多源數(shù)據(jù)分析的技術(shù)和方法

以下是多源數(shù)據(jù)分析中常見的技術(shù)和方法。

1.4.1? ?數(shù)據(jù)清洗

數(shù)據(jù)清洗是多源數(shù)據(jù)分析的一個(gè)重要步驟，其目的是去除數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤信息、缺失信息或重復(fù)信息等無用信息，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)清洗的方法包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)融合等。

1.4.2? ?數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是多源數(shù)據(jù)分析不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，它使得數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，幫助人們快速、直接地感知和認(rèn)知多源數(shù)據(jù)的整體情況。常用的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和方法有圖表、散點(diǎn)圖、熱力圖、氣泡圖等。

1.4.3? ?數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是多源數(shù)據(jù)分析中的一個(gè)重要過程，它通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從數(shù)據(jù)集中自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)潛在的關(guān)聯(lián)規(guī)律和模式。常用的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)包括聚類、分類、關(guān)聯(lián)分析、異常檢測等。

1.4.4? ?機(jī)器學(xué)習(xí)

機(jī)器學(xué)習(xí)是多源數(shù)據(jù)分析中一種重要的方法和技術(shù)，它通過建立數(shù)據(jù)模型和算法，利用計(jì)算機(jī)程序來自動(dòng)化地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的內(nèi)在規(guī)律和模式，不斷優(yōu)化模型和算法，提高數(shù)據(jù)挖掘和分析效率。

1.4.5? ?文本挖掘

文本挖掘是多源數(shù)據(jù)分析中的一項(xiàng)重要技術(shù)，它利用自然語言處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，從文本數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取出有用的信息和知識。常用的文本挖掘技術(shù)包括情感分析、主題建模、關(guān)鍵詞提取等。

1.5? ?數(shù)據(jù)可視化的作用和意義

數(shù)據(jù)可視化是信息技術(shù)發(fā)展和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的產(chǎn)物，是將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形、表格、圖像等可視化方式，以增強(qiáng)人們對數(shù)據(jù)信息的認(rèn)知、理解和分析的過程。在多源數(shù)據(jù)分析中，數(shù)據(jù)可視化有以下幾個(gè)作用和意義。

1.5.1? ?幫助數(shù)據(jù)理解

數(shù)據(jù)可視化通過將大量的、抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有形的、可視的圖形或表格，更容易被用戶理解和掌握。用戶可以通過交互式的方式，直觀地從不同角度、不同維度理解數(shù)據(jù)，從而更深入、全面地分析問題。

1.5.2? ?改善數(shù)據(jù)溝通

數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)以圖形、表格、動(dòng)畫等方式顯示，極大地減少了數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的煩瑣性，使得數(shù)據(jù)分析師可以更加靈活地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果。此外，數(shù)據(jù)可視化使得數(shù)據(jù)和分析結(jié)果更能夠被非專業(yè)和非技術(shù)人員所理解，提高了溝通效率和溝通質(zhì)量。

1.5.3? ?突出數(shù)據(jù)重點(diǎn)

數(shù)據(jù)可視化讓數(shù)據(jù)更具形象、感性的表達(dá)，可以幫助用戶快速地找出問題所在，突出數(shù)據(jù)中的重點(diǎn)和特征，以優(yōu)化數(shù)據(jù)分析和處理。它可以有效地提取數(shù)據(jù)中的信息，幫助決策者更好地了解數(shù)據(jù)信息，為決策和策略制定提供了準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

1.5.4? ?促進(jìn)建立數(shù)據(jù)分析的思考模式

數(shù)據(jù)可視化通過圖表、動(dòng)畫、圖形等多種方式呈現(xiàn)，可以幫助用戶更加抽象地理解數(shù)據(jù)中的規(guī)律。與傳統(tǒng)的數(shù)值模型相比，數(shù)據(jù)可視化幫助用戶從不同角度、不同空間和時(shí)間上理解數(shù)據(jù)，幫助用戶建立數(shù)據(jù)分析和解釋的思考模式，從而有效地提升用戶數(shù)據(jù)分析能力。

2? ? ?多源數(shù)據(jù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

A高校引用了教務(wù)系統(tǒng)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測跟蹤師生學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)。在實(shí)踐教學(xué)中，多源數(shù)據(jù)應(yīng)用場景和方法可以包括：利用師生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析工具，通過觀察分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、興趣愛好等信息，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案及跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)展；應(yīng)用學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行整體分析，通過發(fā)掘規(guī)律和趨勢，對系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)等。此外，多種數(shù)據(jù)源的整合和運(yùn)用，可以更好地支持學(xué)校管理和監(jiān)督教學(xué)質(zhì)量，提升教學(xué)效果并完善對學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)。

2.1? ?多源數(shù)據(jù)來源

在該教務(wù)系統(tǒng)中，多源數(shù)據(jù)可以來源于高校教務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)生選課信息系統(tǒng)、校內(nèi)教育研究中心、國家教育統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中心等多個(gè)數(shù)據(jù)源，每個(gè)數(shù)據(jù)源收集到的數(shù)據(jù)都具有不同的特征和價(jià)值。

2.2? ?多源數(shù)據(jù)整合

針對多源數(shù)據(jù)來源的特征，應(yīng)選用合適的數(shù)據(jù)整合方法?？梢圆捎脭?shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方法，對學(xué)生、教師、選課、課程表等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建適用于多種數(shù)據(jù)分析工具的數(shù)據(jù)集。

2.3? ?數(shù)據(jù)挖掘

在多源數(shù)據(jù)整合之后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，以尋找數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和相關(guān)性?？梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)分析工具對學(xué)生學(xué)業(yè)成績、家庭背景以及選課行為等數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘，以期發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)績效提升的關(guān)鍵因素和方法。

2.4? ?機(jī)器學(xué)習(xí)

使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對教育數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以發(fā)現(xiàn)新的知識和洞見。例如，可以使用決策樹、聚類等算法找出有助于人才培養(yǎng)的因素，為提升教學(xué)質(zhì)量提供依據(jù)。

2.5? ?數(shù)據(jù)可視化

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)可視化是一種重要的展示方式。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，可以讓數(shù)據(jù)更加直觀、易于理解，對教育決策和管理具有重要意義。可以將數(shù)據(jù)結(jié)果載入一些數(shù)據(jù)可視化工具如Tableau、Power BI，或者使用Python中的Matplotlib，以圖形化方式展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果［4］。

3? ? ?數(shù)據(jù)整合、分析和可視化過程中的實(shí)踐策略

在實(shí)踐教學(xué)中，多源數(shù)據(jù)整合、分析和可視化過程中具體的實(shí)踐包括以下幾個(gè)方面。

3.1? ?數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

首先需要收集來自多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理。由于數(shù)據(jù)有不同的來源，其格式各不相同，可能需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)過濾、清洗等操作，以便將數(shù)據(jù)整合為一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集。

3.2? ?數(shù)據(jù)整合和分析

在數(shù)據(jù)整合和分析過程中，需要考慮多個(gè)來源的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素。在數(shù)據(jù)整合時(shí)，需要借助各種數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和集成。在數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要分析各種教學(xué)數(shù)據(jù)以及相互之間的關(guān)聯(lián)性，將多源數(shù)據(jù)拆分、計(jì)算和組合，探索數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，研究數(shù)據(jù)變化的趨勢和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)問題和提供解決方案等。

3.3? ?數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是將數(shù)據(jù)通過圖形和圖像的方式展示出來，使數(shù)據(jù)更直觀，易于理解和分析。可視化技術(shù)可以加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)情況、課程質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方面的分析和解釋。例如，通過制作各類圖表，如條形圖、餅圖、熱力圖、矩陣圖等，可以直觀地展現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和趨勢，讓教師和學(xué)生更輕松地理解和分析數(shù)據(jù)。

3.4? ?數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`

數(shù)據(jù)挖掘可以用于概括出多源數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律或模式，或是因素及原因，或是預(yù)測性等，提供有助于決策和優(yōu)化的信息。例如，分析學(xué)生成績數(shù)據(jù)，挖掘其中關(guān)鍵因素，可以發(fā)現(xiàn)有哪些因素會(huì)影響學(xué)生成績。同時(shí)，可以利用數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)異常的學(xué)生成績，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，提高教育教學(xué)質(zhì)量。

4? ? ?結(jié)束語

多源數(shù)據(jù)的整合和利用正成為高校實(shí)踐教學(xué)改革中的一個(gè)重要方向，它能夠?yàn)榻逃I(lǐng)域帶來許多新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文從多個(gè)方面介紹了多源數(shù)據(jù)的整合和利用方法，以及其在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用場景和實(shí)踐方法等，旨在幫助讀者更好地認(rèn)識多源數(shù)據(jù)在高校實(shí)踐教學(xué)改革中的重要作用和應(yīng)用價(jià)值。

高校實(shí)踐教學(xué)改革是教育發(fā)展的必然趨勢，多源數(shù)據(jù)的整合和利用是高校實(shí)踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。我們相信，在未來的新時(shí)代背景下，多源數(shù)據(jù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，不僅是學(xué)校和政府機(jī)關(guān)，還包括企業(yè)和社會(huì)組織等各方面。多源數(shù)據(jù)的應(yīng)用將會(huì)為實(shí)踐教學(xué)提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，為人才培養(yǎng)和教育改革提供有益的支持和保障。最后，我們希望本文能夠?qū)Ω咝?shí)踐教學(xué)改革和多源數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供一定的參考和借鑒。

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