融入思政元素的“數(shù)據(jù)分析”課程教學改革方法研究

［摘 要］ 大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)分析成為各個領(lǐng)域長期發(fā)展的必要手段?！皵?shù)據(jù)分析”課程作為一門選修課，主要訓練學生掌握解碼大數(shù)據(jù)背后時代發(fā)展規(guī)律的方法，為培養(yǎng)醫(yī)學、物理、化學、經(jīng)濟等專業(yè)學生的數(shù)據(jù)處理能力奠定良好基礎。主要針對“數(shù)據(jù)分析”課程的教學目標以及目前教學過程中存在的問題，提出具體的教學改革措施，從優(yōu)化課程內(nèi)容、改善教學方法、融入思政元素、增加實訓練習和改革考核模式等五個方面，以提高課程教學質(zhì)量和增強學生應用能力的培養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］ 數(shù)據(jù)分析；課程思政；案例式教學；混合式教學方法

［基金項目］ 2023年度吉林大學本科教學改革研究項目“課程思政理念下‘數(shù)據(jù)分析’課程教學改革研究與實踐”（2023XYB098）；2022年度吉林大學研究生教育教學改革項目“基于對分課堂的‘數(shù)據(jù)通信’課程設計與建設”（2022JGY063）

［作者簡介］ 周 旭（1988—），女，吉林長春人，博士，吉林大學公共計算機教學與研究中心副教授，主要從事智能計算、數(shù)據(jù)挖掘研究；孫 庚（1988—），男，吉林通化人，博士，吉林大學計算機科學與技術(shù)學院副教授，主要從事數(shù)據(jù)通信、計算智能研究。

［中圖分類號］ G642.41 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）42-0055-04 ［收稿日期］ 2023-07-20

當今社會，數(shù)據(jù)科學越來越被應用于各個領(lǐng)域之中，數(shù)據(jù)科學是對歷史經(jīng)驗的總結(jié)，對數(shù)據(jù)進行加工、處理、揭示數(shù)據(jù)背后的真相成為每個決策者都想要了解的事實，而數(shù)據(jù)分析作為數(shù)據(jù)存儲和挖掘分析的前沿技術(shù)，在其中起著核心的作用，廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)、電子商務、科學計算等領(lǐng)域。課程思政教育是全國高等學校教育的重要工作內(nèi)容，將思想政治工作貫穿教育教學過程具有重要意義。“數(shù)據(jù)分析”課程的教學重點在于培養(yǎng)學生運用統(tǒng)計方法分析解決實際問題的能力，掌握數(shù)據(jù)分析這項技能對學生的專業(yè)課學習具有非常重要的促進作用。在教學過程中挖掘課程所蘊含的思政元素，不僅能幫助學生更好地掌握專業(yè)知識，更能引導學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，是落實立德樹人根本任務的重要因素。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)時代特征，通過對吉林大學本科生公共選修課程“數(shù)據(jù)分析”的教學現(xiàn)狀進行分析研究，提出“數(shù)據(jù)分析”課程教學改革的方向和具體措施的幾點建議，為學生搭建通向“大數(shù)據(jù)知識空間”的橋梁和紐帶，為學生學習大數(shù)據(jù)技術(shù)及應用等相關(guān)課程奠定基礎，使得數(shù)據(jù)分析成為學生將來在學習專業(yè)課程時的有力工具。

一、“數(shù)據(jù)分析”課程學習現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)分析是以數(shù)理統(tǒng)計學為基礎的一門推廣性學科，是研究紛繁雜亂的大數(shù)據(jù)背后本質(zhì)規(guī)律的一門學科［1］。如何向不同專業(yè)的學生傳授數(shù)據(jù)分析的思想方法、展示實際操作這項技能對高等教育工作者來說尤為重要。

現(xiàn)階段“數(shù)據(jù)分析”課程教學存在的問題包括：（1）教學方法單一，授課在多媒體教室進行，理論和實踐結(jié)合得不夠豐富，以理論傳授方法為主，在講授知識時未激發(fā)學生學習的主動性，對所講授的內(nèi)容缺乏深入的探究。（2）教學內(nèi)容設定枯燥，“數(shù)據(jù)分析”課程教學內(nèi)容主要介紹各數(shù)據(jù)分析方法的思想原理、借助Python語言進行建模與應用，但在授課中教師講解的案例較少，或存在案例和實際聯(lián)系不緊密的情況，導致學生學習后對數(shù)據(jù)挖掘算法原理理解得不透徹。（3）教學考查方式單調(diào)，在以往的傳統(tǒng)考核方式中學生的總成績一般由期末考試試卷成績與平時成績加權(quán)求和得到，此種考核方式容易出現(xiàn)平時成績考核依據(jù)元素過少，而占主要部分的期末成績又容易出現(xiàn)一考定結(jié)果的局面，期末試卷上的各類選擇題、填空題、判斷題和簡答題的設定未能對學生的應用能力進行全面考查。

二、“數(shù)據(jù)分析”課程目標

現(xiàn)代化工具的多元化發(fā)展為數(shù)據(jù)分析提供了可能性與精準性，“數(shù)據(jù)分析”課程結(jié)合了眾多統(tǒng)計分析方法與現(xiàn)代化工具的應用。整體教學過程既重視理論知識的教學，又重視現(xiàn)代化工具的實際操作能力［2］。本課程主要給學生介紹數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果呈現(xiàn)四部分內(nèi)容，涉及的數(shù)據(jù)分析工具包括Excel，SPSS和Python集成開發(fā)環(huán)境。為學生介紹多種數(shù)據(jù)分析工具是讓學生快速地掌握數(shù)據(jù)分析這項技能，了解每一種工具對數(shù)據(jù)進行處理與分析的技巧，為以后實際應用打下堅實的基礎。

“數(shù)據(jù)分析”課程針對數(shù)據(jù)分析的特點以及選課學生的知識背景情況，把教學內(nèi)容集中在了數(shù)據(jù)分析的過程和數(shù)據(jù)分析相關(guān)軟件的操作上，避開了對復雜算法的研究，盡最大可能地做到教學與實際應用相結(jié)合。（1）讓學生能夠了解數(shù)據(jù)分析可以做到什么。（2）了解數(shù)據(jù)分析的過程，以及數(shù)據(jù)分析中可能出現(xiàn)的問題，并最終在軟件上實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析。（3）讓學生掌握基本的數(shù)據(jù)挖掘方法，培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)科學思維，并能應用數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)分析技術(shù)獨立研究某個領(lǐng)域或行業(yè)的問題。

三、“數(shù)據(jù)分析”課程改革措施

（一）優(yōu)化課程內(nèi)容，構(gòu)建課程體系

課程內(nèi)容的設定對教學起著重要作用，選擇合適的課程內(nèi)容，如果課程內(nèi)容偏難，學生很難在有限的32學時的課程中掌握應學習到的技術(shù)；如果課程內(nèi)容偏簡單，會讓學生失去學習的原動力。加強創(chuàng)新，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化是一項重要的改革措施，“數(shù)據(jù)分析”課程從眾多數(shù)據(jù)分析方法（如回歸分析、方差分析、聚類分析、時間序列分析、矩陣分析、關(guān)聯(lián)分析、交叉分析等）中選擇幾種典型的分析方法進行講解。本課程的教學內(nèi)容如表1所示，共計8周的教學內(nèi)容。

第一周對數(shù)據(jù)分析中的核心概念進行介紹。讓學生了解數(shù)據(jù)分析的應用領(lǐng)域、使用工具等，再介紹網(wǎng)絡爬蟲的基礎知識，為下一周的學習奠定基礎。

第二周介紹數(shù)據(jù)信息獲取方式。重點介紹如何針對某領(lǐng)域進行數(shù)據(jù)采集，調(diào)用Python爬蟲模塊采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，再介紹Excel、SPSS和Python軟件進行文本數(shù)據(jù)處理操作，主要包括數(shù)據(jù)清洗、異常值處理、中分分詞、殘缺值填補以及數(shù)值統(tǒng)計等。

第三周介紹可視化分析。為了更直觀地體現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，通過調(diào)用Python語言的可視化模塊或利用EXCEL可視化工具進行分析。通過對各領(lǐng)域、各行業(yè)的實際分析結(jié)果的可視化呈現(xiàn)，進行對比實驗和圖表展示。

第四周到第八周介紹數(shù)據(jù)挖掘與分析的案例操作。作為該類課程的重點部分，運用合理的數(shù)據(jù)挖掘或機器學習算法對行業(yè)數(shù)據(jù)進行有效的大數(shù)據(jù)分析。采用SPSS、Python實現(xiàn)回歸、分類、聚類等數(shù)據(jù)挖掘算法的案例教學任務。

（二）采取混合式教學方法，提升教學效果

所謂混合式教學就是利用數(shù)字化設備，打破傳統(tǒng)教學——教師講、學生聽的“填鴨”模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心的混合線上線下的新教學模式［3］?；旌辖虒W模式的最大優(yōu)點是學生可以通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，選擇適合自己的資源，根據(jù)自己的學習步調(diào)進行自主學習，大幅提高了學生對課程的參與度，讓所有學生得到了個性化的教育。本文主要基于混合教學模式開展教學任務，通過理論知識與編程實踐相融合來促進學生的編程興趣，同時兼顧數(shù)據(jù)挖掘理論知識和編程實踐能力。教學中強調(diào)以書本知識及實踐案例操作為主，引導學生發(fā)散思維。我們借助學習通、吉大學堂等軟件來實現(xiàn)混合式教學，重點介紹課前、課中、課后新的教學過程。在課前，給學生布置任務，讓學生先了解各個數(shù)據(jù)挖掘分析算法的原理。在課堂上，充分利用多媒體動畫教學課件，結(jié)合典型實用案例和相關(guān)軟件，邊授課邊演示，促使學生提高自主學習的積極性。每次課上教學都先向?qū)W生展示案例結(jié)果，激發(fā)學生的興趣。然后，針對學生提高自學階段存在的疑難問題進行講解，在課中除了講解機器學習算法原理的理論知識，重點先用模擬數(shù)據(jù)給學生講解采用Python、SPSS實現(xiàn)聚類或其他數(shù)據(jù)挖掘算法的簡單例子，通過交互式操作頁面每運行一條命令，實時給學生展示每條語句的運行效果。最后，將模擬數(shù)據(jù)替換成案例數(shù)據(jù)集，利用所學知識實現(xiàn)一個具體的案例。此外，師生一起解決課前提出的疑問、思考，并加強對問題的探討和總結(jié)，大幅度地提高了課堂教學效率和課堂教學效果。在課后，再一次通過學習通軟件布置線上作業(yè)等方式，檢查學生的學習效果及掌握情況，及時進行總結(jié)反饋。

（三）融入思政資源，注重思政教育

在“數(shù)據(jù)分析”課程的教學過程中，特別注重學生的思想政治教育，把所挖掘的思政元素以潤物無聲的方式融入課堂教學，選擇合適的、多元的教學方法作為輔助開展積極有效課程思政。課程主要采用案例式教學法、啟發(fā)式教學法和討論式教學法，通過創(chuàng)設問題情境、價值判斷情境等培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，讓學生在解決問題的過程中，認識問題和知識背后所蘊含的理論思維、方法論和價值判斷，激發(fā)學生的思想碰撞和情感體驗，實現(xiàn)對學生的價值引領(lǐng)［4-5］。

數(shù)據(jù)分析中的各類算法，在現(xiàn)實生活中有廣泛的應用，和生活中的例子是密不可分的。下面重點介紹如何挖掘思政資源以及如何進行思政教育進行探究與實踐，以介紹線性回歸分析為例，思政過程如下：Python回歸模型案例講解中，先介紹回歸模型的分類，再介紹線性回歸模型的數(shù)學原理，采用循序漸進的方式讓學生理解線性回歸模型的建模方法。為了讓學生更加真實地理解線性回歸模型的建模方法，先用numpy庫生成一些樣本數(shù)據(jù)點，再對數(shù)據(jù)繪制散點圖，然后調(diào)用sklearn第三方庫中的linearmodel構(gòu)建線性回歸模型，對數(shù)據(jù)進行訓練，創(chuàng)建擬合方程，對未知數(shù)據(jù)進行測試。當學生清楚了解原理之后，引入實際案例數(shù)據(jù)，對各類因素與銷售額的關(guān)系做出評估，比如通過對銷售額數(shù)據(jù)和微信廣告、電視廣告、門店海報量進行線性建模，從中判斷出影響銷售額的因素有哪些。從單變量因素上升到多元線性關(guān)系，再結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)讓學生完成基于多元線性回歸空氣質(zhì)量預測，以此增強學生的環(huán)境保護意識。結(jié)合《中國統(tǒng)計年鑒》上某年數(shù)據(jù)，完成我國國內(nèi)生產(chǎn)總值及其影響因素的回歸分析，讓學生了解國家經(jīng)濟情況；結(jié)合糖尿病患者的血糖數(shù)據(jù)，完成血糖預測分析，探究糖尿病及其發(fā)病的機制，讓學生關(guān)注身體健康，明確“健康中國”的理念和目標，養(yǎng)成良好的生活習慣。

以聚類算法為例，思政過程如下：以“近朱者赤，近墨者黑”為依據(jù)引入聚類思想，相似的人和有共同興趣愛好的人往往會形成一個圈子，引導每位學生要不斷進步，和其他優(yōu)秀的人為伍。結(jié)合模擬數(shù)據(jù)熟悉掌握K-means算法的步驟之后，讓學生帶著以下問題自由探索、分析結(jié)果。利用我國各地區(qū)各類農(nóng)產(chǎn)品（如糧食、油料、棉花、茶、糖料等）種植面積數(shù)據(jù)文件，對不同地區(qū)的農(nóng)作物數(shù)據(jù)進行聚類，讓學生解決以下問題：（1）將所有地區(qū)采用K-Means算法聚成4類。（2）顯示聚類結(jié)果，寫出每個聚類中心。（3）根據(jù)聚類結(jié)果請分析每個聚類結(jié)果省市以哪種農(nóng)作物為主要特色。從案例實操中鍛煉學生分析數(shù)據(jù)的能力，更從真實的數(shù)據(jù)結(jié)果分析中，讓學生了解中國是農(nóng)業(yè)大國，是種植業(yè)大國，糧、棉、油、糖、果、菜、茶等農(nóng)作物面積和總產(chǎn)均居世界前列，種植業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展為確保國家糧食安全和主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給做出了重要貢獻。根據(jù)我國地理環(huán)境和各地區(qū)農(nóng)作物的種植特點，同時從該案例拓展介紹“雜交水稻之父”袁隆平，“菌草之父”林占熺等先進人物事跡，介紹專家的科研成就，幫助大家堅定專業(yè)思想、樹立愛國主義情懷，教育學生養(yǎng)成珍惜糧食的優(yōu)良品德，培育學生“三農(nóng)”情懷。

（四）增加實訓練習，提高實操能力

數(shù)據(jù)分析是一門應用型學科，目的是培養(yǎng)學生解決實際問題的操作能力。因此，除了理論教學還要進行實驗教學，部分實驗教學已經(jīng)在理論教學中體現(xiàn)出來了，而學生作為主體，需要通過上機實驗讓學生掌握實際操作技能?！皵?shù)據(jù)分析”課程上課地點安排在實驗室機房里，課上在教師的帶領(lǐng)下，學生通過“嘗試—分析—再嘗試”的模式，通過上機實訓解決實際問題，啟發(fā)學生如何選擇恰當?shù)臄?shù)據(jù)分析方法、如何表達實際問題的最終結(jié)論。課上，教師已經(jīng)通過實際應用案例引導學生建立數(shù)據(jù)分析邏輯思維，但為了讓學生在遇見問題、探討問題、嘗試解決問題的循環(huán)過程中一步步掌握數(shù)據(jù)分析技巧，教師再多布置一些實訓練習任務，讓學生作為中心開展自主學習，從而真正掌握數(shù)據(jù)分析這項技能。教師在實訓中起到引導、答疑解惑的作用，這樣學生才能真正地增強實際操作能力。此外，通過要求學生撰寫實驗報告，訓練學生的邏輯思維、寫作，以及總結(jié)問題的能力，讓學生基本掌握解決一個實際問題的完整步驟?？傊?jīng)過增加實訓訓練，提高學生的實操能力和思維水平。

四、改革考核模式，促進能力發(fā)展

參加“數(shù)據(jù)分析”課程的學生來自不同學院，每名學生的基礎和學習目標會有所不同。有些學生想學習一下基本數(shù)據(jù)分析技術(shù)，掌握Python語法知識，為參加數(shù)學建模比賽打下基礎；有些學生希望將所學知識應用在本專業(yè)數(shù)據(jù)應用方面，為撰寫研究論文奠定基礎；有些學生只是想拓寬一下視野和思路，鍛煉計算思維能力。因此，隨著整個課程的推進，教師會因材施教，對學習優(yōu)秀并對數(shù)學建模感興趣的學生布置數(shù)學建模比賽的題目，訓練學生的實操能力和論文撰寫能力。最終，本門課程的考核方式是讓每名學生提交一份數(shù)據(jù)分析研究報告，報告內(nèi)容是讓學生針對課上所介紹的案例，自行選擇一種數(shù)據(jù)挖掘方法實現(xiàn)其在某個領(lǐng)域的應用。采用該種方式而不是期末考試試卷的形式，主要為了培養(yǎng)學生綜合思考的能力、自主學習能力，學生自己可根據(jù)所感興趣的內(nèi)容在網(wǎng)上爬取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理分析，撰寫分析報告。以這種方式考查學生，既拓寬了學生的視野，也為教師增加了上機實訓素材，為以后的學生積累豐盛的教學資源，讓學生的學習不僅局限在課本上，通過論文撰寫，完成查閱資料、收集數(shù)據(jù)、操作統(tǒng)計軟件、歸納總結(jié)以及撰寫規(guī)范等一系列訓練，為以后工作應用或科研做好充分的準備。

結(jié)語

本文針對本科生的“數(shù)據(jù)分析”課程的教學工作提出一些改革意見。主要從優(yōu)化課程內(nèi)容、改善教學方法、融入思政元素、增加實訓練習和改革考核模式等五個方面改革措施，力爭將知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造融為一體，不斷提高學生的實操能力和應用能力，提升課上教學效果，不僅為社會培養(yǎng)技術(shù)型專業(yè)人才，更要培養(yǎng)樹立正確價值觀的“四有”青年。

參考文獻

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Research on Teaching Reform Method of Data Analysis Course Integrating Ideological and Political Elements

ZHOU Xua， SUN Gengb

（a. Public Computer Education and Research Center， b. College of Computer Science amp; Technology， Jilin University， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： In the era of big data， data analysis has become a necessary means for the long-term development of various fields. As an elective course， Data Analysis mainly trains students to master the methods of decoding the development laws of the era behind big data， laying a solid foundation for cultivating the data processing abilities of students majoring in medicine， physics， chemistry， economics， and other fields. The article mainly focuses on the teaching objectives of the Data Analysis course and the existing problems in the current teaching process， proposing specific teaching reform measures from optimizing the course content， improving teaching methods， integrating ideological and political elements， increasing practical training exercises， and reforming assessment models to promote the improvement of the teaching quality of the course and strengthen the cultivation of students’ application abilities.

Key words： data analysis; curriculum ideology and politics; case-based teaching; mixed teaching method