葛曉燕

（新疆財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830012）

1 引言

隨著人類科技的不斷進(jìn)步，移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展，并逐漸深入應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，方便人們生活的同時(shí)也產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)信息。大量的數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著豐富的知識(shí)和規(guī)律，如何從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有用的模式、規(guī)律以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求等有用信息已成為各行各業(yè)研究的重點(diǎn)[1]。面對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)數(shù)據(jù)分析人才的迫切需要，數(shù)據(jù)挖掘課程應(yīng)運(yùn)而生，成為高校培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析人才的重要課程。數(shù)據(jù)挖掘課程是一門綜合性較強(qiáng)的多學(xué)科交叉課程，大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理離不開先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，大數(shù)據(jù)的挖掘和計(jì)算離不開高性能的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等知識(shí)，因此，不管對(duì)于老師教學(xué)還是學(xué)生學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘都是一門具有高要求的課程。

目前，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在金融、電信、醫(yī)療、零售、社交網(wǎng)絡(luò)等很多領(lǐng)域都取得了成功的應(yīng)用，因此數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容涉及廣泛，包含大量的原理和算法，具有課程難度系數(shù)大、學(xué)科交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的課堂授課方式效果并不理想，由此，很多高校對(duì)于如何上好數(shù)據(jù)挖掘課程從不同角度展開了大量教學(xué)研究[2-3]。同時(shí)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”思維對(duì)教育領(lǐng)域的影響，慕課、微課、雨課堂等教學(xué)方式逐漸應(yīng)用到課堂教學(xué)中，傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的教學(xué)模式正在發(fā)生著深刻的變革。因此，本文基于數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)現(xiàn)狀，融合移動(dòng)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論，探索構(gòu)建適用于數(shù)據(jù)挖掘課程的混合式教學(xué)模式，使得該課程的教學(xué)中心從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的培養(yǎng)體系轉(zhuǎn)變，形成以“課堂為主、線上為輔”的教學(xué)方式，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)踐問題的分析與解決能力，提高學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)現(xiàn)狀與問題

數(shù)據(jù)挖掘課程目前是我院面向信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，目標(biāo)是以后逐漸擴(kuò)大至覆蓋更多專業(yè)的選修課程，授課范圍將涉及不同專業(yè)，不同先修基礎(chǔ)的班級(jí)。在現(xiàn)有的教學(xué)過程中，基本都是傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性，動(dòng)手實(shí)踐能力弱，教學(xué)過程中主要存在以下一些問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容難且學(xué)生學(xué)情不統(tǒng)一。數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理、機(jī)器學(xué)習(xí)、算法設(shè)計(jì)等多學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，需要學(xué)生具備一定的邏輯思維能力，而每個(gè)專業(yè)的先修課基礎(chǔ)都不一樣，基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)掌握差異較大。同時(shí)要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`應(yīng)用能力，必須要進(jìn)行算法編程，這對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說都是有一定難度的。課程內(nèi)容多為枯燥的算法設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)公式，這很容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，從而失去學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

（2）教學(xué)方法簡(jiǎn)單且教學(xué)資源貧乏。傳統(tǒng)的課堂講授都是老師進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘算法和原理的引入、推導(dǎo)和講解，學(xué)生被動(dòng)地理解記憶；在實(shí)踐課上也是老師布置實(shí)踐任務(wù)并指導(dǎo)上機(jī)，學(xué)生缺乏合作和創(chuàng)新解決問題的能力鍛煉，教學(xué)方法單一，互動(dòng)性較少，學(xué)生缺乏主動(dòng)思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)，需要進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，豐富教學(xué)手段。同時(shí)，授課內(nèi)容基本限定在教材內(nèi)容范圍內(nèi)，教材內(nèi)容與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用存在一定的滯后，因此借助現(xiàn)在豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和教學(xué)手段是彌補(bǔ)現(xiàn)有教學(xué)模式缺點(diǎn)的有效途徑[4]。

（3）理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合有待提高。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘授課中，基本都是以老師為中心進(jìn)行算法理論講解，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)算法應(yīng)用缺少感性認(rèn)識(shí)，實(shí)踐課上會(huì)有畏難情緒，加之編程技術(shù)薄弱，算法實(shí)踐課比較困難。理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用相脫節(jié)，所學(xué)知識(shí)得不到深刻理解，面對(duì)實(shí)踐課上的數(shù)據(jù)挖掘問題會(huì)感到無從下手，不能很好地應(yīng)用所學(xué)的數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)解決問題。

（4）考核評(píng)價(jià)體系需進(jìn)一步完善。傳統(tǒng)的考核方式都是采用閉卷考試進(jìn)行，以筆試成績(jī)?yōu)樽罱K成績(jī)，缺少對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，同時(shí)考點(diǎn)主要以教材中的算法原理和知識(shí)點(diǎn)為主，缺少對(duì)理論知識(shí)應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)。學(xué)生即使理論掌握得不夠扎實(shí)，不會(huì)數(shù)據(jù)挖掘算法的編程實(shí)踐，也能通過死記硬背的方式勉強(qiáng)通過考試，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更加減少。

3 數(shù)據(jù)挖掘課程混合式教學(xué)改進(jìn)探索

（1）修訂教學(xué)計(jì)劃，依據(jù)學(xué)情進(jìn)行分層教學(xué)。目前越來越多的專業(yè)選修數(shù)據(jù)挖掘課程，不同專業(yè)的先修課基礎(chǔ)差異很大，但是不同專業(yè)、不同學(xué)科對(duì)數(shù)據(jù)挖掘理論的掌握程度和實(shí)踐應(yīng)用能力的要求也是不一樣的。數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容廣泛，學(xué)習(xí)難度系數(shù)大，我們可以根據(jù)不同專業(yè)的先修基礎(chǔ)和專業(yè)要求進(jìn)行分層教學(xué)，對(duì)于信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)等先修基礎(chǔ)較好、具有編程能力的專業(yè)可以要求掌握經(jīng)典算法的原理和應(yīng)用，并能進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)和編程，這就要求學(xué)生通過幾門學(xué)前課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，才能達(dá)到數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)的深度掌握和靈活應(yīng)用。而對(duì)于其他經(jīng)管類專業(yè)或先修基礎(chǔ)薄弱的專業(yè)，只要求能對(duì)相關(guān)專業(yè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的挖掘分析即可，可以弱化數(shù)據(jù)挖掘算法的理論原理，強(qiáng)化不同算法的應(yīng)用實(shí)踐，同時(shí)考慮到編程基礎(chǔ)薄弱的問題，也可以選擇操作較簡(jiǎn)單、易上手的平臺(tái)，比如我院統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的學(xué)生大多使用R平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，那么數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)踐平臺(tái)就可以選擇R進(jìn)行，不需要再花時(shí)間掌握編程基礎(chǔ)。

（2）構(gòu)建充裕的教學(xué)資源庫，綜合各種教學(xué)手段進(jìn)行混合式教學(xué)。針對(duì)教材內(nèi)容滯后和教學(xué)資源匱乏的問題，可以充分利用近幾年發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)教育資源，選擇和教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的MOOC資源輔助學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后鞏固；同時(shí)針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，選擇較新的應(yīng)用案例形成案例庫，不同專業(yè)的班級(jí)可以選擇不同的案例進(jìn)行理論講解；建立最新的文獻(xiàn)庫，供學(xué)力有余的同學(xué)進(jìn)行課外擴(kuò)展學(xué)習(xí)[5-6]?！耙岳蠋煘橹行摹钡慕虒W(xué)模式不能取得較好的學(xué)習(xí)效果，因此可以借助雨課堂、案例引導(dǎo)、文獻(xiàn)解讀、項(xiàng)目小組討論、綜合性試驗(yàn)等教學(xué)手段相互融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，適應(yīng)新時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。融合后的混合式教學(xué)過程如圖1所示。

圖1 混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

首先，課前通過雨課堂和微信群等方式推送預(yù)習(xí)資料。課前向?qū)W生發(fā)送學(xué)習(xí)資料（電子教材、授課PPT、預(yù)習(xí)短視頻等），也可指定某慕課視頻讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)先學(xué)習(xí)。

其次，課中采用多種教學(xué)方式完成教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)的掌握，注重師生互動(dòng)。特別針對(duì)學(xué)生自主預(yù)先學(xué)習(xí)完成的內(nèi)容，以提問、討論的方式再次進(jìn)行深入解讀和解析，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、探索問題的思維方式。根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，再借助板書、多媒體、雨課堂、案例講解、文獻(xiàn)解讀、小組討論、上機(jī)、小組綜合性項(xiàng)目等教學(xué)手段完成教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握，增加師生互動(dòng)、深入交流的途徑，以學(xué)生為主體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，注重對(duì)學(xué)生綜合分析能力的培養(yǎng)。

最后，課后單元測(cè)驗(yàn)+單元作業(yè)。通過雨課堂、微信等布置單元測(cè)驗(yàn)與作業(yè)，學(xué)生完成相關(guān)練習(xí)和測(cè)驗(yàn)，鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)可以幫助發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握的薄弱環(huán)節(jié)。

經(jīng)過融合多種教學(xué)手段和豐富的教學(xué)資源后，混合式教學(xué)設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，綜合線上線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。增加課堂互動(dòng)、案例引導(dǎo)、小組討論、課后學(xué)習(xí)交流等多種形式教學(xué)方式，采用學(xué)生課前線上自主預(yù)習(xí)、課上重點(diǎn)教學(xué)查漏補(bǔ)缺、實(shí)踐加深理解和應(yīng)用、課后復(fù)習(xí)鞏固的混合式教學(xué)模式，教學(xué)效率得到大大提高。

（3）采用分層次、遞進(jìn)式實(shí)踐練習(xí)任務(wù)促進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘算法原理的理解和應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘算法講解晦澀枯燥，理解過程中缺少感性認(rèn)知，使得學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，存在實(shí)踐能力不足等問題。我們可以通過課堂的案例分析和小組實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方法來改變理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相脫節(jié)的現(xiàn)狀，首先課堂中使用案例分析引導(dǎo)的方式教授數(shù)據(jù)挖掘算法理論的重點(diǎn)知識(shí)和原理，并在課堂上通過案例展示算法的實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)算法應(yīng)用有了感性認(rèn)知，激發(fā)起學(xué)生的求知欲；接著在實(shí)驗(yàn)課上先布置與課堂案例類似的實(shí)踐任務(wù)，讓同學(xué)模仿案例完成實(shí)踐任務(wù)；再布置小組團(tuán)隊(duì)進(jìn)階任務(wù)，這部分任務(wù)需要對(duì)輻射知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在原有算法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后才能完成，這部分內(nèi)容實(shí)踐是通過“做中學(xué)”“小組討論”“互教互學(xué)”“馬上應(yīng)用”等形式完成，這樣既完成了輻射知識(shí)的學(xué)習(xí)，也鍛煉了動(dòng)手實(shí)踐能力和小組合作能力，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)成就感，向“以學(xué)生為中心”的自主學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變。比如在講解決策樹生成算法ID3時(shí)，課堂主要利用案例講解ID3 算法的原理和應(yīng)用，對(duì)ID3 算法的不足和改進(jìn)只是在最后進(jìn)行總結(jié)；在實(shí)踐課上布置的小組任務(wù)是根據(jù)一組汽車數(shù)據(jù)進(jìn)行決策樹生成，其中要求根據(jù)油耗（連續(xù)數(shù)據(jù)）屬性進(jìn)行分類預(yù)測(cè)，這就要求學(xué)生先對(duì)基于ID3算法的改進(jìn)算法C4.5進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，之后小組進(jìn)行討論如何對(duì)連續(xù)屬性進(jìn)行處理，然后建立決策樹。通過這種案例引導(dǎo)、小組討論學(xué)習(xí)的方法可以讓學(xué)生在具體的實(shí)踐過程中深刻理解算法原理，增強(qiáng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。

（4）案例教學(xué)貫穿始終。數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容較多，課時(shí)有限，如果使用傳統(tǒng)授課方式，每個(gè)算法都由理論基礎(chǔ)、原理講解、算法應(yīng)用等步驟來完成，課時(shí)肯定是不夠的，而且學(xué)生理解掌握效果差。因此，我們根據(jù)不同專業(yè)班級(jí)的專業(yè)背景，在算法講解時(shí)從案例庫選擇與專業(yè)相近的應(yīng)用案例，使用案例引導(dǎo)講解重要的知識(shí)點(diǎn)和核心知識(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)也對(duì)算法應(yīng)用有了一定基礎(chǔ)；接著在上實(shí)踐課時(shí)，先要求學(xué)生能夠簡(jiǎn)單地重復(fù)實(shí)現(xiàn)案例應(yīng)用，再進(jìn)一步提出拓展實(shí)踐任務(wù)，由學(xué)生自主完成輻射知識(shí)學(xué)習(xí)以及應(yīng)用。這樣既節(jié)省了課堂學(xué)時(shí)，又提高了學(xué)習(xí)效果。

（5）完善考核評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程化管理。改變傳統(tǒng)的考核方式，將學(xué)習(xí)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)都納入考核，在課前和課后，充分利用信息技術(shù)手段，推送線上預(yù)習(xí)任務(wù)和課后單元小測(cè)以及課后作業(yè)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)管和測(cè)評(píng)。在課中，使用雨課堂平臺(tái)的在線簽到、隨機(jī)提問、學(xué)生投票等功能，豐富授課方式；通過提問、討論、總結(jié)等方式，對(duì)自主學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要的復(fù)習(xí)和回顧；組織學(xué)生分組完成小項(xiàng)目，并進(jìn)行PPT 匯報(bào)。由此將學(xué)生線上、線下的學(xué)習(xí)表現(xiàn)均納入評(píng)價(jià)體系中，落實(shí)過程控制的主導(dǎo)思想。最后的課程成績(jī)由期末成績(jī)、期中成績(jī)、平時(shí)成績(jī)（課前預(yù)習(xí)成績(jī)、課堂表現(xiàn)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、課后作業(yè)成績(jī)）三大部分組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程考核，由此引導(dǎo)學(xué)生注重平時(shí)的日積月累以及實(shí)踐能力的提高，改變平時(shí)不學(xué)習(xí)，期末幾天死記硬背的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀。

4 結(jié)束語

順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，數(shù)據(jù)挖掘和分析能力已成為當(dāng)代大學(xué)生的基本技能，很多高校不同專業(yè)都開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程，但是數(shù)據(jù)挖掘課程具有內(nèi)容多、應(yīng)用廣、難度大等特點(diǎn)，因此采用傳統(tǒng)教學(xué)方法并不能達(dá)到滿意的教學(xué)效果。本文針對(duì)數(shù)據(jù)挖掘課程目前的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，對(duì)混合式教學(xué)改革進(jìn)行探索研究，考慮學(xué)情基礎(chǔ)進(jìn)行分層教學(xué)，綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教育資源和各種先進(jìn)的教學(xué)技術(shù)，豐富優(yōu)化教學(xué)模式，采用分層次、遞進(jìn)式實(shí)踐練習(xí)任務(wù)促進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘算法原理的理解和應(yīng)用，案例教學(xué)貫穿始終，完善考核評(píng)價(jià)體制，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程化管理；逐步從“以教師為中心”的教學(xué)模式向“以學(xué)生為中心”的模式轉(zhuǎn)變，實(shí)踐證明這些改進(jìn)調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)了學(xué)生理論知識(shí)的掌握，提高了學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力。當(dāng)然，隨著時(shí)代發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)會(huì)不斷出現(xiàn)新的需求和問題，需要我們不斷改進(jìn)。