摘要：以新工科背景下工程教育專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)為導(dǎo)向，針對數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)課程在課程思政與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合中存在的教學(xué)認(rèn)知不足、教學(xué)設(shè)計不完善、缺乏有機(jī)統(tǒng)一等問題，構(gòu)建了“思想政治引領(lǐng)、專業(yè)知識支撐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”“三位一體”的思創(chuàng)育人模式教學(xué)體系。以親和性分析方法推薦電影為例進(jìn)行了教學(xué)實踐。結(jié)果表明，該思創(chuàng)融合的建設(shè)舉措能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，有效促進(jìn)德育與高質(zhì)量創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：課程思政；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；新工科；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）01-0139-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

新工科強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科綜合能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[1]，而工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生不僅具備解決復(fù)雜工程問題的理論與技術(shù)能力，還需具備社會和安全意識、法律和環(huán)保意識、職業(yè)精神和道德等思政素質(zhì)要求[2-3]。因此，將課程思政和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育，構(gòu)建“思想政治引領(lǐng)、專業(yè)知識支撐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”的“三位一體”的育人模式，培養(yǎng)具有獨立思考能力、扎實專業(yè)素養(yǎng)和強(qiáng)烈創(chuàng)新意識的綜合型人才，實現(xiàn)全過程協(xié)同育人的目標(biāo)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的新工科人才提供有力保障。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一門重要的專業(yè)課程，面向數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)三年級本科生開設(shè)。課程共48學(xué)時，其中理論學(xué)時24，上機(jī)學(xué)時24。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握預(yù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，重點學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)、分類、聚類挖掘的原理及其算法。

課程以大數(shù)據(jù)挖掘的算法和應(yīng)用為主要內(nèi)容，熟練運用Python編程挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的內(nèi)在信息[4]。教學(xué)在機(jī)房進(jìn)行，采用線上線下混合式教學(xué)模式，通過思創(chuàng)教育融入各環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備將復(fù)雜實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)挖掘問題，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)思維、高階思維和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)自主、合作、探究能力以及解決復(fù)雜實際問題的綜合能力；使學(xué)生養(yǎng)成“用數(shù)據(jù)說話”，透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思維習(xí)慣，培養(yǎng)探索未知、求真務(wù)實、勇攀高峰的使命感，建立家國情懷與科學(xué)素養(yǎng)，實現(xiàn)立德樹人。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)認(rèn)知不足，重知識傳授輕能力培養(yǎng)

教師為了趕進(jìn)度多采用“滿堂灌”的教學(xué)方式，這種教學(xué)方法較關(guān)注的是如何在課堂教學(xué)中將知識點傳授給學(xué)生，并且課程教學(xué)環(huán)節(jié)總是以套路化的固定框架呈現(xiàn)[5]。學(xué)生在教師事先設(shè)定好的框架下陷入被動的學(xué)習(xí)模式，僅僅滿足于對書本知識的記憶和理解，缺乏探究性思考、批判性思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，難以深入掌握專業(yè)知識的精髓。長此以往，學(xué)生面對復(fù)雜問題時就會束手無策，無法進(jìn)行獨立的分析問題與解決問題，影響學(xué)業(yè)成績和專業(yè)素養(yǎng)的提升，也無法滿足當(dāng)今社會對創(chuàng)新型人才的需求。

1.2 教學(xué)設(shè)計有待改進(jìn)

專業(yè)教育、思政教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育尚未深度融合，“三張皮” 問題依然存在[6-7]，需要根據(jù)課程特點改進(jìn)教學(xué)設(shè)計，以核心要素、實施點、案例、項目等形式與知識體系并行設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。在專業(yè)課程中，可以融入課程思政的元素，如政治認(rèn)同、民族文化、精神美德等，以培養(yǎng)學(xué)生的價值觀和社會責(zé)任感。同時，也可以將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的內(nèi)容融入專業(yè)課程中，如創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，以提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力。

1.3 缺乏有機(jī)統(tǒng)一性

課程思政的教學(xué)內(nèi)容更多聚焦于理論知識的民族文化、精神美德等，課程思政元素深度挖掘不夠，忽視了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育內(nèi)部所包含的深層思政意蘊，思政內(nèi)容與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育未能有機(jī)結(jié)合[8]。在案例與項目教學(xué)實施過程中，注重挖掘其中的思政元素，并將其與專業(yè)知識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合，實現(xiàn)思政元素和創(chuàng)新能力有機(jī)統(tǒng)一。

2 課程教學(xué)體系設(shè)計

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

該門課程立足于大數(shù)據(jù)角度，從算法原理和技術(shù)應(yīng)用兩個方面規(guī)范和指導(dǎo)大數(shù)據(jù)分析和挖掘的全過程[9]。因此，在開展數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)中，重點從強(qiáng)化創(chuàng)新意識、哲學(xué)原理、家國情懷、職業(yè)道德等方面著手開展課程思政與專創(chuàng)融合；通過分析案例，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和思政問題，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力；以項目為載體，讓學(xué)生在完成項目的過程中，實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和思政教育的融合。以用親和性分析方法推薦電影為例，通過深入梳理數(shù)據(jù)挖掘課程的思政元素和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融入點，列出課程知識點與思創(chuàng)融入點之間的映射關(guān)系。課程思創(chuàng)教育融入點及育人目標(biāo)具體體現(xiàn)如表1所示。

2.2 教學(xué)方法設(shè)計

通過對前置課程中學(xué)生學(xué)習(xí)情況和掌握程度的深入分析，以及課堂代碼檢查與作業(yè)批改等環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生們在代碼中存在較多低級錯誤。這一現(xiàn)象從側(cè)面反映出學(xué)生平時代碼量不足，動手能力有待提高。鑒于此，除了講解知識點之外，最為重要的任務(wù)便是著力提升學(xué)生們的代碼能力。

在提升學(xué)生代碼能力的過程中，最為關(guān)鍵的一步在于幫助學(xué)生克服面對代碼錯誤時的畏難情緒。具體而言，要教會學(xué)生閱讀報錯信息，使其能夠耐心且有技巧地調(diào)試代碼錯誤。在課程前半學(xué)期，頻繁進(jìn)行課堂代碼抽查，并直接與學(xué)生在 QQ 上交流，以此帶動學(xué)生的積極性。認(rèn)真對待每一位學(xué)生，通過老師反復(fù)調(diào)試錯誤的過程，緩解學(xué)生對代碼錯誤的畏難情緒，引領(lǐng)學(xué)生正視代碼錯誤，使其不再畏懼，進(jìn)而分析代碼錯誤，并引導(dǎo)學(xué)生自行修改錯誤，讓他們獲得解決代碼錯誤的成就感。

此外，借助“ 頭歌實踐教學(xué)平臺”，引入優(yōu)秀在線資源。學(xué)生在真實的編程環(huán)境中可直接在平臺上編寫、運行和調(diào)試代碼，系統(tǒng)能夠立即評估并給出反饋。這種即時反饋機(jī)制有助于學(xué)生迅速發(fā)現(xiàn)代碼錯誤并及時改正，從而提升學(xué)習(xí)效率。頭歌實踐教學(xué)平臺以實戰(zhàn)練習(xí)、及時反饋、多樣化資源以及項目驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式，顯著提高了代碼學(xué)習(xí)的效果。

3 案例實踐

3.1 親和性分析的概念、特點和應(yīng)用場景

親和性分析根據(jù)樣本個體（物體）之間的相似度， 確定他們關(guān)系的親疏。連接實際應(yīng)用，與課程內(nèi)容相結(jié)合，通過“人臉識別”“行程碼”“健康碼”等生活情境介紹親和性分析的概念、特點和應(yīng)用場景。強(qiáng)調(diào)國內(nèi)科學(xué)家的貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，通過Apriori 算法科學(xué)家徐偉激發(fā)學(xué)生“文化自信”“民族自信”以及創(chuàng)新意識。

3.2 用實例講解Apriori 算法最小支持度參數(shù)及其計算方法

最小支持度參數(shù)在Apriori算法中的作用至關(guān)重要，合理設(shè)置最小支持度參數(shù)能夠幫助挖掘出更有價值的關(guān)聯(lián)規(guī)則。以辯證性和創(chuàng)新性的方式靈活調(diào)整參數(shù)，深入發(fā)掘潛在關(guān)聯(lián)，并緊密結(jié)合實際場景進(jìn)行分析決策，最大化讓學(xué)生理解最小支持度參數(shù)及其計算方法，培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)據(jù)挖掘過程中的批判性思維以及創(chuàng)造性解決問題的能力。最小支持度參數(shù)及其計算方法如圖2所示。

3.3 教師提問引出Apriori 算法的頻繁項集的概念、作用

在Apriori 算法中，計算頻繁項集需要多次重復(fù)掃描數(shù)據(jù)庫，引導(dǎo)學(xué)生“成功不是一蹴而就的，需多維度培養(yǎng)和鍛煉自己的耐心”，強(qiáng)調(diào)頻繁項集中蘊含的執(zhí)著專注、精益求精、一絲不茍和追求卓越的工匠精神。

問題：如何加快大數(shù)據(jù)集的處理速度和數(shù)據(jù)挖時間？

引導(dǎo)學(xué)生思考：從提出問題開始，讓學(xué)生思考大數(shù)據(jù)集處理速度的提高方法，引導(dǎo)從數(shù)據(jù)集中找出頻繁項集是一種加快處理速度的方法，為后續(xù)討論做鋪墊。

討論頻繁項集概念：從數(shù)據(jù)集中頻繁出現(xiàn)的商品中選取共同出現(xiàn)的商品組成頻繁項集

討論頻繁項集作用：剔除不夠頻繁的項集，減少測試新規(guī)則所需的時間，從而縮短大數(shù)據(jù)集的處理速度和數(shù)據(jù)挖時間。

3.4 親和性分析建模方法和步驟

第一個階段，給Apriori算法指定一個成為頻繁項集所需的最小支持度。任何小于最小支持度的項集將不再考慮。最小支持度要合理，其值不能過小也不能過大。

第二個階段，根據(jù)置信度選取關(guān)聯(lián)規(guī)則。設(shè)定最小置信度，返回一部分規(guī)則，或者返回所有規(guī)則，供用戶選擇。

從親和性分析的步驟出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考哪些環(huán)節(jié)可以與量變和質(zhì)變的哲學(xué)原理相對應(yīng)。置信度和支持度的提升是量變，達(dá)到一定閾值使結(jié)果確定是質(zhì)變。規(guī)則發(fā)現(xiàn)部分，說明初步形成規(guī)則是量變，而當(dāng)達(dá)到臨界點出現(xiàn)新的深入關(guān)聯(lián)和規(guī)則時是質(zhì)變。新認(rèn)識形成部分，指出通過分析形成新理論和模型是質(zhì)變，而新理論和模型又指導(dǎo)新的數(shù)據(jù)收集和分析進(jìn)入新的量變過程。

3.5 數(shù)據(jù)集下載和分析，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題

3.5.1 數(shù)據(jù)集下載和存儲

數(shù)據(jù)集來源：采用美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的Grouplens 研究團(tuán)隊公開的電影評分?jǐn)?shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集選?。喊◣讉€大小不同的電影評分?jǐn)?shù)據(jù)集，分別有10萬、100萬和1 000萬條電影評分?jǐn)?shù)據(jù)。

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)可信度和電腦配置選取數(shù)據(jù)集，并分析三種不同數(shù)據(jù)集的特點和可信度。學(xué)生探索下載和存儲100萬電影評分的數(shù)據(jù)集。分別從確保分析結(jié)果準(zhǔn)確性、建立信任和可靠性、促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和合作三個方面強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)可信度的重要性。

數(shù)據(jù)集下載網(wǎng)址：http：//grouplens. org/datasets/movielens/

3.5.2 數(shù)據(jù)集分析

Movie數(shù)據(jù)集由用戶ID、電影ID、評分等級、時間4個數(shù)據(jù)屬性組成100萬條電影數(shù)據(jù)。通過分析稀疏數(shù)據(jù)，學(xué)生可以理解如何利用有限信息做出有效的決策。引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用技術(shù)改善社會問題，如通過推薦系統(tǒng)提高消費者的購物體驗、優(yōu)化資源分配等，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和社會責(zé)任感。

3.6 電影推薦項目實現(xiàn)

通過字節(jié)跳動公司的短視頻，介紹Tiktok 的推薦算法獨步天下，引入我國民族企業(yè)字符跳動在美國遭受全面打壓，在激發(fā)學(xué)生愛國熱情的同時，樹立學(xué)生的專業(yè)自信心。

3.6.1 加載庫

講解Pandas庫的開源背景，鼓勵學(xué)生參與開源項目，學(xué)習(xí)合作與共享的精神。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注開源精神、技術(shù)倫理、數(shù)據(jù)隱私和社會影響，不僅能夠提升他們的技術(shù)能力，還能培養(yǎng)他們的社會責(zé)任感和職業(yè)道德，為技術(shù)應(yīng)用和社會進(jìn)步做出積極貢獻(xiàn)。

3.6.2 加載數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)集

1） 加載數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)集。引導(dǎo)學(xué)生討論數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的重要性，如何避免未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)使用，如何確保數(shù)據(jù)匿名化，培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)據(jù)處理中的倫理意識。

2） 生成、驗證頻繁項集，直至生成最長頻繁項集。在數(shù)據(jù)挖掘中，頻繁項集挖掘是一個關(guān)鍵過程，特別是在關(guān)聯(lián)規(guī)則學(xué)習(xí)中，涉及從數(shù)據(jù)集中提取頻繁出現(xiàn)的項集。在分析過程中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注數(shù)據(jù)隱私保護(hù)，確保數(shù)據(jù)使用符合倫理法規(guī)。分析結(jié)果的社會影響，確保數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策對消費者公平。學(xué)生可以利用頻繁項集分析結(jié)果進(jìn)行市場預(yù)測，開發(fā)新的產(chǎn)品或服務(wù)，例如個性化推薦系統(tǒng)。

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注數(shù)據(jù)隱私、社會影響和公平性，并鼓勵他們利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的洞察發(fā)現(xiàn)市場機(jī)會，實現(xiàn)技術(shù)和倫理的雙重成長。

3） 新頻繁項集結(jié)果。在頻繁項集挖掘過程中，要求每一步數(shù)據(jù)處理、算法實施和結(jié)果驗證中都做到精益求精，確保分析結(jié)果的高質(zhì)量和實際價值，工匠精神至關(guān)重要。

3.6.3 抽取關(guān)聯(lián)規(guī)則

1） 生成關(guān)聯(lián)規(guī)則。可以從頻繁項集中抽取出關(guān)聯(lián)規(guī)則，把其中幾部電影作為前提，另一部電影作為結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生討論如何避免算法偏見，如何在分析過程中識別和糾正偏見，確保生成的規(guī)則對所有用戶公平。

2） 計算置信度，輸出置信度前5的電影名。通過計算電影推薦系統(tǒng)中的置信度可以揭示用戶對某些電影組合的強(qiáng)烈偏好，創(chuàng)新推薦算法，學(xué)生可以從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在的市場機(jī)會和用戶需求。計算置信度的應(yīng)用可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，幫助他們利用數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)市場機(jī)會、優(yōu)化產(chǎn)品和策略。

3.6.4 評估測試

1） 測試集評估測試，計算置信度。測試集評估是驗證模型性能的重要步驟，通過在測試集上評估模型，可以了解模型在未見數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)，從而確保其泛化能力和可靠性。引導(dǎo)學(xué)生思考如何在報告和展示模型評估結(jié)果時，確保信息傳達(dá)的準(zhǔn)確性和透明性，強(qiáng)調(diào)結(jié)果合理的重要性，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

2） 打印輸出訓(xùn)練集和測試集之間的置信度。通過對訓(xùn)練集和測試集置信度的分析，識別和改進(jìn)模型中的不足，鼓勵學(xué)生在技術(shù)開發(fā)過程中，關(guān)注持續(xù)改進(jìn)，保證技術(shù)產(chǎn)品能夠持續(xù)優(yōu)化并適應(yīng)實際應(yīng)用需求，這不僅是技術(shù)優(yōu)化的過程，也體現(xiàn)了對用戶和社會的負(fù)責(zé)態(tài)度。

4 結(jié)論

在新工科背景下，將專業(yè)課程教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與課程思政有機(jī)融合，有助于實現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證的目標(biāo)要求。專業(yè)課程教育提供扎實的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新思維，而課程思政則引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值觀和社會責(zé)任感。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)教研室設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法，探索“思政-專業(yè)-創(chuàng)新”有機(jī)融合，不僅能夠提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，還能培養(yǎng)他們的社會責(zé)任意識、職業(yè)道德和創(chuàng)新精神，全面滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對于綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)的要求。該育人模式為專業(yè)、思政、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有機(jī)融合積累了寶貴經(jīng)驗，對其他課程的應(yīng)用具有重要借鑒意義，有助于促進(jìn)德育與高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

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【通聯(lián)編輯：王 力】

基金項目：湖南省普通本科高校教學(xué)改革研究重點項目（202401001712） ；湖南女子學(xué)院課程思政示范項目：大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)