大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)探索

李海林

摘 要： 近年來(lái)，大數(shù)據(jù)引起了各界相關(guān)部門(mén)的高度關(guān)注，中科院和各高校開(kāi)始重視該方向的教學(xué)和研究。針對(duì)目前大數(shù)據(jù)帶來(lái)的社會(huì)影響力，根據(jù)大數(shù)據(jù)具體特性以及數(shù)據(jù)挖掘?qū)W科交叉性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分別從培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識(shí)、加強(qiáng)理論體系、創(chuàng)新教學(xué)方法和深入科學(xué)研究等四個(gè)方面來(lái)探索如何設(shè)計(jì)高校數(shù)據(jù)挖掘課程，以解決大數(shù)據(jù)時(shí)代下數(shù)據(jù)挖掘課程因抽象而帶來(lái)的問(wèn)題，為培養(yǎng)優(yōu)秀的大數(shù)據(jù)研究人才奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)挖掘； 教學(xué)方法； 人才培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）02-54-02

0 引言

近年來(lái)，隨著科技進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，以數(shù)據(jù)為中心的各領(lǐng)域產(chǎn)生了越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，引起了各界業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注。2012年初，美國(guó)政府投入2億美元啟動(dòng)“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計(jì)劃”，使得大數(shù)據(jù)研究上升為國(guó)家意志，這意味著大數(shù)據(jù)對(duì)將來(lái)科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以至國(guó)家安全都有深遠(yuǎn)的影響。大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)[1-2]可以歸結(jié)為四個(gè)V，即Volume（體量大）、Variety（模態(tài)多）、Velocity（速度快）和Value（價(jià)值密度低）。然而，從這樣的數(shù)據(jù)中挖掘和發(fā)現(xiàn)潛在有用的信息和知識(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)理論分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的要求也相應(yīng)提高。

數(shù)據(jù)挖掘作為高校理學(xué)和工學(xué)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)中一門(mén)主導(dǎo)課程[3-4]，其原始目的主要是讓大學(xué)本科學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)有一定的了解，并對(duì)較為成熟的技術(shù)和方法具有相應(yīng)的應(yīng)用分析能力。然而，針對(duì)大數(shù)據(jù)在現(xiàn)今各領(lǐng)域中的重要性以及它所帶來(lái)的諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，則應(yīng)該從高校課程設(shè)置的層面作考慮，建立并完善適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的人才培養(yǎng)體系。本文根據(jù)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和其發(fā)展方向，探索如何提高數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)質(zhì)量，從教學(xué)層面探討大數(shù)據(jù)研究人才的培養(yǎng)。

1 教學(xué)探索

1.1 科學(xué)引導(dǎo)，培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識(shí)

數(shù)據(jù)挖掘是以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的理論分析和應(yīng)用課程，它既有具體性又有抽象性。具體性表現(xiàn)為其研究?jī)?nèi)容是以具體的數(shù)據(jù)為對(duì)象挖掘出的信息和知識(shí)比較客觀，具有一定的解釋性和理解性。抽象性表現(xiàn)為數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中理論、技術(shù)和方法等概念，課堂上一般難以在短時(shí)間內(nèi)被消化和理解。針對(duì)這些問(wèn)題，在進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘課程設(shè)計(jì)之前，先要科學(xué)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生興趣，并且逐漸培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)。

在數(shù)據(jù)挖掘課程中，可以先安排2至4個(gè)學(xué)時(shí)來(lái)講解什么是數(shù)據(jù)，讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)在當(dāng)今社會(huì)中的重要意義。特別地，針對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，更多地讓學(xué)生了解何謂“大數(shù)據(jù)”，大數(shù)據(jù)來(lái)自生活中的哪些方面，大數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)方式和情況如何，哪些領(lǐng)域中通過(guò)大數(shù)據(jù)相關(guān)研究取得了什么樣的成果等。同時(shí)，通過(guò)實(shí)例或視頻教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生知道數(shù)據(jù)就在身邊，并且能夠通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)有用的信息和知識(shí)，為企業(yè)、政府和高校服務(wù)，使學(xué)生知道數(shù)據(jù)對(duì)于企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的意義。另外，為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘更深刻的認(rèn)識(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析或數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的招聘案例，從招聘熱門(mén)程度、職位性質(zhì)、工資待遇以及可持續(xù)性發(fā)展的前景等就業(yè)規(guī)劃角度來(lái)吸引學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)挖掘的了解和興趣，以便為接下來(lái)的數(shù)據(jù)挖掘課程學(xué)習(xí)做好心理準(zhǔn)備。

1.2 深化基礎(chǔ)，加強(qiáng)理論體系

大數(shù)據(jù)的特征決定了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心技術(shù)很難滿(mǎn)足其分析需求，主要表現(xiàn)在去噪降維技術(shù)、數(shù)據(jù)特征表示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)整合、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)據(jù)通信傳輸和處理等方面。這些決定了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并且數(shù)據(jù)挖掘的知識(shí)將涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別、信息檢索、高性能和智能計(jì)算等學(xué)科內(nèi)容。然而，在目前的大學(xué)生課程體系中，難以在有限的時(shí)間內(nèi)開(kāi)設(shè)這些課程。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們的做法是：將數(shù)據(jù)挖掘課程授課對(duì)象定位在高年級(jí)的學(xué)生，即大三或大四年級(jí)，這些學(xué)生一般對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)有較清晰的認(rèn)識(shí)，并且有一定的知識(shí)儲(chǔ)備；做好前期課程的準(zhǔn)備，如開(kāi)設(shè)高等數(shù)學(xué)、高等代數(shù)、統(tǒng)計(jì)分析、概率等數(shù)學(xué)體系課程，以及算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理等計(jì)算機(jī)課程，為學(xué)好數(shù)據(jù)挖掘打下必要的基礎(chǔ)理論。除些之外，鼓勵(lì)學(xué)生自覺(jué)學(xué)習(xí)這些相關(guān)課程，并推薦一些經(jīng)典且較易理解的文章和書(shū)籍。為了讓學(xué)生更好地了解國(guó)內(nèi)外最新有關(guān)大數(shù)據(jù)的知識(shí)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的進(jìn)展，大學(xué)生英文閱讀理解和寫(xiě)作水平的培養(yǎng)也值得關(guān)注。因此，在數(shù)據(jù)挖掘課程體系中，需要深化基礎(chǔ)技能和理論體系，為后期學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘課程提供便利條件和知識(shí)儲(chǔ)備。

1.3 聯(lián)系實(shí)踐，創(chuàng)新教學(xué)方法

理論來(lái)源于實(shí)踐，而實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的途徑。由于學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)的模糊性以及數(shù)據(jù)挖掘理論和算法的抽象性，數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)方法應(yīng)該讓學(xué)生明白所學(xué)課程內(nèi)容的具體原理和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。在基本的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的基本概念、原理和算法的講解最好結(jié)合案例教學(xué)法[5-6]，并且使用具體的數(shù)據(jù)演算實(shí)例來(lái)分析數(shù)據(jù)挖掘的過(guò)程和結(jié)果，使學(xué)生從實(shí)際案例中明白數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在處理大數(shù)據(jù)過(guò)程中的作用和意義。

除了從授課內(nèi)容和教學(xué)方法方面改善外，學(xué)生自己的積極參與可以大大提高整個(gè)教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體對(duì)象，被動(dòng)學(xué)習(xí)的效果不如主動(dòng)學(xué)習(xí)，即讓學(xué)生欣然接受數(shù)據(jù)挖掘中的新內(nèi)容和新方法，并且鼓勵(lì)他們利用所學(xué)知識(shí)去解決科學(xué)實(shí)踐問(wèn)題。因此，在數(shù)據(jù)挖掘課程設(shè)計(jì)過(guò)程中可以采用案例采編及案例分析法，讓學(xué)生自己獨(dú)立或組隊(duì)去搜集新課程內(nèi)容涉及到的案例，讓他們每?jī)芍芴峁┮淮伟咐治鰣?bào)告，報(bào)告內(nèi)容主要是數(shù)據(jù)挖掘在數(shù)據(jù)分析中的作用以及處理過(guò)程。同時(shí)，在上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生演算案例中的具體實(shí)例，進(jìn)而有針對(duì)性地指導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生積極思考。另外，針對(duì)每次案例采集和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生提交相應(yīng)的分析報(bào)告，使得教師能更好地把握好學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘新內(nèi)容理解和接收程度。

1.4 增強(qiáng)興趣，深入科學(xué)研究

大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘?qū)⒚媾R著比以往更大的挑戰(zhàn)，這也使得數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑸婕暗礁嗟膶W(xué)科，造成教學(xué)難度加大。因此，在教學(xué)工作中，教師要發(fā)揮主導(dǎo)作用，積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣。例如，讓學(xué)生間隔性地去了解大數(shù)據(jù)環(huán)境下數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決了什么問(wèn)題，哪些企業(yè)或政府在這方面又有了什么創(chuàng)舉，甚至讓他們調(diào)查如今各大型招聘網(wǎng)中有關(guān)大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘等職位的情況，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的興趣。

另外，高年級(jí)中部分學(xué)生可能將選擇深造，出國(guó)或考研。針對(duì)這部分學(xué)生，可以鼓勵(lì)其選擇數(shù)據(jù)挖掘方向的科學(xué)研究。通過(guò)分配一些具體且較為長(zhǎng)期的課題任務(wù)讓這些學(xué)生來(lái)完成，其研究?jī)?nèi)容可以精細(xì)到一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘算法的研究，這樣可以培養(yǎng)他們對(duì)問(wèn)題的深刻認(rèn)識(shí)，有助于他們對(duì)研究問(wèn)題和研究方法的精確把握。可以通過(guò)閱讀經(jīng)典文獻(xiàn)，掌握最新技術(shù)和方法，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，并且鼓勵(lì)和引導(dǎo)他們進(jìn)行學(xué)術(shù)性創(chuàng)作。通過(guò)把科學(xué)研究引入到實(shí)際教學(xué)中，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生接收新知識(shí)的能力，還可以提高其解決問(wèn)題的能力，為他們后期的大數(shù)據(jù)科學(xué)研究打下較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)挖掘是大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校急需開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要課程。傳統(tǒng)教學(xué)主要是講解數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生對(duì)于抽象的概念和知識(shí)難以理解。針對(duì)數(shù)據(jù)挖掘交叉性強(qiáng)且知識(shí)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的情況，提出相應(yīng)的教學(xué)策略以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容和技術(shù)方法的興趣。本文根據(jù)大數(shù)據(jù)的特征、作用和意義，結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)從培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)、加強(qiáng)理論體系、創(chuàng)新教學(xué)方法和深入科學(xué)研究等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)設(shè)計(jì)，為提高大數(shù)據(jù)環(huán)境下數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)質(zhì)量提供參考依據(jù)。實(shí)踐教學(xué)結(jié)果表明，該教學(xué)方法不僅能夠提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的興趣，更有利于學(xué)生掌握課程的主要內(nèi)容，并且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中數(shù)據(jù)算法研究能力具有一定的幫助。本文教學(xué)方法主要應(yīng)用于大學(xué)本科的數(shù)據(jù)挖掘課程，對(duì)于研究生的大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)模式和課程設(shè)計(jì)有待于進(jìn)一步探索和研究。

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