本碩兩階段數(shù)據(jù)挖掘課程的異同分析

李忠　李?yuàn)檴?/p>

摘要：為實(shí)現(xiàn)本科生和研究生階段的不同教學(xué)目標(biāo)，本文從數(shù)據(jù)挖掘課程的大綱編排、內(nèi)容安排、課程體系、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和重點(diǎn)難點(diǎn)等多個(gè)方面做了分析和比較，指出本科階段教學(xué)具有知識(shí)碎片化的特點(diǎn)，而研究生階段更注重對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性應(yīng)用。只有了解了不同教學(xué)階段的差異，采取針對(duì)性、差異性教學(xué)方法，才能提高教學(xué)質(zhì)量和效果，達(dá)到教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；本科階段；研究生階段；課程體系；實(shí)踐教學(xué)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代末，是計(jì)算機(jī)科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的交叉學(xué)科，涉及統(tǒng)計(jì)學(xué)、模式識(shí)別、高性能計(jì)算、知數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等若干學(xué)科知識(shí)，在勘探技術(shù)、生物制藥、金融領(lǐng)域等獲得普遍應(yīng)用，取得了若干有益成果，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。因此，國(guó)內(nèi)外高校的IT相關(guān)專(zhuān)業(yè)、金融保險(xiǎn)專(zhuān)業(yè)、統(tǒng)計(jì)分析等專(zhuān)業(yè)引入了數(shù)據(jù)挖掘課程，從本科生到研究生階段都有開(kāi)設(shè)，培養(yǎng)了若干高層次專(zhuān)業(yè)人才。但是，本科生和研究生兩個(gè)階段的數(shù)據(jù)挖掘課程無(wú)論在教學(xué)大綱、授課內(nèi)容方面，還是在授課方式、實(shí)踐教學(xué)方面，都存在較大差異。筆者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘課程在兩個(gè)階段教學(xué)的異同點(diǎn)進(jìn)行梳理和分析，拋磚引玉，期望與同行共同提高教學(xué)質(zhì)量。

一、教學(xué)目標(biāo)異同分析

在本科階段，數(shù)據(jù)挖掘課程的性質(zhì)是專(zhuān)業(yè)選修課，主要講授數(shù)據(jù)挖掘概念、分類(lèi)、聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析等基本知識(shí)，要求學(xué)生具有數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、各種挖掘算法的應(yīng)用等基本能力，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)據(jù)挖掘方法解決實(shí)際問(wèn)題，為以后從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)奠定基礎(chǔ)。在研究生階段，數(shù)據(jù)挖掘課程更偏重于培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握各種數(shù)據(jù)挖掘算法，熟練運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決遇到的科學(xué)問(wèn)題和工程問(wèn)題，并能夠進(jìn)行算法優(yōu)化。

二、教學(xué)內(nèi)容異同分析

1.基本內(nèi)容體系

根據(jù)本科階段具體教學(xué)情況，數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容體系如表1所示。

在研究生階段，增加了大數(shù)據(jù)技術(shù)及機(jī)器學(xué)習(xí)兩部分內(nèi)容，以提高研究生的科研能力和工程實(shí)踐能力。

2.教學(xué)重點(diǎn)

在本科階段，根據(jù)章節(jié)不同教學(xué)重點(diǎn)各異，教學(xué)重點(diǎn)以滿足實(shí)際應(yīng)用為主導(dǎo)，讓學(xué)生了解相關(guān)理論知識(shí)。如分類(lèi)內(nèi)容重點(diǎn)介紹決策樹(shù)、Bayes、K-近鄰等方法，聚類(lèi)分析重點(diǎn)介紹基本概念、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)方法、K-均值算法等，關(guān)聯(lián)分析重點(diǎn)介紹相關(guān)概念、Apriori算法等。文本挖掘重點(diǎn)介紹相關(guān)概念、切詞分詞、字典方法等。這些理論容易理解，應(yīng)用方便實(shí)現(xiàn)。但在研究生階段，就要考慮算法優(yōu)化問(wèn)題了，如基于信息熵的決策樹(shù)如何改進(jìn)以提高計(jì)算效率等。當(dāng)然研究生階段實(shí)踐應(yīng)用也更加深入，要求學(xué)生要理解大部分算法甚至實(shí)現(xiàn)這些算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、FP-Tree算法等。

3.教學(xué)難點(diǎn)

在本科階段，主要圍繞教學(xué)重點(diǎn)找出教學(xué)的難點(diǎn)。如在預(yù)處理一章中，重點(diǎn)是數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)歸約，而難點(diǎn)就是維度歸約、數(shù)據(jù)清洗了；分類(lèi)部分的難點(diǎn)是C4.5算法、Bayes最小誤差等；聚類(lèi)的難點(diǎn)在于無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法、相似性定義以及各種距離概念；關(guān)聯(lián)分析的難點(diǎn)在于頻繁項(xiàng)查找、Apriori定理等內(nèi)容。在研究生階段，難點(diǎn)主要是對(duì)一些不確定分析方法的理解和應(yīng)用方面，如BP網(wǎng)絡(luò)、SOM網(wǎng)、支持向量機(jī)等，尤其是在算法優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)方面，難度較大。

三、教學(xué)方法異同分析

大學(xué)階段和研究生階段的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法是完全不同的。在本科階段，大部分課程的教學(xué)模式是課堂理論+實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐+課外復(fù)習(xí)，而且理論課時(shí)、實(shí)驗(yàn)課時(shí)比例十分明確，這也是傳統(tǒng)的教學(xué)方法。但是在研究生階段，同樣的一門(mén)課，由于目標(biāo)、內(nèi)容、要求等方面的差異，教學(xué)方法變化很大，通常是教師帶領(lǐng)研究生快速地將相關(guān)理論內(nèi)容學(xué)一遍，然后布置作業(yè)由學(xué)生個(gè)人或者分組合作完成。在完成過(guò)程中，教師深度參與討論，與研究生一起研究算法、流程、結(jié)果分析等，從而對(duì)現(xiàn)有的算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高計(jì)算效率及結(jié)果的精度。很顯然，這種教學(xué)方法更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，更有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

近年來(lái)，國(guó)務(wù)院和教育部先后出臺(tái)了若干指導(dǎo)性文件，以促進(jìn)大學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的改革。以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槔诖髮W(xué)階段，以前是理論教學(xué)48學(xué)時(shí)+實(shí)踐教學(xué)16課時(shí)，目前已經(jīng)調(diào)整為理論和實(shí)踐各占一半學(xué)時(shí)。盡管如此，大學(xué)階段的實(shí)踐教學(xué)也有明確的教學(xué)計(jì)劃，如表2所示。

在研究生階段，實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)在課時(shí)分配上不再明顯，一般是理論之后完成一個(gè)設(shè)計(jì)性的項(xiàng)目，甚至是實(shí)際的科研項(xiàng)目或者工程項(xiàng)目，更強(qiáng)調(diào)整體性和系統(tǒng)性，更注重對(duì)研究生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)代信息處理技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)普及，數(shù)據(jù)挖掘作為一門(mén)課程已經(jīng)進(jìn)入高校課堂，從本科階段到研究生階段均有開(kāi)設(shè)。但是在這兩個(gè)階段，數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方法、重點(diǎn)難點(diǎn)等方面都存在較大差異。本科階段傾向于學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的提高，追求數(shù)據(jù)挖掘各種算法的了解和“會(huì)用”，很難系統(tǒng)地解決問(wèn)題。而研究生階段更注重對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、整體性地解決科研活動(dòng)和工程應(yīng)用中遇到的實(shí)際問(wèn)題。因此，只有充分認(rèn)識(shí)到這兩個(gè)階段的教學(xué)差異才能更好地進(jìn)行針對(duì)性、差異性教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)：

李忠，李?yuàn)檴?應(yīng)用型本科院校IT專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘課程建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2014（11）.

注：本文系防災(zāi)科技學(xué)院研究生課程建設(shè)與改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YJG2015004）和防災(zāi)科技學(xué)院教學(xué)研究與教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JT201504）資助。endprint