跨學(xué)科課程交通數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)教學(xué)方法與研討環(huán)節(jié)設(shè)計

陳淑燕，陳峻

摘要：交通數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一門跨學(xué)科課程，加上全英文授課增加了教學(xué)難度。在教學(xué)中分別采用講授、討論、練習(xí)、探究式教學(xué)法，提高教學(xué)質(zhì)量。該文詳細(xì)介紹研討環(huán)節(jié)設(shè)計，學(xué)生合作完成研討項目，撰寫研究報告，進(jìn)行研討交流，不僅培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力，而且培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊協(xié)作、表達(dá)能力、人際交往能力。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科課程；交通數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；教學(xué)方法；研討設(shè)計

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）46-0235-02

一、引言

交通行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，海量級交通信息迫切需要擁有數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的交通專業(yè)背景的復(fù)合型人才。東南大學(xué)交通運輸工程學(xué)科歷來重視教學(xué)體系改革，在對國內(nèi)外多所高校交通專業(yè)課程體系調(diào)研的基礎(chǔ)上，經(jīng)過3年的認(rèn)證和充分準(zhǔn)備，于2015年秋季為交通學(xué)院本科生開設(shè)了跨學(xué)科的課程“交通數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)”，以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。該課程屬于跨學(xué)科課程，學(xué)生多數(shù)具有交通工程及相近專業(yè)背景，但缺少計算機(jī)專業(yè)背景知識，在數(shù)據(jù)挖掘算法理解上會存在一些困難。同時，該課全英文授課加劇了學(xué)生理解吸收新知識的難度。為此，我們在教學(xué)方法、研討環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列課程建設(shè)和改革，取得了較好的教學(xué)效果，得到學(xué)生的認(rèn)可。

二、教學(xué)方法應(yīng)用

本課程教學(xué)內(nèi)容包括三部分：數(shù)據(jù)挖掘基本概念、挖掘算法及原理、挖掘平臺。根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容，我們在教學(xué)中分別采用講授、討論、練習(xí)、探究式教學(xué)法，改變以往“灌輸式”教學(xué)，提高教的質(zhì)量、學(xué)的效率。

1.講授法[1]：對各種數(shù)據(jù)挖掘方法及模型，包括數(shù)據(jù)清洗、離群數(shù)據(jù)挖掘、決策樹學(xué)習(xí)、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、實例學(xué)習(xí)，以講授法為主，結(jié)合其他教學(xué)方法，便于學(xué)生直接快速掌握。在講授中，有意識地往復(fù)講授，時常在課開頭或結(jié)束時用2-3分鐘對以往教學(xué)內(nèi)容加以必要的復(fù)述和概括總結(jié)，以實現(xiàn)更高層次、更深程度上的理解和記憶。

2.討論法[2，3]：提前一周推薦學(xué)生閱讀即將學(xué)習(xí)內(nèi)容的參考資料，針對閱讀文獻(xiàn)提出問題供學(xué)生思考。學(xué)生自由組合，開展課堂討論。如，集成學(xué)習(xí)一章采用討論法，課前推薦以下多篇介紹集成學(xué)習(xí)的經(jīng)典文獻(xiàn)：

Hansen L K，Salamon P.Neural network ensemble[J].IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence，1990，12（10）：993-1001.

Breiman L.Bagging predictors[J].Machine Learning，1996，24（2）：123-140.

Z.H.Zhou，J.Wu，W.Tang，Ensembling neural networks：many could be better than all？[J].Artificial Intelligence，2002，（137）：239–263.

向?qū)W生提出以下問題：集成有哪幾種經(jīng)典結(jié)構(gòu)？如何產(chǎn)生個體？如何集成輸出？集成規(guī)模對集成分類器的性能有影響嗎？如何優(yōu)化集成規(guī)模？

豐富的課后拓展性學(xué)習(xí)資源引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獲得知識；通過討論進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，加深對問題的理解，鞏固知識，同時也增強(qiáng)學(xué)生的表達(dá)能力、自信心、主動學(xué)習(xí)能力。

3.練習(xí)法：我們在介紹決策樹算法時使用該法，根據(jù)給定的交通事件數(shù)據(jù)表，讓學(xué)生計算信息增益，選擇分支屬性，從而擴(kuò)展決策樹。通過該練習(xí)，讓學(xué)生了解如何構(gòu)建決策樹，如何獲取決策規(guī)則，并用于判斷交通狀態(tài)，不僅鞏固知識，而且培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力。

4.探究式教學(xué)法[4]：根據(jù)教學(xué)目的和內(nèi)容，設(shè)計難度適度、邏輯合理的研討項目，學(xué)生以小組形式共同完成項目，提交研究報告，并在課堂上進(jìn)行匯報交流。如支持向量機(jī)教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的專題研討項目為：基于支持向量機(jī)的交通事件持續(xù)時間預(yù)測。學(xué)生借助挖掘平臺或編碼構(gòu)建預(yù)測模型，從而掌握所學(xué)內(nèi)容。在探究式教學(xué)過程中，學(xué)生的主體地位、自主能力都得到了加強(qiáng)。通過這樣的途徑獲得的知識理解得更透徹，掌握得更牢固。詳細(xì)設(shè)計見下節(jié)。

三、研討環(huán)節(jié)設(shè)計

該課程強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，以技術(shù)應(yīng)用為導(dǎo)向，圍繞課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計研討環(huán)節(jié)。研討項目面向國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實際交通問題，以學(xué)科和教師的研究課題為支撐，綜合考慮體量、難度、適用模型和方法、數(shù)據(jù)來源等多方面的因素精心設(shè)計。該課程提供兩類研討項目，專題研討項目和綜合研討項目。專題研討密切圍繞教學(xué)內(nèi)容組織，一共設(shè)計6個，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)清洗、離群數(shù)據(jù)挖掘、決策樹學(xué)習(xí)、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、實例學(xué)習(xí)。學(xué)生2人一組，使用指定的模型或者方法解決問題。借助挖掘平臺或者自行編碼建模，并對結(jié)果進(jìn)行分析和解釋。所提供的交通數(shù)據(jù)已經(jīng)過預(yù)處理，一般2-3小時左右可以完成項目。通常在布置后的第二周選擇部分小組進(jìn)行課堂交流。綜合研討項目工作量較大，所提供的交通數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲識別和數(shù)據(jù)清洗，結(jié)合所學(xué)的多種模型或者方法建模解決問題。課程第一周發(fā)布項目，學(xué)生3-4人自由組合，選擇一題，通過查閱文獻(xiàn)，設(shè)計技術(shù)方案，借助挖掘平臺或者自行編碼，合作完成項目。完成一個綜合研討題目，預(yù)計10學(xué)時。課程結(jié)束之際使用PPT進(jìn)行研討交流。按指定格式撰寫研究報告，課程結(jié)束后提交研究報告。

該課程通過這樣的研討設(shè)計，使學(xué)生多方面的能力得到培養(yǎng)和提升。

1.獲取信息能力的培養(yǎng)。學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對相關(guān)問題的已有研究成果進(jìn)行梳理、分析和概括，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的能力。

2.數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)。學(xué)生設(shè)計技術(shù)方案，通過編程或者借助數(shù)據(jù)挖掘平臺建立模型，解決交通問題，實現(xiàn)知識與實踐的融會貫通，提升學(xué)生編程水平和駕馭平臺的能力，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋、解決實際問題的能力。

3.人際交往、團(tuán)隊合作能力、表達(dá)能力的培養(yǎng)。以3-4名學(xué)生為基本單元，共同完成指定的綜合專題項目，明確組員的各自分工，訓(xùn)練學(xué)生人際交往和團(tuán)隊合作能力。學(xué)生撰寫報告并在課堂上進(jìn)行匯報交流，回答其他學(xué)生和老師的提問，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。

學(xué)生對于這樣的研討內(nèi)容設(shè)計和組織形式給予肯定。學(xué)生反饋“對團(tuán)隊合作重要性有了切身體會”、“課程作業(yè)很有趣，理論與實踐相結(jié)合，也懂得了小組的討論與合作”。

四、結(jié)束語

《交通數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)》課程的設(shè)置對于優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式、完善專業(yè)課程體系、發(fā)揮國家重點學(xué)科品牌專業(yè)的示范效應(yīng)具有積極的促進(jìn)作用。與國外同類課程相比，該課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上毫不遜色。尤其該課程設(shè)置專題和綜合型研討項目，要求學(xué)生合作完成項目、匯報交流，對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊協(xié)作、表達(dá)能力、人際交往能力有著不可低估的作用。該課程建設(shè)是江蘇省品牌專業(yè)建設(shè)的內(nèi)容之一，經(jīng)過兩年多的課程建設(shè)，取得了公認(rèn)的教學(xué)效果，該課程的持續(xù)建設(shè)將進(jìn)一步推動人才培養(yǎng)和科學(xué)研究工作。

參考文獻(xiàn)：

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