K-Means聚類分層法在高職教學實踐中的應用分析

朱婭婷 陳丹彤 趙星星

江蘇省聯合職業技術學院蘇州旅游與財經分院，江蘇 蘇州 215000

一、K-Means聚類分層法的應用背景

自貫徹《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》（國發〔2014〕19號）以來，高職教學研究就在不斷進行中。據研究發現，分層次教學是教育教學中最具針對性的方法［1］，而基于K-Means聚類的分層教學則不僅能量化分層指標具有較強的科學性及操作性［2］，而且能根據指標數據的動態變化檢測教學實踐的成效［3］，故K-Means聚類分層法是教學實踐中的重要手段。

二、K-Means聚類分層法的原理

K-Means聚類分層法即基于K-Means聚類的學生分層法。聚類分析是研究對樣品（或指標）分類的一種多元統計方法，K-Means聚類即K均值聚類算法是一種非系統的快速聚類法，是在給定訓練數據集和聚類數目后通過不停地迭代，聚類域中的全部樣本到聚類中心距離的平方和誤差最小［3］。基于K-Means聚類的學生分層即通過學生的日常課程評價成績數據集，運用K-Means聚類，劃分為若干層次，指導教學實踐的一種探索分層的方法。

三、K-Means聚類分層法在教學實踐中的應用

本文所探討的聚類分層是基于高職某門課程的教學實踐而進行的動態研究。共計三個步驟：（一）構建該課程日常評價體系；（二）根據學生學情給予評價，收集數據；（三）對學生進行K-Means聚類分層，階段性動態調整學生層次。

（一）構建該課程日常評價體系

據美國著名心理學者B·S·布魯姆的《教育目標分類學》［4］，我們將課程日常評價體系構建如下：

維度一：認知過程維度。將知識區分為事實性知識、概念性知識、程序性知識、元認知知識四個層次，每個層次的知識又按照學生的接受水平由淺入深設為記憶（1分）、理解（2分）、應用（3分）、分析（4分）、評價（5分）、創造（6分）六個級別，按學生學情分別計分。四層六級得分總和為該維度得分，得分區間為（0，24）。

維度二：情感領域維度。將學生情感按照內化程度由淺入深分為：接受或注意（1分）、反應（2分）、評價或價值化（3分）、組織（4分）、價值與價值體系的性格化（5分）五個層次，按學生學情選擇計分，得分區間為（0，5）。

維度三：動作技能領域。將學生動作能力由簡單到復雜分為：知覺能力（1分）、生理能力（2分）、技能動作（3分）、有意活動（4分）等多個層次，按學生學情選擇計分，得分區間為（0，4）。

（二）根據學生學情給予評價收集數據

將每節課的學習內容按照認知過程、情感領域、動作領域的緯度進行分解，同時依據學生的學情給予量化積累，以備后續分析處理。

（三）對學生進行K-Means聚類分層

通過對學生早期的日常學習數據聚類，我們得到如下表1分層數據：

在此基礎上，我們在課堂隨機分組的基礎上進行了組員調整，力求組內成員層次全包括，組間成員相對均勻。同時調整課堂教學設計，以小組作為教學活動的基本單元，以任務驅動、項目引領、情境導入等方式組織課程，輔之各色的實訓場地、各式的信息化手段，讓學生通過角色扮演、情景模擬、組內自學互助組間比幫趕超的方式內化理論、情感，拓展技能。同時關注不同層次學生的學習狀態，在教學中發揮好優等生的榜樣帶頭作用，做好中等生的提優及穩定工作，做好待優生的鼓勵及激發工作，分層制定學習目標、布置作業，實現因材施教。

通過調整分層教學，我們對學生后期的日常學習數據再一次聚類，我們得到如下表2信息：

通過對比發現：優等生比例增加，中等生比例減少，待優生比例不變；后期聚類結果中類中心點的坐標普遍上移；三大類認知過程得分下限普遍提升。表明通過分層教學實施后，效果較優，全班學生都有不同程度的受益：全體知識學習的效果明顯提升；雖三大類學生在情感領域、動作領域區間變化不大，但類中心坐標的上移表明，在這兩方面的整體水平都有一定程度的提高；有個別學生受益較大，進入了更優類。

四、反思與改進

通過實踐發現，K-Means聚類分層在高職教學實踐中，可以較隨機分組更科學地輔助教師對學生進行動態分層，探索其層內特質層間差異，從而采用恰當的教法、學法甚至創新更適用的方式組織課堂。但也有改進空間，例如聚類指標要依據每次的教學內容進行細化，工程量較大，后期可探索標準化與個性化結合的指標體系；同時聚類數據可引進同學、企業等多對象評價，以實現對學生更立體地認識，指導教學落實。

表1 初期聚類分析

表2 后期聚類分析