“Python數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)”線上線下混合教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

謝紅霞 孟學(xué)多

摘? 要： “Python數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)”課程追求以問題求解為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉和創(chuàng)新應(yīng)用能力。課程通過中國大學(xué)MOOC平臺(tái)把所有教學(xué)環(huán)節(jié)打通，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助教師把握教學(xué)節(jié)奏，調(diào)整教學(xué)方法。積極開展線上線下混合教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程實(shí)踐、課程考核各環(huán)節(jié)緊密配合，把教學(xué)設(shè)計(jì)落實(shí)到平時(shí)的教學(xué)過程中。教學(xué)實(shí)踐獲得了較好的教學(xué)效果，通過了學(xué)校示范課堂認(rèn)定，并幫助學(xué)生在學(xué)校的數(shù)學(xué)建模比賽中取得了滿意的成績。

關(guān)鍵詞： 線上線下; 教學(xué)設(shè)計(jì); 課程實(shí)踐; 教學(xué)評價(jià)

中圖分類號(hào)：TP301? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）04-89-03

Abstract： The course of "Fundamentals of Python Data Analysis" aims at problem solving as the starting point and objective， to cultivate students' interdisciplinary and innovative application ability. Through The Chinese University MOOC platform， the course connects all teaching links， timely understands the learning situation of students， and helps teachers grasp the teaching rhythm and adjust teaching methods. Actively carry out online and offline blended teaching practice， closely cooperate with teaching content， teaching methods， course practice and course assessment， implement the teaching design into the ordinary teaching process. The teaching practice has achieved good effect and passed the appraisal of school demonstration class， and help students obtain satisfactory results in the school's mathematical modeling competition.

Keywords： online and offline; teaching design; curriculum practice; teaching evaluation

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們每一次敲擊鍵盤、每一次點(diǎn)擊鼠標(biāo)、每一次訪問網(wǎng)絡(luò)資源，都構(gòu)成了大數(shù)據(jù)的一部分，都可能被挖掘、分析、使用，或幫助企業(yè)分析出某種趨勢，完成某項(xiàng)互動(dòng)或決策。大數(shù)據(jù)是人類技術(shù)發(fā)展的最新趨勢，數(shù)據(jù)分析的本質(zhì)就是揭示數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值。

數(shù)據(jù)分析的知識(shí)范疇包括了計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及各領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，研究從實(shí)際問題出發(fā)對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、分析、預(yù)測[1]。本課程是全校公選課，32學(xué)時(shí)，學(xué)生來自全校各專業(yè)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)參差不齊，但他們都抱著對數(shù)據(jù)分析的興趣而來。如何用最簡單的方式、最實(shí)用的技術(shù)使學(xué)生快速入門，結(jié)合實(shí)際問題做出數(shù)據(jù)分析報(bào)告，是本課程的目標(biāo)。采用線上線下結(jié)合的方法，不斷實(shí)踐，不斷解決問題，課程設(shè)計(jì)始終圍繞這個(gè)思想展開。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程不泛泛地講解各類數(shù)據(jù)分析技術(shù)或深層次的理論和算法，也不純粹介紹各種第三方庫的使用，而是根據(jù)大多數(shù)初學(xué)者的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)系列案例來引導(dǎo)學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用創(chuàng)新。通過案例的演示和迭代開發(fā)，由淺入深，逐步引出知識(shí)點(diǎn)，并討論其中涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)思維、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新。課程教學(xué)內(nèi)容覆蓋數(shù)據(jù)分析基本步驟、數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)格式、數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換與合并、數(shù)據(jù)匯總和統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化，介紹數(shù)據(jù)分析技術(shù)在文本、圖像、時(shí)序等領(lǐng)域的最新應(yīng)用[2]。

主要教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)如下：

⑴ Python編程精講，四學(xué)時(shí);

⑵ 學(xué)會(huì)使用Numpy、Pandas常用數(shù)據(jù)分析庫，十學(xué)時(shí);

⑶ 學(xué)會(huì)利用Matplotlib進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，三學(xué)時(shí);

⑷ 學(xué)會(huì)基本的機(jī)器學(xué)習(xí)建模分析，六學(xué)時(shí);

⑸ 學(xué)會(huì)基本的文本數(shù)據(jù)分析，三學(xué)時(shí);

⑹ 了解圖像數(shù)據(jù)處理、時(shí)序數(shù)據(jù)與語音處理的基本分析方法，二學(xué)時(shí);

⑺ 數(shù)據(jù)分析實(shí)戰(zhàn)，二學(xué)時(shí)（小組答辯）;

⑻ 隨堂考試，二學(xué)時(shí)。

1.2 教學(xué)方法設(shè)計(jì)

全面采用線上線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。選用中國大學(xué)MOOC平臺(tái)，建設(shè)獨(dú)立SPOC，該平臺(tái)資源豐富，穩(wěn)定可靠，而且用平臺(tái)的慕課堂輔助線下教學(xué)，進(jìn)行簽到、小組劃分、限時(shí)答題、隨機(jī)點(diǎn)名、討論等。一個(gè)平臺(tái)覆蓋了課程教學(xué)各環(huán)節(jié)的需要[3]。具體的教學(xué)方法設(shè)計(jì)如下。

首先，充分發(fā)揮線上學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，教學(xué)視頻按周在平臺(tái)發(fā)布，網(wǎng)上視頻分為兩種類型，一類是知識(shí)點(diǎn)講解，一類是習(xí)題示范，學(xué)生看視頻學(xué)知識(shí)，對照視頻做作業(yè)。

其次，線下課堂講重點(diǎn)和難點(diǎn)，做隨堂小測、互動(dòng)交流、作業(yè)匯報(bào)。每次上課時(shí)教師開啟慕課堂，學(xué)生用微信小程序登錄慕課堂，先做隨堂小測，通常是5題選擇題，限時(shí)5分鐘回答，考察課前的視頻學(xué)習(xí)情況，又兼做課堂考勤。隨后教師講重點(diǎn)和難點(diǎn)，課程中間穿插限時(shí)答題，實(shí)時(shí)反饋答題結(jié)果，知曉學(xué)生學(xué)習(xí)情況。靈活運(yùn)用討論和互動(dòng)功能，借助慕課堂可以自由討論，也可以隨機(jī)點(diǎn)名回答問題。剩下課堂最后15分鐘做隨堂作業(yè)，把課堂上講的案例更換數(shù)據(jù)后再做一遍，目的是讓學(xué)生把代碼敲一遍，加深理解，促進(jìn)動(dòng)手實(shí)踐，掌握本次課的內(nèi)容。課堂上講、練、測結(jié)合，使學(xué)習(xí)過程更加高效和有趣[4]。

1.3 課程實(shí)踐

作為課程的重要組成部分，需要完成一份大作業(yè)——撰寫數(shù)據(jù)分析報(bào)告，以小組為單位，鼓勵(lì)學(xué)生跨專業(yè)組隊(duì)，期望解決不同專業(yè)領(lǐng)域的問題。

解決問題的能力和意識(shí)需要在課程教學(xué)中培養(yǎng)，需要通過習(xí)題、作業(yè)、項(xiàng)目實(shí)踐的啟發(fā)和訓(xùn)練。特別是以項(xiàng)目為引導(dǎo)的實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)據(jù)分析的手段解決不同領(lǐng)域問題的意識(shí)和能力[5]。課程的出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)始終是面向問題求解。

1.4 課程考核設(shè)計(jì)

在課程考核上，將所有教學(xué)環(huán)節(jié)納入其中，注重過程性考核，注重動(dòng)手實(shí)踐能力的考核[6]。具體成績組成如下：

⑴ 完成四次課程單元測試;（10分）

⑵ 完成七次課后作業(yè);（10分）

⑶ 完成課堂交流討論三次及以上;（10分）

⑷ 完成大作業(yè)，撰寫數(shù)據(jù)分析報(bào)告并答辯;（20分）

⑸ 參加理論考試;（50分）

每次作業(yè)、單元測驗(yàn)、交流討論都在SPOC平臺(tái)上保留了原始數(shù)據(jù)，通過平臺(tái)的學(xué)情統(tǒng)計(jì)，課程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，非常方便地評價(jià)并導(dǎo)出學(xué)生成績。

2 教學(xué)實(shí)施

2.1 落實(shí)平時(shí)教學(xué)過程

清楚了教學(xué)目標(biāo)及方案后，落地是關(guān)鍵，因此，要加入多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，需要老師去推動(dòng)和督促，讓教學(xué)設(shè)計(jì)真正落到實(shí)處。

整個(gè)學(xué)期，在SPOC平臺(tái)上發(fā)布了七次課后作業(yè)、四次單元測驗(yàn)、十一次隨堂小測。課后作業(yè)用學(xué)生互評的方式，根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)同學(xué)需評價(jià)五份其他同學(xué)的作業(yè)，由系統(tǒng)隨機(jī)選定。單元測驗(yàn)限時(shí)30分鐘，兩次機(jī)會(huì)，覆蓋課程的所有章節(jié)內(nèi)容和要求。所有學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看，一目了然。如圖1、圖2所示。

2.2 落實(shí)課程大作業(yè)

促進(jìn)以小組為單位的合作學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)。從本課程第一次上課就明確小組大作業(yè)的要求和落實(shí)方法，讓同學(xué)們留意日常生活或本學(xué)科領(lǐng)域中數(shù)據(jù)分析的實(shí)例，一開始就培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析的意識(shí)。到第八周，以四人為一個(gè)小組自由組隊(duì)，鼓勵(lì)學(xué)科交叉，小組成員分工合作，從定題目，找數(shù)據(jù)，選擇分析方案直至寫出數(shù)據(jù)分析報(bào)告。期末時(shí)，進(jìn)行大作業(yè)答辯，答辯是對每個(gè)小組作業(yè)質(zhì)量的檢驗(yàn)，杜絕打醬油，隨機(jī)在小組中，抽一位同學(xué)代表該小組匯報(bào)和答辯，5分鐘時(shí)間，其他同學(xué)和老師作為評委，根據(jù)該組所做項(xiàng)目的質(zhì)量、創(chuàng)新性、PPT制作、答辯情況來打分，該成績?yōu)樾〗M每位同學(xué)共享。課程大作業(yè)占課程成績的20%，期末答辯前，在第十二周安排中期抽查。

前期落實(shí)到位，最終的課程大作業(yè)收到了比較好的效果，學(xué)生思維活躍，選題豐富，如：基于校園卡刷卡數(shù)據(jù)的城市學(xué)院學(xué)生消費(fèi)行為分析，基于武漢Covid19感染數(shù)據(jù)的分析建模，人民日報(bào)文章分析。整體答辯效果非常好，學(xué)生愿講、能講、具有講好的愿望和能力，每組同學(xué)講完都收到熱烈的掌聲，起到了很好的作品展示和相互學(xué)習(xí)的效果。

圖3、圖4是期末答辯時(shí)的小組匯報(bào)，全程在釘釘群直播。

3 教學(xué)效果和學(xué)生評價(jià)

盡管這是一門公選課，但同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情很高，開學(xué)和期中做了兩次問卷，數(shù)據(jù)顯示學(xué)生對課程的認(rèn)可度為81.8%，另36.4%的同學(xué)表示課程太難。因?yàn)槭侨Ｐ怨x課，選課同學(xué)中有近80%的同學(xué)來自工科專業(yè)背景，另20%的同學(xué)來自商學(xué)院、醫(yī)學(xué)院等其他專業(yè)。選課同學(xué)中有50%的同學(xué)沒有Python語言基礎(chǔ)。這些因素導(dǎo)致學(xué)生對課程的接受程度有明顯區(qū)別。

課程總結(jié)中，學(xué)生寫下了對這門課的評價(jià)。學(xué)生王銘杰說：本次課程雖然是公選課，但是學(xué)習(xí)到的知識(shí)點(diǎn)非常廣，甚至超越了許多通識(shí)必修課程。在我的眼中，數(shù)據(jù)分析課程是一門實(shí)用性極高、實(shí)踐性也極高的課程，不但需要在課上進(jìn)行聽講演練，課后還需要自己手敲代碼一步步摸索各個(gè)第三方庫、函數(shù)、模型的意義。而關(guān)于實(shí)用性，我覺得是毋庸置疑的，在近期開展的學(xué)校數(shù)學(xué)建模比賽中，我們小組成員便使用了Python數(shù)據(jù)分析作為工具，最終取得了比較好的成績。希望日后我能將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到各個(gè)地方，也祝這門課程越開越好。學(xué)生對課程如此評價(jià)令人欣慰。

4 結(jié)束語

本文探討了以建設(shè)線上線下混合金課為契機(jī)，深耕教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，重新整合資源，把教學(xué)設(shè)計(jì)落到實(shí)處。發(fā)揮SPOC平臺(tái)的功能和優(yōu)勢，跟蹤學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和課程數(shù)據(jù)，靈活掌控教學(xué)過程。堅(jiān)持以問題求解為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科交叉和創(chuàng)新應(yīng)用能力。后續(xù)將堅(jiān)持線上線下混合教學(xué)總體方向，在前期教學(xué)積累的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善教案和配套，在學(xué)科交叉和應(yīng)用能力培養(yǎng)上再作研究和探索。

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