《數(shù)據(jù)挖掘》課程的“五合三聯(lián)”教學改革模式研究

郭紅萍，張鐵成

(湖北師范大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院， 湖北 黃石 435002)

0 引言

眾所周知，大數(shù)據(jù)正在悄悄地改變?nèi)藗兊纳詈托袨椤２簧賴乙呀?jīng)將大數(shù)據(jù)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略，而商業(yè)領域更是將大數(shù)據(jù)作為下一個投資寶庫[1，2]。數(shù)據(jù)挖掘是近十幾年來大數(shù)據(jù)、人工智能行業(yè)飛速發(fā)展最重要的驅(qū)動技術之一，當前大數(shù)據(jù)分析幾乎都離不開數(shù)據(jù)挖掘，因此掌握數(shù)據(jù)挖掘的相關知識技能對于學生當下就業(yè)和未來深造都有重要意義。針對《數(shù)據(jù)挖掘》課程的教學改革研究也引起了高校教師的廣泛興趣[3～6]。

《數(shù)據(jù)挖掘》課程是面向我校統(tǒng)計學、應用統(tǒng)計學專業(yè)三年級本科生開設的一門重要的職業(yè)發(fā)展課程，共48學時(理論學時32+上機學時16)。課程以大數(shù)據(jù)挖掘的算法和應用為主要內(nèi)容，緊跟大數(shù)據(jù)時代前沿，旨在使學生掌握數(shù)據(jù)挖掘的原理和方法，熟練運用R語言或python編程挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的內(nèi)在信息；使學生具備將復雜實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)挖掘問題，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)思維、高階思維和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)自主、合作、探究能力以及解決復雜實際問題的綜合能力；使學生養(yǎng)成“用數(shù)據(jù)說話，透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的思維習慣；培養(yǎng)探索未知、求真務實、勇攀高峰的使命感，建立家國情懷與科學素養(yǎng)，實現(xiàn)立德樹人。

1 教學中的“痛點問題”

1)課堂教學理念老化。傳統(tǒng)的教學忽略情感價值的塑造，課程育人功能不全；教師只注重知識的講授，忽視培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維；教學中倚重多媒體，缺乏現(xiàn)代信息技術手段。

2)課程體系結(jié)構僵化。在教學中使用單一教材，高階資源不夠豐富，難以支撐專業(yè)需求；現(xiàn)有教材中學科知識的前沿性和時代性不完善，教材中沒有及時補充新的學科前沿成果，缺乏與大數(shù)據(jù)時代相匹配的實際案例；在課程內(nèi)容的安排上，有的偏重數(shù)學理論的推導，有的偏重計算機技術，缺少與統(tǒng)計學專業(yè)相契合的內(nèi)容體系。

3)教學效果評價固化。教學評價以終結(jié)性考試為主，過程性考察設計不夠；學生平時的學習過程得不到督促，學習效果得不到及時反饋；挑戰(zhàn)度不足，缺乏融會貫通知識和運用知識解決問題的能力。另外，也沒有考慮學生的自我評價和學生之間的相互評價。

2 “五合三聯(lián)”教學改革模式

針對教學中長期存在的痛點問題，本文提出了“以學生發(fā)展為中心，以翻轉(zhuǎn)課堂為平臺，以課程思政為抓手，以能力培養(yǎng)為目標”的創(chuàng)新理念，構建了“融合教學育人、整合教學內(nèi)容、混合教學模式、耦合教學設計、聯(lián)合教學評價”的“五合”創(chuàng)新舉措，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘課程教學與“時代需求、特色育人、實踐創(chuàng)新”緊密聯(lián)系的“三聯(lián)”目標，全面深入解決痛點問題(如圖1所示)。

圖1 “五合三聯(lián)”全面解決痛點問題

2.1 “立體重構”整合教學內(nèi)容，形成多維度知識結(jié)構

在大數(shù)據(jù)時代背景下，按照我校統(tǒng)計類專業(yè)制定教學計劃，按需安排教學內(nèi)容，滿足后續(xù)課程的需要。每一類教學內(nèi)容按難易程度設計為三級，采用不同的教學方式呈現(xiàn)(如圖2所示)。知識、能力、素養(yǎng)三階目標滲透在每一類每一級教學內(nèi)容中。形成多維度的立體化內(nèi)容魔方。整合后的內(nèi)容魔方滿足面向產(chǎn)出的專業(yè)人才培養(yǎng)需求，保證知識體系的完整性，實現(xiàn)了教學目標，有效解決了教學內(nèi)容體系結(jié)構僵化、與時代需求脫節(jié)的教學痛點。

圖2 課程內(nèi)容魔方

另外，還構建課程內(nèi)容邏輯框架，形成漸進式課程體系鏈(如圖3所示)。同時，刪繁就簡，瞄準前沿，注重理論與實踐相結(jié)合。課程的每一章都配套豐富的案例集和數(shù)據(jù)集，供學生課后實踐。

圖3 漸進式課程體系鏈

2.2 “數(shù)據(jù)挖掘+程序設計”耦合教學設計，實現(xiàn)多課堂互融共促

結(jié)合大數(shù)據(jù)時代的人才培養(yǎng)需求，構建《數(shù)據(jù)挖掘》課程和學科專業(yè)課程互融共促的教學模式。已經(jīng)建成了“數(shù)據(jù)挖掘+程序設計”的課程耦合教學設計，學生在掌握了基本方法和原理的基礎上，通過編程輔助來實現(xiàn)課程中數(shù)據(jù)的可視化圖形描繪、大樣本數(shù)據(jù)的加工處理、經(jīng)典應用案例的建模求解等。混合授課的教學模式保障了線下面授課有比較集中的時間研究融合案例。采用查閱資料、主題討論、分組任務、課程論文等方式，培養(yǎng)學生處理復雜問題的能力。

通過計算機編程后直觀生動的可視化展示和大樣本數(shù)據(jù)挖掘，使學生突破直覺局限和思維定勢，學會用數(shù)據(jù)說話，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從而體現(xiàn)課堂教學的“兩性一度”。

2.3 “數(shù)據(jù)挖掘+課程思政”融合教學育人，深化特色思政建設

作為統(tǒng)計類專業(yè)的職業(yè)發(fā)展課，充分發(fā)揮其面向時代需求的育人功能，遵循“以立德樹人為根本，以科技報國為己任，培養(yǎng)更多尊重數(shù)據(jù)、熱愛統(tǒng)計的新型人才”的育人原則，深入挖掘課程內(nèi)容蘊含的思政元素。通過線上資源建設，線下教學活動，師德師風引領等各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的辯證思維、家國情懷、創(chuàng)新精神和科學素養(yǎng)(如表1所示)。

表1 課程思政元素

首先，在線上資源建設中，將課程思政案例制作成視頻、文檔、課件等形式，上傳至教學平臺。比如，在資源庫中呈現(xiàn)統(tǒng)計發(fā)展史和統(tǒng)計勵志文化，使學生體會到科學研究的艱辛和科學家堅忍不拔的意志品質(zhì)。其次，在教學組織過程中，結(jié)合學科和專業(yè)特點，設計課程思政案例集，使學生不僅認識到學習數(shù)據(jù)挖掘知識的重要意義，同時也潛移默化地幫助學生建立了專業(yè)自信，提升了學生的學習興趣。另外，教師身正為范的人格魅力和求其務實的治學態(tài)度也會感染學生。這樣，思政教育變?yōu)閷W生自發(fā)的認知需求，強烈的獲得感和信念感激發(fā)了學生內(nèi)心的正能量。

2.4 “線上+線下”混合教學模式，提升學生實踐創(chuàng)新能力

“線上+線下”混合教學模式為融合教學育人、整合教學內(nèi)容、耦合教學設計、聯(lián)合教學評價提供了強有力的平臺支撐。這種教學模式保證在現(xiàn)有學時、教師和教室資源不變的情況下，有額外的時間討論課程融合案例、數(shù)學建模、統(tǒng)計建模等高階活動，增加了實踐教學環(huán)節(jié)。

學生在線上可以完成一級知識點和部分二級三級知識點的自主學習。線下運用翻轉(zhuǎn)教學的方式解決線上自主學習中遺留的問題，實現(xiàn)當堂持續(xù)改進，并將“項目化學習和小組合作學習”用于實踐教學。圍繞數(shù)據(jù)融合和挖掘案例，學生們開展討論、辯論、演講和小組項目等高階教學活動。原本復雜數(shù)據(jù)的案例和難以求解的模型，在程序設計的輔助下迎刃而解，激發(fā)了學生強烈的探索欲和求知欲。通過高階教學活動，學生獲得的不僅是知識，而是全方位的能力提升。

2.5 “多元考核”聯(lián)合教學評價，全面反饋學習效果

構建了基于多目標(知識目標，能力目標，價值目標)、多主體(學生自評，生生互評，教師評價)、多方式(定量與定性相結(jié)合，形成性與結(jié)果性相結(jié)合)的評價體系。課程評價的整體內(nèi)容構成和比例如表2所示。

表2 課程評價的整體內(nèi)容構成和比例

3 總結(jié)

本課程圍繞“五合三聯(lián)”教學改革模式進行了探索和實踐，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)課堂向翻轉(zhuǎn)課堂、灌輸課堂向?qū)嵺`課堂、知識課堂向能力課堂的轉(zhuǎn)變。在教學實踐中取得了良好的教學效果，實現(xiàn)了“課堂活起來，學生忙起來，教學嚴起來”，得到了同行和學生的好評。

Research on the“five in three”teaching reform style of Data Mining course

GUO Hong-ping，ZHANG Tie-cheng