大數(shù)據(jù)下數(shù)據(jù)挖掘課程改革淺議
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摘要：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)作為大數(shù)據(jù)分析的有效工具已被廣泛地引入高校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中。本文旨在對數(shù)據(jù)挖掘課程的現(xiàn)狀進行分析，并針對目前存在的問題，從思想認(rèn)識、內(nèi)容課時安排、教學(xué)理念和方法、學(xué)習(xí)效果評價等各方面對課程教學(xué)改革進行探索，以更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生具備數(shù)據(jù)挖掘方法處理實際問題的能力。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；教學(xué)改革；案例式教學(xué)法；能力培養(yǎng)
隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，使得人們收集數(shù)據(jù)的能力也越來越強，從而關(guān)于大數(shù)據(jù)的處理問題也被越來越多的人所關(guān)注。為了從海量高維數(shù)據(jù)中挖掘出重要信息，進而尋找出其內(nèi)在規(guī)律或趨勢，并為人們的生產(chǎn)生活提供決策，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一類問題提供可能。在高校教學(xué)過程中，數(shù)據(jù)分析相關(guān)專業(yè)為了培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的人才均開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程。但是，當(dāng)前數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)過程中普遍存在諸多問題。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生使用數(shù)據(jù)挖掘知識解決實際問題能力，提高學(xué)生就業(yè)競爭力，結(jié)合前沿的思想和理念對數(shù)據(jù)挖掘課程進行深入分析和深度改革，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是該課程當(dāng)前面對的主要問題。
1數(shù)據(jù)挖掘課程簡介
數(shù)據(jù)挖掘是統(tǒng)計學(xué)與計算機科學(xué)等多個學(xué)科相互結(jié)合的綜合性交叉學(xué)科，主要涉及統(tǒng)計學(xué)、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)學(xué)建模等多個方面且應(yīng)用性較強的技術(shù)領(lǐng)域，并且數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電子商務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融、生物醫(yī)學(xué)、腦神經(jīng)科學(xué)和壓縮遙感等眾多應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘課程主要介紹建模過程中的有關(guān)任務(wù)：數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、分類與預(yù)測、聚類分析、時間序列預(yù)測、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、SVM、樸素貝葉斯和離群點的檢測等，并且針對各模塊的相應(yīng)方法主要講授包括基本概念、原理、求解算法及實現(xiàn)和結(jié)果分析等相關(guān)內(nèi)容。該課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘的基本技能和方法，掌握數(shù)據(jù)挖掘的核心技術(shù)與主流軟件解決實際問題的能力，并且使學(xué)生具有綜合分析及處理相關(guān)領(lǐng)域一定復(fù)雜問題的能力。
2數(shù)據(jù)挖掘課程現(xiàn)狀
該課程是在大數(shù)據(jù)的背景下產(chǎn)生的，作為大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的核心課程，同時為了培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的思維邏輯和較強的動手能力，并且為滿足社會各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)挖掘人才的需求彌補人才缺口，因此眾多高校的相關(guān)專業(yè)均開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程。但是數(shù)據(jù)挖掘課程本質(zhì)上是一門技術(shù)類課程，通過介紹一些經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘方法，并使得學(xué)生能夠正確理解方法原理，并能夠?qū)崿F(xiàn)對大數(shù)據(jù)相關(guān)實際問題的求解與分析。但是，目前該課程在教學(xué)過程中大多數(shù)學(xué)生對于該門課的地位和重要程度認(rèn)識嚴(yán)重不足，教學(xué)理念依然比較落后，關(guān)于課程內(nèi)容的設(shè)置還不夠均衡，對于該課程的應(yīng)用性與實踐性在教學(xué)實踐與實際應(yīng)用還有一定差距，重理論輕實踐的現(xiàn)象依然普遍存在。總之，該課程目前存在的問題主要分為以下幾個方面：
2．1思想認(rèn)識方面
該課程在相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要的地位，學(xué)生掌握相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘方法不僅能夠處理具體的實際問題，還能培養(yǎng)學(xué)生處理問題的能力，也有利于學(xué)生就業(yè)和更好地服務(wù)社會。但是，目前普遍存在的問題是學(xué)生只將數(shù)據(jù)挖掘看做是一門普通的課程，對自己的要求只是考試過關(guān)，并沒有從思想上認(rèn)識該課程的重要性，對該課程缺乏全面的認(rèn)識和了解，不清楚該課程的實際意義。從而導(dǎo)致學(xué)生思想上不重視、學(xué)習(xí)中不認(rèn)真、實踐中不落實、應(yīng)用中不熟練，極大地影響了學(xué)習(xí)效果和人才培養(yǎng)方案的實施效果。
2．2課程內(nèi)容方面
該課程所涉及的內(nèi)容覆蓋面廣泛、各知識點之間交叉性強；并且該課程包含了大量的復(fù)雜理論，特別是對于高等數(shù)學(xué)和概率論等先修課程的知識掌握要求較高，從而使得學(xué)生入門有一定困難，并且所涉及的各類算法過程相對復(fù)雜抽象，導(dǎo)致教學(xué)難度較大，對學(xué)生的理解能力要求較高且充滿挑戰(zhàn)。并且由于新技術(shù)、新理論的迅速發(fā)展，使得數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)更新加快，但是教材內(nèi)容的更新則相對緩慢，進而存在內(nèi)容滯后的問題［1⁃2］。并且關(guān)于課程講授內(nèi)容的安排，多數(shù)關(guān)注分類與預(yù)測部分的內(nèi)容，對于數(shù)據(jù)挖掘整個環(huán)節(jié)中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)探索和數(shù)據(jù)預(yù)處理部分并未涉及，導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)挖掘過程無法形成完整的閉環(huán)，所以就導(dǎo)致學(xué)生忽略了這一重要過程，只會使用已處理好的數(shù)據(jù)進行簡單的結(jié)論驗證，面對具體的實際問題和未經(jīng)處理的雜亂數(shù)據(jù)，反而卻無從下手，無法達到學(xué)以致用的目的。另外，缺乏系統(tǒng)性案例的詳細(xì)講解，即以某一具體現(xiàn)實問題為背景，如何確定挖掘目標(biāo)、分析方法與過程的詳細(xì)闡述、模型構(gòu)建以及代碼實現(xiàn)等全部過程的問題很少涉及。人才培養(yǎng)方案中一直強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力，卻恰恰沒有給出創(chuàng)新的空間和實際問題處理全過程的詳細(xì)講解，學(xué)生無法理解和掌握實際問題的具體模型以及處理流程，使得培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和處理實際問題的能力淪為口號，人才培養(yǎng)方案無法真正落實。
2．3教學(xué)理念方面
教學(xué)理念是對認(rèn)識的集中體現(xiàn)，同時也是人們對教學(xué)活動的看法和持有的基本的態(tài)度和觀念，是從事教學(xué)活動的信念。教學(xué)理念有理論層面、操作層面和學(xué)科層面之分。明確表達的教學(xué)理念對教學(xué)活動有著極其重要的指導(dǎo)意義。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，即以教師為中心的教學(xué)模式，教師作為教學(xué)活動的主體和中心，教師按照課前設(shè)計好的教學(xué)思路，通過引入教學(xué)內(nèi)容，講解疑難點，練習(xí)作業(yè)布置等環(huán)節(jié)。在整個教學(xué)過程中，學(xué)生都是跟著教師事先設(shè)計好的路線走，學(xué)生在各個環(huán)節(jié)需要做的工作都已被安排好，并且學(xué)生通常都是被動接受。學(xué)生很少有思考和探討的時間，就更難去提出自己的想法和不同見解，學(xué)生的創(chuàng)新性思維也沒能得到發(fā)展，對所學(xué)知識也僅停留在表面理解和短期的記憶上，進而導(dǎo)致了學(xué)而不會，會而不用，用而不精。對于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，由于理論知識復(fù)雜且枯燥乏味，再加上學(xué)生理解能力的差異，導(dǎo)致學(xué)生興趣不足，互動性差，課堂教學(xué)效果不佳，進而形成惡性循環(huán)。總之，學(xué)生沒能成為課堂的主體和中心，導(dǎo)致寶貴的課堂時間僅用于知識的簡單傳授、沒能實現(xiàn)對學(xué)生思維的高效啟發(fā)和能力的培養(yǎng)。
2．4應(yīng)用實踐方面
數(shù)據(jù)挖掘作為應(yīng)用型技術(shù)類課程，要掌握其中主要的方法和經(jīng)典算法，僅靠簡單的理論講解根本無法理解和掌握其精髓，適當(dāng)?shù)膶嵺`環(huán)節(jié)必不可少，否則無法實現(xiàn)學(xué)以致用。但是，對于目前多數(shù)教學(xué)過程中，課程的實踐環(huán)節(jié)主要是進行簡單的驗證性實驗，各實驗之間相對獨立，不利于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性理解，并且各實驗中均是采用已經(jīng)處理的少量數(shù)據(jù)進行結(jié)果驗證，并未將數(shù)據(jù)挖掘方法應(yīng)用到真正的大數(shù)據(jù)實際應(yīng)用場景中去，不能使學(xué)生形象而深刻的理解數(shù)據(jù)挖掘方法處理大數(shù)據(jù)問題，不利于學(xué)生系統(tǒng)地理解大數(shù)據(jù)時代下數(shù)據(jù)挖掘的本質(zhì)和過程［3］。
2．5課程考核方面
課程的考核是在教學(xué)過程中及結(jié)束前，針對課程所設(shè)定的目標(biāo)而進行的各項測試，包括但不僅限于過程性測試、形成性測試及總結(jié)性測試，并對測試結(jié)果進行分析學(xué)習(xí)者是否達到課程目標(biāo)的要求［4］。目前，大多數(shù)高校的數(shù)據(jù)挖掘課程的考核方式都主要采用閉卷考試和課程作業(yè)相結(jié)合的方式。閉卷主要考查學(xué)生對算法原理及思想的理解，課程作業(yè)則考查學(xué)生對案例的分析。但是，這種傳統(tǒng)的考核方式未能體現(xiàn)該課程的實踐性和應(yīng)用性，沒有從該課程的本質(zhì)出發(fā)，并未實現(xiàn)該課程重實踐輕理論的特點，并沒有做到以學(xué)生為中心，并沒有真正做到學(xué)以致用，也沒能調(diào)動學(xué)生的積極性，更不能實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的目的。鑒于目前數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)及發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合時代和社會發(fā)展需要，為了能更好地培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析人才具備的各種素質(zhì)和能力。那么，關(guān)于數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革勢在必行。
3數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)改革探索
數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革不僅能夠改進教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果，還能使學(xué)生更好地理解和熟練地應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘知識解決大數(shù)據(jù)實際問題。由于數(shù)據(jù)挖掘課程在大數(shù)據(jù)處理中的重要作用，為了更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘人才的培養(yǎng)。結(jié)合多年數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)實踐，可從以下幾個方面實行改革探索。
3．1提高思想認(rèn)識，合理安排教學(xué)內(nèi)容
首先，教師要認(rèn)識到大數(shù)據(jù)時代下的開設(shè)數(shù)據(jù)挖掘課程的必要性和重要性。通過教師的言傳身教，讓學(xué)生感受到數(shù)據(jù)挖掘課程的重要意義。只有思想上的轉(zhuǎn)變，使得學(xué)生認(rèn)識到該課程的重要性以及學(xué)好該門課程的對未來學(xué)習(xí)和就業(yè)的幫助，才可以一定程度上加強學(xué)生對該門課程的重視［5］。另外，為了解決課程內(nèi)容方面存在的問題，對于課程內(nèi)容結(jié)合實際合理安排，課程總課時48學(xué)時，其中知識案例講解32課時，實驗課時16學(xué)時。主要的教學(xué)內(nèi)容主要包括：數(shù)據(jù)挖掘背景介紹、數(shù)據(jù)獲取、探索和預(yù)處理方法、回歸分析、決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、時間序列模型、樸素貝葉斯，支持向量機、離群點檢測和案例講解與分析等主要數(shù)據(jù)挖掘方法。對于每個知識模塊都有實驗課時的安排。并嘗試關(guān)注學(xué)科新動態(tài)，搜集最新研究成果作為教學(xué)內(nèi)容，彌補資源滯后的問題。并且針對每個模塊精心設(shè)計最新的案例背景，通過對案例的分析引入新問題，進一步結(jié)合所授知識給出解決問題的數(shù)據(jù)挖掘方法，并通過實驗進行該案例問題的全過程實現(xiàn)。讓學(xué)生真正融入教學(xué)，實現(xiàn)由難到易的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。
3．2牢固樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念
轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)觀念，樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，熟悉專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)，特別是數(shù)據(jù)挖掘課程的培養(yǎng)目標(biāo)。通過對課程各部分內(nèi)容的精心設(shè)計和安排，結(jié)合講授內(nèi)容特點選用翻轉(zhuǎn)課堂引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)。充分調(diào)動學(xué)生參與教學(xué)過程的積極性，以加深對課程內(nèi)容的深刻理解。在教學(xué)環(huán)節(jié)，首先對學(xué)生進行隨機分組，學(xué)生完成各自分工；其次，通過小組討論明確案例背景以及挖掘目標(biāo)、梳理解決問題的流程、總結(jié)課程內(nèi)容重點、存在的問題以及結(jié)果分析；最后，通過隨機抽簽的方式確定人員對所討論的問題及存在的問題進行匯報。根據(jù)各小組匯報情況整體把握學(xué)生對內(nèi)容的理解程度與應(yīng)用情況并進行詳細(xì)點評，針對學(xué)生的問題結(jié)合重難點內(nèi)容進行詳細(xì)講解。對任務(wù)實現(xiàn)環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生動手編寫代碼，并通過不斷調(diào)試總結(jié)問題積累經(jīng)驗，以提高學(xué)生的動手編程能力?？傊械慕虒W(xué)環(huán)節(jié)始終堅持以學(xué)生為中心，在傳授知識的同時，調(diào)動學(xué)生參與積極性、啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、深入思考問題和科學(xué)解決問題的能力。
3．3采用案例化教學(xué)方法
在數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)過程中，為了更好地完成教學(xué)任務(wù)、實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)方法解決實際問題能力的教學(xué)目的，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程輕理論重應(yīng)用的特點。因此，在該課程的教學(xué)過程中采用案例化教學(xué)方法，針對具體的知識點，課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計以案例為出發(fā)點，確立應(yīng)用背景、明確挖掘目標(biāo)、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型建立與求解、結(jié)果分析等各個環(huán)節(jié)，將案例與數(shù)據(jù)挖掘知識有機結(jié)合。該方法不但可以加深學(xué)生對知識的理解，還可以使學(xué)生更好地掌握方法的具體應(yīng)用。針對實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生不再是進行簡單的驗證性實驗，而是參與案例問題的全過程求解，包括數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、模型建立與算法程序編寫，結(jié)果分析評價，以提高全體學(xué)生動手能力。
3．4科學(xué)評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果
學(xué)生學(xué)習(xí)效果的科學(xué)評價是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和水平的全面測評。為了科學(xué)公平的評價學(xué)生，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程應(yīng)用性的特點，該課程采用多元化考核方式對學(xué)生學(xué)習(xí)成績進行評定。首先，該課程的多元化考核方案由：平時成績（20％）、實驗報告成績（30％）和課程期末報告成績（50％）三部分組成，其中平時成績主要包括：課堂考勤、小測驗、課堂提問環(huán)節(jié)和作業(yè)等，課程實驗報告和期末報告都是以小組為單位共同完成。為了防止小組成員得分的平均化，要求每次小組成員需根據(jù)每個人的真實的工作量和貢獻程度給出評分得到評分矩陣。然后根據(jù)評分矩陣，計算所有成員對某一小組成員的整體評價，作為該成員的成績權(quán)重，依次得到所有成員的成績權(quán)重，并根據(jù)實驗報告實際成績結(jié)合各自權(quán)重計算出個人實際成績。通過該權(quán)重方法能夠更公平對各成員的學(xué)習(xí)成果進行科學(xué)評價。對于實驗報告和課程報告評分過程中，嚴(yán)格考察實踐操作（40％）和報告內(nèi)容（60％）兩大部分等多個細(xì)節(jié)，將過程化考核與總結(jié)性考核相結(jié)合，通過一系列細(xì)化指標(biāo)的考核力爭做到全面科學(xué)公正評價學(xué)生各方面能力。
4結(jié)語
數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是大數(shù)據(jù)時代下，通過對數(shù)據(jù)進行分析挖掘其內(nèi)在規(guī)律，用于服務(wù)社會各領(lǐng)域的科學(xué)。本文主要分析了數(shù)據(jù)挖掘課程的現(xiàn)狀，并指出了目前存在的一些問題，結(jié)合近年來教學(xué)經(jīng)驗給出數(shù)據(jù)挖掘課程的改革探索方案。首先要提高思想認(rèn)識，堅定課程的重要地位，合理安排課程各環(huán)節(jié)內(nèi)容及實驗課時，并樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中來，并通過設(shè)計新案例融入教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，落實人才培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)高質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析與挖掘人才。
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作者:丁毅濤 單位:西京學(xué)院理學(xué)院
