黃劍

摘要：任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式是一種以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)活動(dòng)方式，符合數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)特點(diǎn)。能夠利用任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式的學(xué)習(xí)，并且促使老師在教學(xué)過(guò)程中不斷的提高。該文結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革實(shí)踐，總結(jié)了案例驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式在課程改革中的一般流程和具體改革內(nèi)容。實(shí)踐證明，此教學(xué)模式能夠很好的提高本科的實(shí)踐類(lèi)課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)；探究式；課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）06-1253-03

Applied Research of Task-driven Inquiry Teaching Model in Data Mining Course

HUANG Jian

（Zhejiang Wanli University， Department of Computer Science and Information Technology， Ningbo 315100， China）

Abstract： The task-driven inquiry teaching model is a teaching activities which students as the main body， teachers as the leading. It fits the data-mining course. Not only using task lead the student to inquiry learning， but also improve teachers during the teaching process. Based on the data mining course teaching reform practice， summarizes the task-driven inquiry teaching mode in general process and the specific content of the reform. Practice has proved， this teaching mode is good for improving undergraduate courses teaching quality.

Key words： Task-driven； Inquiry； Curriculum reform

數(shù)據(jù)挖掘是一門(mén)包括了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、模式識(shí)別、信息檢索、人工智能等學(xué)科的綜合性的學(xué)科，其目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)隱藏在大型數(shù)據(jù)集中的知識(shí)模式。此課程一般是在研究生教育階段開(kāi)設(shè)[1]，但隨著社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求越來(lái)越大，這就要求我們的學(xué)生畢業(yè)后不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

我校針對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程。該專(zhuān)業(yè)學(xué)生擁有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，并掌握了數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)學(xué)科。數(shù)據(jù)挖掘作為一門(mén)綜合性課程，是融合學(xué)生各科知識(shí)，提高該專(zhuān)業(yè)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的很好的載體課程。

1 數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合研究領(lǐng)域。不過(guò)也正因?yàn)樗婕暗姆秶軓V泛，發(fā)展的時(shí)間也不是很長(zhǎng)，因此要真正理解數(shù)據(jù)挖掘的本質(zhì)并不是一件容易的事情。我校針對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)兩個(gè)理學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)此課程，并將此課程歸類(lèi)為實(shí)踐類(lèi)課程。經(jīng)過(guò)筆者多年對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的研究和改革，發(fā)現(xiàn)了在數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)中存在的問(wèn)題：

1） 理論教學(xué)困難：數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣泛，如統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等內(nèi)容，并且所涉及的算法繁多。由于本科生的知識(shí)體系不健全，理論基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，造成了學(xué)習(xí)難度過(guò)大。此外，由于學(xué)時(shí)限制，無(wú)法在課堂中詳細(xì)地講述算法理論，導(dǎo)致了學(xué)生積極性不高，很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

2） 實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)法讓學(xué)生體會(huì)數(shù)據(jù)挖掘本質(zhì)：數(shù)據(jù)挖掘是從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)整理、預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘分析、結(jié)果分析等一系列流程的綜合。但由于課時(shí)關(guān)系，我們課程中的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往是針對(duì)某個(gè)特定的算法，讓學(xué)生利用已經(jīng)預(yù)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法的應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘成本很高，但是這個(gè)成本往往并不是金錢(qián)，而是時(shí)間，而數(shù)據(jù)整理和預(yù)處理的時(shí)間往往占到全部工作量的80%。不經(jīng)過(guò)完整的數(shù)據(jù)挖掘流程訓(xùn)練，學(xué)生就無(wú)法體會(huì)數(shù)據(jù)挖掘的本質(zhì)。

3） 軟件應(yīng)用缺乏：針對(duì)海量數(shù)據(jù)分析是必須要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)處理。當(dāng)今針對(duì)數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用的軟件很多，如SAS公司的EM模塊、SPSS的Modeler、WEKA、Matlab以及各數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)配套的OLAP功能等。在課堂中，不可能對(duì)任何一款軟件都詳細(xì)的進(jìn)行講解。這就使得學(xué)生很難進(jìn)行算法的應(yīng)用實(shí)踐。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式

針對(duì)目前教學(xué)存在的這些問(wèn)題，廣西大學(xué)梁斌梅提出了目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的專(zhuān)業(yè)課教學(xué)法，利用導(dǎo)入課吸引學(xué)生、利用教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生[2]。韓秋明等人編著的《數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用實(shí)例》中采用了大量的行業(yè)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)挖掘教學(xué)模式的改革提供大量的應(yīng)用實(shí)例[3]。結(jié)合本校的學(xué)生特點(diǎn)，參考國(guó)內(nèi)的一些研究成果，該文提出了基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式。課程整體主線由任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生進(jìn)行探究式自主學(xué)習(xí)。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是基于構(gòu)建主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，以老師為主導(dǎo)的一整套教學(xué)新模式。而探究式教學(xué)是與直接接受式教學(xué)相對(duì)的，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，并驅(qū)使學(xué)生投入到知識(shí)獲取的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)中。任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式是將兩者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、提高學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。通過(guò)自主學(xué)習(xí)，自行的完成階段性的教學(xué)任務(wù)，以達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式，適合操作性和應(yīng)用性強(qiáng)的課程。任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式的核心思想是在教學(xué)方面強(qiáng)調(diào)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，在學(xué)習(xí)方面則強(qiáng)調(diào)探究式學(xué)習(xí)。因此必須合理地設(shè)計(jì)課程教學(xué)方案，在“教”和“學(xué)”兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。老師必須在任務(wù)設(shè)計(jì)、實(shí)施進(jìn)程管理、信息反饋等各方面做好銜接，保證學(xué)生能夠時(shí)刻跟上任務(wù)進(jìn)度，并保持足夠的興趣度。

3 基于案例驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式的數(shù)據(jù)挖掘課程改革

任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式是以學(xué)生為主體，教師主導(dǎo)的新型教學(xué)模式。教師的作用在于教學(xué)組織和任務(wù)布置的安排調(diào)度。利用任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。因此，如何根據(jù)課程需要合理地進(jìn)行課程任務(wù)設(shè)計(jì)，安排任務(wù)進(jìn)度都是課程改革成功的關(guān)鍵。

3.1 課程內(nèi)容重新整合

數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)由數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析挖掘、結(jié)論分析等各個(gè)步驟組成的整體過(guò)程。在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)挖掘書(shū)中，針對(duì)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理部分往往比較簡(jiǎn)化，大部分篇幅都在講述數(shù)據(jù)挖掘算法，如分類(lèi)算法、關(guān)聯(lián)算法、聚類(lèi)算法。如果在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅對(duì)算法做重點(diǎn)講述而忽略前期步驟，將會(huì)造成學(xué)生內(nèi)容知識(shí)的脫節(jié)，無(wú)法體會(huì)數(shù)據(jù)挖掘整個(gè)流程，從而不能真正地理解數(shù)據(jù)挖掘思想本質(zhì)。因此，本課程教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，樹(shù)立數(shù)據(jù)挖掘思維體系，了解數(shù)據(jù)挖掘基本算法，能夠應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘軟件解決實(shí)際問(wèn)題并得到結(jié)果。

根據(jù)這個(gè)教學(xué)目標(biāo)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。首先，增加緒論內(nèi)容并設(shè)置導(dǎo)入課。在導(dǎo)入課中增加生活中學(xué)生感興趣的數(shù)據(jù)挖掘故事，經(jīng)典案例以及各行業(yè)中的應(yīng)用，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。其次，適當(dāng)增加數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及數(shù)據(jù)挖掘軟件的介紹，使得學(xué)生能夠明確數(shù)據(jù)怎么來(lái)、如何處理以及用什么工具處理等問(wèn)題。最后，有選擇地介紹基本的數(shù)據(jù)挖掘算法，所介紹的算法應(yīng)該是常見(jiàn)、易懂并且能夠很容易使用軟件實(shí)現(xiàn)的，如決策樹(shù)算法、K均值聚類(lèi)算法、Apriori算法、樸素貝葉斯算法等。而針對(duì)比較難的算法，可以?xún)H做介紹，讓學(xué)生在今后遇到此類(lèi)問(wèn)題能夠自主的進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過(guò)內(nèi)容的調(diào)整，一方面使得學(xué)生不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘算法繁多且復(fù)雜而懼怕，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而很好的引導(dǎo)其自主學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果。另一方面，數(shù)據(jù)挖掘算法在不斷的改進(jìn)，不可能在課程中覆蓋所有。通過(guò)基本算法和工具的結(jié)合，能夠很好地幫助學(xué)生從算法理論轉(zhuǎn)變成算法實(shí)現(xiàn)，從而真正的進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘工作。即使出現(xiàn)了新的算法，也能夠舉一反三，進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)。

3.2 組織方式的改變

任務(wù)驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式必須以課程任務(wù)為依托。改變以往以純理論的教學(xué)方式，加入實(shí)踐和課堂討論環(huán)節(jié)，將理論知識(shí)講解和課程任務(wù)有機(jī)地結(jié)合到一起?？紤]到數(shù)據(jù)挖掘連貫性以及工程龐大性，可以考慮以項(xiàng)目化的方式進(jìn)行。將學(xué)生6個(gè)人左右分為一組，自主的在老師所提供的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中尋找感興趣的問(wèn)題進(jìn)行分析研究。將整個(gè)項(xiàng)目分解成為數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、探索性分析、數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)果分析等一系列的小任務(wù)，安排階段性的任務(wù)目標(biāo)，層序漸進(jìn)，逐步的建立學(xué)生完成項(xiàng)目的信心并最終完成整個(gè)項(xiàng)目。

學(xué)生是項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，在接受一個(gè)短期任務(wù)后，就要自主的開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行。老師僅僅在課堂中進(jìn)行了基本知識(shí)的講解，學(xué)生要完成任務(wù)就必須學(xué)習(xí)更多的課外知識(shí)。項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容是自己選擇的，而且完成階段性的任務(wù)并不是那么的遙不可及，所以學(xué)生有足夠的興趣和信心去完成。通過(guò)查閱資料、學(xué)習(xí)知識(shí)、任務(wù)分配、安排和組織實(shí)施等，完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)也鍛煉了他們團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、溝通能力、自主學(xué)習(xí)能力。這些能力的培養(yǎng)才能使他們?cè)谥R(shí)不斷更新的當(dāng)今，緊密地跟緊前沿技術(shù)并更好的去解決實(shí)際問(wèn)題。

3.3 任務(wù)進(jìn)度控制和評(píng)價(jià)

課程的課堂教學(xué)時(shí)間是有限的，老師不可能在課堂中既完成理論教學(xué)，又給足時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行課程任務(wù)，所以項(xiàng)目的實(shí)施必須是在課后進(jìn)行。學(xué)生要在課外進(jìn)行大量的參考資料閱讀、相互討論及數(shù)據(jù)分析的工作。那么老師作為主導(dǎo)者，必須及時(shí)地了解學(xué)生階段性任務(wù)的完成情況，對(duì)當(dāng)前學(xué)生遇到的困難及時(shí)給出建議和意見(jiàn)，甚至在學(xué)生遇到真正的難題給予技術(shù)上的支持。所以本課程在理論課教學(xué)的同時(shí)，也開(kāi)展了定期的討論課，讓學(xué)生定期匯報(bào)階段性任務(wù)的完成情況，及時(shí)進(jìn)行任務(wù)進(jìn)度的控制。整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施流程和任務(wù)分解如圖1。根據(jù)流程安排，理論引導(dǎo)學(xué)生任務(wù)的進(jìn)行。通過(guò)學(xué)生任務(wù)的完成情況，老師在完成基本理論教學(xué)的同時(shí)，有針對(duì)性的對(duì)學(xué)生所遇到的問(wèn)題進(jìn)行講解，最終目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生完成整個(gè)教學(xué)項(xiàng)目。一方面，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提高，有足夠的興趣和能力去完成每個(gè)階段的任務(wù)，并且會(huì)更加認(rèn)真的在理論課中尋找自己想得到的知識(shí)。另一方面，由于學(xué)生自主尋找的項(xiàng)目多樣性，選擇的算法不可控性，同樣促使老師不斷的提高自身，教學(xué)內(nèi)容不再一成不變，而是隨時(shí)的更新。

圖1 任務(wù)進(jìn)度安排流程圖

良好的進(jìn)度控制需要一個(gè)完善的評(píng)價(jià)體系做輔助。只有做好每個(gè)階段性的評(píng)價(jià)，引入一定的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，才能提高學(xué)生積極性和自信心。首先，必須做到極端性任務(wù)的目標(biāo)和時(shí)間明確化。要完成什么，在什么時(shí)候完成，都必須事先和學(xué)生約定。對(duì)沒(méi)有按時(shí)完成任務(wù)的組，必須做出相應(yīng)的懲罰，如扣除本階段的得分。除此之外必須分析原因，搞清為什么無(wú)法完成任務(wù)，有針對(duì)性地提出建議和意見(jiàn)，以便學(xué)生能夠及時(shí)調(diào)整。其次，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)既要唯一又要區(qū)別對(duì)待。唯一標(biāo)準(zhǔn)指的是一樣的進(jìn)度，一樣的任務(wù)，一樣的要求。但是數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目會(huì)根據(jù)研究領(lǐng)域不同、使用算法不同、數(shù)據(jù)質(zhì)量不同而造成難度差異，一味的同等標(biāo)準(zhǔn)要求會(huì)造成選擇難度較高項(xiàng)目的學(xué)生積極性下降。所以老師必須客觀的分析每個(gè)項(xiàng)目難度，并區(qū)別對(duì)待。對(duì)于由客觀難度造成任務(wù)進(jìn)程落后的組，應(yīng)當(dāng)在解決問(wèn)題后給予獎(jiǎng)勵(lì)。并且，在最終論文評(píng)定時(shí)，適當(dāng)?shù)募尤胍欢ǖ碾y度分，以鼓勵(lì)學(xué)生培養(yǎng)自我挑戰(zhàn)的精神。通過(guò)教師評(píng)價(jià)、組長(zhǎng)評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)方式，客觀的合理的對(duì)整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施作出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)案例驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式的改革，數(shù)據(jù)挖掘課程在教學(xué)效果上得到了實(shí)質(zhì)性的提高。人才培養(yǎng)上卓有成效，老師也在教學(xué)過(guò)程中受益良多。通過(guò)教學(xué)模式的改革，使得原本枯燥、難懂的理論教學(xué)變得生動(dòng)。學(xué)生的求知欲望得到了激發(fā)，課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加的明確，教學(xué)質(zhì)量也有很大的提高。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、匯報(bào)能力、論文撰寫(xiě)能力都有了明顯的提高，并且有很多教學(xué)項(xiàng)目被用于畢業(yè)論文的研究。數(shù)據(jù)挖掘課程也因此被選為寧波市級(jí)的智慧產(chǎn)業(yè)核心引導(dǎo)課程。

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