魏偉一 張志昌 張國治

關鍵詞：項目驅動；數(shù)據(jù)挖掘；教學改革

1引言

隨著數(shù)據(jù)采集和存儲技術的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)正以前所未有的速度增長。尤其在當前的大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)已成為各行各業(yè)重要的戰(zhàn)略資源。因此，對數(shù)據(jù)進行深入有效的分析與挖掘，對社會幾乎所有領域的決策都變得越來越重要[1]。數(shù)據(jù)挖掘技術將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法和用于處理大量數(shù)據(jù)的先進算法相結合，應用先進的數(shù)據(jù)庫管理技術和大量以機器學習為核心的數(shù)據(jù)挖掘技術，為數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)提供有效的支撐[2]。因此，在數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)、計算機科學與技術及統(tǒng)計學等專業(yè)開設“數(shù)據(jù)挖掘”課程的重要性不言而喻。

不同于傳統(tǒng)學科導向的培養(yǎng)理念，新工科肩負著當前工程教育必須面向未來發(fā)展的歷史重任，重構工科人才的培養(yǎng)新模式[3]。然而，由于數(shù)據(jù)挖掘是一門融合了數(shù)據(jù)庫技術、機器學習、模式識別、統(tǒng)計學和高性能計算等相關領域的交叉學科，課程內容體系龐大，理論深奧且實踐性又強，同時新技術發(fā)展迅速，導致教學資源建設和教學手段創(chuàng)新都相對滯后，教學效果也不太理想[4]。

2“數(shù)據(jù)挖掘”課程教學現(xiàn)狀

2.1課程理論深，跨度大

“數(shù)據(jù)挖掘”課程理論深奧，而且隨著應用需求的進一步發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘新的模型和改進算法不斷涌現(xiàn)[5]。同時，數(shù)據(jù)分析與挖掘的應用領域逐步擴大，數(shù)據(jù)對象也日趨豐富，而當前的數(shù)據(jù)挖掘課程體系更注重理論教學，加之教學內容多、交叉跨度大，因此對于大部分學生而言學習難度偏大。此外，很多專業(yè)同時開設了“機器學習”和“神經網絡”等相關課程，導致課程間的內容存在重復與冗余。

2.2課程教學方式單一

目前的教學過程仍然呈現(xiàn)出重基礎理論輕實踐的現(xiàn)狀，沒有真正建立以應用為目標和主線的課程體系和教材體系[6]。這容易導致在教學的過程中對數(shù)據(jù)挖掘基本算法介紹較多，而學生實際項目實踐和過程體驗較少：實驗課時少，學生對相關數(shù)據(jù)挖掘工具和語言不熟。因此，這種單一的教學模式很容易導致課程教學內容枯燥與晦澀，無法激發(fā)學生的學習興趣，使得課堂教學效果不佳[7]。

2.3創(chuàng)新能力培養(yǎng)與評價過程不完整

教學評價是合理的人才培養(yǎng)的重要保障[8]。然而，現(xiàn)有“數(shù)據(jù)挖掘”課程的培養(yǎng)方案未能充分體現(xiàn)個性化的應用需求，沒有將數(shù)據(jù)挖掘技術的理論與實踐、應用與創(chuàng)新要求有效融合[9]，而且課程的學習評價與考核方法單一，沒能充分考慮學習過程的過程性管理與綜合能力評價。

2.4教學資源相對匱乏與滯后

目前，數(shù)據(jù)挖掘技術的應用越來越復雜，技術與方法也在不斷發(fā)展，但是教學資源存在相對匱乏以及教材中實踐應用環(huán)節(jié)不突出等亟須解決的問題[10]。

3教學改革措施

3.1教學改革思路

新工科面向工程人才培養(yǎng)，采用成果導向（outcome based education，OBE）的培養(yǎng)理念[11]。在工科專業(yè)課程教學中引入案例教學法，有助于引導學生針對特定問題應用場景，綜合應用多學科知識去分析和解決問題，培養(yǎng)工科人才的實踐性和綜合專業(yè)能力[12]。因此，數(shù)據(jù)挖掘教學應該面向新工科新業(yè)態(tài)，以解決實際問題為導向，摒棄傳統(tǒng)的以單一理論和典型算法為主的教學模式，以增強學生綜合應用所學理論知識解決實際應用問題的能力。同時，重點進行課程教學內容的整合與優(yōu)化、教學模式的創(chuàng)新和課程資源的建設，從而達到創(chuàng)新型人才與新工科人才的新培養(yǎng)標準。

3.1.1建立多維度的教學組織和評價模式

針對目前教學過程中的問題，著力建立理論與實驗教學、科學研究與工程實踐相互滲透的新型多維度的教學組織和實踐實訓模式，并強化對各教學環(huán)節(jié)的管理與考核。

3.1.2創(chuàng)新課程的教學與學習模式

改變傳統(tǒng)“數(shù)據(jù)挖掘”課程的以理論教學為主導的教學模式，積極探索“數(shù)據(jù)挖掘”課程的案例與項目驅動的教學模式，不斷結合社會熱點問題設計新的數(shù)據(jù)分析與挖掘案例。

3.1.3創(chuàng)建新模式下的教學資源建設

優(yōu)化教學內容與教學體系，完成教學資源與平臺建設，創(chuàng)建優(yōu)質的教學團隊，全方位進行教學模式的改革與創(chuàng)新。

3.2教學改革舉措

面向新工科建設需求與領域應用，以培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力為導向，針對當前教學中存在的不足，全方位、多舉措實施“數(shù)據(jù)挖掘”課程的教學模式改革。

3.2.1優(yōu)化課程內容體系，改進教學模式

數(shù)據(jù)分析與挖掘是一門新興的交叉學科，具有內容廣泛、理論性強、學習難度較大等特點。而且不同學科與專業(yè)對相關理論知識的深度和應用要求也有所差異。因此，針對各專業(yè)共性需求來優(yōu)化課程體系、規(guī)劃教學內容、重新設計課程教學內容與綜合實驗過程及教學評價體系就顯得比較重要。此外，在采用多種教學模式與教學資源的基礎上，需要結合應用需求和當前社會熱點，融人案例驅動和學科競賽驅動的教學內容與教學模式，全面提高學生的工程實踐與創(chuàng)新能力。

3.2.2專注專業(yè)實踐需求，實現(xiàn)以項目為驅動的實踐教學模式

以全面提升學生數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘能力為目標，以學生理論學習和工程實踐為中心，面向專業(yè)實踐要求，通過項目開發(fā)作為驅動，由教師設計組織項目活動過程，學生全程參與項目實踐并分組研討展示學習成果，提升學生數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘的能力，為學生將來從事相關工作奠定扎實的基礎，具體學習內容和實施過程如圖1所示。由此，形成以項目為驅動，以學生項目實施活動為主線，重點培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析與挖掘的實踐能力。學生通過項目實踐進一步理解數(shù)據(jù)挖掘理論，在活動中體驗數(shù)據(jù)挖掘方法，改變傳統(tǒng)的學習方法和習慣。

3.2.3面向教學實施各環(huán)節(jié)，創(chuàng)新全方位的綜合考評方式

在對學生進行考核時，在注重理論考試的基礎上，教師還應關注教學過程各環(huán)節(jié)的管理與考評，包括課前預習、課外討論、文獻閱讀、項目實施、項目進展報告與項目答辯結果等維度的評判，全方位考核，切實提高學生的理論水平與創(chuàng)新實踐能力。

3.2.4針對課程教學要求，進行教學內容優(yōu)化與資源建設

當前，用于“數(shù)據(jù)分析與挖掘”課程的理論與實踐教學資料數(shù)量較多，但資源分散、系統(tǒng)性不強，而且各項資源間交叉冗余、聯(lián)系不明確。因此，需要在教學模式改革的基礎上，結合技術的特點與發(fā)展趨勢，優(yōu)化教學內容，實時引入新技術與新理論，不斷完善與優(yōu)化教學資源。

4教學改革案例和成效

基于教學進度和項目計劃，合理安排“數(shù)據(jù)挖掘”課程的進度和內容，如表1所列，理論教學、文獻閱讀及項目實施與匯報逐模塊同步實施與考核。此外，在基本項目實踐基礎上，每學期結合社會經濟發(fā)展熱點更新數(shù)據(jù)挖掘（如新冠疫情數(shù)據(jù)分析與挖掘）擴展項目。同時，我校近年來積極組織學生參加kaggle、天池和中國農業(yè)銀行“雅典娜”杯等數(shù)據(jù)挖掘競賽，作為課外項目并取得了一定的成績。

與此同時，在教學改革實施的過程中，不斷優(yōu)化課程內容，積累項目實訓案例并編寫出版教材，組建課程小組，在教改項目申報和教學資源建設方面取得了一定成效（如表2所列），真正實現(xiàn)了教學相長。