基于建构性教学观的“数据挖掘技术”课程建设创新探索与实践.pdf

2023年9 月第2 3 卷第3 期廊坊师范学院学报（自然科学版）Journal of Langfang Normal University(Natural Science Edition)Sep.2023Vol.23 No.3基于建构性教学观的“数据挖掘技术 课程建设创新探索与实践方欢,王丽丽,郭娟，陈小奎（安徽理工大学，安徽淮南2 3 2 0 0 1）【摘要】对标新工科背景下的一流课程建设目标，以应用型本科大数据专业学生为研究对象，教学团队总结数据挖掘课程教学中存在的四个教学痛点问题，提出“三合-三联”教学范式，构建“一中心，两平台，三环节，四类案例库，五维评价”的教学体系设计方案。采用案例驱动教学和线上线下混合式教学方法对“数据挖掘技术”进行创新型教学体系设计，创新探索主要围绕课程建设体系、课程教学内容、课程教学方法、课程思政案例库建设、超星平台和头歌实践教学平台辅助下的过程化课程考核方法等方面展开，通过师生共同体，以场景化案例为“连接器”,利用信息技术强化实践与互动，实现“应用驱动教学，思政强化专业育人”的教学主旨。五轮教学探索与实践证明本课程的创新体系能够实现高质量应用型本科创新人才的培养。【关键词】课程建设；建构性教学；场景化；案例驱动；数据挖掘Innovative Exploration and Practice of Data Mining Technology CurriculumConstruction Based on Constructive Teaching ViewFang Huan,Wang Lili,Guo Juan,Chen Xiaokui(Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China)Abstract In order to benchmarking the construction goal of the first-class curriculum under the new situation,the groupsof application-oriented undergraduate students majoring in big data are taken as the research object.Four teaching painpoints that exists in the teaching of data mining course are summarized,and a teaching paradigm named three in and threecontact is put forward in this work,meanwhile,the teaching system design scheme of one center,two platforms,three links,four types of case database and five-dimensional evaluation is constructed for improved curriculum construction.The inno-vative teaching system of data mining technology is designed by using case driven teaching,incorporating online and offlinehybrid teaching methods.The innovative exploration mainly focuses on the curriculum construction system,curriculumteaching content,curriculum teaching methods,the construction of curriculum ideological and political case base,the pro-cess curriculum assessment method assisted by superstar platform and header practice teaching platform,and takes thescene case as the connector through the community of teachers and students.By using information technology,practicesand interactions are strengthened,and the teaching theme of application driven teaching,ideological and political strength-ening professional education is to be realized.The innovative practice and exploration of the purposed curriculum construc-tion method is proved to be effective by five rounds of teaching,which can realize the high-quality cultivation for undergrad-uate innovative talents.Key words curriculum construction;constructive teaching;scene oriented;case driven;data mining【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1 6 7 4-3 2 2 9(2 0 2 3)0 3-0 1 2 1-0 4收稿日期 2022-05-17基金项目】安徽省重大、重点教学改革研究项目（2 0 2 0 jyxm0441，2 0 2 0 j y x m0 4 4 3）；安徽省质量工程项目（2 0 2 0 xsxxkc151，2020kfkc183）；安徽理工大学校级教材研究项目（2 0 2 1 xjcyj04）作者简介】方欢（1 9 8 2-），女，博士，安徽理工大学数学与大数据学院教授，研究方向：数据科学与大数据技术。121.2023年9 月0引言“数据挖掘技术”课程（以下简称“本课程”)是数据科学与大数据技术专业的专业核心课程，课程目标主要集中在使学生掌握基本数据挖掘技术与工具，综合运用所学算法，在相关的数据挖掘平台及软件上解决给定的数据分析问题。课程目标对学生在理论知识、工程技术应用等方面提出了诸多要求，课程的学习要点构成了大数据技术专业本科生的核心知识要点。在新工科背景下，本课程对于数据科学与大数据技术专业的内涵建设、专业特色建设等方面具有举足轻重的地位 1-3 。本文从数据科学与大数据技术专业建设特色凝练和内涵建设的角度出发，阐述利用建构性教学观，实施案例场景化驱动的“数据挖掘技术”课程建设的思路和实践方法，创新探索主要围绕课程建设体系、课程教学内容、课程教学方法、课程思政案例库建设、超星平台和头歌实践教学平台辅助下的过程化课程考核方法等方面展开，通过师生共同体，以场景化案例为“连接器”,利用信息技术强化实践与互动，实现“应用驱动教学，思政强化专业育人”的教学主旨。1学情分析：实践应用未达均衡，思政融入需要落地自2 0 1 8 年以来，经过5 轮线上线下混合式教学后，对标课程目标中“四种能力”（融会贯通能力、学以致用能力、创新创业能力和终身学习能力)培养，本课程在应用型本科院校中培养学生“四种能力”目标上，存在如下4 个主要痛点问题。(1)教材的理论知识点较多，学科知识跨度大，理论学习具有一定难度，如何体系化合繁杂知识点，内化知识体系。（2）知识的案例场景教学不深入，如何实现“场景化沉浸式”高效学习课堂，内化知识结构，实践技术应用。(3)如何构建线上线下、过程化、多维度的学习评价机制。(4)如何启发创新思维，引导学生创新思维落地实施。只有解决了这4 个问题，才能在课程教学过122廊坊师范学院学报（自然科学版）程中依据建构性教学观，实现师生共同体，促进课程教学低、中、高三阶知识认知顺利贯通。其中，低阶认知目标主要包括概念记忆、理解意义；中阶认知目标主要包括实践操作、价值评价；高阶认知目标主要包括方案设计和创新创造能力培养。2?方案设计：构建“三合-三联 教学范式针对教学环节中出现的痛点问题，实现课程教学的育人目标从低阶跃升至高阶，本教学团队提出“三合-三联”教学范式（图1），构建“一中心，两平台，三环节，四类案例库，五维评价”的教学体系（图2），通过师生共同体，以场景化案例为“连接器”，利用信息技术强化实践与互动，实现“应用驱动教学，思政强化专业育人”的教学主旨。“三合-三联”教学范式结合教数据挖掘技术书育人混合教学形态整合教学内容主旨：应用驱动教学，思政强化专业育人图1 本课程创新教学范式设计五雅评价课前谦外线上课后四类穿例库Benchmarks习行为经典案例分折案刷上激发内独力2送代共滤2.行止羽桃图2 本课程创新的教学体系设计思路“三合-三联”教学范式主要针对整合教学内容、混合教学形态，结合教书育人的整体内容进行创新性设计，在方案设计过程中要联系专业教育、实践创新、特色育人，为相关专业的特色凝练和可持续发展提供课程基础。“一中心，两平台，三环节，四类案例库，五维第2 3 卷第3 期联系联系专业教育实践创新联系特色育人两个平自一个中心超星学习通以科技创新和行业应用为中心O行北奥型思政融合应用案例成用案刚1四个直头款实战教学平台来节自测、烘维实验个环节课前课中1平台真学1.请作业五住身点学习2准点讲解课后第2 3 卷第3 期评价”的教学体系设计，突出案例驱动教学、应用激发创新思维的思想，通过线上线下的混合教学模式，建立特色的四类案例库，将课程知识点与实际案例应用有机融合，激发学生的学习兴趣，启发学生的创新思维。在“三合-三联”的教学范式中，针对四个教学痛点问题，分别做如下的具体方案设计。2.1构建互融互促的专业课程群，完善专业育人的目标导向以“数据挖掘技术”为出发点，契合市场的用人需求，结合学校特色和专业设置，构建“数据分析与挖掘大类”专业课程群，充分发挥课程面向专业需求的育人功能。专业课程群中各门课程的设置情况如图3 所示。一年级二年级数据科学导论Python程序设计建立课程初始认知信息技术能力预备学科竞赛、双创指导、科研论文、专利与软件著作权全阶段教学三年级三年级数据分析与挖掘数据挖掘技术课程设计集中传接专业知识项目综合实训能力加强图3 互融互促的课程群建设体系2.2师生选代共建课程案例资源库，体现思政融入案例教学的特色在线下课堂教学组织活动中，结合学科和专业特点，设计了四类案例库：Benchmarks经典案例库、学习行为分析案例库、行业典型应用案例库以及思政融合案例库。通过案例库中的实例分析与编程讲解，使学生不仅认识和学习到如何将书本上的知识应用于实际，而且还潜移默化地进行了专业教育，启发学生创新创业的思维，提升学生学习的兴趣。目前本课程拥有的案例资源库基本情况如表1所示。2.3优化在线实践指导，完善过程化五维评价体系针对课程编程实践考核难以量化的问题，本团队采用两种考核方式来进行。方欢等：基于建构性教学观的“数据挖掘技术”课程建设创新探索与实践（3）手写数字案例digits经典(4)糖尿病案例diabetes案例库(5)波士顿房价boston(1)2020年度6 5 门课考试学习行成绩数据集为分析（2）超星学习通线上学习行为案例库数据和期末考试成绩数据集（3）论文评价数据集(1)爱厨房APP最受欢迎菜品分析（2）中小学网课用户数据分析行业典二年级型应用先行课（3）轮胎召回数据集案例库数据分析与处理（SPSS版）统计分析知识铺垫四年级机器学习毕业设计算法研究能力训练2023年9 月表1 本课程设计的案例资源库情况资源库案例名称名称(1)鸢尾花案例irisBench(2)乳腺癌案例barest-cancermarks（4）城市空气污染数据集（5）链家二手房数据集(1)1分钟看我国CDP增速思政融(2)大数据专业就业前景分析合案例(3)中医证型的医疗数据分析主干课库(4)世界贫穷数据的分析（1)借助“头歌实践教学平台”，通过引入优秀在线资源，可以实现编程任务点完成时长的记录以及完成质量的评估。(2)在超星学习通课程主页上，团队录制课程实验的程序步骤讲解和实践指导，并设置任务点，在线平台可以监测学生学习完成情况和质量。本课程的成绩评定采取线上和线下综合考核机制，考核比例设置为3:7。其中线上考核重点考核学生线上学习的主动性和参与度，从视频学习、在线测试、学习反馈三部分进行考核，比例为3:4:3；线下考核分为期末考试、课堂表现和上机实验三部分，比例为4:3:3；对于课堂表现考核分别从出勤率、课堂互动率、小组汇报三方面进行考核，比例为3:4:3。2.4拓展学科前沿，引导创新思维落地本课程具有应用领域广泛，学科接轨应用前沿的特点。因此在课程的教学过程中，需要以课程知识点为出发点，开拓学生思维，结合大学生创新创业项目创意选及项目实施、学科竞赛赛前指导、123课程知识点可视化，分类与预测，聚类回归分析可视化&动图设计、聚类分析关联挖掘，分类与预测可视化，聚类分析可视化，关联挖掘可视化，聚类，分类与预测可视化，聚类分析，关联分析可视化、分类与预测主成分分析、分类与预测动图可视化可视化，分类与预测关联挖掘可视化，分类与预测2023年9 月软件著作权及专利的申请、考研相关研究方向主要研究内容等问题，引导学生创新思维启发与落地实践。3课堂讲授策略：打造“沉浸式场景化”高效学习课堂3.1线上线下混合式课程部署方案本课程主要采取线上-线下混合式教学方法，其中线上教学创新主要分为三部分。(1)第一部分是借助国家级精品课程“数据挖掘：理论与算法”（清华大学）作为学生的线上课堂，在线课堂网址为http:/ 线下课堂教学实施方案框架图4教学效果：形成积极创新氛围4.1不同教学模式下的考试平均成绩对比不同教学模式下的学生考试平均成绩及相关知识考核内容的完成度情况分别如图5 和图6 所示。100梦合式教学线下教学888990807060504030201002021秋季学期2 0 2 1 春季学期2 0 2 0 秋季学期2 0 2 0 春季学期2 0 1 9 秋季学期图5 近5 轮课程教学效果比较124.廊坊师范学院学报（自然科学版）地址为 https:/mooc1- 第三部分是利用头歌实践教学平台在实践教学方面的优势，借助部分已有的知识库对学生的课程实验和课程设计实训环节进行引导。3.2线下课堂讲授策略线上视频课程和实践指导任务对知识实施了“碎片化”，使学生在低阶知识的认知层面易于记忆和理解，但是不易整合成为一个整体的知识体系来进行灵活使用。线下课堂的现场教学最核心的作用是带领学生对碎片化知识进行整合应用，具体的实施过程如图4 所示。通过教师示范、师生研讨、小组协作等方式和方法，避免超过1 5 分钟以上的教师单向讲授，让学生进行翻转课堂或思考问题、构建案例，使学生能够实现“沉浸式场景化”的高效学习。课前存在问题自测找出知识盲点1.尚不能抓住问题核心2.尚不能全员积极参与存在问题1.表达能力欠缺2.问题分析能力不足研产生学习动力3.软件快速上手使用的能力有待提高存在问题1.存在雷同实验报告2.方案组织与表达能欠缺827678第2 3 卷第3 期目标及重难点教学方法1.数据来源与数据格式针对不同间题2.案例应用目标与场景课堂研讨、讲授重难点目标及重难点1.成立学习小组，采用不同方案设计2.强调团队协作3.重视软件实践能力，以赛促学目标及重难点培养诚实守信、积极耐心等职业素养79807072评价方法1.情境代入教学反思，检查课程目标达成度2.任务驱动3.平台自测教学方法1.小组协作2.师生研讨3.试错练习4.答疑讲授教学方法1.提供视频教学2.老师线上解疑答惑4.543.533310.502019秋季学期2 0 2 0 春季学期 2 0 2 0 秋季学期2 0 2 1 春季学期2 0 2 1 秋季学期记忆与理解组织与构建实践与操作编程与仿真项目与策划图6 近5 轮教学学生的知识完成度变化趋势4.2授课班级学生取得的素质教育拓展成果学生的课堂参与度高，学习的内驱力持续增强，学生对课程的认可度高。3 年来，团队共获得国(下转第1 2 8 页）1.平台自动观测2.小组评价评价方法1.平台自动观测2.生生互评课后1.老师评价2.竞赛参与评价0.430.160.320.650.680.640.650.70.710.850.850.750.570.720.720.760.720.860.780.810.840.740.760.880.922023年9 月P=0.983,Pt，表明两个班平均成绩在P0.05水平上差异显著。通过表2 可以看出，不论是平均分还是优秀、良好和中等人数，实施课程思政改革以后2 0 2 1 级都高于没有改革的2 0 2 0 级，说明课程思政改革增加了学生学习兴趣，提高了学习成绩。表2 不同年级期末考试成绩比较人数平均分优秀人数良好人数中等人数2020级64.52021级70.0值1.984p值0.9533.2问卷调查课题组针对课程思政实施效果进行了问卷调查，发出问卷1 0 7 份，回收有效问卷9 5 份。问卷从三个方面进行了设计：对课程思政的认识，对思政元素感受，教师/课程对学生道德、行为规范的提升作用。调查结果表明，9 0.5 3%学生了解了课程思政的概念，8 2.1%的学生认为有必要在生物化学课程中展示思政元素，1 0 0%学生认可教师/课程对学生道德、行为规范的提升作用。4结语首先，课堂教学中引入思政内容不必过多，因为课堂教学的主要任务是专业课内容，过多引入会廊坊师范学院学报（自然科学版）令学生反感，效果不好。每章有一两次即可，根据教材内容而定。其次，不能只是说教，选取的思政案例必须是学生感兴趣的，学生才乐于参与其中，参与的方式可以是课堂讨论发言、弹幕或线上讨论。生物化学知识属于自然科学，而思政治教育则是人文社会科学，这需要任课教师深入挖掘课程中所蕴含的思政点，切实做到从人文关怀的角度看待科学知识，所以教师不仅要掌握专业课知识，更要10711076第2 3 卷第3 期11232828掌握专业课知识背后所蕴含的社会价值，才能运用这些内容去影响学生 6 。参考文献1吕立夏，高芙蓉，史秀娟，等.课程思政在临床医学专业代谢相关课程链中的实践：以同济大学医学院为例 J.中华医学教育探索杂志，2 0 2 1,2 0(7)：7 6 0-7 6 4.2】周月朋，丁兆明高校教师推进课程思政”建设主体作用研究 J.北京教育（高教）,2 0 1 8（1 1)：7 7-7 9.3朱国贤,谢木标,陈静，等.无机化学教学中 课程思政 教育的探索与实践 J.大学化学，2 0 2 1.DOI:10.3866/PKU.DX-HX202007048.4】吴伟，李慧涵.生物类专业课程思政教学改革初探一以生物化学为例 J.微生物学通报，2 0 2 0,4 7（4)：1191-1195.5窦世娟，李小娟，于秀梅，等.生物化学+哲学篇 J.生命的化学,2 0 2 1,4 1(1 0):2 3 1 5-2 3 2 0.6王学俭，李东坡，李晓莉.新时代高校思政课教学协同创新的内涵、重点与对策 J.兰州大学学报（社会科学版)，2022,50(1):87-97.(上接第1 2 4 页）家级奖项2 项、省级奖项1 5 项，获批大学生创新创业训练项目国家级7 项、省级4 项，申请软件著作权授权1 1 项，学生发表科研论文7 篇。5结语课程教学不能只讲授枯燥的理论知识，需要专业教师借助程序开发设计语言如python语言，注重学生的实践编程能力、理论联系实际能力的培养，因此本课程的教学对教师业务能力也提出了较高要求。课程的建设与教学方法改革创新需要在不断完善师资教学水平的基础上来完成。教学团队将在案例化教学方面开发更多的案例库，以案例教学为驱动，切实提高课程的教学质量，提升学生实践动手能力，引导学生理论应用于实践的创新思维发展。参考文献1孔令波.面向本科生商务思维能力培养的数据分析课程建设 J.计算机教育，2 0 1 9(2):1 3 1-1 3 9.2刘建刚,赵军产，万前红，等.新时代背景下数据科学与大数据专业人才培养的若干思考 J.计算机时代,2 0 2 1(2)：86-89.3唐培培，吴明辉.基于Kaggle竞赛数据的“数据挖掘技术”课程建设探索与实践研究 J.网络化与数字化,2 0 2 1(3)：85-88.4任建强，张玲娟，冯越，等.新工科信息类专业开放式实践教学平台研究 J.廊坊师范学院学报（自然科学版），2022,22(1):99-103.128.