真實場景驅(qū)動的《數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘》教學(xué)方法探索

孟坤 凌濤 李淑琴 丁濛

摘要：本文以《數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘》課程為載體探索了利用真實場景服務(wù)教學(xué)活動的方法。根據(jù)課程教學(xué)目標的核心知識點，規(guī)劃了課程演示案例、課程實驗場景和課程綜合設(shè)計等環(huán)節(jié)，并以在校園內(nèi)運營的物聯(lián)網(wǎng)化智能售貨機網(wǎng)絡(luò)為背景，把各環(huán)節(jié)有機地貫穿其中。實踐結(jié)果表明，在課堂上引入真實運營場景能較好地向?qū)W生展示所學(xué)知識的應(yīng)用方法，能極大地激發(fā)學(xué)生求知的主觀能動性，并有利于培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：真實場景；教學(xué)探索；“互聯(lián)網(wǎng)+”

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）09-0167-02

一、相關(guān)教學(xué)方法和學(xué)習(xí)理論的探索

探索能夠綜合培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的方法是當前開展高等教育活動的根本目標。當前的教育理論和教育實踐研究越來越多地回歸到真實的教育場景，并形成了諸多方法。就開展的方向而言，分別從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩種典型的教學(xué)模式著手，構(gòu)建能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果的教學(xué)方法和模式是研究的重點，以實踐為主的建構(gòu)主義的教育理念越來越受到關(guān)注。所謂建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論，更多地強調(diào)了學(xué)生參與和學(xué)生的中心性，希望通過借助“情景”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構(gòu)”環(huán)節(jié)來讓學(xué)生主動完成知識的建構(gòu)，其主要的實踐成果為任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法。

二、真實場景驅(qū)動的教學(xué)設(shè)計

1.知識點規(guī)劃。本課程內(nèi)容包括認識數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用與分析及大數(shù)據(jù)的相關(guān)知識等。針對多數(shù)學(xué)生對數(shù)據(jù)的認識常局限于數(shù)值型數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，我們把拓展學(xué)生對數(shù)據(jù)的全面認識，建立數(shù)據(jù)、信息和知識等概念以及相互關(guān)系確定為該模塊的講解重點。此外，由于數(shù)據(jù)不僅是數(shù)據(jù)挖掘的對象，更是各種信息化系統(tǒng)的血液，根據(jù)數(shù)據(jù)所支撐的應(yīng)用類型不同，該部分的另一個重點為明晰處理型數(shù)據(jù)和分析型數(shù)據(jù)的概念及它們之間的關(guān)系。

數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)庫具有密切聯(lián)系，它們的主要作用在于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效組織與管理，重點在于提高所支撐應(yīng)用的運行性能。因此，通過類比數(shù)據(jù)庫講解數(shù)據(jù)倉庫的相關(guān)概念和操作是本部分的重點，針對數(shù)據(jù)挖掘需求，應(yīng)讓學(xué)生明確數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)載入等操作，并進一步理解數(shù)據(jù)倉庫的特點。更為重要的是應(yīng)向?qū)W生講清楚數(shù)據(jù)倉庫并不是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實施的必備條件。

數(shù)據(jù)預(yù)處理是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、保障數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果準確性的重要方法，講解數(shù)據(jù)屬性值空缺、屬性值不一致、數(shù)據(jù)清洗方法和數(shù)據(jù)的組織模型等是該部分的重點，并應(yīng)通過實例分析讓學(xué)生認識到數(shù)據(jù)預(yù)處理的重要性，始終意識到恰當?shù)臄?shù)據(jù)預(yù)處理能夠?qū)?shù)據(jù)挖掘?qū)嵤┢鸬绞掳牍Ρ兜男Ч?/p>

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)模塊重點在于讓學(xué)生理解各種典型的數(shù)據(jù)挖掘方法，并掌握具有代表性的挖掘算法。聚類、分類、預(yù)測、孤立點分析及機器學(xué)習(xí)是重點講解的典型方法，需讓學(xué)生理解各種算法的適用場景和特點，能夠靈活的根據(jù)實際的挖掘需求選擇相應(yīng)的挖掘方法。

展示數(shù)據(jù)挖掘被廣泛應(yīng)用的案例分析也是本課程關(guān)注的重點，通過講解其已在商業(yè)、體育、傳媒等行業(yè)的成功應(yīng)用案例，讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵤┑囊话懔鞒?，并為后續(xù)的實踐環(huán)節(jié)提供借鑒。本課程將選擇運營于校園內(nèi)的自動售貨機場景來讓學(xué)生切身參與體驗數(shù)據(jù)挖掘的全過程。

2.教學(xué)模式選擇。教學(xué)活動開展的目的是幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的理論體系，并讓他們高效掌握相應(yīng)的知識點和應(yīng)用方法。為了更好地支撐完成上述目標，我們從課堂演示講解和課后綜合實踐兩方面設(shè)計了恰當?shù)闹螜C制，利用真實場景案例講解和基于真實運營場景設(shè)計課程實踐，讓所選擇的真實場景貫穿于教學(xué)的全過程。在執(zhí)行過程中，我們選擇了用于類比相關(guān)知識點（如分析型數(shù)據(jù)）的真實運營信息系統(tǒng)、用于說明數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用的場景需求以及用于學(xué)生開展綜合課程設(shè)計與實踐的數(shù)據(jù)和工具等資源，并把它們有機的貫穿到教學(xué)中。

3.教學(xué)資源選擇與學(xué)生交互?？v觀當前流行的各類數(shù)據(jù)挖掘教材，盡管都提供了豐富的案例，但對于未踏入社會的在校大學(xué)生來說雖然能夠幫助他們理解相關(guān)的應(yīng)用方法，但是由于距離他們的生活和學(xué)習(xí)較遠，難以真正地對他們產(chǎn)生共鳴?；诖耍蛇x擇學(xué)生熟知且具有說服力的應(yīng)用場景成為我們對教學(xué)資源選擇的根本出發(fā)點，并最終選擇了在校園成功運營兩年的物聯(lián)網(wǎng)化自動售貨機網(wǎng)絡(luò)作為貫穿教學(xué)活動的場景。

三、實驗、課程設(shè)計與考核

1.課程實驗。課程實驗旨在讓學(xué)生更深入地理解其學(xué)習(xí)到的知識點，初步實踐數(shù)據(jù)挖掘常用工具的操作?；诖耍覀儼颜n程實驗分為隨堂在線演示和實驗室操作實驗。針對學(xué)生難以理解的知識點，我們設(shè)計了采用直觀、真實、系統(tǒng)的演示方式，如針對分析型數(shù)據(jù)和處理型數(shù)據(jù)，關(guān)鍵點在于是否可以修改數(shù)據(jù)細節(jié)，而非完整添加和刪除數(shù)據(jù)，處理型數(shù)據(jù)往往支撐的操作包括增、刪、改、查，而分析型數(shù)據(jù)是不能修改的。為了便于說明，我們選擇在線查看運行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，讓學(xué)生清晰地看到銷售記錄的生成和故障記錄的排除等，直觀加深他們對處理型數(shù)據(jù)的理解。

2.課程設(shè)計。課程設(shè)計在于幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘思維模式，能夠針對給定的問題給出一套完整、可靠的分析方案。由于我們采用自動售貨機運營網(wǎng)絡(luò)為背景，課程設(shè)計的題目是在與學(xué)生們充分溝通的基礎(chǔ)上確定的，需要針對特定的選題說明所使用的數(shù)據(jù)、采用的分析方法和得到的結(jié)論，并形成報告闡明各方面的實施過程和動機。主要規(guī)劃了如下四類題目：售貨機選點，商品布置，廣告投放，物流優(yōu)化。針對上述建議選題，采取最多不超過4人的小組協(xié)作方式完成。31位同學(xué)共分成了9個小組，其中售貨機選點3個小組、商品布置1個小組、廣告投放2個小組、物流優(yōu)化2個小組。

3.課程考核。課程考核采用50%考試+20%實驗+30%課程設(shè)計的方式進行，考試內(nèi)容主要涉及對基本知識點的考查，如各種挖掘算法的思想和適用情況、各種數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法等，以筆試為主。實驗重點是考查學(xué)生對相關(guān)工具的使用，考查重點以實驗報告為依據(jù)。課程設(shè)計則重點考查學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，采用以小組為單位共同完成的方式，最終以課程設(shè)計答辯和課程設(shè)計報告為主要依據(jù)。

四、實踐啟示

（1）教學(xué)案例的選擇應(yīng)更多的貼近學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境。（2）真實、動態(tài)數(shù)據(jù)與場景對學(xué)生更具沖擊力，能更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。（3）重視學(xué)生參與，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的動力，能極大提升教學(xué)效果。（4）多種模式的考核不僅能更加全面地評價教學(xué)效果，還有助于把握每位學(xué)生的個性化特征，為有針對性的指導(dǎo)提供支撐。（5）利用先進的技術(shù)手段能夠極大便利師生對教學(xué)資源的使用，能極大降低教學(xué)活動開展的時間成本。

參考文獻：

[1]韋艷艷，張超群.“數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘”課程教學(xué)實踐與探索[J].高教論壇，2011，（1）：94-96.

[2]何克抗.建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)教的理論基礎(chǔ)（中）[J].電化教育研究，1997，（4）：25-27.