基于數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡靜穎

（廣東茂名幼兒師范?？茖W(xué)校，廣東 茂名 525000）

0 引言

傳統(tǒng)的教育環(huán)境下的純教學(xué)課堂已經(jīng)無法滿足新時(shí)代下對(duì)于教育的要求，尤其是在21世紀(jì)的今天，如今已經(jīng)是信息化發(fā)展時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為我們生活中不可分割的一部分。尤其是在教育行業(yè)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的存在和應(yīng)用不僅很大程度上提升了教學(xué)工作的效率，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)教育的智能化和個(gè)性化，滿足學(xué)生對(duì)于個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容的需求。因此，很多的學(xué)校開始在課堂教學(xué)的過程中滲透計(jì)算機(jī)技術(shù)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)來輔助課堂開展更為高效和更高質(zhì)量的課堂教學(xué)活動(dòng)，但是由于針對(duì)于相關(guān)的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在一定的不足，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)在課堂教學(xué)的過程中并沒有發(fā)揮其本應(yīng)該發(fā)揮的作用和效果[1]。為了實(shí)現(xiàn)這一問題的改善和解決，必須要積極尋找和探究出創(chuàng)新課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和措施。由此可見，探討基于數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和措施的重要意義。

1 計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)

1.1 實(shí)現(xiàn)教育資源共享

計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)所具備的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)教育資源的共享。傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，教師們都是在獨(dú)立的開展自己的課堂教學(xué)活動(dòng)。教師將自己所知道的教學(xué)知識(shí)講授給學(xué)生，但是教師與教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間以及教師與學(xué)生之間卻無法實(shí)現(xiàn)教育資源的共享。如今在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，在新型計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)模式的應(yīng)用下，教師可以將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源分享給其他的老師以及學(xué)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享[2]。同時(shí)也可以從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)掘和挖掘出更多的優(yōu)秀的教育資源，實(shí)現(xiàn)課堂教育資源的豐富和拓展，同時(shí)也提升教學(xué)工作的質(zhì)量和水平，最重要的是，學(xué)生不僅可以從教師這里獲得一定的教育資源，也可以從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)更豐富的教學(xué)資源的挖掘，進(jìn)而滿足不同的學(xué)生對(duì)于教育資源的不同需求。

1.2 師生交互性強(qiáng)

傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下，大多是教師講解、學(xué)生傾聽的教學(xué)模式，教師與學(xué)生之間缺乏一定的交互性，如今，在計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)模式下，師生之間的交互性要更強(qiáng)一些。教師與學(xué)生之間多了很多的溝通與交流，課堂教學(xué)氛圍變得更加的活躍，同時(shí)，部分的教師甚至?xí)捎梅D(zhuǎn)課堂的模式，讓學(xué)生扮演教師的角色，為其他的學(xué)生講解教學(xué)知識(shí)，而教師在整個(gè)課堂教學(xué)活動(dòng)的過程中起到指導(dǎo)和引導(dǎo)的作用，如此一來，既可以改善課堂的教學(xué)模式，活躍課堂的教學(xué)氣氛，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生各方面綜合能力的培養(yǎng)與提升，可謂是一舉多得。另外，在課后階段，教師與學(xué)生之間也增加了很多的互動(dòng)。首先，很多的教學(xué)作業(yè)學(xué)生不需要再提交紙質(zhì)版，而是可以提交電子版，教師可以在教學(xué)端直接對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行批閱和訂正。另外，教師也可以隨時(shí)隨地給學(xué)生分享一些重要的教學(xué)知識(shí)。同時(shí)，學(xué)生有任何的疑惑也可以隨時(shí)進(jìn)行提問，教師在線上為其解答，師生之間的互動(dòng)性要更強(qiáng)一些[3]。

1.3 學(xué)習(xí)空間不受控制

傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生只能在課堂上跟隨教師來學(xué)習(xí)教學(xué)知識(shí)，既受時(shí)間的限制，同時(shí)，又受空間的限制。計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)空間不再受到控制，學(xué)生不僅僅是在課堂教學(xué)的過程中可以收獲一定的教學(xué)知識(shí)，在課后也可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)課堂上教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說，教師可以將重要的教學(xué)內(nèi)容制作成各種各樣的教學(xué)視頻和教學(xué)課件，學(xué)生可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)這些教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。既可以達(dá)到預(yù)習(xí)的效果，又可以達(dá)到溫故的作用，最重要的是，可以滿足于不同的學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說，有的學(xué)生學(xué)習(xí)能力比較強(qiáng)，在課堂上就可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的全部消化，而有的學(xué)生學(xué)習(xí)能力比較弱一些，在課堂內(nèi)無法消化全部的重點(diǎn)知識(shí)。如此一來，在課后階段便可以借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)內(nèi)容的反復(fù)學(xué)習(xí)，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)的效果和質(zhì)量。

1.4 達(dá)成教育個(gè)性化

近幾年來，針對(duì)于教育工作的開展越來越追求個(gè)性化，也就是我們常說的因材施教，結(jié)合不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力水平和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同的教學(xué)內(nèi)容的教授。傳統(tǒng)的教學(xué)課堂下很難達(dá)到教育個(gè)性化，而如今在計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)模式中，教師可以將網(wǎng)絡(luò)作為知識(shí)傳播的一種途徑，而在網(wǎng)絡(luò)中有大量的教學(xué)知識(shí)可以學(xué)習(xí)，如此一來便可以滿足不同的學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)到不同需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教育的個(gè)性化發(fā)展。另外，在課堂教學(xué)的過程中也可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和層次化。教師可以依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力將學(xué)生分成不同的層次，進(jìn)而開展層次化教學(xué)。層次化教學(xué)模式下，無論是針對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，還是針對(duì)于教學(xué)任務(wù)的布置，都可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，進(jìn)而滿足不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展需求[4]。

2 計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所謂的學(xué)界面層，主要是用來為計(jì)算機(jī)用戶提供人機(jī)交互界面，該界面將會(huì)有四個(gè)模塊，第一個(gè)模塊主要用來收集相關(guān)的教學(xué)信息，第二個(gè)模塊則是對(duì)所收集來的信息進(jìn)行預(yù)處理，第三個(gè)模塊是對(duì)信息進(jìn)行個(gè)性化處理和分析，第四個(gè)模塊則是要對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)度。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 信息收集模塊

第一個(gè)模塊的主要作用是收集信息，支持OLTP數(shù)據(jù)、OLAP數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等多種不同的數(shù)據(jù)格式，采用不同的格式來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的收集和挖掘，在挖掘相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，還要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理。

2.2.2 個(gè)性化分析模塊

個(gè)性化分析模塊是四個(gè)模塊中非常重要的一部分。近幾年來，針對(duì)于教育工作的開展，一直提倡個(gè)性化，為了秉持個(gè)性化教學(xué)的思想，針對(duì)于計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也要實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，對(duì)于挖掘和收集來的信息，要結(jié)合學(xué)生的需求，進(jìn)而個(gè)性化整理和個(gè)性化分配，然后將這些信息傳遞給學(xué)生，進(jìn)而達(dá)成教育的個(gè)性化發(fā)展，可以滿足不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[5]。

2.2.3 軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)挖掘并行化技術(shù)是系統(tǒng)個(gè)性化分析模塊提供的基礎(chǔ)算法之一，包括數(shù)據(jù)挖掘算法能夠并行和相應(yīng)的并行策略選取等。利用Kmeans聚類算法和Map Reduce并行計(jì)算框架提升個(gè)性化數(shù)據(jù)源中數(shù)據(jù)挖掘效率與質(zhì)量。

3 基于數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和措施

3.1 重視應(yīng)用效果

基于數(shù)據(jù)挖掘背景下，針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一定要重視應(yīng)用效果，針對(duì)于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主要的目的并非只是輔助課堂教學(xué)，更重要的是，要能夠生成一定的教學(xué)規(guī)則，同時(shí)還能夠?qū)€(gè)性化的教學(xué)信息傳輸至其中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。只有重視該教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，才能在實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)軟件，利用相關(guān)的教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)達(dá)成教學(xué)效果，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)工作的開展和執(zhí)行[6]。對(duì)于教師來說，不僅要學(xué)習(xí)如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，還要充分重視應(yīng)用效果，教師在應(yīng)用之前，應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和嘗試，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)系統(tǒng)的使用。

3.2 反復(fù)試驗(yàn)和修改

在實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，接下來要做的就是反復(fù)的進(jìn)行試驗(yàn)和對(duì)比。比如，可以選擇兩個(gè)實(shí)驗(yàn)班，班級(jí)人數(shù)相同（均為50人），一個(gè)班級(jí)采用的是原有的教學(xué)系統(tǒng)，另一個(gè)班級(jí)采用的是新設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)，分別開展教學(xué)活動(dòng)。一學(xué)期的時(shí)間以后，兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行對(duì)比和分析。倘若新設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)能夠超越原有的教學(xué)系統(tǒng)，便具備一定的意義。例如，一學(xué)期以后兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行對(duì)比，正常班級(jí)中不及格的人數(shù)為5人，實(shí)驗(yàn)班級(jí)中不及格人數(shù)為2人，正常班級(jí)中60～80分的人數(shù)為32人，實(shí)驗(yàn)班級(jí)中60～80分人數(shù)為29人，正常班級(jí)中90分以上的人數(shù)為13人，實(shí)驗(yàn)班級(jí)中90分以上的人數(shù)為19人。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們就可以發(fā)現(xiàn)，在新教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用和輔助下，實(shí)驗(yàn)班集中的整體學(xué)生的成績要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通班級(jí)。如此一來，便意味著新教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于原教學(xué)系統(tǒng)。同時(shí)在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一定的問題，針對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問題要及時(shí)的進(jìn)行修正，進(jìn)而保證所設(shè)置的教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用性[7]。

除了要對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行試驗(yàn)之外，還要測(cè)試本教學(xué)系統(tǒng)中的資源占用率。與人工教學(xué)，在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開展相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)的過程中會(huì)涉及到教學(xué)系統(tǒng)中的資源的占用率。倘若資源的占用率過高，那么系統(tǒng)在操作時(shí)的流暢度會(huì)降低很多，進(jìn)而影響使用的質(zhì)量和使用的效果，因此在使用相關(guān)的教學(xué)系統(tǒng)之前一定要先對(duì)其占用率進(jìn)行試驗(yàn)，在對(duì)資源占用比進(jìn)行測(cè)試的過程中，我們了解到，與傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)相比，該教學(xué)系統(tǒng)的資源占用率總值為35.7%。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)來說降低了50.8%，因此該系統(tǒng)的資源占用比較更低一些，具備一定的優(yōu)勢(shì)。

3.3 加強(qiáng)教師技能培訓(xùn)

實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是保證教學(xué)活動(dòng)良好開展的第一步，教師是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)得以開展到核心，教學(xué)系統(tǒng)只是起到輔助的作用，因此若想發(fā)揮教學(xué)系統(tǒng)的最大化作用和效果。除了要保證教學(xué)系統(tǒng)本身的質(zhì)量之外，還要加強(qiáng)對(duì)于教師的培訓(xùn)，要保證教師對(duì)于新型的教學(xué)系統(tǒng)的了解程度和應(yīng)用程度。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)對(duì)于教師來說是一種新型的教學(xué)方法和教學(xué)模式，而不同的教師無論是學(xué)習(xí)能力還是計(jì)算機(jī)水平都是各不相同的。如此一來，教師針對(duì)于教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用情況也是各不相同的。部分的教師自身的信息技術(shù)能力比較強(qiáng)，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，可以充分地發(fā)揮教學(xué)系統(tǒng)所應(yīng)該發(fā)揮的作用和效果。而對(duì)于部分教師來說，由于其自身的信息技術(shù)能力比較差，對(duì)于新型的教學(xué)系統(tǒng)又不夠了解，因此在實(shí)現(xiàn)新型的教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，便無法發(fā)揮教學(xué)系統(tǒng)本應(yīng)該發(fā)揮的作用和效果，進(jìn)而嚴(yán)重的影響了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。為了實(shí)現(xiàn)這一問題的改善和解決，一定要加強(qiáng)對(duì)于教師的培訓(xùn)工作，可以聘請(qǐng)專業(yè)的信息技術(shù)人員對(duì)全體教師開展培訓(xùn)工作。在培訓(xùn)的過程中，既要讓教師了解欣喜設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用方法，同時(shí)還要全面的提升教師自身的信息技術(shù)能力，在開展完培訓(xùn)工作之后，還要進(jìn)一步開展考核工作，借助于考核工作的開展，全面了解教師對(duì)于培訓(xùn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)情況，保證教師的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而保證其能夠在未來開展教學(xué)活動(dòng)的過程中更好地應(yīng)用新型的教學(xué)系統(tǒng)，全面提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[8]。

3.4 不斷優(yōu)化教學(xué)系統(tǒng)

在完成了教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用之后，還要在應(yīng)用的過程中不斷的發(fā)現(xiàn)問題，并且不斷的優(yōu)化教學(xué)系統(tǒng)。針對(duì)于任何一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置都不可能是永久性的，在應(yīng)用的過程中，一定會(huì)發(fā)現(xiàn)一定的問題。而教師在發(fā)現(xiàn)問題之后，要第一時(shí)間進(jìn)行上報(bào)，并及時(shí)尋找相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員，實(shí)現(xiàn)問題的調(diào)整和糾正。而對(duì)于研發(fā)部門的人員來說，一定要不斷地實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而讓其更好地適應(yīng)教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)也滿足教師和學(xué)生對(duì)于該系統(tǒng)的應(yīng)用需求。另外，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，對(duì)于研發(fā)部門的人員來說，一定要定期開展調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，可以通過設(shè)置以調(diào)查問卷或者是訪談的方式，了解教師在應(yīng)用教學(xué)系統(tǒng)的過程中所存在的一些問題以及教師對(duì)于該教學(xué)系統(tǒng)功能的滿意度。了解教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用功能是否與教師自身的期待所一致，如此一來，也可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)該教學(xué)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中所存在的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化與提升[9]。

4 結(jié)論

綜上所述，我們可以了解到，利用計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)開展課堂教學(xué)活動(dòng)具備一定的優(yōu)勢(shì)，在計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的輔助下，針對(duì)于教學(xué)工作的開展可以實(shí)現(xiàn)信息化，進(jìn)而全面保證教學(xué)的質(zhì)量，同時(shí)還可以提升教學(xué)效率。另外，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息的挖掘和個(gè)性化整理與分配，進(jìn)而達(dá)到個(gè)性化教學(xué)的目的。同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文也進(jìn)一步提出了促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和措施，希望在本文相對(duì)應(yīng)的一系列建議和措施的幫助下，可以讓更多人掌握基于數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法與舉措[10-12]。