濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李江濤

大數(shù)據(jù)是一種具有潛在價(jià)值的原始數(shù)據(jù)資產(chǎn)，而這些潛在價(jià)值的信息只能靠深度學(xué)習(xí)和分析來進(jìn)行挖掘。將來，人們的決策將越來越多地取決于對(duì)大數(shù)據(jù)的分析。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析的教學(xué)方式及其模型日益成為教育科研的主題。

當(dāng)前，一些國內(nèi)專家學(xué)者正在探索和討論如何有效地研究和推動(dòng)人們在研究和教育中利用大數(shù)據(jù)技術(shù)。梁文鑫指出，大數(shù)據(jù)時(shí)代下的教師可以通過分析單一個(gè)體給學(xué)生的數(shù)據(jù)，根據(jù)他們自己的能力真正教給每一位學(xué)生。換言之，它可以用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)學(xué)習(xí)流程的數(shù)字化。喻長志解釋說，大數(shù)據(jù)時(shí)代的教師側(cè)重于挖掘和分析學(xué)生的信息，研究相關(guān)的學(xué)習(xí)成果，并針對(duì)不同年齡段的學(xué)生提出了制訂最佳學(xué)習(xí)策略的建議。周若松表示，大數(shù)據(jù)的新時(shí)代極大地提高了對(duì)教師的要求，這將促使他們充分認(rèn)識(shí)和了解到自己的學(xué)生并與其他人一起進(jìn)行個(gè)性化的探索和學(xué)習(xí)。喻小繼提出一種基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用個(gè)性化教育信息服務(wù)平臺(tái)。傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)資料收集分析方法一般是基于群體分析，而能力評(píng)估測試分析通常是反映人群水平。大數(shù)據(jù)的一些特點(diǎn)與優(yōu)勢就是它注重學(xué)生的人物個(gè)性表達(dá)，并且這些數(shù)據(jù)都具備很強(qiáng)的客觀性和可靠度?，F(xiàn)有的大量數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行數(shù)字化分析技術(shù)可以為所有的學(xué)生創(chuàng)造一種個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境和一種個(gè)性化課堂，但是要為那些具有多樣化的學(xué)習(xí)風(fēng)格與動(dòng)機(jī)變化多元的學(xué)習(xí)者提供一套自適應(yīng)的學(xué)習(xí)體系相對(duì)來說比較困難。

一、Python語言的優(yōu)勢

Python軟件是一種完全免費(fèi)的自由開源、跨平臺(tái)高級(jí)動(dòng)態(tài)編程語言，支持多種編程方式，有許多強(qiáng)大的內(nèi)置編程方式、標(biāo)準(zhǔn)庫和可擴(kuò)展的存儲(chǔ)庫，可以使用軟件直接調(diào)取內(nèi)置函數(shù)或者標(biāo)準(zhǔn)庫，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的程序控制功能。從它的特性角度來看，Python既是“面向?qū)ο蟆钡恼Z言，也是“解釋”的語言。Python簡單而易于使用和運(yùn)行，語法與英文相似，可以直接在解釋器中運(yùn)行，但會(huì)耗盡大量的軟硬件資源。

Python特別適合于應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)分析與處理。提供的Matplotlib是目前主要用于繪制大量數(shù)據(jù)圖表的常見2d繪制工具，只需要簡單幾行代碼就能夠達(dá)到這個(gè)目的。Pandas還是我們在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)使用的Python中經(jīng)常使用的一個(gè)數(shù)據(jù)分析軟件包，它采用了一個(gè)開源的工具，能夠?qū)Ω鼜?fù)雜的二維或三維數(shù)組執(zhí)行更精確的計(jì)算和處理從事關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的大量資料。Python強(qiáng)大且豐富的庫和大量數(shù)據(jù)分析功能使其更加適合于人工智能應(yīng)用領(lǐng)域。從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)兩個(gè)角度出發(fā)，Python可以尋找更多成熟程序包進(jìn)行調(diào)用。Python在當(dāng)今人工智能的研究中也十分流行，因?yàn)樗鼘?shí)際上是一種適合于科學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序計(jì)算的面向?qū)ο蟮囊环N動(dòng)態(tài)語言。易于使用和強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算特性，這就是Python在人工智能空間中最為強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢。

可以借助教授大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用程序課程，幫助學(xué)生使用Python語言的強(qiáng)大功能以及快速入門的方法，更好地理解相關(guān)的理論知識(shí)。可以引起學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈興趣，提高實(shí)踐技能，并提高教育效率。

二、建立用于大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的開放式和多元混合教育模型

根據(jù)大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用專業(yè)課程的發(fā)展現(xiàn)狀和教育目標(biāo)，通過學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)理論和算法，了解大數(shù)據(jù)分析的一些典型應(yīng)用場景，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)如何綜合利用大數(shù)據(jù)。確立對(duì)教育的目標(biāo)定位，三個(gè)階段的“解決實(shí)際問題的分析算法”，在此基礎(chǔ)上，三個(gè)階段的“理論知識(shí)、編程實(shí)踐和綜合應(yīng)用”將所有教學(xué)內(nèi)容合理地構(gòu)造成一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，每個(gè)層次都采用其他教育方式（包括教學(xué)和自主研究方法）。

可以通過課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。通過慕課等在線教育平臺(tái)，通過預(yù)學(xué)習(xí)測驗(yàn)來準(zhǔn)備課程，引導(dǎo)學(xué)生提出有關(guān)預(yù)學(xué)習(xí)的問題，以提高預(yù)習(xí)的效率。上課前首先了解學(xué)生的預(yù)習(xí)目標(biāo)是否提前實(shí)現(xiàn)；其次，在檢查并復(fù)習(xí)上一堂課的教學(xué)內(nèi)容后，教學(xué)新的知識(shí)點(diǎn)；最后，由學(xué)生編寫小程序以實(shí)現(xiàn)或驗(yàn)證算法的有效性。通過合理組織上述課堂教學(xué)，有效地實(shí)現(xiàn)教師理論指導(dǎo)與學(xué)生編程實(shí)踐相結(jié)合的目標(biāo)。課堂上的教學(xué)內(nèi)容是圍繞Python數(shù)據(jù)分析、預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析算法和其他內(nèi)容而開發(fā)的。在課程的最后，教師可以建立幾種以應(yīng)用程序?yàn)橹行牡木C合實(shí)踐，并要求學(xué)生以小組的形式完成從構(gòu)建問題分析模型、實(shí)施編程到演示和維護(hù)項(xiàng)目開發(fā)過程的整個(gè)過程。

（一）課前開放式預(yù)習(xí)

近年來，慕課教育已成為國際趨勢。在中國的高等教育中，慕課的發(fā)展與世界其他國家同步。從2013年開始，中國開始建立慕課。慕課或大型開放式在線課程是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物，是在線課程開發(fā)的一種新模式。它由許多人共同參與開發(fā)，具有大規(guī)模的特征，是許多人智慧的結(jié)晶。其是免費(fèi)和開放的在線課程的教育系統(tǒng)，可以用最少的錢享受一流的課程，而所需要的只是一臺(tái)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)連接。

本文提出的基于Python的開放式和多重混合訓(xùn)練模型主要分為三個(gè)層次，第一層次是課前的開放式預(yù)習(xí)。詳情說明如下：在上課之前，教師上傳課文的教學(xué)大綱、PPT課件、預(yù)習(xí)的目標(biāo)和需求，并且指導(dǎo)每位學(xué)生利用慕課和網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)平臺(tái)根據(jù)自己的個(gè)人特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)。

（二）課堂混合授課

混合式授課將傳統(tǒng)的教師知識(shí)基礎(chǔ)理論講授和學(xué)生對(duì)于編程實(shí)踐的運(yùn)用緊密結(jié)合起來，以期提高教師對(duì)于課堂活動(dòng)所需要參與的認(rèn)識(shí)，并且可以充分發(fā)揮教師在學(xué)生的課程活動(dòng)學(xué)習(xí)過程中的重要意義。因此，應(yīng)合理地調(diào)整整個(gè)課程的教學(xué)內(nèi)容，以確保其理論教學(xué)的深入性和廣度，解決學(xué)生對(duì)于編程語言的困惑。美國著名的管理學(xué)家埃德溫·洛克先生曾經(jīng)明確地指出，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)具備前瞻性和具有挑戰(zhàn)力時(shí)，它才可以發(fā)揮最佳的作用。課堂上的教學(xué)亦然。準(zhǔn)備好的讓學(xué)生做的作業(yè)，必須做到具有挑戰(zhàn)性。為此，可以考慮設(shè)置一些基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的課堂訓(xùn)練內(nèi)容，重點(diǎn)研究Python數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析算法和大數(shù)據(jù)后期處理等技術(shù)。從理論上講，這些內(nèi)容包含高度結(jié)構(gòu)化和分層的大數(shù)據(jù)技術(shù)的最新知識(shí)。從實(shí)用的角度來看，可以使用Python工具輕松實(shí)現(xiàn)它。

尤其是在課堂上，教師首先講解新知識(shí)。通過使用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法并專注于教授結(jié)構(gòu)化的理論知識(shí)，學(xué)生可以快速形成知識(shí)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。上課后，教師指導(dǎo)學(xué)生討論和解決問題，以便他們可以有目的地、有效地學(xué)習(xí)。具體方法是讓學(xué)生編寫理論算法，使學(xué)生可以模仿教師的Python案例，并迅速進(jìn)入狀態(tài)，以快速完成小型作業(yè)并加深他們對(duì)理論知識(shí)的理解。

（三）結(jié)課綜合開發(fā)

基于項(xiàng)目的培訓(xùn)方法是基于任務(wù)的培訓(xùn)模式。在此過程中，學(xué)生將基于獨(dú)立學(xué)習(xí)積極進(jìn)行小組討論和建議，得出合理且可實(shí)現(xiàn)的解決方案，并且重點(diǎn)在于學(xué)生的協(xié)作、協(xié)調(diào)和實(shí)踐工程能力。課程結(jié)束的全面發(fā)展是筆者提出的開放式多混合培訓(xùn)模型的第三步，也是測試培訓(xùn)效果的重要一步。在一些項(xiàng)目開發(fā)活動(dòng)中，主要希望學(xué)生分析數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在航空、電子商務(wù)、公用事業(yè)、能源和其他行業(yè)中的應(yīng)用。根據(jù)背景挖掘、數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)處理、模型構(gòu)建等過程。

在定義目標(biāo)時(shí)，首先完成對(duì)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的特定分析，了解背景知識(shí)，并明確用戶需求以確定特定任務(wù)的目標(biāo)?；诖耍梢蚤_始收集數(shù)據(jù)?？梢詮臄?shù)據(jù)庫或互聯(lián)網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)。建立數(shù)據(jù)庫并導(dǎo)入從互聯(lián)網(wǎng)下載的數(shù)據(jù)文件使用Web搜尋器（例如Octopus）獲取網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)信息。對(duì)于下載的數(shù)據(jù)，可能會(huì)出現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)不完整、錯(cuò)誤、屬性過多、屬性不足之類的問題。根據(jù)較早學(xué)習(xí)的預(yù)處理方法，將另外安排收集的數(shù)據(jù)，以滿足挖掘和分析的基本要求。根據(jù)特定應(yīng)用程序的背景，每組的學(xué)生可以完成每個(gè)項(xiàng)目所需的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和壓縮操作。

配置模型時(shí)，將根據(jù)目標(biāo)的定義提供特定模型的選擇。對(duì)于航空公司和商業(yè)推薦計(jì)劃等應(yīng)用程序的背景，聚類算法適合于客戶分類，并且建議電子商務(wù)網(wǎng)站服務(wù)使用基于項(xiàng)目的協(xié)作過濾算法?？紤]到每個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)目標(biāo)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還討論了優(yōu)化每個(gè)模型和擴(kuò)展應(yīng)用程序的問題。在整個(gè)開發(fā)過程中，學(xué)生不僅接觸了大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域的最新前沿算法，而且還有效地導(dǎo)航了這些算法的應(yīng)用領(lǐng)域，為進(jìn)行進(jìn)一步的研究提供了思路和方向。

綜上所述，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是多種多樣的，教育行業(yè)也不例外，使用現(xiàn)有的教育支持理論，將大數(shù)據(jù)用于教育和學(xué)習(xí)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的使用是重要的支持。它變成了針對(duì)當(dāng)前的教與學(xué)過程理論，將教育大數(shù)據(jù)分析評(píng)估作為數(shù)據(jù)創(chuàng)造價(jià)值和改革教育實(shí)踐的重要基礎(chǔ)。它對(duì)中國學(xué)生的教育和指導(dǎo)以及社會(huì)的和諧發(fā)展具有重要的意義。教育大數(shù)據(jù)開發(fā)對(duì)于長期發(fā)展很重要。筆者通過在大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用課程中引入預(yù)覽方法，有效地促進(jìn)了課堂教學(xué)的發(fā)展。在教授系統(tǒng)理論時(shí)，結(jié)合一些Python小案例供學(xué)生理解和掌握相關(guān)理論知識(shí)。在課程的最后階段，采用項(xiàng)目案例開發(fā)方法，主要要求學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，以用于航空、電子商務(wù)、公共服務(wù)、電力和其他行業(yè)。在項(xiàng)目的開發(fā)過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了使用書面語言和其他工具進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。完成數(shù)據(jù)清理、屬性減少、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和其他數(shù)據(jù)排序操作，編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化過程。與傳統(tǒng)的單一理論教學(xué)模式相比，混合教學(xué)模式充分利用了學(xué)生對(duì)課堂角色和課堂參與的感知，能夠在課堂上形成絕佳的互動(dòng)關(guān)系，這也能充分地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高實(shí)踐技能，并增強(qiáng)培訓(xùn)效果以達(dá)到預(yù)期的教育目標(biāo)。