基于Python的數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)模式探討

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)成為各個領(lǐng)域中最重要的信息資源，如何從數(shù)據(jù)里發(fā)現(xiàn)并挖掘有價值的信息成為了眾多學(xué)者研究的問題。文章針對高校開設(shè)數(shù)據(jù)分析課程中存在的問題，構(gòu)建了“自主學(xué)習(xí)—案例教學(xué)—實戰(zhàn)訓(xùn)練”三位一體的教學(xué)模式。實踐證明該教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生的分析與解決問題能力，還提高了學(xué)生的決策及實踐動手能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式;自主學(xué)習(xí);實踐動手

1、前言

隨著大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)得到了前所未有地爆發(fā)性增長。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，能夠從數(shù)據(jù)中挖掘有價值的信息變得越來越重要，數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)運而生。眾多高校計算機(jī)專業(yè)為了培養(yǎng)學(xué)生通過計算機(jī)工具和數(shù)學(xué)知識處理數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的信息，并做出決策的能力，都開設(shè)了數(shù)據(jù)分析這門課程。該課程涉數(shù)學(xué)，Python數(shù)據(jù)分析概論，Numpy數(shù)值計算基礎(chǔ)，Matplotilb數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)和Pandas統(tǒng)計分析基礎(chǔ)等知識。學(xué)習(xí)完這門課程，學(xué)生能夠在數(shù)據(jù)收集、整理與清洗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)可視化，并能完成數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的編程。在實際應(yīng)用中，原始數(shù)據(jù)往往存在不完整、不一致等情況[1]。這顯得數(shù)據(jù)分析前的數(shù)據(jù)預(yù)處理過程尤為重要。另外，大數(shù)據(jù)技術(shù)正在與數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術(shù)融合[2]。說明大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用已逐漸滲透到社會生活的各行各業(yè)，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘信息已勢在必行，這對高校人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求。

2、課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)分析課程要求學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)以及統(tǒng)計學(xué)等數(shù)學(xué)背景，并能將Python語言靈活運用到實踐中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。該課程涉及面廣，難度深，并且需要有較強(qiáng)的Python編程能力。因此，用傳統(tǒng)課堂講授的方法很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求。

2.1以數(shù)學(xué)為背景，編程要求高

數(shù)據(jù)分析課程是本院人工智能專業(yè)大二學(xué)生的專業(yè)核心課程，課程要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)。但根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，此年級學(xué)生的數(shù)學(xué)功底較弱，統(tǒng)計學(xué)方面的知識幾乎沒有。另一方面，要求學(xué)生有較強(qiáng)的Python編程基礎(chǔ)，程序設(shè)計的教學(xué)不能僅僅滿足于語法層面，還應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力以及解決不同領(lǐng)域的實際問題的能力[3]。因此，Python程序設(shè)計的教學(xué)需要從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，著力培養(yǎng)學(xué)生的編程能力以及理論聯(lián)系實際的能力，而且還要強(qiáng)調(diào)對學(xué)科特征的體現(xiàn)[4]。因此，對于數(shù)據(jù)分析這門課來說，學(xué)生在大一學(xué)習(xí)了Python基本語法后，還需要掌握如何使用Python語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析。然而根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，許多大二學(xué)生只能掌握基本的Python語法，這使得他們處理數(shù)據(jù)分析問題很難下手。

2.2教學(xué)方法單一

傳統(tǒng)教學(xué)方法是教師講，學(xué)生聽。教師采用PPT講授理論知識，學(xué)生在吸取了理論知識后，進(jìn)行上機(jī)操作。然而這種的學(xué)習(xí)方式很被動，由于理論知識抽象難懂，學(xué)生在課堂上聽教師講授時可能已經(jīng)失去了學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致理論知識掌握不扎實。等到上機(jī)操作時，又不能靈活使用所學(xué)到的理論知識。因此，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法對于數(shù)據(jù)分析這類涉及面廣又有較高編程要求的課程來說并不適用，很難提高學(xué)生的分析與解決問題能力及實踐動手能力。

3、教學(xué)模式探討

針對上述問題，我們在數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)中，構(gòu)建了課前自主學(xué)習(xí)—課堂案例教學(xué)—課尾實戰(zhàn)訓(xùn)練的三位一體教學(xué)模式。

3.1課前自主學(xué)習(xí)

課堂教學(xué)前，教師將本節(jié)課需要的預(yù)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)PPT及小視頻上傳到教學(xué)資源平臺，然后引導(dǎo)學(xué)生利用平臺進(jìn)行自主探究預(yù)習(xí)。

教師可以利用網(wǎng)絡(luò)上的多媒體資源，根據(jù)教學(xué)大綱及因材施教原則創(chuàng)建各類自主學(xué)習(xí)的信息化平臺實施分層教學(xué)，幫助學(xué)生提高自主預(yù)習(xí)效率。教學(xué)資源分為必學(xué)內(nèi)容和拓展內(nèi)容，必學(xué)內(nèi)容可以針對課堂知識點及Python編程來設(shè)定，每位同學(xué)必須自主完成學(xué)習(xí)任務(wù);拓展內(nèi)容讓學(xué)有余力的同學(xué)進(jìn)行選學(xué)，為今后培養(yǎng)競賽的種子選手打基礎(chǔ)。

通過這種線上的預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，進(jìn)而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

3.2課堂案例教學(xué)

在多年的課堂教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)職業(yè)院校學(xué)生喜歡動手實踐，喜歡通過模仿、體驗、討論等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

因此課堂教學(xué)時，首先檢測學(xué)生預(yù)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)成，然后提出新的學(xué)習(xí)目標(biāo);接下來通過案例教學(xué)法，引入本講的學(xué)習(xí)案例，提出多個疑難問題并布置學(xué)習(xí)任務(wù);最后通過多種形式的教學(xué)活動，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

從表1中可以看出，為了更好發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師設(shè)計了多種教學(xué)活動，通過小組PK梳理思路，開啟頭腦風(fēng)暴激發(fā)思維活動，利用小組討論分工協(xié)作;在這些教學(xué)活動中攻克教學(xué)的重難點，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和決策能力;最后教師根據(jù)各組表現(xiàn)進(jìn)行點評及指導(dǎo)，完成本次課的教學(xué)目標(biāo)。

3.3課尾實戰(zhàn)訓(xùn)練

為了將知識點融會貫通、兼顧社會能力及實踐動手能力的培養(yǎng)，課程結(jié)束后安排一周的課程設(shè)計任務(wù)，發(fā)展學(xué)生的實踐技能。教師結(jié)合具體的企業(yè)項目，根據(jù)開發(fā)過程中需要的知識與技能規(guī)劃教學(xué)進(jìn)度，確定學(xué)生實訓(xùn)任務(wù)。

整個課程設(shè)計圍繞高技能人才培養(yǎng)的目標(biāo)展開教學(xué)，以“項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式為主，引入企業(yè)真實項目，創(chuàng)設(shè)實戰(zhàn)環(huán)境。以任務(wù)的開發(fā)過程為主線，融合所學(xué)知識點，根據(jù)任務(wù)的不斷拓展來推動整個課程設(shè)計的進(jìn)展。在具體的項目開發(fā)過程中，要求學(xué)生按照需求分析、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析等過程展開任務(wù)。在循序漸進(jìn)完成任務(wù)開發(fā)的同時實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，做到理論與實踐、知識與社會需求的深度融合。

參考文獻(xiàn)

[1]湯羽.大數(shù)據(jù)分析與計算[M].清華大學(xué)出版社，2018.

[2]王巖，楊森，黃嵐等.大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程體系構(gòu)建[J].計算機(jī)教育，2020（2）：26-29.

[3]嵩天，黃天羽，禮欣.Python語言：程序設(shè)計課程教學(xué)改革的理想選擇[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016（2）：42-47.

[4]趙廣輝，李屾，秦珀石等.以賦能為目標(biāo)的Python程序設(shè)計線下“金課”建設(shè)[J].計算機(jī)教育，2019（11）：28-32.

作者簡介：吳慧婷（1980-），女，副教授，主要研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)。