大數據下數據分析課程教學改革探析

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摘要：大數據時代，數據分析成為各個領域長期發展的必要手段，《數據分析》課程的教學重點在于培養學生運用統計方法分析解決實際問題的能力。本文通過對太原科技大學本科生《數據分析》課程的教學現狀進行研究，結合大數據時代特征，提出《數據分析》課程教學改革的方向和具體措施的幾點建議。

關鍵詞：數據分析；大數據；教學改革

0引言

隨著科學技術的進步和大數據的出現，數據的結構越來越復雜，數據量越來越龐大。這些數據中蘊含許多潛在的商業價值和客觀規律，只有對這些數據進行充分的分析和挖掘才能將有效的和有價值的信息提取出來，更好地指導人們的生活實踐[1]。因此，人們對數據分析的需求越來越迫切，這樣使得人們急需掌握數據分析的有效方法去解決實際中的復雜問題。在這樣的社會背景和社會需求下，高校教育對課程教學和人才培養提出了新的要求，《數據分析》正是我院應此要求為數學系各專業，即統計學、應用數學及信息與計算科學專業開設的一門重要的應用性課程，其目的是教會學生如何借助統計方法從數據中提取有用信息進行數據分析，并以統計證據為基礎給出結論。對這門新課程的教學雖有兄弟院校的經驗可借鑒，但由于生源、專業建設、培養目標各方面的差異，不能完全照搬，根據多年教學經驗對學生調查反饋發現，目前該課程的教學存在很多問題，這些問題導致學生學習的積極性不高、缺乏創新能力、不能熟練地運用所學知識解決實際問題等．因此，如何通過教學改革提高學生學習的積極性，靈活地運用所學知識，培養學生的創新能力等已成為我院數學系各專業本科生教育面臨的重要問題.本文通過分析太原科技大學數學系本科生《數據分析》課程教學中存在的問題，提出培養適應大數據時展的數據處理人才的方法和措施，包括拓展教學內容，加強案例教學、計算機輔助教學和多樣化教學、考核方式等。

1《數據分析》課程教學中存在的問題

在大數據時代背景下，數據科學教育對本專業本科生的創新教育和創新能力的培養起著至關重要的作用。數據分析水平反映了學生的學術水平，也是實踐水平的重要體現，是數據科學素養和創新能力的基本組成部分[2]。《數據分析》作為我院數學專業開設一門應用性課程，其教學形式已改變了傳統“填鴨式”的滿堂灌，在課堂傳授知識之外，加入了計算機實驗環節，但還存在一些問題，不能培養順應大數據時展需求的統計學人才．主要體現在以下幾方面：

1.1教學內容與大數據時代脫節

以往的教學內容包括數據的基本統計描述、集中趨勢、分布形態的假設檢驗，相關分析、回歸分析、方差分析及可靠性分析這些最基本、最常用的一元統計方法，缺乏多元統計學的內容，但大數據時代面對規模龐大、結構復雜的數據，對多元統計方法應用頗多[3]。

1.2教學方法和手段老套，缺乏對應用和創新能力的培養

目前教學采用課堂講授統計方法及相應例題的SPSS實現，課后學生完成對應習題的方式，這種方式仍然以教師為中心，學生被動地接受教師講解的內容，這種方式下學生對每種統計方法的原理，可以解決的問題有一個較好的學習，但對一個完整的案例分析的實現仍是似懂非懂、霧里看花，導致學生學習的積極性不高，缺乏創新以及靈活運用所學知識的能力.因此，需探索更多的教學方法和手段來激發學生的學習熱情，提高對學生統計思維方式以及創新能力的培養。

1.3教學模式單一，教學資源不足，學生應用統計軟件能力差

目前采用課堂教學加少量上機實踐的教學模式，這種模式再加上課時限制，學生能學到的知識及實踐機會都非常有限，這就導致學生在實際案例分析時力不從心，解決實際問題能力較差。

1.4考核方式陳舊

《數據分析》的考核模式為期末閉卷考試80%+平時成績20%。對學生的考核雖不是教學的目的，考核成績是教師教學效果和學生學習效果的一種反映，在某種程度上也是引導學生學習方式的指揮棒。雖然在目前的考核方式中已考慮到學生的平時學習表現，而且在期末閉卷考試中也采用了數據分析軟件結果截圖分析的題型，但這對學生解決實際問題能力的考核還是欠缺。首先，平時成績在學期成績中占比例較小，學生不夠重視；其次，閉卷考試中采用的題型雖然能考查學生從數據結果到形成結論的能力，也考查學生的統計知識，但對數據分析中綜合分析能力及軟件操作能力并沒有得到有效的考查。

2《數據分析》課程教學改革的途徑

2.1結合大數據時代，明確教學內容

除了講授經典的一元統計方法，在數據分析的教學改革中增加了大數據背景下應用更為廣泛的多元統計方法，如回歸分析、主成分分析、因子分析、聚類分析和判別分析等。

2.2加強案例教學，重視統計證據

由于大數據在規模經濟中產生，與實際的社會現象密切相關[4]。因此，在教學環節中，要重視案例教學；另外，一個案例可從多個方面采取多個方法進行分析，案例分析報告要結合這些統計分析結果給出最合適的結論及建議.因此，在數據分析的教學中還要明確統計方法的適用條件及統計結果反映的問題，重視統計證據。在《數據分析》的教學改革中，以實際案例為出發點，講授案例分析的全過程及涉及的所有統計方法，引導學生找到問題的多種解決方案，以統計證據為基礎做出最佳決策，這個過程可大大激發學生的學習熱情及學習主動性，培養學生的統計思維方式以及創新能力。《數據分析》講授的內容包括數據的收集及描述、假設檢驗、相關和回歸分析、方差分析、主成分分析和因子分析、聚類分析和判別分析等。根據教學內容精心挑選六個相關案例，即判別葡萄酒質量高低的假設檢驗案例、某車企汽車年銷量預測的相關和回歸分析案例、酸奶飲料新產品口味測試研究的方差分析案例、1988年漢城奧運會男子十項全能成績分析的主成分分析和因子分析案例、住院費用影響因素挖掘的聚類分析案例及潛在購買者消費特性的判別分析案例。學生通過數據分析方法的學習和案例分析，既加強了對方法的理解，又增強了解決實際問題的能力。最后，將2012全國大學生數學建模競賽A題葡萄酒的評價和波士頓住房問題作為本門課程的總結案例。這兩個案例的數據分析應用到上述所有的方法，鍛煉學生分析綜合案例的能力，檢驗學生對所學方法的掌握程度。

2.3采用“線上+線下”混合式教學模式，加強計算機輔助教學

在當今大數據時代，統計知識的需求越來越廣泛，而且一個完整的案例分析過程較為煩瑣，占用課時較多。但是由于受到課時限制，現有的課堂教學中無法講授太多的統計知識，也無法利用較少的課時盡可能完整、細致地完成一個案例分析。將“微課”、“慕課”“在線課程”等形式作為課堂輔助教學手段能較好的緩解此類問題。課前，線上本節課要講的案例及相關統計方法，讓學生預習，了解實際案例背景，學習相關統計方法，提出問題并在討論專區進行討論。課堂上授課教師首先檢查學生對基本知識的掌握程度；再有針對性的講解重、難點；最后通過將學生學到的知識與本節理論相關的實際問題相結合，提高學生在課堂教學中的參與程度，調高學生自主學習能力；同時，還可以利用釘釘和雨課堂等網絡平臺，構建“數據分析”課程的教學資源共享平臺，并提供豐富多樣的案例和教學資源，為學生的自主學習和交流提供保障。另外，數據分析的主要研究對象是隨機數據．在大數據時代，收集到的數據呈現出數據量大、結構復雜等特點．海量數據的出現使得數理統計技術方法的實現大大地依賴于統計軟件[5]。為了讓學生能更好地掌握統計方法，培養學生的實際操作能力，在教學過程中加入計算機輔助實驗課程教學非常必要。為此，在課堂上可結合實際案例，使用R、SPSS和Python等常用統計軟件，實現案例分析的全過程，使學生可快速、直觀地學會統計軟件的操作；課后作業的完成及期末綜合案例的完成都需借助統計軟件來自實現數據分析，這樣學生可更加熟練地使用統計軟件，從而達到培養學生實際動手能力的目的。

2.4改變課程考核方式，增加應用性技能考核的比重[6]

目前，《數據分析》課程的考核中平時考核成績占比例較少，而期末紙質閉卷考試無法實現案例分析全過程及軟件操作能力的考核，基本都是學生對理論知識的掌握情況，這使得大部分學生不夠重視平時考核，靠考試前突擊記憶式復習來通過期末考核。此類課程考核的方式無法將應用性的內容融合到課堂教學中，不利于在課堂教學中培養學生的處理和分析大數據的能力。為了提高學生學習積極性，培養學生實踐能力，《數據分析》課程的考核可增加平時成績的比重，在平時的考核中參考數學建模競賽的模式。在日常的教學中針對每一個內容、案例都布置一個相關的案例分析作業，讓學生分組討論、上機實現數據分析，最后形成一篇案例報告，教師則以數據分析的完整性、準確性及數據結論的合理性等為標準進行評分，形成平時作業成績，這部分考核學生平時對所學內容的掌握程度及軟件應用能力；在學期末布置一個綜合型案例作業，學生分組完成后，組織學生現場演示、講解數據分析全過程，提交案例報告，教師則以軟件操作的準確性、熟練程度，所選方法的正確性及案例報告對問題的說明程度等標準進行評分，形成學生的綜合能力測試成績，這部分主要是考核學生的軟件操作及解決實際問題的能力。

3《數據分析》課程線上學習建設

《數據分析》課程線上學習建設主要是利用現代網絡技術手段，結合課程目標與特點，設計并開發出能供使用者隨時隨地進行學習的網絡平臺，利用此平臺，一方面給學生提供更便利的學習交流機會、更豐富的學習資源，提高學生自身專業素養；另一方面，也能加強師生間的交流與互動，讓教師能更準確地引導學生進行專業技能的訓練。《數據分析》課程線上學習建設包括專題學習網站建設和資源庫建設[7]；專題學習網站包括課程學習，問題，討論專區等；資源庫包括案例庫，教學課件庫，共享軟件庫，習題庫，數據庫等。

4結束語

大數據時代，《數據分析》作為數學系各專業開設的一門關于數據處理的課程，其教學重點在于培養學生運用數理統計技術和方法分析解決實際問題的能力。因此，以培養學生解決實際問題能力為導向，對《數據分析》課程進行教學改革探索是必要的。通過在《數據分析》課程中引入案例教學，利用統計軟件實現案例分析，采用多元化教學和考核模式等手段，可全面提高學生對該課程知識的綜合認識水平，加強對理論知識的理解，鍛煉學生的邏輯思維能力和解決實際問題的能力，同時還可培養學生的大數據素養，進而提高該課程的教學效果。

作者:齊培艷 段西發 單位:太原科技大學