案例教学在数据分析课程中的应用
【摘要】数据分析课程是信息与计算科学专业的必修课之一,它对培养学生的数学建模能力,提高学生的数据分析水平,具有重要的作用.然而,该课程需要学习者具有扎实的概率论、数学分析和矩阵代数的理论基础,因此,大部分学生对该课程的学习感觉到较大的困难.本文阐述了在数据分析课程中使用案例教学法的必要性,并对该课程中的应用步骤进行了总结.
【关键词】数据分析; 案例教学
1.案例教学的基本理论
案例教学是一种教学方法,是教师根据教学目的和教学内容的需要,通过介绍典型案例,让学生把自己纳入案例场景,通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法,见[1].教学中可以通过分析、比较,从案例中抽象出某些一般性的结论或原理,从而丰富自己的知识.在该教学方法中,教师起着设计者和激励者的角色,鼓励学生积极参与讨论,而在传统的教学方法中,教师只扮演着知识传授者的角色.
2.数据分析课堂中采用案例教学的必要性
信息与计算科学专业的数据分析课程,内容包括相关分析、回归分析、方差分析、主成分分析、典型相关分析、聚类分析和判别分析等内容,见[2].在以往的教学中,学生普遍反应该课程难度较大.
学生的困难主要体现在以下几个方面.其一,数学基础薄弱.数据分析课程,是建立在数学分析、矩阵代数以及概率论与数理统计基础之上的一门专业课,它还要求学生对于以上学科的内容有较好的了解,并可以综合运用,这超出了很多学生的能力范围.其二,该课程内容较多,公式繁杂.而且与高等数学等数学课程不同,在运算中,由于输入的数据往往是一个复杂的数据矩阵,这些数学公式的计算和使用根本不是手工计算能够胜任的.因此,在费尽气力掌握了统计原理和公式之后,学生们在数据分析过程中,根本没有看到基于这些公式的计算过程,从而很容易导致遗忘.其三,即便是学生掌握了统计模型的原理以及涉及的公式,又面临着对统计软件的输出结果进行合理解释的困难.
使用案例教学法可以在很大程度上解决以上三个方面的问题.首先,通过选择典型案例引入统计模型,可以让学生对统计模型的理解更直观,从而更好地激发学生的学习兴趣;其次,使用典型案例来引入问题,进一步引出公式,会使学生对公式的作用理解更加直观;最后,使用典型案例来作为习题,既巩固了学生对统计模型的理解和认识,又可以使学生切实认识到所学知识的应用性,从而提高学生学习统计学的热情.
3.数据分析课堂中采用案例教学的步骤
受[3]的启发,我们建议,数据分析课堂上的案例教学应采用以下几个步骤.以下以判别分析中的距离判别为例,介绍案例教学的几个步骤.
第一步,老师引入教学案例,并提出问题,引导学生讨论.以Fisher使用的鸢尾花数据为例.该数据包含刚毛、变色以及弗吉利亚三个品种各50个样品的鸢尾花的花萼长、宽以及花瓣长、宽,要求学生根据这些信息,对于已知花萼长、宽和花瓣长、宽的样品,判断其属于哪一种,并对这种方法的正确率进行评价,引导学生思考解决的办法.
第二步,由老师演示问题的解决过程.首先解决如何进行判别的问题.在这个过程中,引导学生思考,提出马氏距离的概念,并总结出线性判别分析和二次判别分析两种判别方式.接下来,引导学生对距离判别的效果进行评价,提出误判率的回代估计与交叉确认估计的概念.
第三步,提出类似的实际问题作为例题,并明确具体要求,要求学生根据已有知识和本节课的学习内容提出解决思路.展示体检中心收集的100名健康人与60名心肌梗塞患者的三个心电图指标构成的数据,引导学生建立正常人与心肌梗塞患者的判别模型,分别建立先行判别模型与二次判别模型,并思考如何对判别模型进行评价.
4.案例教学的效果分析
根据作者的教学体会,与传统的教学方式相比,案例教学具有以下一些优点.
首先,案例教学使比较抽象的教学过程变得相对直观易懂.在数据分析课堂上,采用典型案例引入统计模型,要比直接介绍抽象的、严谨的统计模型,更容易被学生所接受,教学效果更好.
其次,案例教学使教学过程更加生动活泼.传统教学以讲授为主,旨在告诉学员怎么去做,去接受知识,使讲授的内容比较抽象.而案例教学方法,是建立在案例基础上,而案例往往是建立在学生根据已有的知识基础和生活经验之上的,使抽象的理论可以变得比较形象、直观,从而使教学过程变得比较活泼.
最后,案例教学可以锻炼学生的综合能力.在案例教学中,我们注重从案例出发,启发、引导学生独立思考和讨论,从而去发现客观规律.该过程提高了学生的独立思考能力,并且在讨论过程中,学生要发表自己的见解,并试图说明自己见解的正确性.这个过程可以提高学生的语言表达能力、辩论能力和自信心.
【参考文献】
[1]孙军业.案例教学[M].天津:天津教育出版社,2004.
[2]范金城,梅长林.数据分析方法[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]魏芳.案例式教学法在医学统计学教学中的应用[J].卫生职业教育,2007,25(12):68-69.
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