大數(shù)據(jù)環(huán)境下的二元實踐教學(xué)體系探索

張翔+潘國艷+陳華+高仕春+任杰宇

1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072；

2.水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072）

摘要：在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代，高校教學(xué)中應(yīng)能充分體現(xiàn)時代的變化與需求，將先進理念與技術(shù)帶頭引入實踐教學(xué)中。本文結(jié)合國內(nèi)外實踐教學(xué)的特點，依據(jù)如今大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，討論將大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢充分運用到二元實踐教學(xué)中來，使傳統(tǒng)的教學(xué)方法發(fā)生改變，并更加適應(yīng)學(xué)生的個性化發(fā)展，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才?；诖髷?shù)據(jù)的二元實踐教學(xué)體系能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)體系固有的短板，更加適應(yīng)時代與社會發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；二元；實踐教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0001-03

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)對社會的各個領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，并且掀起了新的變革。在大數(shù)據(jù)的影響下，傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的各類阻礙將被突破——與以往的“被動式”、“填鴨式”教學(xué)不同，進入高校學(xué)習(xí)的大部分學(xué)生具有學(xué)習(xí)自主性、偏好性的特點，同時由于大數(shù)據(jù)時代知識資源的易得性，來源渠道的多元性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的教學(xué)方式受到極大的沖擊與挑戰(zhàn)。同時，國內(nèi)高校教育正日益普及，如何提高教學(xué)質(zhì)量成為高等教育界廣泛關(guān)注的問題。經(jīng)過多年的教學(xué)實踐證明，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。由于高等學(xué)校大多具有學(xué)生眾多、教育層次多元和學(xué)生學(xué)習(xí)能力差異大等特點，高校實踐教學(xué)呈現(xiàn)教學(xué)資源不平衡、利用效率較低、創(chuàng)新性和針對性不強等問題，迫切需要采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，為提高實踐教學(xué)質(zhì)量探索新的途徑。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的運用為探索以學(xué)生為中心的、使學(xué)生獲取知識、提高能力、掌握學(xué)習(xí)方法的新的教學(xué)方式成為可能。本文基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合筆者提出的“二元實踐教學(xué)體系”，探索大數(shù)據(jù)環(huán)境下的實踐教學(xué)體系，創(chuàng)新教學(xué)理念、豐富教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)方式，為提高教學(xué)質(zhì)量和復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供基礎(chǔ)。

一、大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵

大數(shù)據(jù)是IT界繼云計算和物聯(lián)網(wǎng)之后的又一場技術(shù)革命，維克托·邁爾-舍恩伯格是最早洞見大數(shù)據(jù)時代發(fā)展趨勢的數(shù)據(jù)科學(xué)家之一，隨后學(xué)術(shù)界、政府機構(gòu)和工業(yè)界等各行各業(yè)開始密切關(guān)注大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)也終將引起教育界的新革命?！禢ature》和《Science》等就相繼出版?？瘉硖接懘髷?shù)據(jù)帶來的機遇和挑戰(zhàn)；世界著名管理咨詢公司麥肯錫于2011年6月發(fā)表了關(guān)于大數(shù)據(jù)的報告，詳盡描述和分析了大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境；2012年初美國奧巴馬政府已啟動了“大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃”，將大數(shù)據(jù)比作“未來的新石油”，對數(shù)據(jù)的占有和控制將成為國家間和企業(yè)間新的爭奪焦點，“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)來臨。高等教育必須緊跟時代的腳步，高等教育工作者也應(yīng)該積極把握大數(shù)據(jù)時代的機遇與挑戰(zhàn)，開創(chuàng)新型的教學(xué)模式。大數(shù)據(jù)也可理解為需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)具有4V特點，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）。大數(shù)據(jù)的基本特征具體體現(xiàn)在：（1）要求較高的時效性，對于數(shù)據(jù)的及時分析與有效分析要求較高；（2）龐大的數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)從TB級別躍升到PB級別；（3）數(shù)據(jù)價值密度低，因此需要通過合適的算法從中抽取有用的信息；（4）數(shù)據(jù)類型繁多，要求對數(shù)據(jù)的分類處理能力較高。

二、大數(shù)據(jù)處理模式與一般流程

由于大數(shù)據(jù)有其自身的特性，因此其處理模式與傳統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)的理念有所不同。對大數(shù)據(jù)的處理形式目前主要包括：對靜態(tài)數(shù)據(jù)的批量處理，對在線數(shù)據(jù)的實時處理，以及對圖數(shù)據(jù)的綜合處理，而在線數(shù)據(jù)的實時處理又包括對流式數(shù)據(jù)的處理和實時交互計算兩種。其中，批量數(shù)據(jù)處理適合大型的相對比較成熟的數(shù)據(jù)操作，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián)網(wǎng)中均有應(yīng)用。大數(shù)據(jù)的處理流程與一般的數(shù)據(jù)處理流程相類似，可以定義為：應(yīng)用合適的工具對大量的、廣泛異構(gòu)的數(shù)據(jù)源進行抽取和集成，并遵循既定的標(biāo)準(zhǔn)，將得到的結(jié)果統(tǒng)一存儲，選用數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析并存儲數(shù)據(jù)從而獲取有價值的知識，并且將這些知識以可視化的方式展示給終端用戶?？傊?，大數(shù)據(jù)處理的一般流程為數(shù)據(jù)的抽取與集成、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示。

三、二元實踐教學(xué)體系

實踐教學(xué)體系研究是高等教育教學(xué)改革研究的重要內(nèi)容之一，如何應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，通過整體設(shè)計，對實踐教學(xué)的各個要素進行組合優(yōu)化，形成結(jié)構(gòu)和功能最有效的實踐教學(xué)系統(tǒng)，成為實踐教學(xué)體系研究的熱點問題。實踐教學(xué)體系根據(jù)內(nèi)容和范圍，可分為廣義實踐教學(xué)體系和狹義實踐教學(xué)體系。廣義實踐教學(xué)體系一般包括實踐教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定、實踐教學(xué)內(nèi)容與范圍的劃定、實踐教學(xué)過程的管理和實踐教學(xué)條件的保障等要素，是由實踐教學(xué)活動的各要素構(gòu)成的有機聯(lián)系整體，具有指導(dǎo)作用。狹義實踐教學(xué)體系則指圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，在制定教學(xué)計劃時，通過合理設(shè)置課程數(shù)量和類型，合理配置實驗、實習(xí)、實訓(xùn)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新制作、社會實踐等各實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，建立與理論教學(xué)體系相輔相成的具體的實踐教學(xué)內(nèi)容體系。廣義實踐教學(xué)體系和狹義實踐教學(xué)體系均包括軟件和硬件兩個方面。軟件方面是指為適應(yīng)課堂理論教學(xué)和學(xué)生動手能力、創(chuàng)造能力培養(yǎng)而制定的相對完善的實踐性教學(xué)計劃或方案、實習(xí)指導(dǎo)書、實驗室管理規(guī)章制度等。硬件方面是指為完成實踐性教學(xué)計劃而配套的實習(xí)場所、儀器設(shè)備、實驗裝置、生產(chǎn)工藝流程、實驗材料和相關(guān)輔助設(shè)施等，包括教學(xué)實驗室、科研實驗室、野外實習(xí)地區(qū)等。文獻采用系統(tǒng)論和邏輯分析的方法，研究了實踐教學(xué)的系統(tǒng)性與系列性，提出了由相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)和獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)組成的“二元實踐教學(xué)體系”，該體系包括相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)和獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)以上機實踐、課程實驗、課程設(shè)計、實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等與理論教學(xué)緊密結(jié)合的環(huán)節(jié)構(gòu)成；獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)則由小組討論與案例教學(xué)、競賽（如全國水利設(shè)計大賽等）、結(jié)合科研項目獨立設(shè)計實驗方案和提供多實習(xí)方案等多種創(chuàng)新性和設(shè)計性實踐教學(xué)方式組成?！岸獙嵺`教學(xué)體系”中的相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容一般在理論教學(xué)之后進行，作為對理論教學(xué)內(nèi)容的實踐和探索，加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，與理論教學(xué)關(guān)系緊密相關(guān)；獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)具有獨立性、多選擇性、多方案等特點，獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式不局限于理論教學(xué)的內(nèi)容，更注重培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、團隊合作、綜合運用知識和創(chuàng)新研究的能力?！岸獙嵺`教學(xué)體系”充分體現(xiàn)了實踐教學(xué)的系統(tǒng)性、系列性和獨立性，加深了對實踐教學(xué)體系的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、各環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系和如何發(fā)揮實踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力中的作用等問題的認(rèn)識。研究表明，在實踐教學(xué)過程中，相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)和獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)存在交叉和互補，不是兩個相互獨立的子系統(tǒng)，兩者是相輔相成的。相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)和獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)是實踐教學(xué)體系的重要組成部分，相關(guān)實踐教學(xué)子系統(tǒng)和獨立實踐教學(xué)子系統(tǒng)的有機結(jié)合，對改革現(xiàn)有實踐教學(xué)體系，提高實踐教學(xué)質(zhì)量具有重要的理論和實際意義。例如，在課程設(shè)計中引入討論課和案例教學(xué)，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和團隊合作精神，既達到通過課程設(shè)計擴展對已有理論的實際應(yīng)用訓(xùn)練的目的，又能加深對理論教學(xué)的理解，達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的目的；另外，還可以根據(jù)“二元實踐教學(xué)體系”，對畢業(yè)設(shè)計從時間、內(nèi)容、形式等多方面進行改革，提高畢業(yè)設(shè)計的深度和廣度。

四、基于大數(shù)據(jù)的二元實踐教學(xué)體系實例

從以上論述可知，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可以幫助教學(xué)工作者快速、準(zhǔn)確和全面地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，更好地為教學(xué)服務(wù)?！岸獙嵺`教學(xué)體系”更注重理論與實踐的結(jié)合、教學(xué)與科研的結(jié)合，更強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)上的差異性，對在實踐教學(xué)過程中如何根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，有目的性和針對性地設(shè)置不同的實踐教學(xué)內(nèi)容，提出了更高的要求，大數(shù)據(jù)則為“二元實踐教學(xué)體系”提供了方法支撐。大數(shù)據(jù)分析在教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用表明，通過廣泛收集每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和需求，采用數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析獲取關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)特點的有價值的信息，并及時反饋給教師，形成針對性強的實踐教學(xué)內(nèi)容。本文結(jié)合《工程水文學(xué)》課程，具體探討大數(shù)據(jù)分析在實踐教學(xué)中的應(yīng)用?！豆こ趟膶W(xué)》在武漢大學(xué)本科教學(xué)中已有近60年歷史，在繼承優(yōu)良傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在二元實踐教學(xué)新體系的理論指導(dǎo)和大數(shù)據(jù)的環(huán)境背景下，應(yīng)用先進的信息化技術(shù)，建設(shè)《工程水文學(xué)》精品資源共享課，該課程于2013年獲批國家精品資源共享課程建設(shè)資助，2016年建設(shè)成果通過了驗收審核，正式獲得國家精品資源共享課程稱號。課程建設(shè)在教學(xué)模式和方法手段方面具有創(chuàng)新性，對推動教學(xué)資源開放共享、提高教學(xué)質(zhì)量、拓展實踐教學(xué)、推廣網(wǎng)絡(luò)在線教育具有重要意義，課程關(guān)系見圖1。基于大數(shù)據(jù)分析的《工程水文學(xué)》二元實踐教學(xué)體系的構(gòu)建主要包括兩個方面，一是通過大數(shù)據(jù)可以收集學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和偏好性等信息；另一方面通過對數(shù)據(jù)的分析，改革教學(xué)方法，針對不同的學(xué)生制定不同的培養(yǎng)目標(biāo)，給予不同的引導(dǎo)。以學(xué)生為本，根據(jù)學(xué)生自身的特性和特長，培養(yǎng)適應(yīng)不同需要的人才。最后，通過因材施教的反饋，再不斷地改進方法，教學(xué)相長。

五、結(jié)論

教學(xué)是一個教師與學(xué)生互動、相長的過程，需要激發(fā)學(xué)生積極參與的熱情，才能取得良好的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。本文基于大數(shù)據(jù)理論和分析技術(shù)，通過教學(xué)實踐，在廣泛征詢學(xué)生對實踐教學(xué)新體系的意見和建議的基礎(chǔ)上，提出了大數(shù)據(jù)環(huán)境下的“二元實踐教學(xué)體系”，是對過去“二元實踐教學(xué)體系”的進一步發(fā)展和完善。實際分析表明，在大數(shù)據(jù)理論與分析技術(shù)的支撐下，“二元實踐教學(xué)體系”更能有針對性地滿足學(xué)生對實踐教學(xué)的需求，而更開放、更靈活的科研與教學(xué)相結(jié)合的實踐教學(xué)模式為提高實踐教學(xué)質(zhì)量提供了新的途徑。

參考文獻：

[1]程學(xué)旗，靳小龍，王元卓，郭嘉豐，張鐵贏，李國杰.大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分析技術(shù)綜述[J].軟件學(xué)報，2014，25（9）：1889-1908.

[2]維克托·邁爾·舍恩伯格，肯尼思·庫克耶.大數(shù)據(jù)時代：生活、工作與思維的大變革[M].杭州：浙江人民出版社，2013.

[3]郭鑫.大數(shù)據(jù)教學(xué)資源共享系統(tǒng)的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2014，10（3）：446-447.

[4]李國杰，程學(xué)旗.大數(shù)據(jù)研究：未來科技及經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略領(lǐng)域[J].中國科學(xué)院院刊，2012，27（6）：647-657.

[5]王元卓，靳小龍，程學(xué)旗.網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望[J].計算機學(xué)報，2013，36（6）：1125-1138.

[6]張超，盛紹頂，汪曉華.淺談大數(shù)據(jù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽化工，2015，41（2）：97-99.

[7]黃晉.關(guān)于大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的思考與探索[J].教育教學(xué)論壇，2014，（45）：201-203.

[8]徐瑋.大數(shù)據(jù)對高等教育的影響和挑戰(zhàn)[J].教育教學(xué)論壇，2013，（37）：4-5.

[9]屈莉莉，陳燕.大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2014，（16）：57-58.

[10]袁露，肖志勇，王映龍.論大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，（44）：86-87.

[11]馮惠敏，胡勇華.教育質(zhì)量與教育創(chuàng)新[M].蘭州大學(xué)出版社，2008：163-167.

[12]王壯，王瑟，周宏倉，高桂枝，劉藝文.大數(shù)據(jù)時代環(huán)境科學(xué)與工程教學(xué)的機遇與挑戰(zhàn)[J].就教育與教學(xué)研究，2015，29（3）：85-87.