面向國際化的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設(shè)

王國仁 金福生 劉馳 王樹良

摘 要：大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)進入黃金期，數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵的生產(chǎn)要素，大數(shù)據(jù)人才稀缺，高等學(xué)校迫切需要適應(yīng)時代的要求探索大數(shù)據(jù)專業(yè)人才的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有數(shù)據(jù)思維的大數(shù)據(jù)人才。根據(jù)新工科人才培養(yǎng)的要求，立足北京理工大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)，提出了面向基礎(chǔ)、面向能力、面向領(lǐng)域、問題驅(qū)動、國際化的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系。

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)；國際化；課程體系；數(shù)據(jù)思維；人才培養(yǎng)

一、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)的時代需求

大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)對全球主要經(jīng)濟體的國民經(jīng)濟起著重要支撐作用。根據(jù)華沙經(jīng)濟研究所測算，到2020年大數(shù)據(jù)將帶動歐盟GDP增長1.9%；麥肯錫估計大數(shù)據(jù)將帶動美國GDP增長2%～4%。目前大數(shù)據(jù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于各個行業(yè)，其產(chǎn)生的外部價值受到了世界各國的重視。世界各國政府紛紛推出了大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，分別從推進數(shù)據(jù)開放、支持技術(shù)創(chuàng)新、打造協(xié)作環(huán)境等方面多措并舉，促進大數(shù)據(jù)快速發(fā)展，例如，美國提出了《大數(shù)據(jù)發(fā)展三步走》策略，英國發(fā)布了《英國數(shù)據(jù)能力發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》，歐盟發(fā)布了《歐盟大數(shù)據(jù)價值戰(zhàn)略研究和創(chuàng)新議程》，等等。我國也提出實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、加快建設(shè)數(shù)字中國，明確了五大任務(wù)，即構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟、推動大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、運用大數(shù)據(jù)提升國家治理現(xiàn)代化水平、運用大數(shù)據(jù)促進保障和改善民生、切實保障國家數(shù)據(jù)安全。

大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)提出了新要求。根據(jù)《2018年度中國信息技術(shù)（ICT）人才生態(tài)白皮書》，2017年ICT領(lǐng)域人才需求缺口為765萬人，2020年ICT領(lǐng)域人才需求缺口預(yù)計為1 246萬人；其中2017年大數(shù)據(jù)領(lǐng)域人才需求缺口126萬人，2020年將達到257萬人。社會急需能架構(gòu)系統(tǒng)、會分析數(shù)據(jù)、懂領(lǐng)域業(yè)務(wù)的復(fù)合型人才[1]，這些人才分別對應(yīng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)師、大數(shù)據(jù)算法設(shè)計師、領(lǐng)域大數(shù)據(jù)分析師三種職業(yè)。

此外，2017年發(fā)布的“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”吹響了新工科建設(shè)的號角。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)作為新工科建設(shè)的重要組成部分，需要承擔(dān)起引領(lǐng)新工科建設(shè)的責(zé)任，截至2018年，3批共計283所高校獲批數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)是一個多學(xué)科交叉的綜合性專業(yè)，它涉及計算機、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計以及各行各業(yè)的領(lǐng)域知識。另一方面，國內(nèi)外的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)都剛剛開始建設(shè)，沒有成熟的案例和經(jīng)驗參考。因此，需要每個學(xué)校結(jié)合自身優(yōu)勢和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，在課程體系、師資隊伍、建設(shè)模式，以及跨國、跨校、跨學(xué)科、產(chǎn)業(yè)合作等方面進行探索和實踐。

北京理工大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)依托校內(nèi)計算機學(xué)院、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院和管理學(xué)院進行建設(shè)，在校外與奧克蘭大學(xué)合作共建。奧克蘭大學(xué)負(fù)責(zé)統(tǒng)計與分析模塊，北京理工大學(xué)負(fù)責(zé)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘模塊，立足北京理工大學(xué)，充分發(fā)揮兩校的優(yōu)勢和特點，圍繞大數(shù)據(jù)的全生命周期，即大數(shù)據(jù)的獲取與管理、大數(shù)據(jù)的存儲與處理、大數(shù)據(jù)的分析與理解、結(jié)合領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用進行課程體系設(shè)計，重點培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)思維，使學(xué)生能夠采用IT技術(shù)獲取、處理、存儲、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，從中獲取知識。

二、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)初探

教育部設(shè)立數(shù)據(jù)學(xué)科的目標(biāo)是培養(yǎng)具有較強的實踐創(chuàng)新能力、跨文化交流能力和跨領(lǐng)域研究能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2]。圍繞上述要求，明確了北京理工大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提出了面向國際化的專業(yè)建設(shè)模式，構(gòu)建了面向基礎(chǔ)、面向能力、面向領(lǐng)域、問題驅(qū)動、國際化的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系。第一年夯實基礎(chǔ)，加強通識教育和統(tǒng)計學(xué)知識學(xué)習(xí)；第二年進行能力提升，強化系統(tǒng)構(gòu)建和大數(shù)據(jù)分析能力；第三年領(lǐng)域驅(qū)動，理論聯(lián)系實際，加強實習(xí)、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)等實踐教學(xué)；第四年問題驅(qū)動，圍繞大數(shù)據(jù)的整個生命周期，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

1.明確人才的培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)具有國際視野的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)師、大數(shù)據(jù)算法設(shè)計師、領(lǐng)域大數(shù)據(jù)分析師三類人才，需要學(xué)生掌握計算機體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、編程范式、文件系統(tǒng)、分布并行處理、人工智能、機器學(xué)習(xí)、數(shù)理統(tǒng)計、矩陣計算、優(yōu)化方法、領(lǐng)域知識、大數(shù)據(jù)全生命周期管理和分析技術(shù)等專業(yè)知識，能夠基于開源系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)平臺搭建，選擇合適的模型和算法進行參數(shù)設(shè)計、計算與優(yōu)化，理解計算廣告、智慧城市、社會計算等領(lǐng)域知識，實現(xiàn)對典型領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的管理和分析。

2.國際化專業(yè)建設(shè)模式

高等教育國際化、培養(yǎng)具有國際視野、專業(yè)知識和跨文化交往能力的人才是學(xué)?！半p一流”建設(shè)和人才培養(yǎng)過程中面臨的挑戰(zhàn)。北京理工大學(xué)與奧克蘭大學(xué)多年來建立了良好的合作關(guān)系?；趦尚５暮献骰A(chǔ)，經(jīng)友好協(xié)商，提出了國際化的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的建設(shè)模式。奧克蘭大學(xué)發(fā)揮在統(tǒng)計與分析方面的優(yōu)勢，重點負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)課程的建設(shè)；北京理工大學(xué)發(fā)揮在系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘方面的優(yōu)勢，重點負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)相關(guān)課程的建設(shè)。在學(xué)生培養(yǎng)過程中，從學(xué)位互認(rèn)逐步過渡到雙學(xué)位、本碩博貫通培養(yǎng)、專業(yè)共建和聯(lián)合學(xué)院建設(shè)。

經(jīng)兩校反復(fù)溝通交流，按照發(fā)揮各自優(yōu)勢、夯實基礎(chǔ)模塊、逐步深入的方式進行建設(shè)，提出了課程、課程組、雙學(xué)位、貫通培養(yǎng)、專業(yè)共建、聯(lián)合學(xué)院的國際化專業(yè)建設(shè)路線。即，2018年進行專業(yè)申報，2019年進行首批招生，2020年進行雙學(xué)位建設(shè)，2021年進行本碩博聯(lián)合培養(yǎng)，2022年進行國際專業(yè)共建，2025年建立“大數(shù)據(jù)”聯(lián)合學(xué)院。

3.課程體系建設(shè)

圍繞國家重大戰(zhàn)略需求以及數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)行業(yè)發(fā)展趨勢，在課程體系規(guī)劃設(shè)計中，需要夯實數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，強調(diào)通識教育，加強數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)學(xué)習(xí)，強化數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)實踐。秉承國際化的專業(yè)建設(shè)思路，提出了面向基礎(chǔ)、面向能力、面向領(lǐng)域、問題驅(qū)動、國際化的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系。

（1）夯實數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和關(guān)注通識教育。數(shù)據(jù)思維的核心是統(tǒng)計和歸納，因此本專業(yè)在數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院和奧克蘭大學(xué)的支持下開設(shè)了統(tǒng)計相關(guān)課程；為了拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)獨立思考能力，為培養(yǎng)高端人才打下基礎(chǔ)，設(shè)置了通識教育學(xué)分，要求學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好選修全校開設(shè)的通選課。

（2）面向能力的實踐、實習(xí)、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)課程。學(xué)生的實踐、實習(xí)、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)課程依托“北京市學(xué)生科技創(chuàng)新基地”開展，設(shè)置了學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)實踐學(xué)分，要求學(xué)生根據(jù)自己的實際情況參加實踐、實習(xí)、創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)的能力提升工程。建立科技競賽獲獎、申請專利、發(fā)表論文置換選修課程學(xué)分的制度，以成果導(dǎo)向，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用、積極參加能力提升工程。

（3）面向基礎(chǔ)的專業(yè)必修課程。構(gòu)建本專業(yè)學(xué)生必修的兩個課程群模塊，即統(tǒng)計與分析模塊和系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘模塊。統(tǒng)計與分析模塊包括：統(tǒng)計學(xué)導(dǎo)論（Introduction to Statistics）、數(shù)據(jù)分析（Data analysis）、統(tǒng)計理論（Statistical theory）、數(shù)理統(tǒng)計（Mathematical statistics）、統(tǒng)計建模（Statistical modelling）、數(shù)據(jù)科學(xué)實踐（Data science practice）、統(tǒng)計計算（Statistical computing）、統(tǒng)計學(xué)習(xí)（Statistical learning）。系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘模塊包括：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)導(dǎo)論（Introduction to data science and big data technology）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)（Fundamentals of database systems）、應(yīng)用算法（Applied Algorithmics）、數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘（Data warehouse and data mining）、大數(shù)據(jù)新技術(shù)專題（Advanced topics on big data technology）、人工智能基礎(chǔ)（Fundamentals of artificial intelligence）、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)（Big data processing technology）、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)（Big data analysis technology）、大數(shù)據(jù)技術(shù)課程設(shè)計（Course project of big data technology）、數(shù)據(jù)可視化與可視分析（Data visualization and visual analysis）。

（4）面向領(lǐng)域的專業(yè)選修課程。大數(shù)據(jù)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)+、計算廣告、位置服務(wù)、智慧城市、社會計算等典型領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)技術(shù)必須與應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合才能發(fā)揮出價值。因此，在課程體系中設(shè)置了社交網(wǎng)絡(luò)挖掘、智慧城市、醫(yī)療大數(shù)據(jù)、空間大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域選修課。培養(yǎng)學(xué)生在實際的應(yīng)用背景中分析和發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域問題，靈活運用大數(shù)據(jù)的獲取、存儲、管理、挖掘到可視化的整個生命周期的相關(guān)技術(shù)，解決領(lǐng)域問題。

（5）問題驅(qū)動的畢業(yè)設(shè)計。為了培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識，獨立解決實際問題的能力，同時，兼顧學(xué)生的興趣，實現(xiàn)個性化的人才培養(yǎng)，為學(xué)生就業(yè)和進一步深造打下堅實的基礎(chǔ)，本專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計題目來源于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件國家工程實驗室、網(wǎng)絡(luò)等級保護關(guān)鍵技術(shù)國家工程實驗室、智能信息技術(shù)北京市重點實驗室、數(shù)字表演與仿真技術(shù)北京市重點實驗室、軟件安全技術(shù)北京市重點實驗室、信息智能處理與內(nèi)容安全工信部重點實驗室等大數(shù)據(jù)相關(guān)的科研支撐平臺，支撐平臺為面向問題的畢業(yè)設(shè)計提供了能力提升環(huán)境。

責(zé)任教授負(fù)責(zé)對各實驗室提出的畢業(yè)設(shè)計題目進行審核，審核合格的題目將開放給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的興趣進行選擇。

此外，實踐是學(xué)生掌握課堂知識，進行能力提升的重要手段，每門專業(yè)課都設(shè)置了一定的課內(nèi)實踐學(xué)時，同時在每個小學(xué)期分別設(shè)置了不同層次的實踐課程。本專業(yè)依托學(xué)院的國家級大學(xué)生計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心、北京市計算機實驗教學(xué)示范中心、北京市數(shù)字媒體技術(shù)實驗教學(xué)示范中心，為學(xué)生的課程實踐提供理論結(jié)合實踐的訓(xùn)練環(huán)境。

參考文獻：

[1] 李翠平. 新工科背景下以數(shù)據(jù)為中心的計算機專業(yè)教學(xué)改革[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2018（7）：22-24.

[2]李國杰. 發(fā)展數(shù)據(jù)學(xué)科應(yīng)在何處發(fā)力？[J]. 計算機學(xué)會通訊，2018，14（8）：7.

[責(zé)任編輯：余大品]