海洋大數(shù)據(jù)背景下涉海專業(yè)教學的挑戰(zhàn)與革新

張際標 趙利容 趙輝 張鵬 鄧培昌

[摘 要]大數(shù)據(jù)時代下的教育教學改革是當前高等教育改革面臨的新課題。由于海洋資料的復雜性以及不同學科分支的特殊性，海洋大數(shù)據(jù)具有海量性、多類性、異質(zhì)性、時效性及安全性等多重特征，其類型相當龐雜，而且取得的研究成果也日新月異、更新速度快，對高校涉海專業(yè)的教學內(nèi)容和教學方式提出了更高的要求。文章以廣東海洋大學為例，分析了海洋大數(shù)據(jù)背景下該校涉海專業(yè)教學過程中存在的不足，提出了海洋大數(shù)據(jù)驅(qū)動下革新該校涉海專業(yè)的教學內(nèi)容和教學方法的措施。

[關鍵詞]海洋大數(shù)據(jù)；涉海專業(yè)；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0020-04

早在20世紀80年代，美國未來學家托夫勒[1]就提出了“大數(shù)據(jù)（Big Data）”的概念，將大數(shù)據(jù)稱為“第三次浪潮的華彩樂章”。2010 年以來，大數(shù)據(jù)作為一個新興的概念，逐步成為政界、商界、學界的新寵[2]。2012 年，奧巴馬政府啟動了“大型數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議”計劃。2013 年，大數(shù)據(jù)的理念在語言教學與研究領域里逐步得到了認可與歡迎。2015年9月5日，國務院發(fā)布《關于促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，意味著中國大數(shù)據(jù)發(fā)展迎來頂層設計，正式上升為國家戰(zhàn)略。經(jīng)過30多年的發(fā)展，大數(shù)據(jù)正在以前所未有的速度滲透到生活、工作和學習的各個角落，引領社會實現(xiàn)由數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)源發(fā)展規(guī)律的轉(zhuǎn)化，再到執(zhí)行標準的跨越式發(fā)展，推動各行業(yè)的發(fā)展。

我國是一個海洋大國，社會經(jīng)濟的發(fā)展越來越依賴海洋，海洋經(jīng)濟貢獻的比重越來越大，其中2017年全國海洋生產(chǎn)總值為77611億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的9.4% [3]。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國海洋行業(yè)已積累了巨量的數(shù)據(jù)，并在海洋大數(shù)據(jù)的信息提取和應用等領域獲得了飛速的發(fā)展[4-5]。目前，海洋大數(shù)據(jù)已在天氣預報、防災減災、污染預測、海洋目標監(jiān)測、海洋漁場漁情預報、海洋生態(tài)環(huán)境保護、遠海航行保障、海洋與氣候變化研究、海洋戰(zhàn)略支撐等領域得到了廣泛的應用[6-12]。根據(jù)我國數(shù)字海洋發(fā)展的總體規(guī)劃，我國數(shù)字海洋建設將劃分為信息基礎框架、透明海洋和智慧海洋建設3個階段，目前已完成第一階段（通過國家908專項）的建設任務[4]。由此可知，未來的海洋經(jīng)濟活動急需大量懂得海洋大數(shù)據(jù)基礎知識和應用技術的專門人才，海洋類高校培養(yǎng)此類人才責無旁貸。

盡管國內(nèi)高校一些學者近幾年已經(jīng)意識到大數(shù)據(jù)應用將會對傳統(tǒng)高校教學產(chǎn)生重大而深刻的影響，并對此進行了初步的研究[13-15]，形成了一定的理論成果[16-19]。但由于海洋的特殊性，在涉海高校中，海洋大數(shù)據(jù)的價值認知目前還處在一個起步的階段，海洋大數(shù)據(jù)的教育傳播和人才培養(yǎng)等應用方面仍然存在嚴重的不足，急需開展海洋大數(shù)據(jù)在高校教育教學領域的應用研究。

一、海洋大數(shù)據(jù)的特征和類型

（一）海洋大數(shù)據(jù)的特征

邁爾-舍恩伯格等[2]歸納大數(shù)據(jù)的關鍵特征主要體現(xiàn)在4個維度即4V：數(shù)據(jù)規(guī)模海量化（Volume）、數(shù)據(jù)類型多樣化（Variety）、數(shù)據(jù)處理快速化（Velocity）、數(shù)據(jù)的價值化（Value）。21世紀是世界各國公認的海洋世紀，海洋約占地球總面積的 71%，人類為了認識和利用海洋，通過航天、航空、地面、水體和海底五位一體的觀測手段對海洋進行觀測和調(diào)查，形成了非常龐大的立體海洋觀測體系，積累了海量的海洋觀測數(shù)據(jù)，海洋大數(shù)據(jù)由此進入人們的視線，其信息提取和應用也獲得了飛速的發(fā)展。由于海洋的特殊性，相對于其他行業(yè)的大數(shù)據(jù)，海洋大數(shù)據(jù)具有自身的顯著特征，即海洋數(shù)據(jù)的海量性、多類性、異質(zhì)性、時效性及安全性特征[4-5]。其中，由于海洋數(shù)據(jù)的獲取手段多樣化，觀測要素多元化，故海洋數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多類性特征以及數(shù)據(jù)量巨大的特征；同時，海洋數(shù)據(jù)常在空間域上呈現(xiàn)空間相關性和異質(zhì)性，在時間域上存在時效性特征。此外，海洋作為國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟關注的熱點，其海洋數(shù)據(jù)具有不同的安全性等級。

（二）海洋大數(shù)據(jù)的類型

由于數(shù)據(jù)的來源廣泛及其獲取技術存在差異性，海洋數(shù)據(jù)的類型在技術指標、數(shù)據(jù)格式、參數(shù)以及使用區(qū)域等方面呈現(xiàn)多類性[20-21]。從數(shù)據(jù)來源分，海洋數(shù)據(jù)包括海洋基礎環(huán)境數(shù)據(jù)、海洋遙感數(shù)據(jù)、海洋經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)等幾大類數(shù)據(jù)，而且每個大類數(shù)據(jù)下又有很多子類。比如：海洋基礎環(huán)境數(shù)據(jù)分為海洋水文、海洋氣象、海洋物理、海洋化學、海洋生物、海洋地質(zhì)、海洋地形與海洋地球物理等子類，每個子類又可進一步劃分。從數(shù)據(jù)存儲格式分，海洋數(shù)據(jù)可分為文本數(shù)據(jù)（如word格式、txt格式、二進制格式等）、屬性數(shù)據(jù)（如mdb格式、Excel格式、csv格式等）和影像數(shù)據(jù)（tif格式、jpg格式、bmp格式、avi格式等）。從數(shù)據(jù)表達的屬性分，海洋數(shù)據(jù)可包括視頻、圖形、圖像、聲音、文字、表格等?？梢?，海洋數(shù)據(jù)的類型相當龐雜。

對傳播海洋知識的教育工作者而言，在教育教學過程中涉及的數(shù)據(jù)類型主要包括文字、表格、圖形、圖像、視頻、聲音等數(shù)據(jù)類型，需要向?qū)W生傳輸?shù)木褪沁@些海洋數(shù)據(jù)所揭示出來的相關信息。

二、海洋大數(shù)據(jù)背景下涉海專業(yè)課程教學面臨的挑戰(zhàn)

海洋科學是研究海洋的自然現(xiàn)象、性質(zhì)及其變化規(guī)律，以及與開發(fā)利用海洋有關的知識體系。目前，海洋科學各領域的快速發(fā)展仍然離不開大量的海洋調(diào)查，各領域海洋知識的更新依然依賴于巨量海洋數(shù)據(jù)的收集、累聚、分析和研究。因此，要把海洋科學各領域的最新知識傳輸給學生，各涉海高校應該在海洋大數(shù)據(jù)的獲取、信息提取及其在教育領域中的應用加以重視。

目前，海洋大數(shù)據(jù)的應用在我校各涉海專業(yè)的教學過程中包括教師本身、教學過程及授課學生等環(huán)節(jié)有著諸多不足之處。

（一）教師思想上、技術上準備不足

大數(shù)據(jù)是近年來快速發(fā)展的概念，此概念的吸收需要教育工作者緊跟社會的變化和發(fā)展。大數(shù)據(jù)的信息提取和應用涉及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理技術，其充分利用需經(jīng)過專門的專業(yè)培訓和學習。此外，由于海洋的特殊性，海洋大數(shù)據(jù)的信息提取和應用需要教育工作者有更深厚的專業(yè)儲備，才能有效地對海洋大數(shù)據(jù)進行教育傳播。然而，我校絕大多數(shù)教師目前對于海洋大數(shù)據(jù)的概念、內(nèi)涵和教育傳播等在思想上毫無準備，知識面相對較窄，在大數(shù)據(jù)的信息提取、可視化展示及信息傳播等技術上無儲備，表現(xiàn)為教學方法難創(chuàng)新，教學手段單一落后，從而導致教學效果難以提升。

（二）教學內(nèi)容陳舊

由于海洋大數(shù)據(jù)具有典型的時效性特征，海洋科學知識發(fā)展日新月異，即使是最新出版的海洋類學術專著，其傳播的數(shù)據(jù)和信息通常也是較多較早的陳舊成果。以我?！昂Ｑ蟓h(huán)境學”課程為例，教材的“海洋環(huán)境災害”中所列舉的結(jié)果還是2005年前后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這明顯落后于海洋環(huán)境的快速變化。因此，在海洋環(huán)境科學發(fā)展日新月異的情況下，高校教師需要隨時掌握本領域最新的研究成果，而海洋大數(shù)據(jù)傳遞的最新信息則能滿足這個要求。然而，目前我校很多教師與學生一樣，對大數(shù)據(jù)的概念知之甚少，對海洋大數(shù)據(jù)的獲取和應用無技術儲備，不及時更新本領域的最新知識。教師在教學過程中更多的還是照本宣科，講授的內(nèi)容陳舊，傳播的知識過時，教學質(zhì)量難以提升。

（三）實踐教學器材落后

目前，海洋科學很大程度上還是一門基于海洋調(diào)查的學科，在認識海洋、研究海洋的過程中需要借助于大量價值不菲的調(diào)查工具和設備。受教學經(jīng)費的限制，高校涉海專業(yè)在實踐教學中不可能購置太多非常昂貴的器材，也難以做到頻繁更新。因此，大多數(shù)器材在使用多年后都非常陳舊或已破損，使用這些器材進行實踐教學，教學效果肯定不好。但如果充分利用海洋調(diào)查儀器和設備等方面的大數(shù)據(jù)資源，完全可以解決實驗實踐器材落后或不足的難題。

（四）學生無大數(shù)據(jù)概念及其相關實踐經(jīng)驗

在大數(shù)據(jù)時代的影響下，大數(shù)據(jù)在各行各業(yè)的應用遍地開花。然而，對于處在象牙塔里面的大學生而言，由于參與社會實踐機會有限，如果在學校中未接受大數(shù)據(jù)方面的教育和訓練，那他們對大數(shù)據(jù)的基本概念與內(nèi)涵、價值及應用就會知之甚少。以我校為例，80%以上的大四學生沒有聽說過大數(shù)據(jù)的概念，更不懂大數(shù)據(jù)的技能培訓和實際應用，這說明我校在海洋大數(shù)據(jù)方面的知識傳授、技能培訓等方面存在嚴重的缺陷。

三、海洋大數(shù)據(jù)背景下涉海專業(yè)課程教學的革新

（一）轉(zhuǎn)變教育觀念，提升教師教學水平

教育觀念是一定時期內(nèi)固化在教育工作者身上對教育過程中教學方式、方法或手段的認知，是相關教育工作者教學工作開展的指導和前提?，F(xiàn)代教育觀念必須與現(xiàn)代社會、現(xiàn)代經(jīng)濟、現(xiàn)代科技的發(fā)展相適應，陳舊的教學觀念將導致落后的教學手段，先進的教育觀念則可形成現(xiàn)代化的教學方式。因此，在海洋大數(shù)據(jù)背景下，相關涉海教育工作人員如果想要進一步優(yōu)化教育課程設計的內(nèi)容，就要首先及時更新海洋大數(shù)據(jù)的知識，實時轉(zhuǎn)變自身的教育觀念。

當教育工作者轉(zhuǎn)變教學觀念后，盡快提升其在大數(shù)據(jù)處理和信息提取方面的能力是提高其在新時代下教學水平和素質(zhì)的關鍵。教育工作者可通過自學、研討、培訓等途徑，提升自己在大數(shù)據(jù)處理、信息提取及可視化展示等方面的能力；通過對匯集的海洋大數(shù)據(jù)進行處理和信息提取，獲取海洋科學各領域的最新研究成果，并以此為素材，制作涉海專業(yè)教學源庫，把海洋大數(shù)據(jù)時代下海洋科學各領域的最新研究成果傳輸給學生。數(shù)據(jù)可視化技術是值得教育工作者學習掌握的技術，該技術借助于圖形化手段，可清晰有效地傳達與溝通信息，將復雜的數(shù)據(jù)借助于空間圖形展示出來，便于人們觀察和理解，同時采用不同的空間分析方法還可以發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)內(nèi)部隱含的規(guī)律和發(fā)展趨勢，便于研究者判斷和模擬未來的發(fā)展趨勢。

（二）更新教學資源和信息，豐富教學展示手段

大數(shù)據(jù)時代數(shù)字化的學習資源將呈現(xiàn)知識爆炸的局面，互聯(lián)網(wǎng)上的信息資源包括新聞、電子圖書和報刊、網(wǎng)上參考工具書、文獻數(shù)據(jù)庫信息和其他網(wǎng)絡信息資源，如機構(gòu)和企業(yè)的報告政策、動態(tài)和產(chǎn)品信息，學術科研動態(tài)信息，各種會議信息，專利文獻信息，Open Access，學科機構(gòu)知識庫等。

作為典型的大數(shù)據(jù)，海洋數(shù)據(jù)來自海洋水文、生態(tài)環(huán)境、氣象氣候、地質(zhì)地貌、海洋化學、經(jīng)濟、海洋物理化學等眾多領域。在涉海專業(yè)的教學過程中，必須實時匯集海洋科學各領域的海洋大數(shù)據(jù)，及時獲取最新研究成果，同步更新相關領域的教學資源和信息，才能把海洋大數(shù)據(jù)揭示的最新海洋變化信息展示給學生。

教學內(nèi)容可用文字、圖表、視頻、現(xiàn)場演示等多種多樣的展示手段。文字演示是操作最簡單、最常用但卻是效果最差的展示手段，也是學生最為吐槽的枯燥的教學方式。因此，在涉海各專業(yè)的教學過程中，要充分利用大數(shù)據(jù)可視化技術，把海洋研究的最新成果通過生動、形象的圖表和視頻展示出來，避免過多枯燥乏味的文字描述。比如海洋中各環(huán)境要素的時空變化規(guī)律（如區(qū)域平面和垂直方向的變化或時域上的變化），完全可通過大數(shù)據(jù)可視化技術，采用位置信息、區(qū)域統(tǒng)計、多維圖表、時域位圖等方式，實現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)的實時、動態(tài)、美觀的可視化，形象生動地向?qū)W生傳輸海洋環(huán)境變化的最新成果。

只有把前述海洋大數(shù)據(jù)的最新研究成果及時有效地傳輸給學生，才能體現(xiàn)教育工作者傳道授業(yè)解惑的價值。對海洋大數(shù)據(jù)知識的傳輸可在各教學環(huán)節(jié)中根據(jù)實際情況進行滲透宣貫。

課堂理論教學應側(cè)重于用圖像、圖表展示海洋變化的特征和規(guī)律，其目的在于用直觀、形象及通俗易懂的方式，把海洋環(huán)境變化的特征和規(guī)律展示給學生。對于各種奇妙的海洋現(xiàn)象，如果單純用語言和文字來描述會顯得枯燥乏味、蒼白無力，也不容易為學生所理解和記憶，而圖像、圖表能容納更多細節(jié)，并將復雜問題簡單化，可大大提高學生對所授知識的吸收能力。

在實驗實踐教學過程中，提前把實驗或?qū)嵺`過程涉及的樣品采集和處理、調(diào)查或監(jiān)測儀器設備的使用和操作、分析測試等關鍵環(huán)節(jié)等整合成大數(shù)據(jù)源庫，然后用形象直觀的視頻演示出來，可讓學生提前感知實驗實踐的具體過程，提升教學效果。在實驗實踐教學過程中，還可以結(jié)合大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理技術和虛擬演示技術，實現(xiàn)多人同時實驗，這樣有利于突破教學中的難點和克服容易遺忘的困難，同時有利于節(jié)約空間和時間，從而提高教學效率。另外，還可通過大數(shù)據(jù)可視化技術實現(xiàn)對普通海洋實驗的擴充，實現(xiàn)對海洋變化真實情景的再現(xiàn)和模擬，減少野外現(xiàn)場調(diào)查頻次和對室內(nèi)分析測試儀器設備的需求，可大規(guī)模節(jié)省實驗實踐經(jīng)費。

在畢業(yè)實習或畢業(yè)論文的教學環(huán)節(jié)中，可側(cè)重于引導學生在海洋新數(shù)據(jù)的集成和分析、數(shù)據(jù)的信息提取和可視化技術、數(shù)據(jù)處理新方法的探索、利用大數(shù)據(jù)成果進行應用預測和輔助決策等方面開展相關創(chuàng)新研究。其目的在于獲取海洋各領域的最新研究成果，同時也把海洋大數(shù)據(jù)的最新研究成果應用到海洋研究和服務中。

四、結(jié)語

海洋大數(shù)據(jù)有著巨大的應用前景，它在天氣預報、防災減災、污染預測、海洋目標監(jiān)測、海洋漁場漁情預報、海洋生態(tài)環(huán)境保護、遠海航行保障、海洋與氣候變化研究、海洋戰(zhàn)略支撐等領域得到了廣泛的應用。同樣，海洋大數(shù)據(jù)也可在教育領域加以應用，對促進教育教學領域的革新意義重大。作為涉海類高校，更應該樹立現(xiàn)代教育理念，轉(zhuǎn)變教學觀念，及時建立基于海洋大數(shù)據(jù)的涉海各專業(yè)課程的教學源庫，借助多樣化的教學展示平臺，開展在海洋大數(shù)據(jù)的背景下通過數(shù)據(jù)挖掘和分析以學生為中心的教學改革。

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[責任編輯：龐丹丹]