淺談基于混合教學(xué)模式的通識(shí)選修課《大數(shù)據(jù)概論》的課程設(shè)計(jì)和教改思路

高騰剛

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，國(guó)內(nèi)國(guó)外均面臨大數(shù)據(jù)人才緊缺的問(wèn)題，都在火急火燎地尋求大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)出口。高校作為人才培養(yǎng)的重要基地，如何在不同學(xué)科背景下培養(yǎng)具備一些大數(shù)據(jù)知識(shí)的相關(guān)人才就顯得十分急迫。因此，本課程《大數(shù)據(jù)概論》正是在這樣的背景下開設(shè)的一門面向全校本科學(xué)生的通識(shí)選修課。全文歸納和總結(jié)了基于混合教學(xué)模式下的《大數(shù)據(jù)概論》的課程設(shè)計(jì)和教改思路，希望起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)概論;混合教學(xué)模式;課程設(shè)計(jì);教改思路

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）13-0163-03

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，大數(shù)據(jù)時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)前，大數(shù)據(jù)技術(shù)也正在廣泛被應(yīng)用于諸多行業(yè)中。然而，大數(shù)據(jù)人才現(xiàn)在十分緊缺，據(jù)公開資料顯示，預(yù)計(jì)未來(lái)五到十年，我國(guó)大數(shù)據(jù)市場(chǎng)規(guī)模年均增速將超過(guò)30%。未來(lái)五年，國(guó)內(nèi)大數(shù)據(jù)人才缺口將突破150萬(wàn)。在BAT發(fā)布的招聘職位中，目前大數(shù)據(jù)崗位占比已經(jīng)超過(guò)60%。現(xiàn)在業(yè)界有一種觀點(diǎn)：即使把全國(guó)所有計(jì)算機(jī)專業(yè)都做成大數(shù)據(jù)專業(yè)，仍然無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)對(duì)大數(shù)據(jù)人才的需求量[1]。因此，當(dāng)前我校學(xué)生有必要在了解大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)上，掌握一定的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，為自己將來(lái)更好地融入社會(huì)、滿足社會(huì)需求提前做好一些準(zhǔn)備。所以，我校從2014年就開始面向全校所有專業(yè)開設(shè)《大數(shù)據(jù)概論》這門課程。

《大數(shù)據(jù)概論》是由我校大數(shù)據(jù)學(xué)院教師開設(shè)的一門面向理工科專業(yè)的通識(shí)選修課程。該課程的難度設(shè)置是科普和準(zhǔn)專業(yè)之間，是為全校本科學(xué)生搭建起通向“大數(shù)據(jù)知識(shí)空間”的橋梁，并以“講解基本原理、學(xué)會(huì)初級(jí)實(shí)踐、了解相關(guān)應(yīng)用”為教學(xué)原則，為學(xué)生在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域方面奠定基礎(chǔ)和指明方向。課程從大數(shù)據(jù)在當(dāng)前各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用開始，系統(tǒng)講授大數(shù)據(jù)的基本概念、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、大數(shù)據(jù)處理架構(gòu)Hadoop、分布式文件系統(tǒng)HDFS、分布式并行編程模型MapReduce、大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在Hadoop、HDFS、MapReduce等重要章節(jié)，安排了入門級(jí)的實(shí)踐操作，讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和掌握大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)。課程自從2014年春季學(xué)期面向全校本科生開課以來(lái)，已有大約1500名學(xué)生參與學(xué)習(xí)，深受學(xué)生的喜愛(ài)，學(xué)生們普遍反映，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代及大數(shù)據(jù)應(yīng)用有了一定了解，并能進(jìn)一步延伸思考本專業(yè)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展方向及前景。以下就該課程基于混合教學(xué)模式的課程設(shè)計(jì)和教改進(jìn)行總結(jié)。

1混合教學(xué)模式概念

當(dāng)今中國(guó)對(duì)大數(shù)據(jù)相關(guān)方面人才的需求量急劇提升，且我國(guó)的教育理念也正在發(fā)生巨大變化，以往傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前教學(xué)需要，特別是以混合教學(xué)模式為主的教學(xué)方式正在快速被人們認(rèn)識(shí)和接受。所謂混合教學(xué)模式就是通過(guò)各種教學(xué)媒體、教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)境等各種要素有效的混合，從而提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)滿意度，優(yōu)化學(xué)習(xí)資源的組合，達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。彭濤等[2]指出，混合教學(xué)是為了實(shí)現(xiàn)特定的教學(xué)目標(biāo)并得到較好的教學(xué)成果，其實(shí)質(zhì)在于以“合”為目標(biāo)，以“混”為手段。因此，混合教學(xué)模式就是可以使用各種教學(xué)要素有效的混合起來(lái)，到達(dá)特定的教學(xué)目的，在這個(gè)“混”與“合”的過(guò)程中，特別強(qiáng)調(diào)教師不再是整個(gè)教學(xué)的主體，是而通過(guò)學(xué)生主體性與教師主導(dǎo)性的結(jié)合來(lái)強(qiáng)化學(xué)生主體作用，即以學(xué)生為中心，學(xué)生是認(rèn)知的主體，是知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者，因此給予了學(xué)生一定的自主性，這就要求學(xué)生要具體較高的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，即自學(xué)能力。

在整個(gè)《大數(shù)據(jù)概論》課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)采用混合教學(xué)模式的教學(xué)方法，一方面學(xué)生逐漸從知識(shí)的被動(dòng)接收者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)者，使得學(xué)生的自學(xué)能力得到極大的提升，另外一方面，教師在整個(gè)課堂中只起引導(dǎo)作用，充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的主導(dǎo)作用，調(diào)動(dòng)他們的積極性，讓他們主動(dòng)走進(jìn)課堂，與教師進(jìn)行溝通交流，從而解惑，學(xué)到知識(shí)，到達(dá)教學(xué)目標(biāo)。

2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

《大數(shù)據(jù)概論》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容如圖1所示。第一章是大數(shù)據(jù)概述，主要介紹大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景、大數(shù)據(jù)的定義和特征、大數(shù)據(jù)的影響、大數(shù)據(jù)的技術(shù)以及大數(shù)據(jù)的計(jì)算模式。首先從大數(shù)據(jù)的誕生、數(shù)據(jù)大爆炸引出大數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)生活產(chǎn)生的影響、對(duì)各行各業(yè)引起的變革，以及帶來(lái)的新的問(wèn)題和提出的挑戰(zhàn)。然后再講，什么是大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的4V特征，以及對(duì)人們思維、社會(huì)發(fā)展、就業(yè)市場(chǎng)等方面帶來(lái)的影響，需要學(xué)生通過(guò)與老師的討論進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)。最后，再講大數(shù)據(jù)技術(shù)的四方面，特別是分布式存儲(chǔ)和分布式處理兩大核心技術(shù)，由于大數(shù)據(jù)處理的問(wèn)題復(fù)雜多樣，任何單一的計(jì)算模式都不能滿足不同類型的計(jì)算需求，因此，除了MapReduce計(jì)算模式外，還要簡(jiǎn)單介紹查詢分析計(jì)算、圖計(jì)算、流計(jì)算等多種大數(shù)據(jù)計(jì)算模式，有助于幫助他們較全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)概述這一章的知識(shí)內(nèi)容。這一章的教學(xué)重點(diǎn)是大數(shù)據(jù)的概念和特征，教學(xué)難點(diǎn)是大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)。

要講清楚大數(shù)據(jù)技術(shù)，就要從物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算說(shuō)起。第二章首先介紹了云計(jì)算的概念、云計(jì)算的分類、云計(jì)算的特點(diǎn)、云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)以及云計(jì)算的應(yīng)用，然后，再介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用，最后，詳細(xì)介紹了大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)三者之間的關(guān)系和區(qū)別。以幫助學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)之間是相輔相成、密不可分的關(guān)系。本章的教學(xué)重點(diǎn)是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的概念，云計(jì)算的分類，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，教學(xué)難點(diǎn)是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

大數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，通過(guò)第二章的學(xué)習(xí)我們知道物聯(lián)網(wǎng)是大數(shù)據(jù)的重要來(lái)源，此外，還有系統(tǒng)日志、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等。因此，這一章，首先介紹為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、什么是大數(shù)據(jù)采集以及采集的要點(diǎn)，其次，詳細(xì)介紹大數(shù)據(jù)的常用采集方法和Flume、Kafka等常用采集工具的使用，最后，重點(diǎn)介紹大數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)約等。通過(guò)實(shí)例講解使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的基本采集方法和常用的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。本章教學(xué)重點(diǎn)是大數(shù)據(jù)采集方法和大數(shù)據(jù)采集工具的使用，教學(xué)難點(diǎn)：大數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)。

現(xiàn)實(shí)生活中往往采集到的都是“臟”的數(shù)據(jù)，這些海量的“臟”數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，就可以從中提取有價(jià)值的信息了，這時(shí)就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘。因此第三章，首先從福特運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析來(lái)促進(jìn)汽車銷售的案例講起，引出大數(shù)據(jù)分析的基本概念、面對(duì)的數(shù)據(jù)類型、大數(shù)據(jù)分析的基本方法、大數(shù)據(jù)分析的主要技術(shù)以及常見的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。最后，介紹了大數(shù)據(jù)挖掘的概念、大數(shù)據(jù)挖掘的常用方法以及數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用案例。本章的教學(xué)重點(diǎn)是大數(shù)據(jù)分析的基本方法、數(shù)據(jù)挖掘的常用方法，教學(xué)難點(diǎn)是大數(shù)據(jù)分析和挖掘的方法。

第五章重點(diǎn)介紹了大數(shù)據(jù)處理架構(gòu)Hadoop。首先介紹Hadoop的發(fā)展歷史、重要特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，然后，介紹Hadoop項(xiàng)目結(jié)構(gòu)及其各個(gè)組件，最后重點(diǎn)介紹Hadoop平臺(tái)的安裝和使用方法。本章的教學(xué)重點(diǎn)：Hadoop概述，Hadoop生態(tài)體系架構(gòu)，安裝偽分布式Hadoop，教學(xué)難點(diǎn)：Hadoop平臺(tái)的安裝和使用方法。此外，本章還安排了第一個(gè)課帶實(shí)驗(yàn)：Hadoop的偽分布式安裝，需要通過(guò)本上機(jī)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握在單機(jī)上進(jìn)行Hadoop的偽分布式安裝方法，為完成后續(xù)上機(jī)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

HDFS全稱就是Hadoop平臺(tái)上的分布式文件系統(tǒng)，就是為了解決海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)問(wèn)題的系統(tǒng)，它是Hadoop項(xiàng)目的核心子項(xiàng)目。本章第六章首先從HDFS概念、HDFS優(yōu)缺點(diǎn)。然后介紹塊、名稱節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和第二名稱節(jié)點(diǎn)的概念以及具體的執(zhí)行過(guò)程，從而引出名稱節(jié)點(diǎn)的兩大核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：FsImage和EditLog，最后，詳細(xì)Hadoop分布式文件系統(tǒng)HDFS的體系結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)原理和讀寫過(guò)程，并熟練掌握分布式文件系統(tǒng)HDFS的使用方法。本章的教學(xué)重點(diǎn)是HDFS基本概念、HDFS存儲(chǔ)原理、HDFS的文件讀/寫操作過(guò)程，教學(xué)難點(diǎn)是HDFS的基礎(chǔ)編程。此外，本章也安排了第二個(gè)課帶實(shí)驗(yàn)：HDFS編程實(shí)踐，使得學(xué)生通過(guò)編寫一個(gè)Java程序，打開一個(gè)HDFS中的文件，并讀取其中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行輸出。

第七章重點(diǎn)介紹了分布式編程框架MapReduce的基本原理和編程方法。首先介紹了MapReduce的簡(jiǎn)介、MapReduce的功能和技術(shù)特征、Map和Reduce任務(wù)。然后，重點(diǎn)介紹了MapReduce的工作流程、Shuffle的執(zhí)行過(guò)程。最后，重點(diǎn)介紹了MapReduce的一個(gè)編程實(shí)例—詞頻統(tǒng)計(jì)。本章的教學(xué)重點(diǎn)是Map和Reduce任務(wù)、MapReduce工作流程、Shuffle執(zhí)行過(guò)程，教學(xué)難點(diǎn)是MapReduce的基礎(chǔ)編程。此外，本章也安排了第三個(gè)課帶實(shí)驗(yàn)：編寫MapReduce程序?qū)崿F(xiàn)詞頻統(tǒng)計(jì)，通過(guò)本次上機(jī)培養(yǎng)學(xué)生在Map端、Reduce端以及main函數(shù)中具備編寫基礎(chǔ)代碼的能力，并調(diào)試出不同單詞出現(xiàn)的次數(shù)。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，每時(shí)每刻都有海量數(shù)據(jù)在不斷生成，需要我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、全面、快速、準(zhǔn)確的分析，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，這就更需要可視化技術(shù)協(xié)助我們更好地理解和分析數(shù)據(jù)，可視化成為大數(shù)據(jù)分析最后的一環(huán)和對(duì)用戶而言最重要的一環(huán)。本章首先介紹什么是大數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)可視化的過(guò)程，然后，介紹大數(shù)據(jù)可視化的工具，最后，重點(diǎn)介紹了數(shù)據(jù)可視化的一個(gè)實(shí)例。本章的教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)據(jù)可視化概念，大數(shù)據(jù)可視化工具，教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)可視化實(shí)例制作。此外，本章安排了第四個(gè)課帶實(shí)驗(yàn)：可視化工具Tableau操作實(shí)踐，旨在讓學(xué)生了解Tableau這款可視化工具，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單操作Tableau以及制作簡(jiǎn)單的可視化圖表。

最后一章介紹了大數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及大數(shù)據(jù)在智慧醫(yī)療、金融行業(yè)、智慧校園、智能物流中的應(yīng)用案例。并重點(diǎn)以“菜鳥網(wǎng)”為例介紹了智能物流案例，從而讓學(xué)生了解到可以使用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)提高物流信息化和智能化水平，降低物流成本，提高物流效率。

3課程教學(xué)設(shè)計(jì)

《大數(shù)據(jù)概論》的課程教學(xué)設(shè)計(jì)主要由課前教學(xué)任務(wù)、課堂教學(xué)活動(dòng)和課后教學(xué)總結(jié)三個(gè)部分組成。

3.1設(shè)計(jì)課前教學(xué)任務(wù)

由于該門課是面向全校所有專業(yè)開設(shè)的選修課程，在制定課前教學(xué)任務(wù)之前，一方面要充分考慮到不同學(xué)科背景的學(xué)生，另外一方面由于我校屬于二本高校，存在部分學(xué)生自主學(xué)習(xí)的愿望不強(qiáng)，懶惰性比較大的實(shí)際情況，因此，教學(xué)任務(wù)和內(nèi)容不宜安排過(guò)多、復(fù)雜。在本次混合教學(xué)模式的實(shí)施中，課前教學(xué)任務(wù)通過(guò)布置課前導(dǎo)學(xué)任務(wù)單來(lái)實(shí)現(xiàn)。課前導(dǎo)學(xué)任務(wù)單一般由5部分組成，即學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、課前習(xí)題、課后習(xí)題、在線討論。

學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、課前習(xí)題要求學(xué)生在課前完成。學(xué)習(xí)目標(biāo)要緊扣課程教學(xué)大綱，明確重點(diǎn)和難點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)的掌握程度可以分為了解、掌握、熟悉等層次。學(xué)習(xí)任務(wù)可以由教學(xué)視頻、多媒體課件等組成。課前習(xí)題可以是選擇題、簡(jiǎn)單題、判斷題等。課后習(xí)題可以是選擇題、編程題、上機(jī)實(shí)驗(yàn)等，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感。在線討論可以分為課中和課后，課中討論這個(gè)環(huán)節(jié)是教學(xué)向?qū)W習(xí)目標(biāo)延伸的一種重要方式，教師可以提出具有一定深度和廣度的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生參與討論，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力。課后討論可以使用清華在線平臺(tái)，學(xué)生可以以小組為單位，圍繞本節(jié)知識(shí)內(nèi)容，提出一些問(wèn)題或話題，激發(fā)學(xué)生課后在線討論。

3.2課堂教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

每學(xué)期第一堂課上，可以根據(jù)學(xué)生人數(shù)進(jìn)行分組，每組人數(shù)在5-6人，并選出組長(zhǎng)。組長(zhǎng)的職責(zé)是服務(wù)師生，組織好本組學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)。分組的目的有二：1）是為了完成課前任務(wù)，包括前面提到的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、課前練習(xí)，小組成員之間可以相互交流、討論;2）是為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，共同完成教師提問(wèn)或課堂任務(wù)。

課堂教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)分為三步驟：1）教師可以花3～5分鐘檢查學(xué)生完成課前導(dǎo)學(xué)任務(wù)情況，可以以隨機(jī)提問(wèn)的方式，也可以使用“雨課堂”或“清華在線平臺(tái)”提前布置一些問(wèn)題，來(lái)檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并納入學(xué)生平時(shí)成績(jī)中;2）教師根據(jù)學(xué)生回答課前導(dǎo)學(xué)任務(wù)的情況，結(jié)合本節(jié)知識(shí)點(diǎn)，有針對(duì)性地在“雨課堂”或“清華在線平臺(tái)”上不斷地拋出一些新問(wèn)題，讓學(xué)生積極參與到課堂中去，主動(dòng)去思考問(wèn)題，這里要求拋出的問(wèn)題要與教學(xué)環(huán)節(jié)緊緊相扣，并讓學(xué)生明白到底錯(cuò)在哪里;3）教師總結(jié)，教師根據(jù)學(xué)生參與討論的情況，進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，并再次強(qiáng)調(diào)本節(jié)知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.3課后教學(xué)設(shè)計(jì)

教師可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，通過(guò)“雨課堂”或“清華在線平臺(tái)”向?qū)W生發(fā)布本節(jié)線下課后習(xí)題，并布置下次課的課前導(dǎo)學(xué)任務(wù)，學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)或電腦在線觀看教學(xué)視頻，線上完成課前習(xí)題，完成必要的預(yù)習(xí)任務(wù)，為下一次課提前做好準(zhǔn)備。

4結(jié)束語(yǔ)

《大數(shù)據(jù)概論》以混合教學(xué)模式的教學(xué)方式來(lái)改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，是屬于一種比較新的教學(xué)模式，在我國(guó)很多高校都未實(shí)施，其教學(xué)模式遠(yuǎn)未成熟。雖然該課程通過(guò)我校學(xué)生的上課實(shí)踐，取得了一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成績(jī)，但同時(shí)也暴露了不少問(wèn)題，希望在今后的教學(xué)過(guò)程中不斷改進(jìn)。教育改革永遠(yuǎn)在路上！

參考文獻(xiàn)：

[1]來(lái)源搜狐網(wǎng)：http：//www.sohu.com/a/128457757_610696

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【通聯(lián)編輯：王力】