面向數據分析與大數據專業(yè)的實踐教學模式研究

王敏

摘 要：新工科教育形式下數據分析與大數據專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的實踐教學中存在形式單一、技術單一以及工程導師不足的問題，因此，提出了基于“SPOC+企業(yè)+校內”的三級專業(yè)實踐實訓課程的培養(yǎng)模式。由校外導師、校內導師和SPOC共同構建特色實踐方向，共建培養(yǎng)方案，實現三級培養(yǎng)和三級評價機制，完成工程緊缺型專業(yè)前沿應用型人才的培養(yǎng)。系統地給出基于興趣的面向大數據應用需求的人才培養(yǎng)實踐教改方案。

關鍵詞：新工科;SPOC;大數據;應用型人才;實踐教學模式

中圖分類號：G642.0

文獻標志碼：A

文章編號：1001-7836（2019）06-0037-03

引言

“新工科”提出工程教育要摒棄舊領域、吸入新領域的實踐教學體系，打破傳統人才培養(yǎng)模式的邊界，探索大學、企業(yè)、社會深度融合的教學生態(tài)系統[1]。結合當前國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域的需求，以及學校培養(yǎng)方案和學生興趣三方面的研究，確定了項目驅動的模式下生成多方位、訂單式的聯合教學方法。

教育部已將數據科學與大數據技術確定為新的本科專業(yè)，越來越多的高校正在積極地籌備開設該專業(yè)，規(guī)劃所需要的實驗設備、專業(yè)教師和培養(yǎng)特色，制定不僅懂理論而且具有相當實踐動手能力的學生培養(yǎng)方案，以適應社會對大數據分析人才的需求。除此之外，計算機科學技術、電子類、信息管理類等現有專業(yè)也在逐步調整原有的教學計劃和教學內容，增加一些必要的大數據相關課程，讓學生能了解大數據相關技術，增強就業(yè)的競爭力。

本課題以“SPOC+企業(yè)培訓+校內”三方合作為基礎，以應用型軟件人才培養(yǎng)為目標，搭建并實施數據分析和大數據專業(yè)實踐實訓課程的人才培養(yǎng)教學體系[2]。SPOC教學、學校導師、企業(yè)培訓導師的三方位一體化共同協作的實踐教學方法，是適應新工科應用型的新型人才培養(yǎng)模式的大膽創(chuàng)新，有利于優(yōu)化傳統的實踐教學體系，提高學生的綜合素質和自學能力。通過在校內搭建的企業(yè)化培訓環(huán)境、模擬企業(yè)化的開發(fā)氛圍和管理流程，由企業(yè)職業(yè)講師和校內專業(yè)教師共同引導項目實踐，督導教學實踐過程，SPOC[3]教學為補充的實踐教學模式，形成一個有機的、協調的培養(yǎng)和管理體系。創(chuàng)新校、企和“互聯網+”的三方合作人才培養(yǎng)模式，可有效提高學生的實踐能力與前沿知識學習能力，從而實現卓越應用型人才的培養(yǎng)目標。

1 確定“三足鼎立”的實踐方案

基于大數據處理、云計算基礎和軟件開發(fā)架構三個方面的相關原理和技術的項目實踐課程，以學校、培訓企業(yè)和SPOC三方合作為基礎，制定互補的聯合培養(yǎng)方案。

學校培養(yǎng)：面向校企合作的校企導師聯合培養(yǎng)方案中，學校仍然是培養(yǎng)的中流砥柱，因此，需要校內導師具有一定的工程經驗和工程背景。校內導師從專任教師中選拔，導師具有較高的政治素質和高度的責任心，具有扎實的專業(yè)知識和合理的知識結構。校內導師應充分理解本專業(yè)的學習特點、學習方法以及專業(yè)的發(fā)展方向，保證專業(yè)認知與專業(yè)實踐的統一。由于大數據方向的基礎知識非常廣泛，參加不同的項目，學生對專業(yè)的理解和感悟不同，校內導師在實際指導過程中應該做到以下三點。（1）在項目實踐過程中，定期開展項目組間討論，共享專業(yè)理解，深化專業(yè)認知;（2）校內導師親自參加到創(chuàng)新實踐項目中，引導和啟發(fā)學生積極地完成實踐項目;（3）建立有效的評測機制，對多方向多項目之間進行有效的評價，確定評價等級和評價指標。

培訓企業(yè)：采用“訂單式”合作培養(yǎng)模式，學校根據市場應用型人才的需求，與培訓機構、企業(yè)協商聯合制定相應的人才培養(yǎng)方案，對具有一定專業(yè)素質的畢業(yè)生，通過3周左右的集中實踐實訓環(huán)節(jié)，使其快速成長為前沿緊缺型應用人才，是對學校培訓的一個關鍵補充。

SPOC倡導混合式教學[4]，是對MOOC的繼承、完善與超越，實現了優(yōu)質MOOC資源與課堂面對面教學優(yōu)勢的有機結合，實現對教學流程的重構與創(chuàng)新。在剖析伯克分校“軟件工程”SPOC的發(fā)展脈絡與關鍵做法的基礎上，基于SPOC+校企合作[5]創(chuàng)建良好的實踐實訓基地和全面特色的培養(yǎng)方案，實現SPOC在數據分析和大數據專業(yè)實踐教學中的應用，改變該專業(yè)實踐課程技術單調的現狀和教學跟不上技術更新的問題。

數據分析和大數據專業(yè)采用“3+1”教學模式，學校和培訓企業(yè)合作共建實踐教學基地[6]，校外導師和校內導師互補，設置不同方向的技術導師，進行分流式、顧客式實踐教學。該模式是在校企合作的方式上的一個大膽改進，傳統的校企合作方式的“雙導師制”，在國內許多應用型本科院校取得了成效，但由于對校外企業(yè)培訓的依賴性較高，容易導致校內教學質量下滑。因此，以校內導師為核心，可以兼顧不同方向的不同學習能力的學生培養(yǎng)的需求，符合學生分流培養(yǎng)、興趣培養(yǎng)和小班培養(yǎng)的需求，達到擴大學生就業(yè)范圍和提高就業(yè)率的目的。

2 設計“2+1”的專業(yè)培養(yǎng)模式

以大三學生的實踐實訓課程為例，以校內、校外雙導師+SPOC的2+1為基礎，根據學生的技能水平和專業(yè)基礎，分為3個梯度，從專業(yè)基礎知識、專業(yè)方向知識到自學能力要求的高低來設定，實訓分為三個方向：數據處理方向、分布式編程方向和軟件開發(fā)架構方向，對學生進行多方向多方位的培養(yǎng)，有利于分散就業(yè)，提高就業(yè)率?！?+1”的專業(yè)培養(yǎng)模式如圖1所示。

2.1 SPOC自主學習+校內外雙導師制

該方向適應于學習能力強的學生。第一周由校內導師講解相關基礎知識，通過SPOC掌握其他相關知識點，為引入項目做準備，在此基礎上，進行為期2周的項目牽引式實踐課程教學。校外導師制定基于PYTHON[7]的UPLOOKING超級爬蟲培養(yǎng)方案。

2.2 SPOC自主學習+校內導師制

該方向對專業(yè)基礎課程和專業(yè)方向課程有一定的要求。以基于SSM的開源框架課程作為實踐基礎，通過實踐項目，讓學生實際體驗和感悟相關的知識體系，強調知識的實際應用性和活學活用，而不必過多地要求知識點的全面性。具體方法包括：

（1）原理與項目相結合

以CDIO工程教育理念[8]為教學指導思想，采用“原理→框架→應用”的教學模式，在實踐課程中深入探討這些基本原理的具體實現流程，以實際的工程應用來體會這種架構在項目應用中能夠帶來的好處。要在深入理解各種架構的原理之后研讀架構的核心代碼，通過核心代碼反過來再領會軟件開發(fā)架構的設計思想。

（2）翻轉式項目開發(fā)

軟件開發(fā)框架的種類繁多，但是基本的原理是不變的、穩(wěn)定的。采用課堂翻轉的方式，通過提出任務，完成任務，分析問題，解決問題的方式，能夠激發(fā)學生的自主學習能力，使學生變被動“聽課”為主動思考和主動學習，使得學生具有快速掌握新型框架的能力。

（3）實踐教學

實踐的目的就是要學以致用。在本課程中以SPRING、SPRINGMVC、MYBATIS軟件開發(fā)架構為例，采用實踐教學的形式，深入分析基本的架構原理，透徹理解架構在項目開發(fā)中的作用和地位，掌握基于SSM[9]開發(fā)架構的項目工程實踐。

2.3 SPOC自主學習+校外導師制

該專業(yè)方向的課程是基礎薄弱、專業(yè)基礎課程有一定掌握的學生比較好的選擇。以應用需求為背景講解分布式編程的思想和應用方法。分布式編程是云計算和大數據存儲與處理的基礎，分布式是通過應用設計，將任務進行分解。云計算是通過類似網格的東西，由系統自動進行資源組合。分布式是一個很具體的概念，云是一個更上層、更抽象、更玄乎的概念，若沒有分布式，云就無從談起。

教學實施計劃分為三周的集中式開發(fā)。第一周學習BIO基礎和網絡通信，掌握JavaBIO基本編程，能夠獨立完成對各種文件的讀寫操作、掌握網絡編程;第二周學習NIO和Netty，掌握同步非阻塞IO的基本原理和編程模型，完成基于命令行的聊天通信實戰(zhàn)案例;第三周完成基于Netty的聊天室項目（包括私聊和群聊），首先進行基于NIO的框架Netty的基本架構原理、Netty的編程模型、編碼和解碼過程的知識點預習，其次通過聊天室項目實現知識點的運用，并添加自定義數據包操作，實現基于GUI的聊天室開發(fā)。

2.4 測評和成績

為了保證工程實踐教學體系的有效運行，建立一套三級評價機制，對實踐教學過程進行評價，包括對學生個體的能力評價以及對實踐效果的綜合評價。通過對CDIO 內容的分析，具體應用到實踐項目開發(fā)中，實踐成效的評估模型中應包括對學生能力中的基本個人能力、人際能力、過程與系統的構建能力、創(chuàng)新能力等幾個方面的評價。而這些關鍵能力的具體量化工作分為以下3級評價：第一，校外導師評價：校外導師從工作量、功能點、創(chuàng)新性及獨立解決給定問題的能力四個方面給出成績。第二是校內導師評價：除了校外導師評價的4個方面之外，還給出課堂考勤及設計文檔。第三是項目組長評價：組長是最直接的項目管理者，在整個開發(fā)過程中，從每個成員方案的先進性，設計的規(guī)范性、參與小組開發(fā)的活躍度創(chuàng)、新意識與創(chuàng)新能力上給出評價，并進行分數量化。最后在三級評分的基礎之上做加權求和，給出實踐教學的總成績。評價機制如圖2所示。

3 實施過程

實踐任務分為數據分析、分布式開發(fā)和軟件開發(fā)架構三個方向。任務分組進行，根據題目的規(guī)模，每組3—5人，以團隊的形式，模擬在企業(yè)和社會環(huán)境中實際軟件產品或系統的構思、設計、實施與運行過程，體驗軟件工程的整個實踐過程，使學生切實理解從理論到實現的綜合過程以及決定成敗的一些細部要求和規(guī)范、標準的要求。

在實踐的教學環(huán)節(jié)中主要是由學生自己動手操作，一人一臺電腦，按照小組的劃分，坐在一個連續(xù)的位置，方便小組成員之間的溝通和交流。對于項目，先由指導教師明確項目需求，然后根據學生的實際情況，可以帶著大家做一部分，手把手地教學生，例如：一邊敲代碼一邊講解;對于項目的核心模塊，可以先引導學生進行思考，與學生一起討論，然后再讓學生分組實踐，讓每個學生都能夠獨立地完成項目模塊。

實施過程嚴格按照軟件生命周期進行。根據學生能力水平和教學進程安排，制定合理的SPOC+校企合作實踐教學方案。具體步驟包括：（1）在校內搭建教學所需的軟件環(huán)境和硬件平臺;（2）根據學生的不同能力等級和專業(yè)方向;（3）實施實踐項目內容劃分。

以整個實踐過程中的關鍵活動表現為依據，根據這些關鍵活動的表現，建立實踐成效評估模型，對學生的項目開發(fā)成果進行評估，來完成校外導師、校內導師、組長的三級評價過程。

結束語

新工程教育強調創(chuàng)新，以卓越工程師為目標，強化互聯網+與產教的結合，通過引入國際先進的工程教育理念，開展靈活有效的校企合作，培養(yǎng)大數據、人工智能等前沿緊缺應用型人才，提高學生在產業(yè)轉型過程中的就業(yè)率和理想達成度。從學生反饋來看，課程改革符合學生的需求，符合德國應用技術大學提倡的“應用技術大學將自己的畢業(yè)生培養(yǎng)得更加接近顧客”的導向，符合數據分析和大數據專業(yè)的專業(yè)特色，增強了學生做出項目，走向社會的信心。

參考文獻：

[1]楊曉燕.新工科教育中計算機應用型人才培養(yǎng)實踐探索[J].計算機教育，2018（4）.

[2]陳慧，陳敏.關于綜合性大學培養(yǎng)新工科人才的思考與探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19—23.

[3]李強.基于MOOC/SPOC的地方高校軟件工程課程改革與實踐[J].計算機教育，2018（2）.

[4]賀斌，曹陽.SPOC：基于MOOC的教學流程創(chuàng)新[J].中國電化教育，2015（3）：22—29.

[5]李亞茹，陳波，劉志峰.產教融合優(yōu)化專業(yè)設置校企合作實現協同發(fā)展[J].高教學刊，2017（6）：136—137.

[6]彭鑫，趙文耘，錢樂秋.軟件工程實驗教學研究與實踐[J].計算機教育，2007（10x）：15—17.

[7]嵩天，黃天羽，禮欣.Python語言：程序設計課程教學改革的理想選擇[J].中國大學教學，2016（2）.

[8]Sultana S. Book Review-Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach[J].Journal of Technology Education， 2015，26（2）.

[9]張新峰，張軒.基于SSM框架的現代信號處理精品課程網站分析與設計[J].教育教學論壇，2018（4）.