新工科背景下IT類專業(yè)大數(shù)據(jù)課程體系建設(shè)與教學(xué)模式研究

楊維明，王時(shí)繪，余敦輝，張 瑋

（1.湖北大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.北京中科特瑞科技有限公司，北京 100193）

0 引言

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)積累了大量的數(shù)據(jù)資源，存儲(chǔ)成本的直線下降、存儲(chǔ)方式的多元化、數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式的巨大變化催生了大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)的主要特征是海量、多樣、快速，為適應(yīng)大數(shù)據(jù)特征要求而產(chǎn)生了一系列數(shù)據(jù)處理技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、預(yù)處理、分析和可視化等，并進(jìn)一步推動(dòng)了人工智能的熱潮再次興起[1]。當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)，正在改變?nèi)藗兊纳罘绞剑瑫r(shí)也將導(dǎo)致傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的顛覆性革新。企業(yè)和社會(huì)急需大量的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)“新工科”人才；現(xiàn)有信息類工科專業(yè)存在著與企業(yè)行業(yè)脫節(jié)、學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新能力不適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)信息類新工科人才的新要求。

1 大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)人才需求分析

1.1 企業(yè)數(shù)據(jù)人才類型及崗位需求

企業(yè)需要的數(shù)據(jù)人才主要包括4種類型：①大數(shù)據(jù)/人工智能科學(xué)家，要求能設(shè)計(jì)出滿足客戶需求的大數(shù)據(jù)、人工智能解決方案，包括需求分析、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)、特征工程、模型設(shè)計(jì)與訓(xùn)練、整體規(guī)劃等；②數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)分析師，要求能運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，包括數(shù)據(jù)處理、可視化、建模分析等方法，解決處理業(yè)務(wù)中的問(wèn)題；③大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程師，能根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)出行之有效的應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)加工處理、可視化等多個(gè)方面；④大數(shù)據(jù)管理工程師，要求了解大數(shù)據(jù)基本組件的架構(gòu)原理、配置，并能對(duì)這些組件進(jìn)行安裝、使用、運(yùn)維與優(yōu)化等操作[2]。不同類型的數(shù)據(jù)人才的知識(shí)能力結(jié)構(gòu)要求見(jiàn)表1。

國(guó)家信息中心發(fā)布的《2017中國(guó)大數(shù)據(jù)發(fā)展報(bào)告》明確指出，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)人才需求的崗位特征，并提供了對(duì)應(yīng)的調(diào)查數(shù)據(jù)，其中需求最為旺盛的前三類崗位是分析類、技術(shù)研發(fā)類和管理類崗位，三大類別的崗位在整個(gè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)人才需求的占比高達(dá)88.61%，同時(shí)，報(bào)告明確指出，本科學(xué)歷的人才是目前大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)人才的絕對(duì)主力軍。

表1 大數(shù)據(jù)人才與大數(shù)據(jù)知識(shí)能力要求對(duì)應(yīng)關(guān)系表

1.2 不同IT專業(yè)計(jì)算機(jī)教育的差異

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)類，因此，大數(shù)據(jù)教育要以計(jì)算機(jī)教育為基礎(chǔ)，要根據(jù)不同專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，開(kāi)展分層次模塊化的大數(shù)據(jù)課程教育。不同專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 不同IT專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育比較

1.3 大數(shù)據(jù)人才與專業(yè)的關(guān)聯(lián)

從以上數(shù)據(jù)人才的分類以及不同專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)特點(diǎn)可以看出，IT專業(yè)（計(jì)算機(jī)類/電子信息類等）畢業(yè)生朝著技術(shù)型人才方向發(fā)展，適合大數(shù)據(jù)技術(shù)研發(fā)類崗位、大數(shù)據(jù)管理類崗位；計(jì)算機(jī)/統(tǒng)計(jì)/數(shù)學(xué)等相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生適合數(shù)據(jù)分析類崗位、大數(shù)據(jù)管理類崗位；而非IT類畢業(yè)生適合大數(shù)據(jù)管理類崗位。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的大數(shù)據(jù)技術(shù)型人才主要來(lái)自IT專業(yè)畢業(yè)生，其他專業(yè)畢業(yè)生只占20%；大數(shù)據(jù)分析類崗位中，IT專業(yè)畢業(yè)生占30%，數(shù)學(xué)/統(tǒng)計(jì)/信息系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)生占50%，其他專業(yè)畢業(yè)生占20%；大數(shù)據(jù)管理類崗位中，市場(chǎng)/營(yíng)銷/貿(mào)易/經(jīng)濟(jì)/工程等非IT專業(yè)畢業(yè)生占80%，其他專業(yè)畢業(yè)生占20%。

2 分層次的大數(shù)據(jù)課程體系建設(shè)

2.1 大數(shù)據(jù)行業(yè)技能與課程的關(guān)聯(lián)矩陣

目前，大數(shù)據(jù)行業(yè)技能要求包含5個(gè)層次：①認(rèn)知能力，包括理論、技術(shù)和應(yīng)用3個(gè)層面；②基本技能，包含編程能力和數(shù)據(jù)庫(kù)操作能力；③基礎(chǔ)架構(gòu)，包含Hadoop生態(tài)體系和Spark生態(tài)體系；④業(yè)務(wù)處理，包含數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析與挖掘、數(shù)據(jù)可視化；⑤延展性技術(shù)，包括算法、商務(wù)智能。

為了培養(yǎng)上述5個(gè)層次的技能，需將大數(shù)據(jù)課程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)[3]。大數(shù)據(jù)課程與技能關(guān)聯(lián)矩陣見(jiàn)表3。

2.2 IT類專業(yè)大數(shù)據(jù)課程體系建設(shè)

1）電子信息類專業(yè)大數(shù)據(jù)課程設(shè)置。

電子信息類專業(yè)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和一定的軟件開(kāi)發(fā)能力，能基于特定硬件系統(tǒng)進(jìn)行軟件模塊開(kāi)發(fā)。為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求以及新工科建設(shè)的要求，學(xué)生還應(yīng)掌握大數(shù)據(jù)、人工智能方面的新技術(shù)。

基于電子信息類專業(yè)傳統(tǒng)的課程體系和專業(yè)特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行修訂，面向電子信息類相關(guān)專業(yè)增設(shè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用方向，課程模塊涵蓋5個(gè)層次的能力培養(yǎng)，但考慮到學(xué)時(shí)的限制，對(duì)相關(guān)課程進(jìn)行整合，主要大數(shù)據(jù)課程包括大數(shù)據(jù)導(dǎo)論、Hadoop技術(shù)與應(yīng)用，將Python程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)兩門(mén)課整合成大數(shù)據(jù)編程與應(yīng)用一門(mén)課開(kāi)設(shè)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理、商務(wù)智能方法與應(yīng)用兩門(mén)課整合成大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用一門(mén)課開(kāi)設(shè)，選修機(jī)器學(xué)習(xí)或人工智能技術(shù)與應(yīng)用一門(mén)課程。

表3 大數(shù)據(jù)課程與技能的關(guān)聯(lián)矩陣

2）傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)大數(shù)據(jù)課程設(shè)置。

面向計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)，開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用方向，課程設(shè)置涵蓋5個(gè)層次的能力培養(yǎng)，設(shè)置的大數(shù)據(jù)課程見(jiàn)表4。

表4 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)大數(shù)據(jù)課程設(shè)置

3）數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的大數(shù)據(jù)課程設(shè)置。

對(duì)于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)，開(kāi)展“大數(shù)據(jù)+”專業(yè)教育。大數(shù)據(jù)專業(yè)作為主修專業(yè)時(shí)，大數(shù)據(jù)類課程設(shè)置71學(xué)分；大數(shù)據(jù)專業(yè)作為輔修專業(yè)時(shí)，大數(shù)據(jù)類課程設(shè)置47學(xué)分。

主修核心課程：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用、Java應(yīng)用開(kāi)發(fā)、算法分析與設(shè)計(jì)、Python程序設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)分析與內(nèi)存計(jì)算、Hadoop 大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與應(yīng)用、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)、大數(shù)據(jù)處理與編程實(shí)踐、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等[5]。

金融大數(shù)據(jù)方向課程模塊（選修24學(xué)分）：數(shù)學(xué)建模、R語(yǔ)言建模與應(yīng)用、多元統(tǒng)計(jì)分析、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、金融大數(shù)據(jù)分析、區(qū)塊鏈原理與技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、商務(wù)智能方法與應(yīng)用、人工智能技術(shù)與應(yīng)用、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能人機(jī)交互、互聯(lián)網(wǎng)金融信息挖掘、社交網(wǎng)絡(luò)與輿情分析、時(shí)間序列分析、統(tǒng)計(jì)軟件與應(yīng)用、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用案例。

教育大數(shù)據(jù)方向課程模塊（選修24學(xué)分）：數(shù)學(xué)建模、R語(yǔ)言建模與應(yīng)用、多元統(tǒng)計(jì)分析、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、商務(wù)智能方法與應(yīng)用、人工智能技術(shù)與應(yīng)用、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能人機(jī)交互、社交網(wǎng)絡(luò)與輿情分析、統(tǒng)計(jì)軟件與應(yīng)用、教育學(xué)概論、教育統(tǒng)計(jì)學(xué)、教育心理學(xué)、教育管理學(xué)、教育評(píng)價(jià)學(xué)、教育經(jīng)濟(jì)學(xué)、教育大數(shù)據(jù)分析。

3 教學(xué)模式改革

新工科建設(shè)除了要求對(duì)原有工科專業(yè)的課程體系進(jìn)行改革，使之適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)要求外，更強(qiáng)調(diào)工科專業(yè)人才培養(yǎng)要聚焦解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)，這就要求對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革。

3.1 VIP教學(xué)模式

校企聯(lián)合成立VIP項(xiàng)目管理組，項(xiàng)目管理組從項(xiàng)目資源池中遴選適合的項(xiàng)目設(shè)立VIP項(xiàng)目，其教學(xué)目標(biāo)是：①以一個(gè)真實(shí)的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目為主線，循序漸進(jìn)的讓學(xué)生完成包括數(shù)據(jù)集成、分析挖掘、可視化的數(shù)據(jù)處理全過(guò)程，了解大數(shù)據(jù)行業(yè)項(xiàng)目處理的實(shí)際流程；②打造真實(shí)的工程場(chǎng)景，盡快建立學(xué)生對(duì)于學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)際工作中培養(yǎng)學(xué)生的工作素養(yǎng)與專業(yè)能力；③通過(guò)實(shí)際的大數(shù)據(jù)行業(yè)全流程項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，訓(xùn)練學(xué)生大數(shù)據(jù)思維；④學(xué)生在實(shí)踐中完成學(xué)科知識(shí)系統(tǒng)化的深入理解，具備理論與經(jīng)驗(yàn)共同導(dǎo)出行動(dòng)的能力，完成無(wú)法預(yù)測(cè)結(jié)果的任務(wù)，更深入地建立課程與實(shí)際工作場(chǎng)景的關(guān)系。具體實(shí)施步驟如下：①各專業(yè)課程的理論授課：確定課程教學(xué)內(nèi)容、方法與目的，重點(diǎn)講授關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、技術(shù)點(diǎn)；②各專業(yè)課程的實(shí)踐授課：通過(guò)不同的子項(xiàng)目覆蓋課程的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)點(diǎn)，幫助學(xué)生在實(shí)踐的過(guò)程中進(jìn)行理論的學(xué)習(xí)與深入掌握，最終通過(guò)一至兩個(gè)綜合項(xiàng)目將所有課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)、技術(shù)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，幫助學(xué)生對(duì)于課程的整體掌握；③專業(yè)實(shí)戰(zhàn)課程：讓學(xué)生分階段（環(huán)境部署——數(shù)據(jù)預(yù)處理——數(shù)據(jù)可視化）的完成項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)，建立各門(mén)獨(dú)立學(xué)科與數(shù)據(jù)處理各個(gè)關(guān)鍵階段的實(shí)際關(guān)聯(lián)；④VIP項(xiàng)目實(shí)踐：以一個(gè)真實(shí)的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目為主線，讓學(xué)生基于Xdata、Insight、Mining等行業(yè)系統(tǒng)開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，將所有學(xué)科知識(shí)以及各個(gè)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵階段全部貫穿，完整了解并掌握行業(yè)實(shí)際工作內(nèi)容與流程；⑤畢業(yè)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容：在工程師與老師指導(dǎo)下，將大學(xué)前3年所做的VIP項(xiàng)目進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)挖掘與分析，最終形成指導(dǎo)行業(yè)的大數(shù)據(jù)分析報(bào)告（包含數(shù)據(jù)采集—預(yù)處理—儲(chǔ)存—挖掘—分析—可視化）。

3.2 典型VIP實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目安排

課程學(xué)時(shí)/學(xué)分：64/4。

主要儀器設(shè)備：電腦（Windows與Linux雙系統(tǒng)）、曙光Infinity9000平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：涉及所有專業(yè)課程。

大數(shù)據(jù)VIP實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目主要內(nèi)容見(jiàn)表5。

表5 VIP實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目主要內(nèi)容

VIP教學(xué)法緊密結(jié)合學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)和主導(dǎo)學(xué)生大學(xué)階段的自我教育設(shè)計(jì)及教育過(guò)程實(shí)現(xiàn)；同時(shí)VIP項(xiàng)目的內(nèi)部管理參考企業(yè)的研發(fā)管理和團(tuán)隊(duì)管理，強(qiáng)調(diào)KPI（關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)）考核，為學(xué)生創(chuàng)造企業(yè)化工作氛圍和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)鍛煉的環(huán)境；VIP教學(xué)模式貫徹了以學(xué)生為中心的教育理念，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，其教學(xué)內(nèi)容、考核方式可根據(jù)實(shí)施效果持續(xù)改進(jìn)，滿足新工科建設(shè)的要求[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

新工科建設(shè)是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。要培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程技術(shù)人才，要求對(duì)原有IT專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行修訂。湖北大學(xué)作為教育部數(shù)據(jù)中國(guó)“百校工程”首批試點(diǎn)高校，提出了面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的新工科專業(yè)建設(shè)理念，對(duì)信息類專業(yè)課程體系進(jìn)行整體改革，針對(duì)不同專業(yè)開(kāi)設(shè)不同模塊的大數(shù)據(jù)課程，開(kāi)展分層次的大數(shù)據(jù)教育。對(duì)推進(jìn)學(xué)校一流本科專業(yè)建設(shè)，滿足社會(huì)對(duì)不同類型的大數(shù)據(jù)人才的需求，具有重要意義。下一步，學(xué)校將進(jìn)一步貫徹教育部產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的教育教學(xué)改革理念，加強(qiáng)校企混編型大數(shù)據(jù)師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)，不斷完善實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，以教育部倡導(dǎo)的八大信息類學(xué)科競(jìng)賽為引領(lǐng)，建立適合新工科人才培養(yǎng)的課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，建立基于校內(nèi)質(zhì)量監(jiān)控與校外評(píng)價(jià)反饋的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。培養(yǎng)滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代要求的學(xué)科知識(shí)交叉、工程實(shí)踐能力與人文素養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的IT類新工科人才。