面向?qū)W生計(jì)算思維培養(yǎng)的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)模式探究

崔琳 吳孝銀 張志偉

摘? ?要：以面向?qū)W生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)特點(diǎn)，文章探討了此專業(yè)課程體系特點(diǎn)及建設(shè)模式，從教學(xué)資料編制、教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)搭建、立體化課程資源建設(shè)和教學(xué)評(píng)價(jià)4個(gè)方面提出了改革思路，再配以混合式的教學(xué)方式和教學(xué)手段，為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè);課程體系建設(shè)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人類已經(jīng)邁入大數(shù)據(jù)時(shí)代。我國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)近年來(lái)蓬勃興起，無(wú)論是以百度、阿里、騰訊為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，還是一批正在崛起的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)企業(yè)，大數(shù)據(jù)技術(shù)已成為“互聯(lián)網(wǎng)+”與“工業(yè)4.0”時(shí)代推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要引擎。因此，大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)人才供不應(yīng)求。在此背景下，國(guó)務(wù)院《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》中指出要加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)由此順勢(shì)而生。為了使此專業(yè)培養(yǎng)出的人才能夠快速適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需求，如何建立面向?qū)W生計(jì)算思維培養(yǎng)的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系是一個(gè)非常值得研究的方向。

1? ? 大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系構(gòu)成

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合應(yīng)用型人才。所培養(yǎng)出的畢業(yè)生應(yīng)掌握自然科學(xué)和人文社科基礎(chǔ)知識(shí)、具有較為扎實(shí)的大數(shù)據(jù)理論和基礎(chǔ)知識(shí)、能夠熟練使用大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理與分析等技術(shù)進(jìn)行各行業(yè)大數(shù)據(jù)分析、處理、服務(wù)、開發(fā)工作，專業(yè)培養(yǎng)方向一般包含大數(shù)據(jù)開發(fā)和大數(shù)據(jù)分析方向。圍繞數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)方向的要求，所設(shè)置的課程體系一般包含“通識(shí)教育課程（分為必修課程和選修課程）”“基礎(chǔ)認(rèn)知課程”“大類教育課程”“專業(yè)核心課程”“專業(yè)實(shí)踐課程”“專業(yè)拓展能力培養(yǎng)課程”“雙創(chuàng)教育課程”“綜合拓展課程”。其中，在此課程體系下，主干課程包含“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及應(yīng)用”“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“數(shù)據(jù)挖掘與分析”“機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論”“大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理”“大數(shù)據(jù)平臺(tái)核心技術(shù)”“大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)”“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)及R語(yǔ)言應(yīng)用”等。

2? ? 計(jì)算思維的主要思想

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授首次提出了計(jì)算思維的概念。計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)，其具有強(qiáng)大的創(chuàng)新能力[1]。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)旨在為社會(huì)各行業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型創(chuàng)新人才，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的核心環(huán)節(jié)就是要讓學(xué)生使用計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基礎(chǔ)概念對(duì)問題進(jìn)行求解和分析，即形成計(jì)算思維。學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系，掌握數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，并通過一定的工程實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理與分析、傳輸與應(yīng)用能力，使學(xué)生具有大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用開發(fā)的初步經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)施的基本能力，具有一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求變化。在學(xué)生擁有一定能力的基礎(chǔ)上，才能更好地把計(jì)算思維方法（遞歸、抽象、分解、歸納等）融入分析問題和解決問題的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中。大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維形成是一個(gè)相互促進(jìn)和循環(huán)往復(fù)的過程，如圖1所示。

3? ? 面向?qū)W生計(jì)算思維培養(yǎng)的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設(shè)模式探究

遵循學(xué)生是整個(gè)學(xué)習(xí)過程的主體，教師主要起輔導(dǎo)和幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)代教育技術(shù)思想，認(rèn)真探究面向?qū)W生計(jì)算思維培養(yǎng)的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系應(yīng)如何構(gòu)建，主要從以下4點(diǎn)研究了大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設(shè)模式。

3.1? 教學(xué)材料編制力求達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證要求

工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生是否符合行業(yè)認(rèn)可要求的評(píng)價(jià)機(jī)制，它要求工科專業(yè)課程體系要圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成進(jìn)行設(shè)置。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)是一個(gè)新興學(xué)科，圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，要做好宏觀和微觀教學(xué)材料規(guī)范化建設(shè)。宏觀方面做好“四規(guī)劃兩標(biāo)準(zhǔn)”的研制，“四規(guī)劃兩標(biāo)準(zhǔn)”指學(xué)科專業(yè)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃、專業(yè)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展規(guī)劃、課程建設(shè)與教材發(fā)展規(guī)劃、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及課程標(biāo)準(zhǔn);微觀方面做好“三綱兩書兩冊(cè)”的編制，“三綱兩書兩冊(cè)”包括理論課程教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）課程教學(xué)大綱、實(shí)習(xí)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）指導(dǎo)書、實(shí)習(xí)指導(dǎo)書、實(shí)習(xí)過程管理手冊(cè)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程管理手冊(cè)。要強(qiáng)化規(guī)范，應(yīng)對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證的新形勢(shì)，力求做到課程與崗位能力對(duì)接、人才培養(yǎng)與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接，為建立面向?qū)W生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系打好扎實(shí)的地基[2]。

3.2? 實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)能夠滿足專業(yè)人才培養(yǎng)的需要

數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)踐性極強(qiáng)，學(xué)生的工程素養(yǎng)需要在適當(dāng)?shù)膶?shí)踐平臺(tái)上強(qiáng)化。各高校應(yīng)根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)需求和自身?xiàng)l件，從硬件與軟件兩個(gè)方面建設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)踐平臺(tái)。分布式并行大數(shù)據(jù)計(jì)算平臺(tái)和大數(shù)據(jù)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要用于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、計(jì)算與實(shí)訓(xùn)教學(xué)，是大數(shù)據(jù)專業(yè)硬件設(shè)備建設(shè)中首要考慮的平臺(tái)。在大數(shù)據(jù)軟件平臺(tái)建設(shè)中，Hadoop和Spark是并行分布式處理首選軟件。大部分大數(shù)據(jù)實(shí)踐平臺(tái)一般都有相應(yīng)用程序接口（Application Program Interface，API），供大數(shù)據(jù)專業(yè)師生完成大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)具體項(xiàng)目和二次程序開發(fā)使用?；谒罱ǖ膶?shí)踐平臺(tái)，學(xué)生能夠?qū)嵤┐髷?shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力創(chuàng)造了條件[3]。

3.3? 構(gòu)建能夠支撐混合式翻轉(zhuǎn)教學(xué)的立體化課程資源

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和校園泛在學(xué)習(xí)模式的滲透，為開展網(wǎng)上教學(xué)和基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用提供了便捷的多樣化學(xué)習(xí)環(huán)境。為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維創(chuàng)造更好的條件，在教師為主導(dǎo)和學(xué)生為主體的教育理念的指導(dǎo)下，打造集課堂資源、網(wǎng)絡(luò)線上資源、實(shí)踐教學(xué)資源為一體的立體化課程資源模式[4]。在此立體化資源支撐下，實(shí)現(xiàn)混合式翻轉(zhuǎn)教學(xué)。所構(gòu)建的課程資源方便學(xué)生在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)生也可以對(duì)一些重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解，提高學(xué)習(xí)效率，從而實(shí)現(xiàn)從傳授知識(shí)到學(xué)生思維能力培養(yǎng)的無(wú)縫結(jié)合。

3.4? 采取面向?qū)W生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的評(píng)價(jià)方式

在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的理念指導(dǎo)下，結(jié)合大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系特征，按照是否達(dá)到“技能訓(xùn)練→能力培養(yǎng)→思維形成”的要求，構(gòu)建貫穿于混合式教學(xué)每一環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)體系。除了注重對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果考核外，還要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，向?qū)W生公開所有的平時(shí)成績(jī)，在平時(shí)成績(jī)的驅(qū)動(dòng)下，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性與時(shí)效性[5]。另外，要大力加強(qiáng)教師對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的考核和監(jiān)督，教師可以根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化指導(dǎo)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

文章探討了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)新興學(xué)科專業(yè)課程體系建設(shè)的相關(guān)問題，從面向?qū)W生的計(jì)算思維培養(yǎng)角度出發(fā)，提出了基本思路與建設(shè)方案。將計(jì)算思維融合與課程體系教學(xué)實(shí)踐中，不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生形成正確的思維方法和解決問題的能力，拓展了教學(xué)的深度和廣度，對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)有著一定的參考價(jià)值。

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