新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)

付長賀, 鄧 甦

(1.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院, 呼和浩特 010070;2.沈陽師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034)

0 引 言

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)(簡稱大數(shù)據(jù)專業(yè))是國家教育部2016年新增專業(yè),旨在培養(yǎng)社會(huì)急需的具備大數(shù)據(jù)處理與分析能力的高級(jí)復(fù)合型人才。隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)積累了海量的數(shù)據(jù)資源。存儲(chǔ)方法的多樣化以及數(shù)據(jù)生成方法的重大變化催生了大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來。大數(shù)據(jù)的主要特征是海量、多樣化和快速。為了滿足大數(shù)據(jù)特性的要求,企業(yè)和社會(huì)迫切需要各種具有強(qiáng)大工程實(shí)踐、強(qiáng)大創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。這符合新工科背景下的培訓(xùn)目標(biāo)。因此,各高校應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)思想和高校自身特點(diǎn)調(diào)整課程體系。特別是現(xiàn)在人工智能技術(shù)高度發(fā)展,大數(shù)據(jù)專業(yè)更應(yīng)探索適應(yīng)時(shí)代背景的課程體系,使人才培養(yǎng)模式進(jìn)一步優(yōu)化和完善[1-2]。

1 新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)課程概述

1.1 課程目標(biāo)

根據(jù)新工科改革的要求,大數(shù)據(jù)專業(yè)課程應(yīng)根據(jù)信息技術(shù)行業(yè)和學(xué)校的具體情況,重點(diǎn)關(guān)注新工科的作用范圍并重新定義人才培養(yǎng)目標(biāo)[2-4]。主要包括:第一,應(yīng)用和復(fù)合培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)方面的工程技術(shù)人才;要求學(xué)生具有堅(jiān)強(qiáng)的品格,具有科學(xué)和人文精神以及良好的職業(yè)道德;第二,具有獨(dú)立學(xué)習(xí)、批判性思維和國際交流的能力;具有信息科學(xué)、管理科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基本知識(shí)和技能;第三,掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)所需的其他相關(guān)學(xué)科的基本理論和知識(shí);掌握大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理與分析和項(xiàng)目開發(fā)的能力。

1.2 課程架構(gòu)

數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)作為新興專業(yè),不僅帶來機(jī)遇,也帶來挑戰(zhàn),目前我國大數(shù)據(jù)高等教育課程體系存在一些問題,例如:缺乏教師、跨學(xué)科交叉、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)境薄弱[4-6]。因此,為順應(yīng)社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢,國內(nèi)大學(xué)紛紛開發(fā)了數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系,以滿足人才培養(yǎng)機(jī)制的要求。為了進(jìn)一步推動(dòng)工程教育改革和創(chuàng)新,培養(yǎng)大數(shù)據(jù)的跨學(xué)科、應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才,大數(shù)據(jù)專業(yè)課程架構(gòu)分為四個(gè)模塊:通識(shí)課程,基礎(chǔ)學(xué)科課程,專業(yè)課程,全面的培訓(xùn)課程,每個(gè)模塊的內(nèi)容是互補(bǔ)并逐步進(jìn)行的。

通識(shí)教育課程主要包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語、思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)等,可以使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和其他社會(huì)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)?；A(chǔ)學(xué)科課程主要包括統(tǒng)計(jì)學(xué)方向和計(jì)算機(jī)編程類課程,提高學(xué)生數(shù)據(jù)處理的基本理論和工具。專業(yè)課程側(cè)重于培訓(xùn)學(xué)生掌握核心知識(shí)和應(yīng)用工程。學(xué)生應(yīng)掌握專業(yè)領(lǐng)域的方法和工具,例如大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析方法等專業(yè)知識(shí),同時(shí)了解金融、醫(yī)療、娛樂、電子商務(wù)等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的背景知識(shí),為大數(shù)據(jù)綜合實(shí)踐項(xiàng)目的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)項(xiàng)目和畢業(yè)課程的廣泛實(shí)踐提高了學(xué)生的實(shí)踐技能,特別是校內(nèi)和校外的實(shí)踐培訓(xùn),可以使學(xué)生對大數(shù)據(jù)技術(shù)有廣泛的了解,完成實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)并快速融入到公司環(huán)境中[7]。

2 新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 學(xué)科交叉,教學(xué)難度大

大數(shù)據(jù)除了新興和跨學(xué)科的問題外,還有其自身的特點(diǎn)和不足之處,它們與統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科密切相關(guān),并且與其他許多以應(yīng)用和復(fù)雜性為特征的應(yīng)用學(xué)科相結(jié)合。大數(shù)據(jù)人才不僅要掌握許多相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí),還要掌握與大數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、挖掘、分析和可視化有關(guān)的新開發(fā)方法和技術(shù)系統(tǒng)知識(shí)。因此,如何根據(jù)不同的人才培養(yǎng)目標(biāo)有意義地分配和整合多學(xué)科內(nèi)容和知識(shí)系統(tǒng)是現(xiàn)有的教學(xué)問題[8-10]。

2.2 師資力量不足

盡管一些院校配備了較好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,但由于專業(yè)結(jié)構(gòu)或?qū)I(yè)的原因,許多課程的銜接不夠科學(xué),課程安排不夠,造成內(nèi)部上的諸多不便。也有很多教師從其他相關(guān)學(xué)科轉(zhuǎn)移來進(jìn)行大數(shù)據(jù)專業(yè)課程教學(xué)。這些老師對這些新興行業(yè)和公司的發(fā)展知之甚少,很難制定科學(xué)合理的專業(yè)課程體系和人才培訓(xùn)計(jì)劃,這對大數(shù)據(jù)專業(yè)的發(fā)展極為不利。

2.3 缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

通常,大數(shù)據(jù)分析是建立各種云計(jì)算平臺(tái)的重要支持。但在現(xiàn)階段,即使是在本科院校中,大數(shù)據(jù)和云計(jì)算課程在許多方面都有很大的不足,并且大多數(shù)大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)缺乏適當(dāng)?shù)挠布O(shè)備和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)的支持。這些條件對于構(gòu)建大數(shù)據(jù)專業(yè)指導(dǎo)和大數(shù)據(jù)人才培訓(xùn)體系是必不可少的。因此,缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)境是當(dāng)前大數(shù)據(jù)專業(yè)課程中存在的一個(gè)問題[7,11-12]。

3 新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的完善

3.1 重構(gòu)教學(xué)體系

首先要以技術(shù)實(shí)踐能力為核心,實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的深度融合。依靠公司的技術(shù)實(shí)踐和高校的理論研究,實(shí)現(xiàn)從學(xué)習(xí)研究到實(shí)踐的綜合統(tǒng)一。堅(jiān)持以企業(yè)需求為重心,以學(xué)生培養(yǎng)為導(dǎo)向,以學(xué)校老師為助力。其次以技術(shù)創(chuàng)新能力為核心。在基本學(xué)分制的彈性模塊上,可以將技術(shù)與科學(xué)體系進(jìn)行深度整合,實(shí)現(xiàn)通識(shí)教育與專業(yè)進(jìn)步的融合,依靠基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)現(xiàn)高度的教研融合。加強(qiáng)學(xué)術(shù)導(dǎo)師、學(xué)科競賽和創(chuàng)新基金項(xiàng)目之間的聯(lián)系,并通過依靠教、學(xué)、研系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)師生融合[13-15]。

3.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在交叉融合實(shí)踐教學(xué)體系的基礎(chǔ)上,在課堂上和課后分別建立了2條實(shí)踐教學(xué)鏈,并在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)基礎(chǔ)上,特別是隨著大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和發(fā)展,構(gòu)建了一套完整的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。以技術(shù)為目標(biāo),建立大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)課程組,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐課程之間課程內(nèi)容的相互關(guān)聯(lián)和交叉整合,以促進(jìn)大數(shù)據(jù)思維,互聯(lián)網(wǎng)思維,適用性和工程實(shí)踐。課程的教學(xué)內(nèi)容采用模塊化結(jié)構(gòu),知識(shí)點(diǎn)之間進(jìn)行層次和漸進(jìn)的鏈接,特別是通過“班級(jí)基礎(chǔ),實(shí)踐強(qiáng)化,科研管理”與開放式培訓(xùn)形式的系統(tǒng)鏈接協(xié)約,實(shí)現(xiàn)了2個(gè)實(shí)用教學(xué)鏈的分步連接[2,10]。第一,課堂實(shí)踐教學(xué)以大數(shù)據(jù)處理的整個(gè)生命周期為載體,形成了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)+項(xiàng)目模擬設(shè)計(jì)培訓(xùn)+專業(yè)實(shí)踐后培訓(xùn)的實(shí)用鏈,促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作協(xié)調(diào)融合,知行合一。第二,課外實(shí)踐指導(dǎo)以技術(shù)導(dǎo)向?yàn)檩d體,形成了項(xiàng)目導(dǎo)向分析+商業(yè)教育實(shí)踐+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競爭的發(fā)展鏈條,使學(xué)生具有跨界分析能力和工程跟蹤研究的技術(shù)擴(kuò)展和創(chuàng)新能力。

3.3 規(guī)劃實(shí)踐課程

為了制定人才培養(yǎng)計(jì)劃,首先必須了解專業(yè)人才的市場需求。因此,制定實(shí)踐課程,建立校企合作平臺(tái)非常重要。特別是在大數(shù)據(jù)等新領(lǐng)域,高校必須隨時(shí)關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài),了解企業(yè)當(dāng)前對該領(lǐng)域人才的需求,并根據(jù)企業(yè)需求制定人才培養(yǎng)計(jì)劃。這包括許多方面,例如開設(shè)課程、制定課程標(biāo)準(zhǔn)、確定教學(xué)方法、確定評估方法以及定義教學(xué)核心內(nèi)容。在這些過程中,需要與企業(yè)溝通并聽取員工的建議。而且,這些內(nèi)容在確定后并非一成不變,而是需要根據(jù)實(shí)際市場需求的變化進(jìn)行定期調(diào)整。此外,充分利用校企合作平臺(tái)還可以為該專業(yè)的學(xué)生提供更多的實(shí)習(xí)和就業(yè)機(jī)會(huì)。可以與企業(yè)合作進(jìn)行個(gè)性化實(shí)踐,并根據(jù)企業(yè)的要求全面培養(yǎng)學(xué)生。

3.4 完善教學(xué)評價(jià)

基于“專業(yè)實(shí)踐”“教學(xué)科學(xué)研究”“專業(yè)職業(yè)”的實(shí)踐教學(xué)過程設(shè)計(jì),完善科學(xué)合理的教學(xué)評估機(jī)制,這將鼓勵(lì)學(xué)生靈活地使用大數(shù)據(jù)理論,取得良好的教學(xué)效果,實(shí)現(xiàn)對評估結(jié)果的合理利用[14-15]。有必要在校內(nèi)外學(xué)生與導(dǎo)師之間建立合作的質(zhì)量評估機(jī)制,以促進(jìn)實(shí)踐培訓(xùn)不斷動(dòng)態(tài)地、長期地適應(yīng)實(shí)際的技術(shù)需求。應(yīng)建立基于“基本學(xué)分制+獎(jiǎng)勵(lì)積分制”柔性模塊的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)機(jī)制,以促進(jìn)實(shí)習(xí)生持續(xù)、長期適應(yīng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的需要。高校承擔(dān)著培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的跨學(xué)科大數(shù)據(jù)人才的責(zé)任。圍繞教學(xué)系統(tǒng)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程和教學(xué)評估的教學(xué)改革,建立科學(xué)的層次分析評價(jià)模型,如圖1所示,可以調(diào)動(dòng)師生積極性,進(jìn)一步完善教學(xué)評價(jià)工作。

圖1 層次分析法

3.5 重構(gòu)課程體系

普通高校由于自身師資、教學(xué)資源的不同,應(yīng)該制訂符合自身?xiàng)l件的課程體系及培養(yǎng)方案?？傮w來說,大數(shù)據(jù)專業(yè)可以制訂“軟”“硬”兩套側(cè)重不同的課程體系。這里的“軟”是指以python語言為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)科學(xué)路線,主要以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析模型、算法等為主,適合數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)強(qiáng)的院系;“硬”不是指硬件,而是以Java語言為主的大數(shù)據(jù)技術(shù)路線,主要學(xué)習(xí)分布式存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)倉庫等為主,適合計(jì)算機(jī)類的院系。圖2展示了兩套路線的核心課程,該圖只是展示了路線側(cè)重的課程,并不是忽略其他課程。

圖2 課程體系路線圖

4 結(jié) 論

為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的新興產(chǎn)業(yè),我國在教育改革中提出了針對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)方略,從整體上開設(shè)了針對不同領(lǐng)域的具有不同模塊的大數(shù)據(jù)課程,并引入了大數(shù)據(jù)課程分層體系促進(jìn)本科課程的發(fā)展,滿足社會(huì)對不同類型的大數(shù)據(jù)人才的需求。下一步,高校應(yīng)繼續(xù)貫徹教育部的教育教學(xué)改革理念,通過加強(qiáng)大數(shù)據(jù)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè),不斷改善實(shí)用教學(xué)平臺(tái)的開發(fā),并創(chuàng)建適合于培養(yǎng)新工科人才的課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系,以及符合自身特點(diǎn)的課程體系和人才培養(yǎng)模式。