工程教育專業(yè)認(rèn)證下數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)Python數(shù)據(jù)分析及可視化課程大綱

楊菲菲　王娟　張?jiān)?/p>

摘要：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)屬于新工科專業(yè)，從人才培養(yǎng)方案到課程實(shí)施勢(shì)必要考慮工程教育專業(yè)認(rèn)證。本文主要探討基于工程教育認(rèn)證的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)中的專業(yè)核心課Python數(shù)據(jù)分析及可視化課程的課程大綱，為后期該專業(yè)其他類似課程的教學(xué)大綱的撰寫提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;Python數(shù)據(jù)分析及可視化;課程大綱

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

文章編號(hào)：1009-3044（2021）03-0033-04

Abstract： Data science and big data technology belong to the new engineering specialty. It is necessary to consider engineering education certification from talent training program to curriculum implementation.This paper mainly discusses the syllabus of Python data analysis and visualization course， which is the core course of data science and big data technology specialty based on engineering education certification， so as to provide reference for the writing of teaching syllabus of other similar courses in this major.

Keywords： Engineering Education Certification; Python data analysis and visualization; Syllabus

1 引言

針對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證下課程教學(xué)大綱的構(gòu)建已經(jīng)有很多學(xué)者從不同專業(yè)進(jìn)行了研究。武漢工程大學(xué)的王凱等基于工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)化課程教學(xué)大綱，將教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、考核說(shuō)明及課程教學(xué)評(píng)價(jià)、課程持續(xù)改進(jìn)等內(nèi)容與工程教育專業(yè)認(rèn)證中的畢業(yè)要求與課程體系達(dá)成度相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，建立了可以量化的課程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并有效地完善和豐富了教學(xué)大綱的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，以期達(dá)到均一性的課程教學(xué)質(zhì)量[1]。天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的穆浩志等人根據(jù)機(jī)械類工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合天津區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求和天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)特色，對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求，以“工程制圖”課程為例，闡述構(gòu)建畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)與課程對(duì)應(yīng)矩陣，開展指標(biāo)點(diǎn)與教學(xué)內(nèi)容相融合的教學(xué)大綱改革[2]。浙江科技學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院的曹宇春以土木工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程大綱修訂為例， 探討如何基于專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)從畢業(yè)要求、課程目標(biāo)及達(dá)成度評(píng)價(jià)等方面對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行全方位的改革[3]。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)目前沒(méi)有啟動(dòng)工程教育專業(yè)認(rèn)證，但是進(jìn)行工程教育專業(yè)認(rèn)證是必然。因?yàn)閷I(yè)新，課程新，對(duì)于這方面的研究還比較少。本文主要針對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)目標(biāo)與Python數(shù)據(jù)分析及可視化課程的課程教學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系、課程教學(xué)內(nèi)容、課程目標(biāo)的達(dá)成評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，進(jìn)而完成符合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的課程大綱，對(duì)其他高校數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的該課程以及后續(xù)其他的專業(yè)課程的教育大綱的編寫提供借鑒意義。

2工程教育認(rèn)證對(duì)大綱的基本要求

工程教育專業(yè)認(rèn)證教育理念的核心是以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，堅(jiān)持持續(xù)改進(jìn)。認(rèn)證過(guò)程是把培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求作為評(píng)價(jià)學(xué)生是否合格的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)工科類專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，其能力是否達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的要求。在專業(yè)認(rèn)證系統(tǒng)中，通過(guò)課程體系完成對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。課程體系由一門門課程來(lái)組成，每個(gè)畢業(yè)目標(biāo)的達(dá)成需要若干門課程來(lái)支撐，培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成需要支撐的每門課的順利實(shí)施，課程能夠順利實(shí)施，需要從源頭上設(shè)計(jì)好教學(xué)大綱。

2.1 教學(xué)大綱課程目標(biāo)明確可衡量

工程教育認(rèn)證遵循OBE理念，以目標(biāo)為導(dǎo)向，評(píng)價(jià)學(xué)生是否合格的標(biāo)準(zhǔn)是培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的達(dá)成情況。所以在大綱中必須一是要有詳細(xì)的課程目標(biāo)，而是必須要有詳細(xì)針對(duì)課程目標(biāo)可以衡量的評(píng)價(jià)體系。在人才培養(yǎng)方案中按照工程認(rèn)證的12條標(biāo)準(zhǔn)逐條分解畢業(yè)要求，畢業(yè)要求再分解為若干門課程的課程目標(biāo)，建立課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)矩陣。課程目標(biāo)確立后，考核目標(biāo)，考核方式，考核環(huán)節(jié)都需要與明確的課程目標(biāo)相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而與畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

2.2 教學(xué)大綱注重以學(xué)生為中心

在工程教育專業(yè)認(rèn)證中，以學(xué)生為中心，注重學(xué)生學(xué)到了什么，而不是教師教了什么。大綱的制定應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為中心，整體考慮學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握該門課程時(shí)所需花費(fèi)的課時(shí)，如預(yù)習(xí)時(shí)間、復(fù)習(xí)時(shí)間、作業(yè)時(shí)間等，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排，同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生以通過(guò)教學(xué)大綱了解學(xué)習(xí)該課程后，能夠達(dá)到什么樣的總體目標(biāo)和所能具備什么樣的知識(shí)、素質(zhì)和能力。

2.3 教學(xué)大綱的持續(xù)改進(jìn)

編寫好的教學(xué)大綱在執(zhí)行過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容是否能夠滿足學(xué)生知識(shí)和能力的要求，教學(xué)課時(shí)是否安排合理，考核環(huán)節(jié)是否能夠真正考核學(xué)生的能力等都需要通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，教學(xué)大綱在教學(xué)內(nèi)容，課時(shí)安排等都需要不斷修訂，所以在大綱中應(yīng)該有修訂的記錄，符合工程教育專業(yè)認(rèn)證中的持續(xù)改進(jìn)。

3 Python數(shù)據(jù)分析及可視化課程教學(xué)大綱

3.1 課程基本信息

課程基本信息如表1所示。該課程屬于大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)必修課程，根據(jù)每個(gè)學(xué)校的課程體系設(shè)置不同，該課程的學(xué)分課時(shí)有可能不同。鑒于該課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，在我校進(jìn)行課程設(shè)置及教學(xué)中全部機(jī)房授課，安排為實(shí)踐課程，2學(xué)分，總學(xué)時(shí)為64課時(shí)。

3.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求

3.2.1 課程目標(biāo)

《Python數(shù)據(jù)分析及可視化》是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)分析的基本流程，學(xué)會(huì)使用Python庫(kù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化，理論與實(shí)踐相結(jié)合，為將來(lái)從事數(shù)據(jù)分析工作打下良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)本課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，達(dá)到如下目標(biāo)：

（1）知識(shí)目標(biāo)

①了解數(shù)據(jù)分析的基本概念，掌握數(shù)據(jù)分析的基本流程;

②掌握數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘的基本的集成化開發(fā)工具;

③掌握Numpy數(shù)值計(jì)算的知識(shí);

④掌握Pandas數(shù)據(jù)預(yù)處理的知識(shí);

⑤掌握Pandas統(tǒng)計(jì)分析的知識(shí);

⑥掌握使用Matplotlib進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的相關(guān)知識(shí)。

（2）能力目標(biāo)

①具備能夠針對(duì)大數(shù)據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘的流程設(shè)計(jì)的能力;

②具備使用Numpy進(jìn)行數(shù)值計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析的能力;

③具備使用Pandas進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理的能力;

④具備使用Pandas進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力;

⑤具備使用Matplotlib進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)

①能夠在解決大數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)工程問(wèn)題中考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素;

②能夠在大數(shù)據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題中履行職業(yè)道德規(guī)范;

③能夠在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作中承擔(dān)不同團(tuán)隊(duì)角色，與其他成員之間有效溝通和協(xié)作;

④能夠就大數(shù)據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題撰寫報(bào)告，與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通。

3.2.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，分解指標(biāo)點(diǎn)，得到相應(yīng)的課程目標(biāo)。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

3.3教學(xué)基本內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

根據(jù)課程目標(biāo)的要求設(shè)計(jì)課程基本的教學(xué)要求，以學(xué)生為中心考慮學(xué)時(shí)安排，最終設(shè)計(jì)如表3所示。

3.4教學(xué)方法與手段

（1）該課程屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，所以在教學(xué)過(guò)程中以提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力為主要目標(biāo)。在課程安排上，全部安排在機(jī)房授課，教師講授方式為邊講邊練習(xí)，避免了在課堂中只講不練習(xí)的弊端。

（2）以學(xué)生為中心，實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，以項(xiàng)目推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容，將所講述的內(nèi)容穿插于項(xiàng)目中，以學(xué)生為中心，提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。

（3）成立學(xué)習(xí)小組。學(xué)生按照3-4人組建團(tuán)隊(duì)，完成綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，形成競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（4）教學(xué)中注重評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)結(jié)果導(dǎo)向。在工程認(rèn)證下，注重學(xué)生知識(shí)的掌握情況，在每堂課上課之前進(jìn)行測(cè)試，查看學(xué)生預(yù)習(xí)情況，下節(jié)課上課之前再對(duì)此部分內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，記錄成績(jī)最高的一次。

3.5課程目標(biāo)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)

為了考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，每個(gè)課程目標(biāo)都需要有對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以O(shè)BE理念設(shè)計(jì)目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，課程目標(biāo)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示。

3.6考核要求及成績(jī)?cè)u(píng)定方法

（1）考核要求

該課程為大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)的核心課程，考核方式為考試。根據(jù)課程的性質(zhì)，該課程主要考查學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，所以應(yīng)該為上機(jī)考試。

（2）成績(jī)?cè)u(píng)定方法

總評(píng)成績(jī)=平時(shí)成績(jī)*40%+期末成績(jī)*60%

成績(jī)?cè)u(píng)定要包括過(guò)程評(píng)價(jià)，主要包含隨堂測(cè)試、實(shí)踐報(bào)告、綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，課堂考勤等。

平時(shí)成績(jī)=隨堂測(cè)試*20% + 實(shí)踐報(bào)告*20%+綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)*40%+課堂考勤*10%。

期末考試的內(nèi)容及題型要與課程目標(biāo)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，出題標(biāo)準(zhǔn)如表5所示：

4 結(jié)束語(yǔ)

人才培養(yǎng)方案確定后，課程教學(xué)是落實(shí)人才培養(yǎng)的最重要的過(guò)程，課程教學(xué)大綱是實(shí)施課程教學(xué)的第一步，特別是在工程教育專業(yè)認(rèn)證下，教學(xué)大綱向上對(duì)接畢業(yè)目標(biāo)，向下對(duì)接目標(biāo)達(dá)成，起著承上啟下的橋梁作用。對(duì)于工程教育認(rèn)證下的大綱標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較成熟，本文主要對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的新課程Python數(shù)據(jù)分析及可視化課程的課程目標(biāo)、課程目標(biāo)與畢業(yè)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、課程內(nèi)容、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究，同時(shí)在后期根據(jù)實(shí)施過(guò)程還要進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王凱，張秀蘭，侯敏，等.基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化課程教學(xué)大綱——以武漢工程大學(xué)化學(xué)制藥工藝學(xué)課程大綱為例[J].化工高等教育，2016，33（5）：6-11.

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【通聯(lián)編輯：王力】