基于中興ICT 平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新實(shí)踐

李鴻健，段小林，鄒洋，吳思遠(yuǎn)

（重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶400065）

0 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量都在以指數(shù)的規(guī)模增長(zhǎng)，大量的數(shù)據(jù)需要及時(shí)進(jìn)行過(guò)濾和處理。例如中國(guó)數(shù)據(jù)總量正以年均50%的速度增長(zhǎng)，正在成為真正的數(shù)據(jù)資源大國(guó)。云計(jì)算以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力和日益成熟的體系架構(gòu)為這龐大的數(shù)據(jù)處理提供支撐。大數(shù)據(jù)的管理和處理能力成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代IT 發(fā)展的關(guān)鍵，獲得大量的實(shí)際數(shù)據(jù)并具備動(dòng)態(tài)有效的數(shù)據(jù)處理能力，將成為IT 行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，對(duì)大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)人才產(chǎn)生了巨大的需求[1]。對(duì)大數(shù)據(jù)從業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)要求也越來(lái)越高，包括對(duì)大數(shù)據(jù)的管理和分析能力。在國(guó)內(nèi)，幾乎各行各業(yè)包括政府?dāng)?shù)據(jù)中心對(duì)大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)人員都有巨大需求。尤其是互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)專(zhuān)業(yè)人才有更加迫切的需求。因此，國(guó)內(nèi)高校的大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)也迅速發(fā)展以適應(yīng)人才市場(chǎng)的需求，然而當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)仍然存在多種不足，例如與市場(chǎng)需求脫節(jié)，輕實(shí)踐重理論等，對(duì)企業(yè)領(lǐng)域高新技術(shù)知識(shí)更新緩慢，滯后的教育體系無(wú)法完全支持大數(shù)據(jù)變化的行業(yè)對(duì)人才的需求[2]。在這種背景下，在此背景下，依托中興ICT 平臺(tái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新實(shí)踐，培養(yǎng)熟練掌握大數(shù)據(jù)技能包括數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、挖掘與分析等經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人才具有重要意義。

1 背景與問(wèn)題分析

1.1 背景

教育部高度重視高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育活動(dòng)的開(kāi)展，堅(jiān)持強(qiáng)基礎(chǔ)、搭平臺(tái)、重引導(dǎo)的原則，打造良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)境，優(yōu)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的制度和服務(wù)環(huán)境，營(yíng)造鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的校園文化環(huán)境，著力構(gòu)建全覆蓋、分層次、有體系的高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系[3]。

“教育部-中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地”是教育部與中興通訊股份有限公司深入推進(jìn)產(chǎn)教融合與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的重要舉措[4]。根據(jù)協(xié)議，中興通訊將為每個(gè)創(chuàng)新基地捐贈(zèng)價(jià)值500 萬(wàn)元設(shè)備，免費(fèi)對(duì)相關(guān)教師進(jìn)行科研能力培訓(xùn)?；貙⒂芍信d通訊派專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)與合作院校聯(lián)合制定人才培養(yǎng)方案、聯(lián)合開(kāi)發(fā)教材、共建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、聯(lián)合教學(xué)、聯(lián)合開(kāi)發(fā)教學(xué)資源庫(kù)、提供就業(yè)支持。我校在第二屆產(chǎn)教融合發(fā)展戰(zhàn)略國(guó)際論壇上獲批“教育部-中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地”項(xiàng)目，借助中興公司提供的軟硬件平臺(tái)支撐，數(shù)據(jù)支撐，技術(shù)培訓(xùn)支撐等研究和構(gòu)建校企結(jié)合的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。目前中心ICT 基地云計(jì)算中心已經(jīng)建成，依托云計(jì)算中心開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐是目前最緊迫的工作。

1.2 現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

目前高校的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多條件限制，不能滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代行業(yè)發(fā)展需求，與企業(yè)需求出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié)，影響了合格的大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)質(zhì)量[5]，與企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力迫在眉睫[6]。目前存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)與企業(yè)需求脫節(jié)。高校的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于條件限制，目前的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往還是處于了解基本概念階段，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主。如果不與企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合，無(wú)法開(kāi)發(fā)真實(shí)的大數(shù)據(jù)分析案例作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目孤立不成體系。由于大數(shù)據(jù)分析需要軟硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)作為支撐，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也只涉及孤立的大數(shù)據(jù)的分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)從采集，傳輸，存儲(chǔ)到分析的完整過(guò)程。

（3）師資培訓(xùn)有待加強(qiáng)。大數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，高校教師主要以科研和教學(xué)為主，參與企業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)的機(jī)會(huì)較少，僅靠短暫培訓(xùn)也難以滿足需求，迫切需要企業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，掌握實(shí)際的經(jīng)典大數(shù)據(jù)分析案例，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，有利于培養(yǎng)合格的大數(shù)據(jù)人才。

（4）中興ICT 平臺(tái)資源未充分利用與學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐缺乏實(shí)驗(yàn)條件并存。由于廣大教師對(duì)ICT 基地中的平臺(tái)和設(shè)備資源并不熟悉，導(dǎo)致教師習(xí)慣于采用原來(lái)的教學(xué)方式和教學(xué)資源開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐。一方面中興云平臺(tái)存在大量閑置資源沒(méi)有被充分利用；另一方面目前許多創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目由于沒(méi)有平臺(tái)支撐缺乏實(shí)驗(yàn)條件，盡管目前許多創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目具有創(chuàng)新意義和前沿研究?jī)r(jià)值，然而由于沒(méi)有平臺(tái)可以依托，缺乏具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這類(lèi)項(xiàng)目對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新看似很有意義，然而由于缺少實(shí)驗(yàn)環(huán)境導(dǎo)致實(shí)踐創(chuàng)新可行性差。

（5）創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目缺乏有效管理。目前的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目缺乏統(tǒng)一管理，教師在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力時(shí)，選題主要來(lái)源于以往的實(shí)踐項(xiàng)目，科研項(xiàng)目中的一部分，以往的科技競(jìng)賽項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目差異性較大，學(xué)生開(kāi)展這些創(chuàng)新項(xiàng)目的狀況也沒(méi)有得到收集和反饋，不利于形成創(chuàng)新能力培養(yǎng)的長(zhǎng)效機(jī)制和模式。因此，創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)建設(shè)有利于對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理。

2 基于ICT平臺(tái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)

依托“教育部-中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地”，中興通訊公司為我校提供從采集，傳輸，存儲(chǔ)到分析的完整的平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)整合層（采集和傳輸）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層等。平臺(tái)框架如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)框架圖

2.2 大數(shù)據(jù)案例開(kāi)發(fā)

依托中興ICT 大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中引入中興通訊公司真實(shí)的經(jīng)典分析案例，與中興通訊公司技術(shù)人員一起開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求和行業(yè)前沿，并考慮本校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。

依托中興通訊公司可將經(jīng)典案例轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，典型案例介紹如下：

（1）電信網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)大數(shù)據(jù)分析

目前電信網(wǎng)絡(luò)為了給不同用戶提供不同層次的服務(wù)，每天會(huì)產(chǎn)生TB 甚至PB 級(jí)別的多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高效融合及實(shí)時(shí)處理，需要解決多源、動(dòng)態(tài)、海量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的實(shí)時(shí)性響應(yīng)需求與計(jì)算性能瓶頸等問(wèn)題。利用海量信息處理平臺(tái)具有自適應(yīng)資源調(diào)度和快速部署的特性，充分發(fā)揮分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性，研發(fā)電信企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、業(yè)務(wù)支撐等應(yīng)用示范，產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）大數(shù)據(jù)分析高校就業(yè)

近年來(lái)，隨著高校的擴(kuò)招，如何做好畢業(yè)生的就業(yè)指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生更好地就業(yè)，引起了社會(huì)各方面的廣泛關(guān)注。隨著教育信息化進(jìn)程的推進(jìn)，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于高校畢業(yè)生就業(yè)指導(dǎo)工作，從大量的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏的、有用的知識(shí)來(lái)指導(dǎo)畢業(yè)生少走彎路，實(shí)現(xiàn)更快更好的就業(yè)，成為一個(gè)值得研究的課題。畢業(yè)生人數(shù)的增加以及高校學(xué)生管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，積累了大量的畢業(yè)生就業(yè)信息數(shù)據(jù)，這就為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用提供了前提。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，就會(huì)挖掘出一些有用的數(shù)據(jù)，探討學(xué)生的就業(yè)與學(xué)生的專(zhuān)業(yè)成績(jī)、英語(yǔ)成績(jī)、社會(huì)任職之間有無(wú)必然的聯(lián)系，從而有助于學(xué)校加強(qiáng)對(duì)學(xué)生就業(yè)指導(dǎo)的針對(duì)性，更好地進(jìn)行畢業(yè)生就業(yè)工作，提高學(xué)生就業(yè)率。

3 基于ICT平臺(tái)建設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)

依托中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地云計(jì)算中心，建設(shè)完成包含100 項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的項(xiàng)目庫(kù)，項(xiàng)目庫(kù)對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目類(lèi)型、項(xiàng)目?jī)?nèi)容、能力要求、預(yù)期效果等都進(jìn)行了詳細(xì)描述。這些項(xiàng)目作為師生選擇作為創(chuàng)新計(jì)劃、學(xué)科競(jìng)賽課程設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的選題。

（1）數(shù)據(jù)感知類(lèi)項(xiàng)目。中興通訊公司為我校提供從采集，傳輸，存儲(chǔ)到分析的完整的平臺(tái)。而數(shù)據(jù)感知依托于數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，位于整個(gè)平臺(tái)的第一部分。數(shù)據(jù)感知類(lèi)項(xiàng)目主要包括數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、ZigBee 無(wú)線傳感網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等共14 個(gè)項(xiàng)目。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸類(lèi)項(xiàng)目。網(wǎng)絡(luò)傳輸類(lèi)項(xiàng)目處于中興ICT 整個(gè)平臺(tái)的第二部分，主要包含異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)管理與優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)安全、移動(dòng)App 開(kāi)發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等29 個(gè)項(xiàng)目。

（3）云計(jì)算類(lèi)項(xiàng)目。云計(jì)算類(lèi)項(xiàng)目包含虛擬化技術(shù)、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)、云計(jì)算與云安全、應(yīng)用性能監(jiān)控云數(shù)據(jù)中心優(yōu)化、面向服務(wù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)、云計(jì)算行業(yè)應(yīng)用解決方案等共26 個(gè)項(xiàng)目。

（4）大數(shù)據(jù)分析類(lèi)項(xiàng)目。大數(shù)據(jù)分析類(lèi)項(xiàng)目包括海量數(shù)據(jù)挖掘、復(fù)雜數(shù)據(jù)建模、深度學(xué)習(xí)、行業(yè)大數(shù)據(jù)分析等項(xiàng)目21 項(xiàng)。依托中興ICT 大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中引入中興通訊公司真實(shí)的經(jīng)典分析案例，與中興通訊公司技術(shù)人員一起開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，實(shí)踐項(xiàng)目緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求和行業(yè)前沿，并考慮本校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。

（5）數(shù)據(jù)可視化類(lèi)項(xiàng)目。數(shù)據(jù)可視化類(lèi)項(xiàng)目包含可視化管理、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與可視化等項(xiàng)目共10 項(xiàng)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)及效果

依托中興ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地云計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并進(jìn)一步建設(shè)完成包含創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的項(xiàng)目庫(kù)。我們將上述建設(shè)成果用于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。

利用平臺(tái)完善本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。由于大數(shù)據(jù)管理和分析能力的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)和能力要求較高，依托中興軟硬件平臺(tái)建設(shè)的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)不同基礎(chǔ)不同專(zhuān)業(yè)能力的學(xué)生。再實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用分層分類(lèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)，工程實(shí)訓(xùn)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)拓展等層次的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滿足計(jì)算機(jī)不同專(zhuān)業(yè)不同層次學(xué)生能力的訓(xùn)練。

將中興ICT 軟硬件資源引入到大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這些平臺(tái)包括：MOA 平臺(tái)、IESB 平臺(tái)、虛擬化平臺(tái)IECS、資源池管理平臺(tái)IROS、云桌面ZXCLOUD、SOA平臺(tái)等。首先由中興公司為實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行項(xiàng)目培訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)教師充分吸收后對(duì)平臺(tái)項(xiàng)目進(jìn)行提煉簡(jiǎn)化，形成教學(xué)可用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

依托中興ICT 平臺(tái)進(jìn)行的上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，近年來(lái)，本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在《云計(jì)算與大數(shù)據(jù)綜合實(shí)踐》等核心課程中取得了顯著的教學(xué)效果，如表1 所示，通過(guò)教學(xué)改革，該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果逐年提升。

表1 計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)《云計(jì)算與大數(shù)據(jù)綜合實(shí)踐》課程成績(jī)分析

5 結(jié)語(yǔ)

依托ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)，為大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了平臺(tái)支撐，探索大數(shù)據(jù)從采集、傳輸、存儲(chǔ)到分析的完整的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中引入中興通訊公司真實(shí)的經(jīng)典分析案例，適應(yīng)計(jì)算機(jī)各專(zhuān)業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求。同時(shí)依托中興ICT 平臺(tái)建設(shè)了創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)，對(duì)項(xiàng)目庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，更新和淘汰等管理。該項(xiàng)目的建設(shè)有利于充分發(fā)揮中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地現(xiàn)有資源為學(xué)生提供更好的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境。