基于大數(shù)據(jù)的智能處理類課程模塊建設(shè)研究

賈舒宜 王海鵬 唐田田 郭晨

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，高校肩負(fù)著培養(yǎng)具有實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的復(fù)合型大數(shù)據(jù)人才的重任，如何充分挖掘大數(shù)據(jù)的潛能，提供全面、有用、精煉的信息，滿足后續(xù)決策判別是大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的核心技能之一。針對(duì)智能處理類課程教學(xué)難題，從課程培養(yǎng)目標(biāo)、課程模塊設(shè)置、課程教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建四個(gè)方面提出基于大數(shù)據(jù)的智能處理類課程模塊，完成模塊內(nèi)各課程“縱向貫通、橫向關(guān)聯(lián)”的交叉融合，采用課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和以研促教的混合立體化教學(xué)方式，構(gòu)建智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，打造高層次大數(shù)據(jù)師資隊(duì)伍，對(duì)提高智能處理實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的理論、現(xiàn)實(shí)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 大數(shù)據(jù);智能處理類課程;立體化教學(xué);教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

[中圖分類號(hào)]? TP311.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）15-0196-02

一、發(fā)展現(xiàn)狀

2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》中對(duì)大數(shù)據(jù)的定義是：大數(shù)據(jù)是以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價(jià)值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合，正快速發(fā)展為對(duì)數(shù)量巨大、來(lái)源分散、格式多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)分析，從中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、創(chuàng)造新價(jià)值、提升新能力的新一代信息技術(shù)和服務(wù)業(yè)態(tài)?！按髷?shù)據(jù)”逐漸成為比石油、煤炭等更有價(jià)值的資源，將對(duì)政治軍事、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、科學(xué)研究等產(chǎn)生革命性影響。

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、人工智能等新興科技發(fā)展迅猛，全球的大數(shù)據(jù)人才處于極其稀缺狀態(tài)[1-2]，目前，國(guó)內(nèi)外許多高校，例如美國(guó)舊金山大學(xué)、英國(guó)華威大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)等紛紛開(kāi)設(shè)了大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)和智能化處理類課程，在課程體系建設(shè)、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等方面做了有益的嘗試，主要成果如下[3-6]：

（一）課程體系方面

各高校根據(jù)人才培養(yǎng)方向不同，建立了分層次的大數(shù)據(jù)課程體系，每個(gè)層次大致包含三到四大模塊，包括通識(shí)課程、基礎(chǔ)課程（核心課程）、提高課程（實(shí)踐課程），模塊間課程相輔相成，逐層遞進(jìn)。

（二）教學(xué)方法方面

由于大數(shù)據(jù)課程內(nèi)容繁多復(fù)雜，且包含大量的實(shí)踐操作，傳統(tǒng)的教學(xué)方式很難在短時(shí)間內(nèi)將所有大數(shù)據(jù)相關(guān)內(nèi)容傳授給學(xué)生，許多高校構(gòu)建了線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，既發(fā)揮了線上課程資源豐富的長(zhǎng)處，又保留了傳統(tǒng)實(shí)體課程對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)講解細(xì)致的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

（三）教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方面

一些高校以阿里云大數(shù)據(jù)平臺(tái)為核心構(gòu)建了數(shù)據(jù)挖掘課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提出了線下編程和線上操作相互結(jié)合的實(shí)踐方法，幫助學(xué)生將理論知識(shí)用于實(shí)踐。

二、現(xiàn)階段存在的主要問(wèn)題

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、人工智能等新興科技發(fā)展迅猛，對(duì)數(shù)據(jù)人才方面的需求非常大。不止中國(guó)，全球的數(shù)據(jù)人才都處于極其稀缺的狀態(tài)。所以很多高等院校都已經(jīng)開(kāi)設(shè)了大數(shù)據(jù)專業(yè)，2015年教育部開(kāi)設(shè)了“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)”，首批只有北京大學(xué)、中南大學(xué)和對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)3所學(xué)校申報(bào)成功，2017年有32所高校申報(bào)成功，2018年新增250所，2019年新增196所。根據(jù)2019年《中國(guó)新一代人工智能發(fā)展報(bào)告》，全國(guó)已有30多所高校成立了人工智能學(xué)院，75所高校自主設(shè)置了89個(gè)人工智能相關(guān)二級(jí)學(xué)科或交叉學(xué)科。多層次人工智能培養(yǎng)的格局正在成型[3、7-9]，但是目前各高校普遍存在以下問(wèn)題：

（1）現(xiàn)有智能處理類課程忽略了課程間的縱向貫通和橫向關(guān)聯(lián)，存在課程分散不成體系、基礎(chǔ)理論重復(fù)講授的問(wèn)題。（2）智能處理類課程涉及多學(xué)科交叉，教學(xué)內(nèi)容繁多復(fù)雜，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式提出了挑戰(zhàn)。（3）大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)滯后，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能在虛擬機(jī)環(huán)境下以偽分布式方式部署，學(xué)生難以體驗(yàn)到大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)法真正掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的問(wèn)題。

三、基于大數(shù)據(jù)的智能處理類課程模塊培養(yǎng)目標(biāo)

人才培養(yǎng)目標(biāo)是專業(yè)培養(yǎng)方案和課程設(shè)置的基本依據(jù)?；诖髷?shù)據(jù)的智能處理類課程模塊的培養(yǎng)目標(biāo)為：掌握數(shù)據(jù)科學(xué)的基本理論，掌握面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)、人工智能等學(xué)科基本知識(shí)，具備大數(shù)據(jù)采集、處理、分析、展示與應(yīng)用的基本能力。具體要求如下：為能夠運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維考慮本領(lǐng)域的需求，能夠搭建大數(shù)據(jù)平臺(tái)（存儲(chǔ)、計(jì)算、交互、安全等），能夠構(gòu)建人機(jī)交互軟件架構(gòu)（配置、搜索、爬取、可視化等），熟悉運(yùn)用大數(shù)據(jù)編程語(yǔ)言（Java、Phython、Scala等）和核心算法（關(guān)聯(lián)、分類、聚類、預(yù)測(cè)等），能夠熟悉用于大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的國(guó)產(chǎn)化硬件芯片（華為升騰310＼210，Atlas 200＼300等）的復(fù)合型技術(shù)人才。

四、主要采用的理論與方法

（一）建立適應(yīng)大數(shù)據(jù)能力培養(yǎng)的智能處理類課程模塊

大數(shù)據(jù)作為新興的專業(yè)，既帶來(lái)了機(jī)遇也遇到了挑戰(zhàn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大數(shù)據(jù)智能處理類課程體系存在著課程分散不成體系、基礎(chǔ)理論重復(fù)講授等問(wèn)題，因此需要在課程設(shè)置體系上做出改革。該課程模塊根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)將課程分為4個(gè)層次，如下表所示，該課程模塊結(jié)合智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以幫助學(xué)員構(gòu)建知識(shí)體系，奠定系統(tǒng)平臺(tái)管理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)員的數(shù)據(jù)智能處理能力，提升學(xué)員大數(shù)據(jù)智能處理實(shí)踐能力。

（二）采用課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和以研促教相結(jié)合的混合立體化教學(xué)方法

隨著信息技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)方法中的普及，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式提出了挑戰(zhàn)。以學(xué)生為中心的傳統(tǒng)課堂教學(xué)思想和線上線下相結(jié)合、充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等教學(xué)方式正越來(lái)越顯示出蓬勃的生機(jī)和活力[10-11]。由于大數(shù)據(jù)課程涉及比較廣的理論知識(shí)和操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，很多理論性較強(qiáng)的內(nèi)容在教學(xué)中非常容易理論和實(shí)踐脫節(jié)，在實(shí)際工作實(shí)踐中遇到相關(guān)問(wèn)題時(shí)不能聯(lián)系學(xué)過(guò)的內(nèi)容來(lái)解決問(wèn)題。

因此，可采用“基礎(chǔ)奠定、實(shí)踐強(qiáng)化、線上線下、科研引導(dǎo)”的混合立體化教學(xué)方式，利用實(shí)體課堂進(jìn)行重難點(diǎn)講解、線上課堂進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作鞏固理論知識(shí)和動(dòng)手能力，并將科研成果應(yīng)用到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)方法，這種方法可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，鼓勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)相互交流，顯著提升教學(xué)效果。

（三）構(gòu)建智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用正在開(kāi)展的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，構(gòu)建智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。借助實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)和購(gòu)置的模擬器收集各種預(yù)警探測(cè)、圖像圖片、雷達(dá)、遙感數(shù)據(jù)等，并開(kāi)發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)類人機(jī)交互平臺(tái)軟件，為大數(shù)據(jù)方面的人才培養(yǎng)提供教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（四）培養(yǎng)組建高層次大數(shù)據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)

由于大數(shù)據(jù)、人工智能是新興的專業(yè)，缺少專業(yè)化的教師團(tuán)隊(duì)，可配置、指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的專業(yè)化師資嚴(yán)重不足。結(jié)合科學(xué)研究與軍事應(yīng)用，不斷促進(jìn)科研與教學(xué)相互融合，使科研成果向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)組建一支面向智能處理人才培養(yǎng)的高層次大數(shù)據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

五、建立適應(yīng)大數(shù)據(jù)能力培養(yǎng)的智能處理類課程模塊的特點(diǎn)

（一）建立基于大數(shù)據(jù)的智能處理類課程模塊

該模塊結(jié)合專業(yè)，注重課程之間理論知識(shí)的交叉融合，緊緊抓住理論教學(xué)和實(shí)踐能力同步培養(yǎng)的內(nèi)涵，可以有效推進(jìn)智能化處理類課程模塊的改革進(jìn)程，對(duì)于其他電子信息類課程改革具有重要的借鑒和示范作用。

（二）用科研項(xiàng)目的理論和成果促進(jìn)課程模塊建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)可利用承擔(dān)的一系列大數(shù)據(jù)處理方面的科研項(xiàng)目，項(xiàng)目研究的理論、數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)成果可以應(yīng)用于智能處理類課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，以最先進(jìn)的科研成果促進(jìn)課程模塊建設(shè)，提高教學(xué)水平，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（三）構(gòu)建智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用正在開(kāi)展的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，構(gòu)建貫穿數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、預(yù)處理、分析、可視化全流程的智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為智能處理類課程教學(xué)與實(shí)踐深度結(jié)合奠定了基礎(chǔ)，顯著提升了大數(shù)據(jù)人才的崗位任職能力。

六、總結(jié)

當(dāng)前社會(huì)大數(shù)據(jù)和人工智能飛速發(fā)展，合理設(shè)置大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系和課程內(nèi)容，采用多種教學(xué)方法，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型人才是至關(guān)重要的。智能處理類課程作為新興專業(yè)理論基礎(chǔ)相關(guān)的重要課程，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法值得深入研究。本文在分析當(dāng)前形勢(shì)的基礎(chǔ)上，討論了智能處理類課程的課程培養(yǎng)目標(biāo)、課程模塊設(shè)置、課程教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建，提出了“基礎(chǔ)奠定、實(shí)踐強(qiáng)化、線上線下、科研引導(dǎo)”的混合立體化教學(xué)方式，在現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用正在開(kāi)展的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，構(gòu)建智能處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采取多項(xiàng)舉措不斷提升團(tuán)隊(duì)教學(xué)水平和國(guó)際化程度，不斷促進(jìn)科研與教學(xué)相互融合，使科研成果向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)組建一支面向智能處理人才培養(yǎng)的高層次大數(shù)據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

本文提出的基于大數(shù)據(jù)的智能處理類課程模塊培養(yǎng)的學(xué)員具有基礎(chǔ)理論扎實(shí)、適應(yīng)能力強(qiáng)、理論素質(zhì)高、操作技能過(guò)硬的特點(diǎn)，能迅速勝任第一崗位任職需要，該模塊研究成果也可在高等院校課程教學(xué)中推廣應(yīng)用。

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◎編輯 司 楠