通識教育背景下數(shù)據(jù)科學課程建設路徑探析

程實 周梓軒 王昭 吉凱熙

摘 要：數(shù)據(jù)人才需求日趨強烈，數(shù)據(jù)科學專業(yè)教育所培育的人才在數(shù)量上無法滿足社會需求。文章結(jié)合數(shù)據(jù)科學課程建設的必要性，依循國內(nèi)外高校數(shù)據(jù)科學課程建設研究現(xiàn)狀，在總結(jié)并借鑒優(yōu)秀經(jīng)驗的基礎上，從課程目標確立、課程模塊設置、課程體系建設、課程制度建設等四個方面，探討了面向通識教育的數(shù)據(jù)科學課程建設路徑。

關(guān)鍵詞：通識教育; 數(shù)據(jù)科學課程; 課程體系; 課程探索

中圖分類號：G642.0? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）11-043-002

為了順應大數(shù)據(jù)時代的要求，國家出臺了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，明確要求借助大數(shù)據(jù)全面助推國民經(jīng)濟發(fā)展、改善社會治理模式、提升政府服務與監(jiān)管職能。從2010年起，國內(nèi)外高校紛紛開設數(shù)據(jù)科學專業(yè)與大數(shù)據(jù)學院，國內(nèi)高等教育也從2016年起開始設置數(shù)據(jù)科學專業(yè)，以致力于培養(yǎng)具有專業(yè)素質(zhì)的數(shù)據(jù)科學人才。然而，由于高校數(shù)據(jù)教育起步晚，數(shù)據(jù)科學通識性體現(xiàn)不足，專業(yè)教育培養(yǎng)對象多聚焦于研究生群體?？梢姡瑪?shù)據(jù)教育除了要設置專業(yè)教育，更要以通識教育為導向，全面推進跨學科、交叉學科及課程體系建設。

1.數(shù)據(jù)科學課程建設的必要性

1.1大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的時代要求

現(xiàn)階段，大數(shù)據(jù)已然滲透到社會各領(lǐng)域、各行業(yè)，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展呼吁數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)，據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年大數(shù)據(jù)領(lǐng)域人才需求缺口約150萬人，且需求缺口呈逐年遞增趨勢。因此，全面推動數(shù)據(jù)科學課程建設儼然成為大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展形勢下的現(xiàn)實所需、時代所迫。

1.2國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略實施的應然選擇

2015年，為了應對大數(shù)據(jù)時代的深刻變革，十八屆五中全會明確提出全面推行“國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”，這標志著該戰(zhàn)略成功上升至國家戰(zhàn)略層面。為了配合該項戰(zhàn)略的順利實施，各大高校需要立足“人才強國”戰(zhàn)略視角，在提升數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)意識的同時，注重推進數(shù)據(jù)科學課程建設，強化校企、校校之間的合作與聯(lián)盟，通過大數(shù)據(jù)競賽、合作辦學等多元途徑，推動數(shù)據(jù)教育資源共建共享。此外，數(shù)據(jù)科學教育不應局限于計算機或統(tǒng)計學等關(guān)聯(lián)專業(yè)，而要推進通識類數(shù)據(jù)科學課程建設，為國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略及人才強國戰(zhàn)略的實施保駕護航^[1]。

1.3當代大學生素質(zhì)教育的必要支持

在實際工作領(lǐng)域，數(shù)據(jù)技術(shù)僅僅是解決問題的一種手段，真正發(fā)揮核心作用的是數(shù)據(jù)思維與創(chuàng)新能力。為了培育當代大學生的數(shù)據(jù)思維、創(chuàng)新能力等數(shù)據(jù)科學素質(zhì)，還需借助數(shù)據(jù)科學通識教育強化各學科間交叉、融合與協(xié)作。

2.國內(nèi)外數(shù)據(jù)科學課程研究現(xiàn)狀

大數(shù)據(jù)課程最早是從2011年起，在佛羅里達大學、哥倫比亞大學、加州大學伯克利分校等知名院校率先設置的。根據(jù)涉及“數(shù)據(jù)科學”或“Data Science”等字樣的課程群，可細化為三大類：其一，基于理論基礎的數(shù)據(jù)科學課程。此類課程多位于數(shù)據(jù)課程鏈的上游，鮮少涉及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)知識，多為數(shù)據(jù)科學課程教學前的知識準備，如哥倫比亞大學設置的面向數(shù)據(jù)科學講授機器學習知識的《Machine Learning for Data Science》等。其二，基于基礎理論的數(shù)據(jù)科學課程。此類課程集數(shù)據(jù)科學理論、方法、技術(shù)、工具及應用于一體，在數(shù)據(jù)科學課程鏈中居于核心地位。如紐約大學設置的講授數(shù)據(jù)科學定義、方法及應用等基本問題的《Intro to Data Science》課程。其三，基于實踐應用的數(shù)據(jù)科學課程。此類課程居于數(shù)據(jù)課程鏈的下游，指向的是學科領(lǐng)域中數(shù)據(jù)科學的應用方法論、應用實踐等，如伯克利分校設置的關(guān)于數(shù)據(jù)科學在智慧城市領(lǐng)域應用的《Data Science for Smart Cities》等^[2]。

從上述內(nèi)容可知，國外知名高校數(shù)據(jù)科學課程建設較早，課程鏈劃分也相對成熟、富有層次性。與之相比，國內(nèi)高校數(shù)據(jù)科學教育起步較晚，特別是通識教育、交叉學科發(fā)展方面毫無經(jīng)驗，多數(shù)數(shù)據(jù)科學課程均面向的是專業(yè)教育。因此，有必要面向通識教育構(gòu)建數(shù)據(jù)科學課程，以推進我國數(shù)據(jù)科學教育的發(fā)展。

3.面向通識教育的數(shù)據(jù)科學課程的建設路徑

3.1課程目標確立

通識類數(shù)據(jù)科學課程要結(jié)合高校辦學特色、不同專業(yè)特點，強化數(shù)據(jù)科學教育與專業(yè)教育的融合性、滲透性。一方面，課程目標要聚焦復合型人才培養(yǎng)，為了達到這一目標，課程整體顯示出選修課數(shù)量超出必修課的特點。其中，必修課集中在數(shù)據(jù)科學基礎理論層面，結(jié)合不同專業(yè)方向的選修課程，為各專業(yè)學生提供了充分的選擇范圍，學生可依循未來職業(yè)規(guī)劃選擇與自身職業(yè)發(fā)展最為契合的課程展開學習。選修課程多聚焦于數(shù)據(jù)分析、處理、挖掘、可視化等內(nèi)容，以此培養(yǎng)出具備數(shù)據(jù)分析、計算機編程、數(shù)據(jù)可視化等綜合能力的復合型人才。另一方面，課程目標突出跨學科培養(yǎng)的實踐性。為了滿足專業(yè)要求，通識類數(shù)據(jù)科學課程目標多聚焦于跨學科、多元化教育理念要求，綜合全面介紹大數(shù)據(jù)背景下新的技術(shù)體系，還需結(jié)合數(shù)據(jù)科學實踐性強這一突出特點，設置實踐性課程及專業(yè)實驗室，并通過案例教學、項目驅(qū)動教學等方法，使學生在真實場景下利用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決實際問題，通過實戰(zhàn)積累豐富的崗位經(jīng)驗^[3]。

3.2課程模塊設置

面向廣大大學生的通識類數(shù)據(jù)科學課程要著力培養(yǎng)學生“數(shù)據(jù)就是生產(chǎn)力”的意識，使之在專業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)中自覺運用數(shù)據(jù)思維、技術(shù)、方法、工具挖掘價值。基于此，課程要面向數(shù)據(jù)科學工作流程進行知識模塊的設置，并借助前沿應用引入關(guān)聯(lián)學科最新成果，幫助學生在工作崗位中更好地開展實踐應用。課程模塊設置如下：其一，問題描述。數(shù)據(jù)科學的應用往往并非針對專業(yè)大數(shù)據(jù)“單刀直入”式的挖掘與分析，而是在面對專業(yè)問題、明確數(shù)據(jù)分析目標、方向及需求的基礎上展開的。因此，該模塊要引導學生發(fā)現(xiàn)業(yè)務問題，思考該問題涉及領(lǐng)域知識，分析其能否轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)問題，以此培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)思維與意識。其二，數(shù)據(jù)準備。該模塊重點培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)獲取能力，依循問題需求，利用互聯(lián)網(wǎng)爬取、業(yè)務系統(tǒng)生成、設備記錄等方式獲取數(shù)據(jù)。再依循業(yè)務邏輯去除冗余、無效數(shù)據(jù)，填補缺失數(shù)據(jù)，最終獲取可供分析的標準化數(shù)據(jù)。其三，數(shù)據(jù)探索。該模塊利用統(tǒng)計學、圖形化方式考察數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)統(tǒng)計學特征及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，并在數(shù)據(jù)可視化的支持下提供數(shù)據(jù)概覽，探索有意義的模式。其四，預測建模。結(jié)合分析目標判斷問題類型，如分類預測、描述性或關(guān)聯(lián)性分析問題，結(jié)合問題類別選擇以統(tǒng)計學或機器學習等方式構(gòu)建模型。其五，數(shù)據(jù)可視化。將分析結(jié)果采用報表、二維圖、信息圖等多元方式予以展示，培養(yǎng)學生“數(shù)據(jù)說話”能力及圖表表達能力。其六，數(shù)據(jù)解決方案。使學生自行闡釋結(jié)果，獲取數(shù)據(jù)解決方案，并在此基礎上考慮業(yè)務問題，提出有針對性的解決方案^[4]。

3.3課程體系建設

通識類數(shù)據(jù)科學課程體系建設要圍繞國家戰(zhàn)略需求、行業(yè)發(fā)展趨勢及高校專業(yè)特點展開，在課程規(guī)劃設計中要夯實數(shù)學基礎，強化通識教育，加強理論學習與技術(shù)實踐，構(gòu)建面向基礎、面向能力、面向領(lǐng)域的課程體系。其一，基礎課與通識課。由于數(shù)據(jù)科學的核心在于統(tǒng)計整合，因此，基礎類課程要覆蓋數(shù)學、統(tǒng)計相關(guān)課程，設置通識教育學分。其二，面向基礎的專業(yè)必修課。此類課程涉及兩大模塊，即統(tǒng)計分析模塊、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘模塊，前者涉及統(tǒng)計學導論、統(tǒng)計建模、數(shù)據(jù)分析等課程;后者包括數(shù)據(jù)科學導論、大數(shù)據(jù)技術(shù)應用、大數(shù)據(jù)新技術(shù)專題等課程。其三，面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的專業(yè)選修課程。此類課程集中指向大數(shù)據(jù)技術(shù)在計算機、廣告、位置服務、智慧城市、社會計算等典型領(lǐng)域的應用，方便不同專業(yè)學生依循專業(yè)應用背景自由選擇選修課，獲取針對性的技術(shù)應用學習。其四，面向能力的實踐課程。數(shù)據(jù)科學課程實踐性極強，為了提高學生技能應用水平，要求高校針對不同專業(yè)設置不同層次的大數(shù)據(jù)實踐課程，設置一定的課內(nèi)實踐學時，并依托虛擬仿真實驗教學平臺、計算機實驗教學中心等，為學生實踐課程提供良好的環(huán)境。其五，問題驅(qū)動的畢業(yè)設計。為了深化數(shù)據(jù)科學課程與專業(yè)課程的融合，提高學生綜合利用所學知識、獨立解決實際問題的能力，數(shù)據(jù)科學課程體系還需增設問題驅(qū)動的畢業(yè)設計內(nèi)容，由責任導師負責審核畢業(yè)設計題目，并將審核合格的題目開放給學生，由學生自由選擇題目，運用數(shù)據(jù)思維、理論、方法、工具解決問題^[5]。

3.4課程制度建設

面向通識教育的數(shù)據(jù)科學本科學制涉及全日制、非全日制兩種類型，高?？山梃b國內(nèi)外高校優(yōu)秀經(jīng)驗及專業(yè)特點調(diào)整學位年限，效仿加州大學伯克利分校增設非全日制在線課程。針對數(shù)據(jù)科學專業(yè)的培養(yǎng)途徑，除了傳統(tǒng)學位教育，還要增加認證學習的人才培養(yǎng)方式，提供CAS數(shù)據(jù)科學高級研究認證，并將該認證作為學位課程的一部分。與此同時，高校除了要提供校內(nèi)授課，還應積極探索在線網(wǎng)絡課程，利用遠程教育方式拓展數(shù)據(jù)科學教育機會及教學質(zhì)量，確保課程制度的靈活性。除此以外，高校要構(gòu)建課程考核機制，除了終結(jié)性考試以外，還要增加專業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)實踐、大作業(yè)等考核形式，重點考察學生對數(shù)據(jù)科學知識的掌握程度、運用所學知識解決復雜問題的能力^[6]。

基金項目：教育部協(xié)同育人項目（編號：202101189001）中國交通教育研究會 2020-2022年度交通教育科學研究課題（編號：JTYB20-42）

參考文獻：

[1]宋暉，劉曉強，杜明，王洪亞.大學計算機基礎類數(shù)據(jù)科學課程的探索與實踐[J]計算機教育，2019（09）：88-91

[2]王國仁，金福生，劉馳，王樹良.面向國際化的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設[J]中國大學教學，2018（12）：43-45+51

[3]覃雄派，陳躍國，李翠平，柴云鵬，徐君，文繼榮，杜小勇.“數(shù)據(jù)科學”課程群與“數(shù)據(jù)科學導論”課程建設初探[J]大數(shù)據(jù)，2018，4（06）：19-28

[4]蘇日娜，楊沁.LIS學科中數(shù)據(jù)科學課程體系設置研究——以iSchools高校課程調(diào)研為中心[J]圖書館論壇，2019，39（04）：40-49

[5]朝樂門，楊燦軍，王盛杰，趙俊鵬，許夢甜.全球數(shù)據(jù)科學課程建設現(xiàn)狀的實證分析[J]數(shù)據(jù)分析與知識發(fā)現(xiàn)，2017，1（06）：12-21

[6]徐昊，秦玥，黃嵐.面向通識教育的數(shù)據(jù)科學課程建設[J]計算機教育，2016（08）：158-162

第一作者簡介：程實，男，高級實驗師，碩士生導師，研究方向為智能計算、虛擬現(xiàn)實。通訊作者簡介：吉凱熙，男，講師，研究方向為新媒體研究。