數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實驗實踐教學(xué)探析

李方東

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，合肥 230036)

1 實踐教學(xué)現(xiàn)狀

(1)大數(shù)據(jù)技術(shù)涵蓋了眾多學(xué)科的理論和知識，包括計算機(jī)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、物理、信息和云計算等。大數(shù)據(jù)技術(shù)融合多學(xué)科理論和多專業(yè)技術(shù)知識，應(yīng)用范圍廣泛，交叉學(xué)科能力非常強(qiáng)。其中云計算作為一個非常成熟的大數(shù)據(jù)分析平臺，動態(tài)調(diào)度各個計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，同時具有很多以前分析平臺所不具備的能力，云計算具備冗余配置可靠性，可以整合不同性能的硬件，性價比高，可以按需求分配，合理利用計算存儲資源，有效避免資源的閑置和浪費。

(2)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)中，理論教學(xué)學(xué)習(xí)各種基礎(chǔ)計算機(jī)、數(shù)學(xué)統(tǒng)計知識、數(shù)據(jù)科學(xué)的模型[1]，專業(yè)教學(xué)學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)概念、形式、方法，在當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的各類平臺層出不窮，計算模型更是多種多樣，為了應(yīng)對數(shù)據(jù)的爆炸式增長，算法方法更新升級也越來越快?，F(xiàn)在各高校普遍在大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)上無經(jīng)驗可循[2]，大部分都在探索階段，這在一定程度上就要求理論學(xué)習(xí)和專業(yè)實驗實習(xí)實踐教學(xué)要及時地根據(jù)新形勢新方法進(jìn)行設(shè)定。實驗實踐教學(xué)能緊跟時代步伐，就要建設(shè)好教學(xué)的平臺和實驗實踐內(nèi)容。校外各種大數(shù)據(jù)相關(guān)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)良莠不齊，其中不乏有高質(zhì)量的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，可以考慮從中學(xué)習(xí)合適的實驗教學(xué)經(jīng)驗。

2 平臺建設(shè)

(1)大數(shù)據(jù)是一個數(shù)據(jù)集合的術(shù)語，只指一種數(shù)據(jù)集合，它的大小超出了當(dāng)前常用的軟件工具在可接受的運行時間內(nèi)進(jìn)行管理和處理。數(shù)據(jù)量的龐大、種類繁多、來源豐富、價值低是大數(shù)據(jù)的特點，其中大數(shù)據(jù)的價值主要體現(xiàn)在對大數(shù)據(jù)集合的處理的效率上[3]。大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)從當(dāng)前的基本平臺架設(shè)逐漸過渡到側(cè)重大數(shù)據(jù)分析、云計算、云數(shù)據(jù)庫、各種數(shù)據(jù)安全管理等。越來越多的人著眼于研究大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等利用大數(shù)據(jù)來更好地服務(wù)人類中。所以，一個完善合理的可以培養(yǎng)人才的實驗實踐教學(xué)平臺，對本科大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)至關(guān)重要。

(2)當(dāng)前大數(shù)據(jù)的教學(xué)平臺多種多樣，但他們的一個核心內(nèi)容就是，提供虛擬化、模塊化和可視化的界面，大部分基于B/S(Browser/Server)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)[4]，是架設(shè)在云平臺上的一個教學(xué)平臺，最終展示給學(xué)生和老師的界面就如同在操作一個網(wǎng)頁，而且可以集成多個可以利用計算機(jī)解決的實驗課程，充分給予學(xué)生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，利用模塊化的操作，把平臺架設(shè)難以理解的部分變?yōu)榭梢浴翱吹囊?、摸得到”更易操作的過程。

(3)云平臺整合現(xiàn)有資源，通過虛擬化技術(shù)，向老師和學(xué)生提供符合需求的服務(wù)器計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，再利用分布式計算和存儲的特點，保證了數(shù)據(jù)安全的同時也合理高效地利用了軟硬件資源。在云平臺的支撐下，學(xué)生通過申請多臺虛擬機(jī)，可以自行選擇安裝系統(tǒng)、安裝軟件、配置參數(shù)、架設(shè)各種平臺、模擬各種數(shù)據(jù)分析，甚至可以去開發(fā)相關(guān)軟件，更好地去完成實驗實踐的要求，而這些都是可以在計算機(jī)上完成。虛擬化的云平臺可以根據(jù)當(dāng)前大數(shù)據(jù)各種分析軟件的更新和換代，制作新的虛擬化的運行環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生可以跟上知識發(fā)展的步伐，更好學(xué)習(xí)。

(4)大數(shù)據(jù)的實驗實踐教學(xué)平臺建設(shè)上，需要滿足架設(shè)容易，維護(hù)方便，有高容錯性和穩(wěn)定性。現(xiàn)在很多平臺就基于免費開源的Hadoop工具，Hadoop提供了較高的存儲可靠性，也能很好地利用現(xiàn)有的計算存儲資源，并且具備后期系統(tǒng)可擴(kuò)展性，有利于升級系統(tǒng)和平臺內(nèi)容的更新[5]。Hadoop使用HDFS分布式存儲架構(gòu)，可以基于此開發(fā)一些云存儲的實驗實踐設(shè)計內(nèi)容。Hive、MapReduce以及Spark都是可以假設(shè)在Hadoop平臺上。利用MapReduce的優(yōu)勢，可以去設(shè)計數(shù)據(jù)挖掘和多種算法庫供學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。Hive作為大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，把元數(shù)據(jù)存儲在mysql上，很多sql語句與mysql數(shù)據(jù)庫相同，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和實驗。

3 實驗實踐課程

(1)從碩士研究生擴(kuò)招，尤其是專碩比例的增加，可以看出當(dāng)前各個高校都在從重理論輕實踐的教學(xué)中轉(zhuǎn)向?qū)嵺`同理論一樣重要。大數(shù)據(jù)實驗課程的設(shè)置上，一方面要結(jié)合數(shù)學(xué)和計算機(jī)的相關(guān)課程，也要有自己專業(yè)性的課程，比如Hadoop的理論和實踐操作，如何在虛擬機(jī)上配置Hadoop大數(shù)據(jù)平臺。在進(jìn)行大數(shù)據(jù)編程MapReduce的操作時，首先要了解Hadoop平臺的運行和配置，這樣才能更好地去理解程序運行的過程，了解了運行過程和特點，才能去優(yōu)化自己編寫的程序，合理利用資源。

(2)在多門課程的設(shè)置上， 遵循循序漸進(jìn)的原則。比如在Linux系統(tǒng)環(huán)境下搭建Hadoop平臺，首先要學(xué)會Linux系統(tǒng)的基本操作配置，了解Linux系統(tǒng)運行的基本原理，可以更具理論課內(nèi)容開設(shè)Linux操作系統(tǒng)實驗課程，課程中可以學(xué)習(xí)如何安裝實體Linux操作系統(tǒng)或者是創(chuàng)建Linux操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)。在Hadoop平臺搭建后可以同時嘗試搭建Hbase和Hive平臺，了解這些平臺之間的相互依存關(guān)系，在實驗中有一點需要注意的就是要學(xué)會看軟件的啟動日志和報錯日志，這樣可以更準(zhǔn)確地找到報錯的原因和正確的處理方法。

(3)基本的Hadoop平臺搭建成功后，接下來學(xué)生要學(xué)習(xí)實驗的是大數(shù)據(jù)的存儲和數(shù)據(jù)分析，常見的基本數(shù)據(jù)分析包括MapReduce編程和Hive-sql，一個是對存儲在HDFS里的文件進(jìn)行處理，一個是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。而學(xué)習(xí)MapReduce編程，前提是要對JAVA有所了解，所以JAVA的實驗課要開在大數(shù)據(jù)課程之間，和Linux操作系統(tǒng)一樣是基礎(chǔ)課程。Hive-sql很多是從mysql而來，所以mysql的學(xué)習(xí)也是必備條件。MapReduce編程學(xué)習(xí)可以結(jié)合很多經(jīng)典案例數(shù)據(jù)，再延伸到Spark編程學(xué)習(xí)，了解Spark比MapReduce快的原理，有利于學(xué)生更好地去開發(fā)速度更快、性能更高的語言算法。平臺上可以不斷地重復(fù)測試編程腳本，管理端可以很好地統(tǒng)計出程序運行的性能，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)時找到自己編程方面的不足，去優(yōu)化和提高自己的編程能力。

4 課程融合思政

(1)如何去貫徹踐行習(xí)近平總書記對高校思想政治教育的要求是當(dāng)前教學(xué)模式探索中需要解決的首要問題，對學(xué)生的思想政治教育不僅僅依賴思想政治課程中對學(xué)生的教育，而是在各類課程中包括理論、實習(xí)、實踐等教學(xué)過程中融入“課程思政”內(nèi)容?！罢n程思政”是在課程教學(xué)中融入思政課程的內(nèi)容，但是不能簡單地從思政課程內(nèi)容里生搬硬套地拿來就用，而是要實現(xiàn)在課程教學(xué)過程中合理巧妙地引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的“三觀”的教育目標(biāo)，可以是全面地了解各類課程包括思想政治課和其他公共課的思想政治教育方法、方式、形式，結(jié)合不同課程教授方式的特點，來提升思想政治教育引導(dǎo)在課程教授過程中的重要性，將馬克思主義基本理論觀點和方法、習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想、共產(chǎn)主義理想信念、社會主義核心價值觀、中國傳統(tǒng)文化以及學(xué)校辦學(xué)理念、校園文化、大學(xué)精神等內(nèi)容有效融入到各類課程教學(xué)之中，尤其是實驗實習(xí)實踐類的課程，讓學(xué)生感受到邊學(xué)邊體會，邊學(xué)邊進(jìn)步，形成思政育人的協(xié)同效應(yīng)。

(2)現(xiàn)有實驗實習(xí)實踐課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實操能力，大部分的工科甚至理科類的專業(yè)都開設(shè)了一定比例的實習(xí)實踐課程，這個比例還有逐漸增大的趨勢，當(dāng)前課程思政大多數(shù)都穿插在理論課中，主要都在課堂教室中教授，而實習(xí)實踐多數(shù)都是在校外進(jìn)行，針對實習(xí)實踐課程如何融入課程思政也是當(dāng)前教學(xué)環(huán)節(jié)中需要解決的問題。相比理論課程的課堂授課模式，實驗實習(xí)實踐類的課程講授往往存在多種形式，區(qū)別較大，在課程思政的形式上也各有特點。首先，實習(xí)實踐類的課程對學(xué)生和老師的專業(yè)知識綜合能力的要求要高于理論課程。實驗實習(xí)實踐課程尤其的是專業(yè)課下屬的課程考察學(xué)生全面的理解實踐能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對實操能力的訓(xùn)練和提升，提倡學(xué)生進(jìn)入企業(yè)，融入社會，提升自己對整個社會行業(yè)、企業(yè)的全面了解。其次，從實習(xí)實踐的開始到結(jié)束均有體現(xiàn)思政內(nèi)容。實習(xí)實踐類課程可以穿插著各類的“思政元素”，行為標(biāo)準(zhǔn)、道德法制意識、團(tuán)隊合作、個人和社會的責(zé)任、個人道德的規(guī)范等，在實踐教學(xué)過程中融入多種多樣多元化的“思政”形式，這樣往往比生搬硬套更容易被學(xué)生接受，讓學(xué)生自發(fā)地從內(nèi)心感受和認(rèn)識到各種正確的觀念，但是這類思政的形式內(nèi)容通常不是某個具體實驗內(nèi)容或某個知識點，而是在學(xué)生整個實踐課程的過程中一點點地被學(xué)生感知，最后“豁然開朗”，想要完整凝練出具有較大的難度。再次，實驗實習(xí)實踐課的開設(shè)方式多種多樣。教師在實習(xí)實踐類課程講授的過程中，經(jīng)常扮演的角色是陪練，學(xué)生個人或多人團(tuán)隊的實際操作應(yīng)占據(jù)更大的課程內(nèi)容比例，這使得思政元素不再像是課堂上那種面對面或是一對一地“說出來”，而主要在多媒體課堂或計算機(jī)實驗室開展的計算機(jī)類實驗實習(xí)實踐課程也越來越傾向于去實習(xí)實踐基地、企業(yè)現(xiàn)場等校外實習(xí)實踐場所完成。實際的實踐授課教師、教師的教學(xué)形式、對教師和學(xué)生的考核和評價方式等均與教室里的理論課程有不同之處。這種教學(xué)形式和學(xué)習(xí)形式的區(qū)別直接使理論課程中課程思政教育總結(jié)出的經(jīng)驗方法放在實踐類課程中不再很好地適用。因此，如何在實踐教學(xué)中做好課程思政模式下的實習(xí)實踐教學(xué)方案的設(shè)置，如何巧妙地融入課程思政的教育引導(dǎo)，如何能使知識的學(xué)習(xí)、能力的訓(xùn)練、技能的培養(yǎng)與思政教育相輔相成，探索新形式下符合新的要求的教學(xué)形式，促使知識傳授與思想政治教育渾然一體，對于扎實推進(jìn)課程思政教育具有重要意義。

5 校企結(jié)合

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)是大數(shù)據(jù)的一個方向，為應(yīng)對當(dāng)前社會對大數(shù)據(jù)人才的需求，合理地設(shè)置實驗實踐課程變得非常重要，校企結(jié)合的實踐是一個很好的合作方式，明確企業(yè)崗位需求的情況下，開設(shè)對應(yīng)的技能課程，同時學(xué)生還可以去企業(yè)進(jìn)行實踐，鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動手能力，確保學(xué)生步入社會后具備大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。明確人才培養(yǎng)的方向，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)在培養(yǎng)方案上要保證經(jīng)過4年的學(xué)習(xí)實踐，學(xué)生具有較強(qiáng)的大數(shù)據(jù)平臺上的軟件開發(fā)能力和數(shù)據(jù)處理能力，對大數(shù)據(jù)的基本平臺框架理論了然于心，對平臺的維護(hù)和優(yōu)化也有足夠的訓(xùn)練經(jīng)驗，能完成從架設(shè)平臺到維護(hù)優(yōu)化再到開發(fā)的過程。在確定了理論課程后，可以和企業(yè)結(jié)合開設(shè)校企結(jié)合實訓(xùn)平臺、實訓(xùn)室，實訓(xùn)室可以配置完善的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，給予學(xué)生充分的實踐機(jī)會，模擬接近真實的大數(shù)據(jù)平臺管理。培養(yǎng)出的專業(yè)人才經(jīng)過多重實踐鍛煉，在畢業(yè)后能夠快速地進(jìn)入工作崗位、適應(yīng)崗位要求。