計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)類學(xué)科競賽的實(shí)踐與探索

武凌 陳勁松 周健

摘要：文章以安徽財經(jīng)大學(xué)計算機(jī)大類專業(yè)參與安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽為例，從賽前動員、專業(yè)知識培訓(xùn)、團(tuán)隊管理、競賽選手選拔等方面，闡述計算機(jī)專業(yè)師生參與大數(shù)據(jù)類學(xué)科競賽的實(shí)踐過程，分析以賽促教、以賽促學(xué)和以賽促改等創(chuàng)新性活動對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的積極作用，并對未來如何更好地參加大數(shù)據(jù)類學(xué)科競賽和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)行了規(guī)劃和展望。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)專業(yè);學(xué)科競賽;大數(shù)據(jù)技術(shù);人工智能技術(shù)

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）13-0172-03

1 引言

大學(xué)生學(xué)科競賽活動是提升學(xué)生專業(yè)技能，提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的重要載體，同時也是促進(jìn)學(xué)科建設(shè)和課程改革的重要途徑[1]，很多高校的教育教學(xué)工作者也從多種角度探討了學(xué)科競賽對學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)的促進(jìn)作用[2-5]，分析學(xué)科競賽中存在的一些問題和解決對策[6]。隨著大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，越來越多的大數(shù)據(jù)類和人工智能類競賽開始出現(xiàn)，從2017年以來，安徽財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院計算機(jī)類專業(yè)每年都積極組隊參加安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽。實(shí)踐證明，大賽有力地推動了學(xué)生專業(yè)技能的提升、創(chuàng)新能力與團(tuán)隊協(xié)作精神的培養(yǎng)。

由于安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽的內(nèi)容貼近前沿的計算機(jī)技術(shù)，競賽形式公平，具有較高的實(shí)踐性與技術(shù)難度，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)方面發(fā)揮了積極的作用，因而越來越受到廣大任課教師的重視以及學(xué)生的普遍歡迎。結(jié)合管理科學(xué)與工程學(xué)院參加大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽的實(shí)踐，對大學(xué)生專業(yè)競賽活動的相關(guān)內(nèi)容和問題進(jìn)行研究和探索，旨在尋找合適的以選拔、訓(xùn)練、參賽及競賽與教學(xué)良好結(jié)合等內(nèi)容為主的模式，最終提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

2安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽簡介

安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽是安徽省教育廳主辦、安徽省高等學(xué)校計算機(jī)教育研究會承辦的省級B類賽事，2017年10月份首次舉辦，2018年大賽名稱由“大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用大賽”更名為“大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽”，前2次大賽以大數(shù)據(jù)技術(shù)為主，從2019年開始大賽的內(nèi)容逐漸向人工智能領(lǐng)域擴(kuò)展，2021年的賽道擴(kuò)充為大數(shù)據(jù)現(xiàn)場賽、人工智能現(xiàn)場賽、大數(shù)據(jù)和人工智能作品賽。

大數(shù)據(jù)現(xiàn)場賽賽道分為本科組和高職組，本科組競賽內(nèi)容分為大數(shù)據(jù)平臺部署、大數(shù)據(jù)平臺參數(shù)優(yōu)化、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)可視化以及綜合應(yīng)用;高職組競賽內(nèi)容分為大數(shù)據(jù)平臺搭建、運(yùn)維與優(yōu)化、語言代碼處理、大數(shù)據(jù)工具使用、大數(shù)據(jù)處理及分析、文檔編寫等。人工智能現(xiàn)場賽賽道也分為本科組和高職組，本科組競賽內(nèi)容分為人工智能基礎(chǔ)環(huán)境搭建部署、樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理、傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法設(shè)計及應(yīng)用、深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計及應(yīng)用、人工智能技術(shù)綜合應(yīng)用;高職組競賽內(nèi)容分為人工智能基礎(chǔ)環(huán)境搭建部署、數(shù)據(jù)集加載及預(yù)處理、模型構(gòu)建及訓(xùn)練、模型加載及預(yù)測、綜合分析。大數(shù)據(jù)與人工智能作品賽需圍繞大數(shù)據(jù)與人工智能核心技術(shù)，探索有具體落地場景的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)意方案，競賽采用開放命題，參賽者充分發(fā)揮創(chuàng)新能力，自由探索應(yīng)用場景并自行獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，最終提交具有原創(chuàng)性并能夠進(jìn)行可視化應(yīng)用展示的參賽作品。

3競賽指導(dǎo)工作的組織與實(shí)施

3.1賽前動員

由于大賽涉及的知識模塊較多，為了能讓學(xué)生有更充足的時間進(jìn)行準(zhǔn)備，管理科學(xué)與工程學(xué)院采用的做法是在大賽前一年的上半年就開始啟動競賽的宣傳工作。例如為了參加2020年10月份的大賽，在2019年上半年就啟動競賽的宣傳工作。利用學(xué)院網(wǎng)站、微信群、QQ群、輔導(dǎo)員例會，采用線上線下的方式，多角度對比賽進(jìn)行宣傳，給學(xué)生營造一種參與競爭、自主學(xué)習(xí)的濃厚參賽氛圍。為了方便宣傳，我們以圖片的格式制作了宣傳冊，在宣傳冊中給出了競賽培訓(xùn)課程的時間安排與內(nèi)容、參加培訓(xùn)前應(yīng)做的準(zhǔn)備和應(yīng)該具備的基礎(chǔ)知識，留下了競賽群號及老師的聯(lián)系方式，并且寫上了一些鼓勵的話語，做到一目了然，方便在師生中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2競賽技能培訓(xùn)

由于大數(shù)據(jù)技術(shù)入門門檻較高，我們采用了申報開放性實(shí)驗(yàn)課方式進(jìn)行入門培訓(xùn)，開放性實(shí)驗(yàn)課是安徽財經(jīng)大學(xué)實(shí)施的一種以培養(yǎng)實(shí)踐能力為主的選修課模式，納入教務(wù)系統(tǒng)正常的教學(xué)管理中，這種方式較好地解決了指導(dǎo)教師的工作量問題?，F(xiàn)階段一共申報了2門課程，《初級大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用競賽培訓(xùn)》（36課時，1學(xué)分）和《高級大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用競賽培訓(xùn)》（36課時，1學(xué)分），考慮到競賽的舉辦的時間是在10月份，因此下半年開設(shè)初級課程，上半年開設(shè)高級課程。參加學(xué)科競賽培訓(xùn)既能學(xué)習(xí)技術(shù)還能獲得學(xué)分，這對大部分同學(xué)來說還是很有吸引力的，所以每次開課的時都會成為選修課中的熱門課程，選課人數(shù)大大超出了課容量人數(shù)。

培訓(xùn)課程定位的目標(biāo)主要為大二學(xué)生，大二上學(xué)期修初級課，大二下學(xué)期修高級課，經(jīng)過暑假的強(qiáng)化后，在大三上學(xué)期參加比賽。按照競賽的內(nèi)容體系指導(dǎo)教師團(tuán)隊編寫了詳細(xì)的教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，內(nèi)容包括Hadoop平臺和人工智能平臺TensorFlow的搭建、HDFS操作、HDFS API和MapReduce編程、Hive、Spark、Python數(shù)據(jù)分析與可視化、TensorFlow初步開發(fā)，經(jīng)過為期一年多大致80節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生就可以從零基礎(chǔ)到較全面地掌握競賽涉及的知識點(diǎn)，初步具備了深入學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)技術(shù)的能力。競賽培訓(xùn)課程在授課方式上與傳統(tǒng)的正常教學(xué)有兩點(diǎn)較大的差別：①考慮到大數(shù)據(jù)技術(shù)入門時各種操作的復(fù)雜性，為了學(xué)生方便課后自主學(xué)習(xí)，我們沒有再使用計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的電腦，而是采用由教師指導(dǎo)學(xué)生在自己的筆記本電腦上搭建環(huán)境后直接進(jìn)行案例的開發(fā)。當(dāng)學(xué)生看到在自己的筆記本電腦上安裝的WMware Workstation虛擬機(jī)軟件中竟然運(yùn)行了3臺Linux操作系統(tǒng)，自己用命令能操作一個集群的時候，興奮之情溢于言表;②課程完全以實(shí)戰(zhàn)方式為主，內(nèi)容有一定的超前性，重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生入門，相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識留在課后由學(xué)生自學(xué)。這種邊學(xué)邊做邊練的方式讓動手能力較強(qiáng)的學(xué)生有機(jī)會快速地進(jìn)入大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，較好地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.3團(tuán)隊管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)的學(xué)習(xí)會讓一些初學(xué)者產(chǎn)生畏難心理，為了盡量避免單人學(xué)習(xí)產(chǎn)生的挫折感，在競賽的培訓(xùn)過程中采用了團(tuán)隊互助學(xué)習(xí)的方式。在啟動培訓(xùn)課程后第一次大作業(yè)之前完成組隊工作，參加培訓(xùn)的同學(xué)可以自由組隊，每2～3位同學(xué)為一組，給隊伍起個名字并選出一名責(zé)任心強(qiáng)的隊長。每次作業(yè)由團(tuán)隊協(xié)同完成，作業(yè)中除了要完成的題目以外，增加了作業(yè)記錄表和作業(yè)感受，作業(yè)記錄表主要記錄學(xué)生完成這次作業(yè)共進(jìn)行了幾次隊員之間的交流、每次在一起完成作業(yè)的地點(diǎn)和持續(xù)時間;在作業(yè)感受中寫出每位隊員完成作業(yè)中遇到的困難和解決過程。通過作業(yè)感受指導(dǎo)教師可以及時獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和心理狀態(tài)，對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)有針對性地指導(dǎo)。老師可以在QQ群中對作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評，對一些出現(xiàn)的共性問題進(jìn)行解答，加深了師生之間的交流和默契程度。平時還要求隊長能及時反饋隊員的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對那些遇到困難想退縮的同學(xué)及時進(jìn)行鼓勵。

大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)日新月異，大賽涉及的技術(shù)面也比較廣，既考驗(yàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)毅力，也對指導(dǎo)教師的實(shí)力提出了較高的要求。觀察這幾年的競賽培訓(xùn)情況，我們發(fā)現(xiàn)，在剛起步階段，如果學(xué)生的問題不能得到及時解答，有的同學(xué)會很快地失去學(xué)習(xí)的熱情。例如學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的第一關(guān)就是搭建Hadoop平臺，這個過程對初學(xué)者而言是一個比較艱巨的任務(wù)，搭建平臺的過程中有很多的技術(shù)細(xì)節(jié)，一旦某個小問題沒有解決會影響后面整個平臺的運(yùn)行與開發(fā)，一些學(xué)生在折騰了一段時間后，由于問題得不到及時解決，在剛?cè)腴T的路上就放棄了，顯得很可惜。這些問題一方面是由于學(xué)生本身學(xué)習(xí)動力不足，另一方面也是指導(dǎo)教師水平還是有所欠缺，因此要求指導(dǎo)教師團(tuán)隊在競賽的各個方面必須要比較熟悉和精通，才可以更好地履行指導(dǎo)的任務(wù)。

3.4競賽選手選拔

大賽的每支參賽隊伍可以由1～2 名指導(dǎo)老師和2～3 名學(xué)生組成。對于指導(dǎo)教師的確定，我院實(shí)行教師申請的辦法，申請指導(dǎo)競賽的老師必須愛崗敬業(yè)，對大賽有充分了解和正確認(rèn)識，對新技術(shù)的學(xué)習(xí)充滿熱情，老師可根據(jù)自身專業(yè)特長自由組合。

對于參賽學(xué)生的選拔，整個過程分為院內(nèi)選拔和網(wǎng)絡(luò)賽選拔兩部分。院內(nèi)選拔在每年暑假開始時進(jìn)行，由參加過培訓(xùn)的學(xué)生自由組隊，在規(guī)定的時間內(nèi)完成相關(guān)的試題，主要考核程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識和大數(shù)據(jù)的基本技能，包括大數(shù)據(jù)Hadoop平臺搭建、Java程序設(shè)計基礎(chǔ)、Python程序設(shè)計和SQL語言。老師根據(jù)報名學(xué)生在平時培訓(xùn)中的表現(xiàn)（即學(xué)習(xí)能力、動手能力、團(tuán)隊合作精神、專業(yè)知識儲備等方面）綜合考慮，初步篩選出參加網(wǎng)絡(luò)選拔賽的學(xué)生。網(wǎng)絡(luò)選拔賽在每年的8月底舉行，由通過院內(nèi)選拔的同學(xué)組隊參賽，網(wǎng)絡(luò)選拔賽的風(fēng)格與大賽現(xiàn)場賽的風(fēng)格十分接近，競賽時間為4個小時，經(jīng)過這一輪的選拔后具有實(shí)戰(zhàn)能力的較優(yōu)秀的同學(xué)就可以被選拔出來參加現(xiàn)場賽。

4對實(shí)踐教學(xué)改革和課程建設(shè)的促進(jìn)作用

經(jīng)過連續(xù)多年參加安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能大賽，大賽對目前進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)和課程建設(shè)的促進(jìn)作用也日漸顯著，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

4.1以競賽調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

管理科學(xué)與工程學(xué)院的計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生已經(jīng)連續(xù)4 年參加大賽，每年都取得了較好的成績，每年都拿到了全省一等獎，在2019年的競賽中團(tuán)隊總分位于全省第一，為此學(xué)生學(xué)習(xí)積極性大大提高，也促進(jìn)了本院的學(xué)風(fēng)建設(shè)。近幾年的授課發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)《Java程序設(shè)計》《Python程序設(shè)計》和《機(jī)器學(xué)習(xí)》等課程的主動性和積極性大大提高，有的同學(xué)根據(jù)競賽的內(nèi)容自學(xué)了爬蟲、數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)，有的同學(xué)在作業(yè)感受中顯得很活潑幽默，表達(dá)了在學(xué)習(xí)過程中不斷進(jìn)步的充實(shí)感、撰寫代碼完成任務(wù)帶來的成就感，對深入學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)也充滿了熱情和期待。每次競賽后都會有一些參加培訓(xùn)但最后沒有獲獎的同學(xué)，跟老師進(jìn)行了交流，表達(dá)了自己的心情，雖然沒有獲獎，但是學(xué)習(xí)到了很多的專業(yè)技能，開闊了眼界、拓寬了知識面。

4.2以競賽促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革

大賽每年的題目涵蓋了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化，牽涉的技術(shù)面比較廣，提倡使用新技術(shù)、新方法，競賽涉及的知識模塊也在與時俱進(jìn)，而且這些知識模塊都是計算機(jī)行業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，是行業(yè)最大的需求點(diǎn)。目前我院的計算機(jī)專業(yè)還是沿襲了比較傳統(tǒng)的計算機(jī)學(xué)科體系，這些新技術(shù)在專業(yè)的培養(yǎng)方案中涉及不多，在大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)方面的課程較少，只有一些選修課，不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)的需求，通過競賽我們已經(jīng)深深地意識到了這一點(diǎn)。學(xué)科競賽還給專業(yè)教師提供了走出去的機(jī)會，促進(jìn)了與其他高校的交流和對熱門技術(shù)的了解和學(xué)習(xí)。

近幾年，安徽財經(jīng)大學(xué)實(shí)行了學(xué)科競賽替代畢業(yè)設(shè)計的政策，獲得省級競賽二等獎以上的獎項就可以替代畢業(yè)論文，這也在一定程度上提升了學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)的動力。每年大賽后指導(dǎo)教師團(tuán)隊認(rèn)真研究競賽中的知識點(diǎn)，將競賽作品返回課堂，讓實(shí)踐促進(jìn)理論教學(xué)，將競賽中的題目進(jìn)行擴(kuò)充和完善，將競賽項目與課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計結(jié)合起來[7]，讓一些感興趣的學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中進(jìn)一步得到了鍛煉，提升了專業(yè)技能。有的競賽獲獎的學(xué)生在就業(yè)求職中，順利通過了大數(shù)據(jù)崗位的面試，找到了自己心儀的實(shí)習(xí)和就業(yè)崗位。

5對大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)科競賽的展望

目前大數(shù)據(jù)與人工智能方面的大賽也是越來越豐富，全國性的及各個省的相關(guān)的賽事也在逐步增加，以安徽省為例，在省內(nèi)高校之間競技的大數(shù)據(jù)賽事除了“安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽”之外，還有省電子學(xué)會和計算機(jī)學(xué)會承辦的“安徽省大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計大賽大數(shù)據(jù)應(yīng)用技能賽”（2019年開始舉辦）、中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽安徽省組委會承辦的“中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽安徽省級賽大數(shù)據(jù)模塊與人工智能模塊”（2019年開始舉辦），這些競賽的舉辦為展示學(xué)生們的大數(shù)據(jù)處理能力提供了高層次的舞臺。為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的興趣，更好地選拔競賽選手，我們也在積極籌辦校內(nèi)的大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)科競賽，競賽的重點(diǎn)會根據(jù)省賽的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在全院范圍內(nèi)營造學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的氛圍，校級競賽的內(nèi)容和組織形式也是我們以后競賽建設(shè)的重要目標(biāo)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，安徽省高校大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用大賽對2021年的賽事單獨(dú)劃分出人工智能現(xiàn)場賽，為此指導(dǎo)教師團(tuán)隊也開始開設(shè)人工智能開放性實(shí)驗(yàn)課和選修課，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像識別、文本挖掘等最新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)入教學(xué)體系中，為未來參與人工智能類學(xué)科競賽進(jìn)行知識儲備。

6結(jié)論

大學(xué)生學(xué)科競賽是提高學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的重要載體，學(xué)科競賽對于本科同學(xué)來說是難得的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過學(xué)科競賽，學(xué)生能更好地將已經(jīng)學(xué)習(xí)的理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，這對于工科專業(yè)本科生尤其重要。本文對本院計算機(jī)類專業(yè)在參與大數(shù)據(jù)競賽過程中，從競賽培訓(xùn)、競賽選手選拔、團(tuán)隊管理等方面的實(shí)踐過程進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對未來的競賽工作進(jìn)行了規(guī)劃和展望。在以后的工作中會進(jìn)一步深入探索和實(shí)踐基于競賽促進(jìn)教學(xué)、提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量等與人才培養(yǎng)密切相關(guān)的活動，以期提高競賽成績、提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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