公安高等院校數據科學專業(yè)的課程體系設計

陳 鵬

中國人民公安大學 警務信息工程與網絡安全學院，北京 100038

一、引言

物聯網、云計算、大數據等技術的快速發(fā)展使人們由信息時代進入了數據時代。當下，數據無處不在，萬事萬物皆可被感知，產生了難以計數的海量信息，而這些海量信息又進一步為人們理解社會運行從而更好地管理社會提供了難得的機遇，由此催生了數據科學的誕生。數據科學是一門新興的學科，也是一個交叉的領域，其研究的是具體的方法、過程和系統，從不同形式的數據(包括結構化、半結構化和非結構化數據)中抽取知識，以獲得對客觀事物的理解和洞察[1]。近年來，隨著各行各業(yè)對數據分析依賴性的增強，對數據分析人才的需求也出現井噴之勢。2016年，教育部發(fā)布的《2015年普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結構》中首次增設了數據科學與大數據技術專業(yè)，北京大學、對外經濟貿易大學等高校率先設立了數據科學專業(yè)。2017年，設置數據科學專業(yè)的高校增加至32所，截至2018年，獲批設立數據科學與大數據專業(yè)的高校已達到283所[2]。數據科學已成為當前最受歡迎的專業(yè)之一。

公安行業(yè)是一個數據密集型行業(yè)，經過十余年來“金盾工程”“平安城市”“雪亮工程”的建設，公安行業(yè)已初步形成了覆蓋社會面的安全態(tài)勢感知體系和數據管理與應用體系，并在治安防控、偵查辦案、社會管理、服務民生、隊伍管理等方面發(fā)揮了巨大的作用[3]。但是，由于公安工作自身特有的行業(yè)特殊性，使得公安工作的數據分析有著與其他行業(yè)不同的特點。公安工作任務包括維護社會穩(wěn)定、防控和打擊各類違法犯罪活動、服務社會等多個方面，因此，公安工作的數據分析就是要為指揮、情報、偵查等相關業(yè)務方向提供包括時空態(tài)勢分析、異常行為識別、非結構化數據快速檢索等多個方面的服務。然而，從現有的國內外高校的數據科學專業(yè)課程設置及其人才培養(yǎng)的目標來看，其大多數服務于各類工業(yè)和商業(yè)領域的數據分析與應用，缺少適應和滿足公安工作的數據科學專業(yè)設計與建設。

為此，本文通過調查和總結國內外高等院校的數據科學專業(yè)課程體系與人才培養(yǎng)模式，梳理數據分析人才培養(yǎng)的一般規(guī)律，并針對公安工作數據分析人才的需求，分析并探討公安院校的數據科學專業(yè)課程體系構成。

二、當前國內外高等院校數據科學專業(yè)的課程體系設計

(一)國內外高等院校數據科學專業(yè)人才培養(yǎng)目標分析

目前，在已設置數據科學與大數據技術專業(yè)的國內外高校中，對人才培養(yǎng)的目標與方向大致可分為數據科學家、數據工程師和數據分析師三個類型[4]。其中，數據科學家要能夠對大數據進行分析，發(fā)現新問題，并且能在現有算法和模型的基礎上構建新的算法和模型來解決新的問題；數據工程師要能夠對數據進行清洗、整合、管理，為數據科學家或數據分析師的工作提供所要分析的數據；數據分析師要能夠利用已有的算法、模型、計算框架、軟件工具等圍繞著特定的任務目標開展數據分析，但不要求對數據算法或模型進行改進[4]。現有的數據科學專業(yè)根據上述三類人才培養(yǎng)目標，已形成層次分明、目標明確的人才培養(yǎng)體系。其中，數據科學家要求具有較高的創(chuàng)新能力，是數據分析的基礎理論、算法模型等領域的創(chuàng)新性人才，致力于解決數據分析中未知的基礎性問題。數據工程師要求有著很強的工程實踐能力，其定位為解決實際應用中的數據采集、存儲、運維、管理、治理等工程性問題，致力于為大型數據分析項目提供框架性的解決方案。數據分析師則要求具有行業(yè)應用能力，其定位為利用數據分析算法和模型解決具體場景下的應用問題，致力于為行業(yè)決策提供數據分析基礎支撐[4]。

在具體數據科學人才培養(yǎng)模式上，國內外相關高等院校均十分重視與某些專業(yè)領域的緊密結合。如美國哥倫比亞大學的數據科學專業(yè)目標定位為培養(yǎng)數據科學家，但在具體的培養(yǎng)方案上除了要求學生掌握計算機科學、統計學等基礎知識外，還要在線學習金融、醫(yī)療、市場營銷等領域的數據分析工具的應用[5-6]。復旦大學在其數據科學家培養(yǎng)項目中不僅要求學生掌握面向大數據應用的數學、統計學、計算機科學等基礎理論，還要能夠勝任商務、金融、生物、醫(yī)藥等領域的大數據分析挖掘工作[3]。北京理工大學明確提出要培養(yǎng)具有國際視野的大數據系統架構師、算法設計師和分析師三類人才，但在具體的培養(yǎng)環(huán)節(jié)上也設置了面向其他專業(yè)領域的應用分析環(huán)節(jié)，解決包括智慧城市、醫(yī)療和空間大數據等領域中的應用問題[1]。

(二)國內外高等院校數據科學專業(yè)課程體系特點

在課程設置上，通過對國內外設置數據科學專業(yè)院校的課程體系進行歸納，其課程設置大體可分為基礎理論、數據計算、數據分析、領域應用和擴展等幾大類[5]。

1.基礎理論類課程。這類課程主要介紹正式學習數據科學前的預備知識，是數據科學專業(yè)的先修環(huán)節(jié)，為后面的數據科學知識學習奠定基礎，一般由“數據科學概論”等先導課以及數學和計算機類基礎課組成[5]，如“概率論與統計學”“線性代數”“隨機過程”“計算機原理”“數據結構”“程序設計”等課程。

2.數據計算類課程。這類課程主要介紹大數據環(huán)境下計算技術、環(huán)境、工具與平臺，使學生能夠掌握Hadoop、Mapreduce、Spark、Storm等基本的大數據處理框架和技術，培養(yǎng)其大數據工程化能力[4-5]，如“物聯網技術”“云計算技術”“數據管理”“數據存儲與檢索”“計算機網絡”等課程。

3.數據分析類課程。這類課程主要介紹數據分析的基本技術與方法，特別是大數據分析技術，旨在培養(yǎng)學生的數據分析能力和對數據的洞察能力[5]，如“數據挖掘”“機器學習”“高級機器學習”“神經網絡與深度學習”等課程。

4.領域應用類課程。這類課程主要介紹數據分析技術在行業(yè)的實踐應用，如“數據驅動醫(yī)學”“基于大數據的商務智能”“社會管理與分析”“金融與經濟數據分析”“輿情大數據分析”等課程。

5.擴展類課程。這類課程主要講解數據科學中涉及的一些人文和社會類知識，包括與數據應用和數據分析有關的道德、隱私、法律、社會影響等方面的課程[5]。

三、公安高等院校數據科學專業(yè)的課程體系設計

(一)公安高等院校數據科學專業(yè)人才培養(yǎng)的目標

公安高等院校作為公安行業(yè)的高等教育機構，其主要職能是為公安行業(yè)培養(yǎng)能夠適應公安工作要求、能夠遂行公安工作任務的高水平專業(yè)人才。近20年來，隨著以“金盾工程”為代表的一系列公安信息化項目建設的不斷實施和推進，公安機關從傳統的汗水警務向情報警務乃至數據警務迅速轉變，無論是偵查辦案、治安防控、社會管理還是服務民生等業(yè)務方向都形成了較為完整的數據環(huán)境和數據體系，帶動了公安工作效率和戰(zhàn)斗力的極大提升。然而與此同時，隨著公安工作的數據采集、管理和應用的不斷發(fā)展，對專業(yè)人才的需求也與日俱增。從目前來看，公安機關對數據人才的需求主要集中在兩個層面：一是面向業(yè)務基礎數據，包括感知端、移動端和平臺端的數據采集、傳輸、存儲和管理；二是面向各個具體業(yè)務方向包括刑偵、經偵、反恐、禁毒、國保、內保、治安、交管、指揮、情報等專業(yè)部門的業(yè)務數據分析。從這兩個層面的人才需求類型來看，前者對人才的需求更側重于數據工程師，其能力要求為熟悉不同類型的數據采集和傳輸技術、海量數據管理和檢索技術，能夠根據業(yè)務需求設計相應的數據采集、存儲和管理解決方案并組織實現；后者更側重于數據分析師，其能力要求為熟悉具體的業(yè)務流程和業(yè)務數據庫系統，能夠運用各類算法、模型和軟件工具開展業(yè)務數據的分析，為業(yè)務工作提供情報支撐。因此，從公安高等院校設置數據科學專業(yè)、培養(yǎng)數據科學人才的必要性和行業(yè)需求來看，其人才培養(yǎng)的目標應同時覆蓋數據工程師和數據分析師兩個方向。

(二)公安高等院校數據科學專業(yè)的課程體系設計

根據公安高等院校數據科學專業(yè)人才培養(yǎng)的目標類型分析，將公安高等院校數據科學專業(yè)劃分為數據計算與數據分析兩個專業(yè)方向，并基于“教、學、練、戰(zhàn)一體化”的公安高等院校的人才培養(yǎng)模式和公安一線機關對警務專業(yè)類人才“一專多能”的需求，提出并設計兩個方向下的公安數據科學專業(yè)課程結構體系如圖1所示。

圖1 公安高等院校數據科學專業(yè)課程體系結構

1.專業(yè)基礎課程。專業(yè)基礎課程方面，應以打好學生的數據科學基礎理論為目標，夯實學生從事數據科學的計算能力和分析能力[7]。數據計算專業(yè)方向應重點設置計算機基礎方面的課程，數據分析專業(yè)方向應重點設置數學原理方面的課程，如“數理統計”“隨機過程”“時間序列分析”“空間統計”“圖論”“模式識別”“程序設計”等課程。

2.專業(yè)必修課程。專業(yè)必修課程方面，應以數據科學的專業(yè)技術，包括計算框架、算法模型、分析方法為主，著重提升學生的應用能力。其中數據計算專業(yè)方向應重點設置包括“云計算原理”“物聯網技術”“數據管理”“計算機網絡”“NoSQL數據庫”“Hadoop技術架構”等在內的技術架構類課程群[7]；數據分析專業(yè)方向應設置包括“數據倉庫原理”“數據挖掘與機器學習”“自然語言處理”“地理信息系統”“社會網絡分析”“數據可視化”“計算機視覺”等在內的分析類課程群。

3.專業(yè)選修課程。專業(yè)選修課程應以拓展學生的專業(yè)知識、提升學生的公安業(yè)務能力和數據的安全應用與保護水平為主要目標。數據計算和數據分析兩個專業(yè)方向均應包括三類課程：一是公安業(yè)務通識課，主要為使學生掌握公安業(yè)務工作的基本知識，建立初步的業(yè)務概念體系，使學生充分了解當前公安各業(yè)務方向的具體工作內容，為開展公安數據應用和分析實踐打下基礎。二是學科前沿課程，使學生更好地把握和了解數據科學的發(fā)展動態(tài)，掌握前沿技術。要圍繞大數據計算框架技術、流數據處理技術等數據科學的前沿熱點理論及技術發(fā)展趨勢設置相應的學科前沿課程。三是專業(yè)拓展課程，主要圍繞著數據安全性要求開設相應的數據安全與法律類課程，如“數據保護技術”“公民隱私保護法律規(guī)范”等課程。

4.實踐拓展環(huán)節(jié)。在實踐課程設計上，可根據公安具體的業(yè)務場景設計相應的實踐問題，著重鍛煉和培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的能力。數據計算專業(yè)方向可要求學生根據市縣級公安機關具體的業(yè)務工作需求，提出并設計相應的數據采集、傳輸、存儲與計算解決方案等。數據分析專業(yè)方向可要求學生根據不同層級公安機關業(yè)務部門的情報工作需求，運用學習和掌握的數據分析方法，對具體業(yè)務部門的業(yè)務數據開展分析、研判和建模等實踐活動。

四、公安高等院校數據科學專業(yè)課程建設需要解決的主要問題

(一)建立高水平數據科學教學團隊

目前，在公安高等院校的專業(yè)體系中，已初步形成了數據科學專業(yè)建設的基礎。例如，中國人民公安大學在安全防范工程本科專業(yè)下設立了警務信息技術方向，重點教授公安工作中與數據應用密切相關的知識和技能，包括警務指揮、數據分析研判、應急通信保障、信息安全保障、信息對抗等[8]。但是，從現有的專業(yè)師資來看，尚無法滿足數據科學專業(yè)建設的需求。對此，可采取公安高等院校、大數據企業(yè)、公安機關三方聯合的方式整合與組建教學力量。一是公安高等院?？赏ㄟ^校外人才引進、校內教學培訓等方式，完善和提升校內教學團隊水平，并承擔公安數據科學專業(yè)中的專業(yè)基礎課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課中拓展課程方向的教學任務。二是通過高校聯盟、校企合作等渠道外聘其他高?；蚱髽I(yè)數據科學領域專家承擔專業(yè)選修課中的學科前沿課程的教學任務。三是可通過校局合作關系聘請公安實戰(zhàn)單位各業(yè)務部門從事數據應用工作的技術骨干民警為駐校教官，承擔專業(yè)選修課中的公安業(yè)務通識課的教學任務。

(二)建立面向公安實戰(zhàn)的實驗教學環(huán)境

實驗教學是數據科學專業(yè)人才培養(yǎng)不可缺少的環(huán)節(jié)，對于公安高等院校的數據科學專業(yè)建設而言，建立面向公安實戰(zhàn)的實驗教學環(huán)境是提升人才培養(yǎng)質量的重要方式[9]。然而，由于公安實戰(zhàn)數據應用場景較多，覆蓋了多達數十個業(yè)務方向，構建一個完全模仿實戰(zhàn)的公安數據科學實驗教學環(huán)境將面臨著極大的硬件、軟件和數據的成本壓力。對此，可采取因地制宜的方式，根據不同類型公安業(yè)務的運行模式和數據應用模式設計和構建合理的實驗教學環(huán)境。例如，對于交通、指揮、視偵、網安等對實時數據處理具有較強依賴性的業(yè)務方向，可依托公安高等院校的模擬城市街區(qū)、模擬指揮中心、校園安防系統等已有的物聯感知體系構建相應的實驗教學環(huán)境，使學生在真實的物理環(huán)境下開展相應的數據計算和數據分析教學實驗；而對于情報、治安、刑偵、經偵、禁毒、反恐等對數據時效性要求不強的業(yè)務方向，可基于一般性的計算機實驗教學環(huán)境設計相應的數據分析教學實驗。

五、結語

隨著公安業(yè)務信息化的深入推進和快速發(fā)展，建設公安數據科學專業(yè)、培養(yǎng)高水平數據專業(yè)人才已經成為公安高等院校面臨的重要任務。本文總結國內外高校數據科學專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和課程體系設置情況，結合我國公安工作對數據科學人才的需求，認為公安高等院校應著力于培養(yǎng)數據工程師和數據分析師。在具體的專業(yè)方向上應圍繞這兩類人才培養(yǎng)目標設置合理的課程體系，其中數據工程師應以數據計算為核心構建專業(yè)課程體系，而數據分析師應以數據分析為核心構建專業(yè)課程體系。在課程體系的層次上，除專業(yè)基礎、專業(yè)必修課程外，還應在專業(yè)選修課程中著力加強對學生公安業(yè)務知識、數據前沿技術、數據安全意識和能力的培養(yǎng)。此外，建設高水平的教學團隊和貼近實戰(zhàn)的實驗教學環(huán)境對公安高等院校數據科學專業(yè)的構建和相應人才的培養(yǎng)也十分重要。