基于疫情數(shù)據(jù)的Python數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

郭海礁，侯柏苓，李 銀，宋 健

(天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350)

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》中提到我國(guó)要依托大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，培育新興業(yè)態(tài)，助力經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。在2020年全球爆發(fā)的新冠疫情中，我國(guó)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)準(zhǔn)確感知疫情態(tài)勢(shì)，在流動(dòng)人員統(tǒng)計(jì)、疫情態(tài)勢(shì)研判等方面“用數(shù)據(jù)說話”，為政府精準(zhǔn)施策提供了有力支撐，使我國(guó)在“防疫之戰(zhàn)”中取得了舉世矚目的成績(jī)，保護(hù)了人民和財(cái)產(chǎn)的安全。

回歸Python數(shù)據(jù)分析的課堂，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以校企合作項(xiàng)目為抓手，對(duì)標(biāo)企業(yè)的大數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目需求，開發(fā)基于疫情的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)帶領(lǐng)學(xué)生逐一實(shí)現(xiàn)模塊化實(shí)踐任務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”，在真實(shí)項(xiàng)目開發(fā)場(chǎng)景中完成“教與學(xué)”的教學(xué)過程。

一、 教學(xué)現(xiàn)狀分析

(一)教學(xué)環(huán)境單一

Python數(shù)據(jù)分析是應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。目前的課程教學(xué)環(huán)境還是以教室或機(jī)房為主，教與學(xué)僅限于黑板或電腦屏幕上，面對(duì)單一的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很難調(diào)動(dòng)。

(二)教學(xué)方式不靈活

課堂教學(xué)過程中，更多還是教師面對(duì)電腦屏幕上零散的知識(shí)點(diǎn)講解枯燥的代碼，學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性不斷增長(zhǎng)，而學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性都在減退。

二、 教學(xué)改革整體設(shè)計(jì)策略

(一)融通崗課賽證，優(yōu)化課程體系

Python數(shù)據(jù)分析課程是高職大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，也是教學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一門“1+X”考證課程。教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)標(biāo)大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)，將大數(shù)據(jù)分析師的崗位職責(zé)、任職要求與“1+X”職業(yè)技能等級(jí)證書內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，優(yōu)化專業(yè)課程體系，開發(fā)崗位對(duì)應(yīng)的“X”證書課程，使專業(yè)核心課程、崗位需求和“X”證書在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、考核內(nèi)容上深度融合，做到職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、考證內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容、技能考核與課程考核三者融通。積極參加國(guó)家及行業(yè)舉辦的技能大賽，以高端技能引領(lǐng)教學(xué)改革，固化大賽成果及資源，及時(shí)將新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范、新要求融入人才培養(yǎng)過程，與時(shí)俱進(jìn)適應(yīng)科技發(fā)展新趨勢(shì)和就業(yè)市場(chǎng)新需求。

(二)設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重新梳理，依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)接華為大數(shù)據(jù)“HCIA”職業(yè)技能證書考核要求和《數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)與服務(wù)(Python)》“1+X”證書制度考核要求，聚焦疫情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，解構(gòu)校企合作項(xiàng)目需求，結(jié)合華為職業(yè)資格認(rèn)證體系，以全球疫情數(shù)據(jù)為載體重新架構(gòu)課程結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開發(fā)基于疫情的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了4個(gè)遞進(jìn)式教學(xué)模塊：數(shù)據(jù)分析環(huán)境搭建、數(shù)據(jù)分析基本訓(xùn)練、疫情數(shù)據(jù)分析實(shí)戰(zhàn)、“1+X”專項(xiàng)集訓(xùn)，能夠?qū)崟r(shí)展示疫情地圖、累計(jì)新增確診等數(shù)據(jù)信息，以AI機(jī)器人為載體在社區(qū)、商場(chǎng)、車站、學(xué)校等公共場(chǎng)所進(jìn)行“實(shí)時(shí)疫情信息播報(bào)、展示”及“非接觸疫情查詢”等項(xiàng)目。以模塊二中的項(xiàng)目4“基于疫情分布的大數(shù)據(jù)分析”為例，在教學(xué)的過程中全面體現(xiàn)“三全育人”原則，教學(xué)內(nèi)容全程融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生以愛國(guó)主義為核心的民族精神和精益求精的工匠精神，升華民族自豪感和愛國(guó)主義情懷。

(三)改造教學(xué)環(huán)境，活化教學(xué)過程

顛覆傳統(tǒng)的教室環(huán)境，打造理實(shí)虛立體化的教學(xué)環(huán)境，解決看不見、進(jìn)不去、難再現(xiàn)的實(shí)踐難題，以AI機(jī)器人為教學(xué)展示載體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)情緒，活化教學(xué)過程;利用思維導(dǎo)圖梳理數(shù)據(jù)處理思路;利用希沃教學(xué)助手、屏幕教鞭等信息化教學(xué)工具講解教學(xué)重難點(diǎn)解疑化難，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“知學(xué)-好學(xué)-樂學(xué)”的轉(zhuǎn)變，達(dá)到學(xué)而優(yōu)的目的，從而活化教學(xué)過程。

(四)融入思政元素，激發(fā)學(xué)生愛國(guó)情懷

為在學(xué)生培養(yǎng)過程中貫徹習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想，教學(xué)團(tuán)隊(duì)深挖專業(yè)課程和思政內(nèi)容、中國(guó)傳統(tǒng)文化的深層次聯(lián)系。程序語言是人類發(fā)明的，反映了人類的思想和邏輯思維，因此教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)任務(wù)中將程序運(yùn)行原理和思政內(nèi)容及中國(guó)傳統(tǒng)文化相結(jié)合，設(shè)計(jì)了“程序與人生”的思政內(nèi)容。

同時(shí)根據(jù)分析數(shù)據(jù)的自身特點(diǎn)，利用“中國(guó)抗疫故事”作為現(xiàn)實(shí)教材，使愛國(guó)主義教育、信念教育、感恩教育融入課程，在教學(xué)的過程中全面體現(xiàn)“三全育人”原則，教學(xué)內(nèi)容全程融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生以愛國(guó)主義為核心的民族精神和精益求精的工匠精神，升華學(xué)生們的民族自豪感和愛國(guó)主義情懷。

(五)實(shí)施“一二三四”策略，提高教學(xué)質(zhì)量

在教學(xué)中實(shí)施了“一二三四”策略，即“一主線二融入三評(píng)價(jià)四素養(yǎng)”(見圖1)：引入了華為IPD產(chǎn)品研發(fā)流程，將企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施流程轉(zhuǎn)化為項(xiàng)目化教學(xué)過程，實(shí)施需求分析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、測(cè)試發(fā)布和評(píng)價(jià)拓展6個(gè)步驟為主線(一主線)；全過程、全方位融入思政元素和職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(二融入)；采用教師實(shí)施敏捷交付過程評(píng)價(jià)、成長(zhǎng)發(fā)展增量評(píng)價(jià)、項(xiàng)目驗(yàn)收結(jié)果評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生德、智、體、美、勞綜合性評(píng)價(jià)(三評(píng)價(jià))；遞進(jìn)式培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)素養(yǎng)、能力素養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新素養(yǎng)(四素養(yǎng))。

圖1 “LIEL”教學(xué)策略

三、教學(xué)改革實(shí)施過程

本項(xiàng)目的授課對(duì)象是大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)學(xué)生。這個(gè)階段的學(xué)生已進(jìn)入第4學(xué)期，已完成大數(shù)據(jù)技術(shù)導(dǎo)論、Python程序設(shè)計(jì)等前置課程學(xué)習(xí)，并在本課程的前3個(gè)項(xiàng)目中已經(jīng)掌握Python科學(xué)計(jì)算庫的知識(shí)，具有使用Anaconda等軟件編程的基本能力。年輕人比較關(guān)注疫情熱點(diǎn)，且喜歡接受AI機(jī)器人等高新技術(shù)事物，但不了解企業(yè)任職中的項(xiàng)目開發(fā)的真實(shí)場(chǎng)景，沒有接觸過實(shí)際大數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目的開發(fā)，需要通過真實(shí)企業(yè)工作項(xiàng)目的實(shí)戰(zhàn)提升職業(yè)素養(yǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用意識(shí)。

下面以新冠疫情數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目為例，以需求分析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、測(cè)試發(fā)布和評(píng)價(jià)拓展6個(gè)步驟為教學(xué)主線詳細(xì)介紹教學(xué)實(shí)施過程，見圖2。

圖2 教學(xué)流程與內(nèi)容

(一)需求分析——崗位情景重現(xiàn)，聚焦精準(zhǔn)需求

在需求分析階段，教師圍繞企業(yè)項(xiàng)目需求，組織學(xué)生以“架構(gòu)工程師”角色在社區(qū)、商場(chǎng)、學(xué)校等公共場(chǎng)所針對(duì)少年、青年、中年、老年等不同年齡階段的受眾群體，收集疫情數(shù)據(jù)關(guān)注焦點(diǎn)、關(guān)注方式和習(xí)慣等信息，聚焦精準(zhǔn)需求、明確功能模塊：實(shí)時(shí)疫情信息播報(bào)、非接觸疫情查詢?nèi)蚶塾?jì)確診地圖、確診國(guó)家TOP 10、中國(guó)累計(jì)確診地圖、疫情新增確診趨勢(shì)圖等。沉浸式崗位情景重現(xiàn)解構(gòu)了學(xué)習(xí)場(chǎng)景，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

(二)數(shù)據(jù)清洗——遵循偵洗準(zhǔn)則，滌洗待析數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)清洗階段，教師帶領(lǐng)學(xué)生針對(duì)原始疫情數(shù)據(jù)以“三清洗一整理”為主線，進(jìn)行缺失值、重復(fù)數(shù)據(jù)、格式內(nèi)容的清洗和數(shù)據(jù)集整理與修正。通過“找茬”游戲“識(shí)”別臟數(shù)據(jù)、函數(shù)調(diào)用“偵”查臟數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)手冊(cè)清“洗”臟數(shù)據(jù)、自定函數(shù)整“理”臟數(shù)據(jù)、任務(wù)交付分“析”臟數(shù)據(jù)，梳理出“識(shí)-偵-洗-理-析”五個(gè)重要環(huán)節(jié)，滌洗待分析的原始疫情數(shù)據(jù)。

(三)數(shù)據(jù)分析——?jiǎng)?chuàng)新定位口訣，突破分析壁壘

數(shù)據(jù)分析階段主要包含分組與聚合兩個(gè)模塊。具體到本項(xiàng)目，需要對(duì)疫情數(shù)據(jù)按照國(guó)家、省、市或日期等字段進(jìn)行分組，再根據(jù)需求選擇合適的求和、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差等聚合函數(shù)。開發(fā)過程中的分組函數(shù)groupby()的靈活運(yùn)用是本階段的難點(diǎn)。教師采用“三場(chǎng)景——三強(qiáng)化——三循環(huán)”訓(xùn)練法及創(chuàng)新定位口訣，從疫情數(shù)據(jù)中抽取單參、雙參、自定義三個(gè)典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景，層層遞進(jìn)、能力提升強(qiáng)化函數(shù)的使用，突破本階段的難點(diǎn)。

(四)數(shù)據(jù)可視化——打造自研平臺(tái)，活化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

在數(shù)據(jù)可視化階段，項(xiàng)目需要通過數(shù)據(jù)可視化的方式更加有效地傳達(dá)與溝通信息。需要將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果通過地圖Map()、柱狀圖Bar()、折線圖Line()等方法進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。教師團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的“Covid-19 Data System”平臺(tái)輔助教學(xué)，將疫情分析結(jié)果結(jié)合自研平臺(tái)可視化工具活化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，提升學(xué)生針對(duì)可視化模塊的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)現(xiàn)真實(shí)項(xiàng)目導(dǎo)思維、專業(yè)工具幫識(shí)圖、AI智能亮效果、師生互評(píng)最優(yōu)化的準(zhǔn)則活化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

(五)測(cè)試發(fā)布——搭載鯤鵬體系，復(fù)測(cè)試重發(fā)布

測(cè)試發(fā)布階段采用瀑布測(cè)試模型，利用功能測(cè)試、接口測(cè)試完成疫情數(shù)據(jù)平臺(tái)的驗(yàn)證，通過小組互測(cè)、教師驗(yàn)證的流程反復(fù)修改和完善各小組的開發(fā)成果，最終將測(cè)試完成的疫情數(shù)據(jù)平臺(tái)發(fā)布到智能機(jī)器人云平臺(tái)中。在部署環(huán)節(jié)中，教學(xué)過程響應(yīng)國(guó)家“信創(chuàng)”建設(shè)戰(zhàn)略，適配國(guó)產(chǎn)鯤鵬服務(wù)器，落實(shí)國(guó)產(chǎn)化自主可控。

(六)評(píng)價(jià)拓展——明確“4C準(zhǔn)則”，優(yōu)化項(xiàng)目評(píng)價(jià)

在評(píng)價(jià)拓展階段，教師及各小組成員從項(xiàng)目開發(fā)完整性、交付文檔規(guī)范性、小組互測(cè)正確性、展示生動(dòng)準(zhǔn)確性(“4C準(zhǔn)則”)四個(gè)維度對(duì)各組項(xiàng)目交付環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?yōu)化提升；同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施中，學(xué)生邀請(qǐng)優(yōu)秀畢業(yè)生分享成功創(chuàng)業(yè)案例，拓展創(chuàng)就業(yè)新思維。

四、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與效果

在教學(xué)實(shí)施過程中，教師實(shí)施敏捷交付過程評(píng)價(jià)、成長(zhǎng)發(fā)展增量評(píng)價(jià)、項(xiàng)目驗(yàn)收結(jié)果評(píng)價(jià)，建立“定量-增量-全量”的全過程、全方位、發(fā)展性的評(píng)價(jià)體系，全面合理地完成整體項(xiàng)目評(píng)價(jià)考核；“SDP”(“一生一表一圖”)增量雷達(dá)圖，充分觀測(cè)學(xué)生的各階段增量成長(zhǎng)，實(shí)時(shí)掌握學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，提升學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)演練中的學(xué)習(xí)成效。

(一)構(gòu)建理論之基，夯實(shí)專業(yè)知識(shí)

通過“集中教學(xué)分散滲透、敏捷交付反復(fù)迭代、技能實(shí)踐真實(shí)演練、線上線下練做一體”，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)突重化難，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目交付率100%，優(yōu)秀率90%，夯實(shí)了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)。

(二)還原項(xiàng)目之本，強(qiáng)化實(shí)踐技能

根據(jù)專業(yè)特性和重點(diǎn)發(fā)展方向，將數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)與服務(wù)(Python)“1+X”證書標(biāo)準(zhǔn)和華為 “HCIA”職業(yè)資格認(rèn)證融入課程內(nèi)容；以企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目開發(fā)為依托，強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)實(shí)踐技能，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)，拓寬學(xué)生職業(yè)發(fā)展道路?，F(xiàn)有20余名學(xué)生考取了“HCIA”職業(yè)資格認(rèn)證書。

(三)喚醒戰(zhàn)疫之魂，賡續(xù)中國(guó)精神

在教育教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)“疫情”，人與數(shù)據(jù)和諧共生；破“疫情”，數(shù)據(jù)予人保駕護(hù)航；治“疫情”，人與數(shù)據(jù)溫暖同程，彰顯科學(xué)防疫、精準(zhǔn)防疫，通過國(guó)內(nèi)外疫情發(fā)展形勢(shì)和我國(guó)抗疫取得的成果，升華學(xué)生的民族自豪感和愛國(guó)主義情懷，做到思政教育潤(rùn)物細(xì)無聲。

五、教學(xué)改革的特色與創(chuàng)新點(diǎn)

(一)“BigData + AI”，智享課堂共精彩

“大數(shù)據(jù)+人工智能”實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，智能問答答疑解惑，讓呆板的課堂立刻變得活潑而生動(dòng)?？萍夹越虒W(xué)輔助工具的引入不僅帶給學(xué)生新鮮感，也帶動(dòng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)探索的興趣。

(二)平臺(tái)代碼全自研，師生協(xié)同化疑難

教師團(tuán)隊(duì)自研開發(fā)的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、提供數(shù)據(jù)清洗與分析的8款教學(xué)小工具豐富了教學(xué)資源的同時(shí)，突破了學(xué)生開發(fā)程序的畏難情緒和心理壁壘。

(三)項(xiàng)目交付聯(lián)信創(chuàng)，校企共育新篇章

為響應(yīng)國(guó)家“信創(chuàng)”自主可控的國(guó)家戰(zhàn)略，解決高新技術(shù)不受制于人的現(xiàn)狀，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以學(xué)院為依托與華為鯤鵬生態(tài)創(chuàng)新中心合作，在課程項(xiàng)目實(shí)施中融入國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器配置內(nèi)容。項(xiàng)目交付適配國(guó)產(chǎn)鯤鵬服務(wù)器，拓展學(xué)生知識(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，培養(yǎng)職業(yè)教育信創(chuàng)人才。學(xué)生積極參加華為鯤鵬應(yīng)用者開發(fā)大賽，共20人次獲獎(jiǎng)。

(四)技術(shù)項(xiàng)目齊孵化，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)展思維

響應(yīng)國(guó)家“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號(hào)召，依托校內(nèi)眾創(chuàng)空間，孵化基于大數(shù)據(jù)分析的個(gè)性化訂單式創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，為學(xué)生創(chuàng)業(yè)者提供創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)、技能提升、政策扶持等鏈條式、立體化創(chuàng)業(yè)服務(wù)。優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目參與全國(guó)、省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得優(yōu)異成績(jī)。

六、結(jié)束語

在2020年全球爆發(fā)的新冠疫情中，我國(guó)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)準(zhǔn)確感知新冠疫情態(tài)勢(shì)，在流動(dòng)人員統(tǒng)計(jì)、疫情態(tài)勢(shì)研判等方面“用數(shù)據(jù)說話”，為政府精準(zhǔn)施策提供了有力支撐，使我國(guó)在“防疫之戰(zhàn)”中取得了舉世矚目的成績(jī)，保護(hù)了人民和財(cái)產(chǎn)的安全?；貧w本課程，教學(xué)團(tuán)隊(duì)努力把大數(shù)據(jù)的新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范、新要求潛移默化融入教學(xué)當(dāng)中，以信息化培育新動(dòng)能，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)的時(shí)代擁抱大數(shù)據(jù)，以國(guó)家的抗疫成績(jī)激勵(lì)新一代大學(xué)生利用大數(shù)據(jù)知識(shí)學(xué)以致用，用新技術(shù)、新動(dòng)能推動(dòng)社會(huì)新發(fā)展。