醫(yī)學(xué)院校大數(shù)據(jù)課程群研究與建設(shè)*

葛敬軍 趙 麗 趙俊杰

(1濟寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院 日照 276800 2濟寧醫(yī)學(xué)院健康大數(shù)據(jù)研究中心 日照 276800) (山東省濟寧衛(wèi)生學(xué)校濟寧 272000) (濟寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院日照 276800)

1引言

1.1 醫(yī)學(xué)院校大數(shù)據(jù)課程存在的問題

作為地方醫(yī)學(xué)院校，濟寧醫(yī)學(xué)院主動適應(yīng)社會對醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)人才需求，2016年在原有計算機專業(yè)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整人才培養(yǎng)方案開設(shè)側(cè)重于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的大數(shù)據(jù)專業(yè)，總體沿襲傳統(tǒng)計算機專業(yè)培養(yǎng)思路。近年來大數(shù)據(jù)課程教學(xué)過程中暴露出學(xué)科銜接不足、知識碎片化、實驗形式化、教學(xué)手段單一化等問題。課程設(shè)置缺乏學(xué)科聯(lián)系,主要表現(xiàn)在醫(yī)學(xué)、計算機與大數(shù)據(jù)學(xué)科各自閉環(huán)，達不到充分融合。在人才培養(yǎng)需求方面[1]，課程設(shè)置忽視了學(xué)生個性化發(fā)展需求，不能實現(xiàn)分層培養(yǎng)的目標，學(xué)生個性和創(chuàng)新能力受到抑制。在教學(xué)內(nèi)容方面，課程設(shè)置結(jié)合度差，針對性不強。一是缺少銜接課程，二是授課教師只關(guān)注授課內(nèi)容，缺乏對整個專業(yè)知識體系宏觀、清晰的認識，容易偏離方向[2-3]，三是存在重復(fù)知識反復(fù)講授的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和聽課效率下降。在教學(xué)方式方面，仍以講授理論知識為主，偏重知識傳授，對學(xué)生獨立思考不夠重視[4]。課堂上對學(xué)生的表現(xiàn)關(guān)注較少、缺少互動。在實驗實踐教學(xué)方面，實驗流于形式，缺乏實際產(chǎn)業(yè)的指引案例，現(xiàn)有醫(yī)學(xué)案例內(nèi)容脫離實際，缺少應(yīng)用場景。在課程師資方面，醫(yī)學(xué)與大數(shù)據(jù)之間銜接需要一支關(guān)系緊密、不斷更新知識儲備、時刻關(guān)注研究前沿的專業(yè)師資隊伍，但現(xiàn)有師資難以滿足需求。在教學(xué)考核方面，缺乏完善的考評體系，課程考核側(cè)重知識考核，不能體現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力水平。

1.2 原因分析

上述問題產(chǎn)生的根源在于大數(shù)據(jù)課程缺少科學(xué)、合理的模塊設(shè)計，知識體系、能力體系和應(yīng)用方向不明確，難以培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)需求的人才。為此開展大數(shù)據(jù)課程群建設(shè)研究，實現(xiàn)合理配置課程資源，將大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)路線清晰化、科學(xué)化[5]，使之適合醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)人才知識結(jié)構(gòu)和能力需求，實現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標。

2 大數(shù)據(jù)課程群建設(shè)思路

2.1 總體思路

根據(jù)辦學(xué)定位和學(xué)科專業(yè)特點，不斷深化大數(shù)據(jù)課程教學(xué)改革。結(jié)合自身師資力量組建大數(shù)據(jù)課程群教學(xué)團隊。成立專門的大數(shù)據(jù)課程群領(lǐng)導(dǎo)組，下設(shè)課程小組共同研究。將基礎(chǔ)能力和職業(yè)規(guī)劃相結(jié)合，實現(xiàn)分層多元化培養(yǎng)途徑。在通識教育課程和專業(yè)課程的基礎(chǔ)上設(shè)置專業(yè)方向課程，建設(shè)適合個性化和多元化人才培養(yǎng)的課程群[6]。在課程內(nèi)容組織方面，整合重組課程知識，建立多學(xué)科融合的模塊化知識體系，實現(xiàn)學(xué)科之間的有機結(jié)合，打破學(xué)科各成一體的局面。教師根據(jù)自身情況選擇教學(xué)知識點，按知識點下達教學(xué)任務(wù)[3]。

2.2 大數(shù)據(jù)課程群目標

設(shè)置應(yīng)用型和實踐型人才分層多元化培養(yǎng)目標。從理論到實踐探索多學(xué)科融入方式，打破學(xué)科之間壁壘，將數(shù)學(xué)、計算機及醫(yī)學(xué)學(xué)科等融為一體。深化產(chǎn)教融合，解決大數(shù)據(jù)教學(xué)與科研、產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的問題。

2.3 大數(shù)據(jù)課程群關(guān)鍵問題

第一，適應(yīng)大數(shù)據(jù)人才多樣化需求，構(gòu)建分層多元化人才培養(yǎng)模式；第二，建立模塊化課程群以及學(xué)科融合的知識體系；第三，推進校企合作，發(fā)揮企業(yè)實踐育人功能，建立“1年基礎(chǔ)學(xué)習(xí)-2年專業(yè)學(xué)習(xí)-1年企業(yè)頂崗實習(xí)”的“121”層次課程群體系。

2.4 建設(shè)路徑

從大數(shù)據(jù)人才分層多元化培養(yǎng)目標出發(fā)，厘清人才社會需求、職業(yè)規(guī)劃和培養(yǎng)目標各方面關(guān)系，見圖1。接軌產(chǎn)業(yè)需求，基礎(chǔ)能力培養(yǎng)和職業(yè)規(guī)劃相結(jié)合。從行業(yè)角度與專業(yè)角度多層次、多維度地引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生。

圖1 培養(yǎng)目標、學(xué)科、知識與課程的關(guān)系

3 大數(shù)據(jù)課程群建設(shè)內(nèi)容

3.1 分層多元化人才培養(yǎng)模式

3.1.1 概述 大數(shù)據(jù)人才涵蓋廣泛。根據(jù)現(xiàn)有研究[7]可分為兩類：一是數(shù)據(jù)驅(qū)動型人才，即依靠大數(shù)據(jù)決策的人，如具有數(shù)據(jù)賦能思維和能夠利用數(shù)據(jù)工具進行決策的財務(wù)、銷售經(jīng)理等。二是數(shù)據(jù)操作型人才，即生產(chǎn)大數(shù)據(jù)產(chǎn)品的人，如數(shù)據(jù)工程師、數(shù)據(jù)分析師和數(shù)據(jù)科學(xué)家等[8]。本文以數(shù)據(jù)操作型人才培養(yǎng)為研究對象，從軟件系統(tǒng)層次架構(gòu)、數(shù)據(jù)生命周期、實踐性教學(xué)、人才培養(yǎng)實現(xiàn)4個維度對大數(shù)據(jù)人才進行梳理和分類，構(gòu)建多元化的培養(yǎng)途徑。人才分類分層培養(yǎng)具體可反映在模塊化課程群上，課程群涵蓋上述4個維度的知識構(gòu)成即可，不需要嚴格依照4個維度進行課程設(shè)計。課程群應(yīng)強調(diào)可操作性，有利于知識創(chuàng)新、開放和共享，使教學(xué)分工協(xié)作更高效、更靈活，見圖2。

圖2 分層多元化人才培養(yǎng)模式

3.1.2 軟件系統(tǒng)層次架構(gòu)維度[9]包括底層的計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理平臺以及上層的模型、算法和行業(yè)應(yīng)用[5]。包括兩種核心人才類型，即大數(shù)據(jù)平臺支持技術(shù)類和大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)類。大數(shù)據(jù)平臺支持技術(shù)類人才精通云計算和大數(shù)據(jù)平臺搭建和運維。大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)類人才精通大數(shù)據(jù)分析，依靠算法和模型等將數(shù)據(jù)分析技能應(yīng)用于具體業(yè)務(wù)，如大數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)決策、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理。

3.1.3 數(shù)據(jù)生命周期維度 大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括“采、洗、存、治、融、析、示、用”等工作流程，見圖3。從平臺搭建到數(shù)據(jù)收集、清洗、集成、特征提取、數(shù)學(xué)建模、分析挖掘再到可視化等環(huán)節(jié)和步驟，都需要各類崗位人才合作開展[10]，每個環(huán)節(jié)對應(yīng)眾多職業(yè)發(fā)展路徑，都可以進行職業(yè)規(guī)劃，如系統(tǒng)架構(gòu)師、數(shù)據(jù)工程師、數(shù)據(jù)分析師、軟件工程師等。

圖3 大數(shù)據(jù)工作流程

3.1.4 實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)維度 大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)需要3種能力訓(xùn)練：一是數(shù)據(jù)思維能力，即用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的思維。二是工程能力，依靠算法、建模工具進行大數(shù)據(jù)管理、處理、分析的能力。三是創(chuàng)新能力，即學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)構(gòu)建創(chuàng)新應(yīng)用。

3.1.5 人才培養(yǎng)實現(xiàn)維度 分層多元化培養(yǎng)側(cè)重于推動基礎(chǔ)能力培養(yǎng)逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用型和實踐型人才培養(yǎng)。當學(xué)生具備最基本的素質(zhì)和能力后，再進一步根據(jù)自身興趣專長并結(jié)合需求選擇職業(yè)發(fā)展。避免只針對某類職業(yè)或崗位進行專業(yè)學(xué)習(xí)，而忽略了基本素質(zhì)和能力培養(yǎng)。

3.2 多學(xué)科知識融合研究

多學(xué)科知識融合[11]是實現(xiàn)從理論到實踐的大教學(xué)、大學(xué)科和大科研的融入方式[12]。醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)和計算機專業(yè)所需基本技能有一定重合，醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)可以看作計算機專業(yè)學(xué)習(xí)的延伸。大數(shù)據(jù)知識體系是以計算機、數(shù)學(xué)、大數(shù)據(jù)技術(shù)知識為基礎(chǔ)，建立與生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科之間的有效知識連接。具體實現(xiàn)方面，成立專門的“大數(shù)據(jù)課程群領(lǐng)導(dǎo)組”，下設(shè)“課程小組”，共同研討教學(xué)和修訂大綱，研究解決學(xué)科知識聯(lián)系不緊密問題。利用知識圖譜將分散孤立、碎片化的知識整合為相關(guān)聯(lián)的“知識模塊”，將相關(guān)知識模塊重新組織為“知識鏈”，促進不同學(xué)科的知識點互相滲透，再將相關(guān)知識鏈納入到相關(guān)課程，通過課程載體將各知識模塊融合起來，使教學(xué)過程中割裂的知識點形成有機整體。這種融合不是簡單組合，而是在遵循整體性、關(guān)聯(lián)性和實用性等原則的基礎(chǔ)上實現(xiàn)知識的有機整合。例如在“大數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)”課程中，數(shù)據(jù)分析技術(shù)常涉及數(shù)學(xué)概念知識，因此從運籌學(xué)、矩陣論、信息論等學(xué)科中抽取相關(guān)知識，通過知識融合形成知識模塊，最后再將知識模塊通過課程載體融合。課程內(nèi)的知識經(jīng)過不斷分化與重組，各學(xué)科大類和專業(yè)基礎(chǔ)內(nèi)部相關(guān)系數(shù)較高，例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法導(dǎo)論、計算機組成原理等，可以考慮將“血緣”相近的知識通過整合優(yōu)先納入到課程中。改革傳統(tǒng)按課程下達教學(xué)任務(wù)的方式，實現(xiàn)按知識點下達教學(xué)任務(wù)。整合課程內(nèi)容，剔除重復(fù)、陳舊的知識，完善教學(xué)次序，增加最前沿的專業(yè)知識。

3.3 大數(shù)據(jù)課程群研究

3.3.1 課程群構(gòu)成 大數(shù)據(jù)課程群分成4個部分：基礎(chǔ)課程群(含必修、選修)，涉及通識教育、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)、計算機基礎(chǔ)、語言能力課程以及相關(guān)醫(yī)學(xué)專業(yè)課程；專業(yè)課程群(必修)，涉及大數(shù)據(jù)核心知識、技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)據(jù)賦能”能力；專業(yè)方向課程群(指定選修)，即職業(yè)規(guī)劃課程，側(cè)重大數(shù)據(jù)技術(shù)實踐和行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用；工程實踐環(huán)節(jié)(課程實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計)，讓學(xué)生體驗實際業(yè)務(wù)，主要訓(xùn)練學(xué)生的工程能力，規(guī)范其職業(yè)行為，見圖4。4個版塊課程設(shè)置旨在厚基礎(chǔ)、重能力，增強學(xué)生核心能力，完整地覆蓋上述4個維度的知識體系，體現(xiàn)“2個全程、3個結(jié)合”，即全程的醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)觀念和創(chuàng)新意識，全程應(yīng)用技能培訓(xùn)和發(fā)展?jié)撡|(zhì)；人文素養(yǎng)與專業(yè)素質(zhì)相結(jié)合，理論知識與實踐技能相結(jié)合，校內(nèi)學(xué)習(xí)與校外實踐相結(jié)合。每門課程內(nèi)容通過大量案例和實訓(xùn)課，讓學(xué)生參與到企業(yè)生產(chǎn)實踐中，增強團隊合作精神。

圖4 大數(shù)據(jù)課程群

3.3.2 基礎(chǔ)課程群 包括通識教育類、計算機基礎(chǔ)類、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)類、數(shù)據(jù)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)信息類等課程。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、統(tǒng)計學(xué)。計算機基礎(chǔ)包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、程序設(shè)計基礎(chǔ)。本課程群要求學(xué)生具備必要的數(shù)學(xué)知識和計算機基本理論知識，為大數(shù)據(jù)課程學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。

3.3.3 專業(yè)課程群 包括大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識、方法、技術(shù)和平臺系統(tǒng)。涉及課程有大數(shù)據(jù)導(dǎo)論、大數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)算法、云計算系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)及應(yīng)用、虛擬化技術(shù)等課程。其中“大數(shù)據(jù)導(dǎo)論”對大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)起到引導(dǎo)作用，課程教授大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)知識、方法和原理，引導(dǎo)學(xué)生掌握方法，學(xué)會使用大數(shù)據(jù)工具。課程重點在于將大數(shù)據(jù)方法、理論基礎(chǔ)和工程融合起來[13]；“大數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)”旨在進一步加強學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)分析中常用的運籌學(xué)、矩陣論、信息論等知識[9]，作為基礎(chǔ)課程群的補充，既提高學(xué)習(xí)效率又降低學(xué)習(xí)難度及負擔；“大數(shù)據(jù)算法”教學(xué)目的為培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力；“云計算系統(tǒng)”重點講授云平臺的基本原理和應(yīng)用構(gòu)建方法。大數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)由云計算平臺提供，因此學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)必須懂得云計算；“大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”是由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫擴展而來，除關(guān)系型數(shù)據(jù)庫外還用到非關(guān)系型 NoSQL 數(shù)據(jù)庫、Hadoop大數(shù)據(jù)處理平臺、大規(guī)模并行數(shù)據(jù)倉庫等；“分布式計算系統(tǒng)”主要介紹大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)平臺，包括Hadoop、HDFS、Hbase、MapReduce、Spark、Hive、Storm分布式數(shù)據(jù)處理引擎以及zookeeper 分布式系統(tǒng)管理部件。

3.3.4 專業(yè)方向課程群 根據(jù)人才分層多元化培養(yǎng)目標，專業(yè)方向課程群可劃分為多種層次，主要圍繞職業(yè)能力培養(yǎng)學(xué)生的基本職業(yè)素質(zhì)，積累實踐經(jīng)驗。本課程群通過項目融合、企業(yè)實踐與課堂教學(xué)構(gòu)建而成。包括大數(shù)據(jù)前沿技術(shù)系列課程、企業(yè)技術(shù)實訓(xùn)課程、學(xué)生就業(yè)服務(wù)等。其中大數(shù)據(jù)運維與云計算方向針對大數(shù)據(jù)平臺搭建和運維類崗位，專業(yè)方向課程包括大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)及應(yīng)用、云計算與數(shù)據(jù)中心規(guī)劃等；Hadoop大數(shù)據(jù)開發(fā)方向針對大數(shù)據(jù)開發(fā)崗位，這類課程培訓(xùn)學(xué)生搭建大數(shù)據(jù)實踐環(huán)境，熟悉大數(shù)據(jù)的整體技術(shù)、核心組件以及應(yīng)用開發(fā)工具的使用，包括大數(shù)據(jù)通用處理平臺、分布式存儲、數(shù)據(jù)分析/數(shù)據(jù)倉庫、流式計算、資源調(diào)度、消息隊列、日志收集等；數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習(xí)方向針對數(shù)據(jù)存儲、處理、分析類崗位，專業(yè)方向課程包括大數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實踐、大數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)嵺`、數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`、大數(shù)據(jù)可視化等[14]。這類課程培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用、分析能力以及工程實踐能力。

3.3.5 各課程在大學(xué)4年學(xué)制各學(xué)期的分布(圖5) 通識教育、語言能力課程適合安排在1～4學(xué)期完成。專業(yè)課程適合安排在2～6學(xué)期。專業(yè)方向課程安排在7～8 學(xué)期。1年級學(xué)生以通識教育、自然科學(xué)和計算機基礎(chǔ)、語言能力課程為主；2、3年級以專業(yè)課程為主；4年級開展為期1年的實踐教學(xué)，學(xué)生進入企業(yè)進行47周頂崗實習(xí)，完成畢業(yè)設(shè)計。

圖5 大數(shù)據(jù)課程群分布

3.4 產(chǎn)學(xué)研一體化的實驗教學(xué)

針對目前普遍存在的大數(shù)據(jù)教學(xué)與科研、產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的問題[15]，將項目教學(xué)引入課堂，對接產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈[16]，促進教學(xué)與科研的有機統(tǒng)一，使人才培養(yǎng)適合產(chǎn)業(yè)需求。校企聯(lián)合共建實驗室和實踐基地，搭建大數(shù)據(jù)教學(xué)科研平臺，為大數(shù)據(jù)實驗教學(xué)提供安全穩(wěn)定的硬件支撐。大數(shù)據(jù)實驗分為必修和選修部分，必修實驗項目在教師指導(dǎo)下完成實驗內(nèi)容。選修實驗項目采用開放模式，以研究創(chuàng)新為目的，為學(xué)生提供實驗平臺，由學(xué)生自發(fā)組建團隊，自主完成項目研究。實驗教學(xué)過程中配備學(xué)業(yè)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師。選拔有學(xué)術(shù)潛質(zhì)的優(yōu)秀本科生早進實驗室、早入課題組、早接觸大項目[17]，激發(fā)科研興趣，提供盡早熟悉項目申報、資料查詢、方案論證、實驗數(shù)據(jù)處理各過程的機會，在此過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析和解決問題，多渠道、多層次、多維度地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)很多醫(yī)學(xué)院校都積極開設(shè)大數(shù)據(jù)課程，然而課程設(shè)置不同，造成人才培養(yǎng)的差異。濟寧醫(yī)學(xué)院自開設(shè)大數(shù)據(jù)專業(yè)以來，圍繞自身存在問題，積極開展適于醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)人才發(fā)展的大數(shù)據(jù)課程群相關(guān)研究工作并取得初步成效。該項研究尚需進一步完善，以期為醫(yī)學(xué)院校大數(shù)據(jù)課程建設(shè)提供參考。