數(shù)據(jù)科學(xué)新工科專業(yè)“12345”課外實(shí)踐教學(xué)改革探索

鐘茂生 吳水秀 曾雪強(qiáng) 羅瑋

摘要 數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為高校近幾年開設(shè)的新工科專業(yè)，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，是當(dāng)前專業(yè)建設(shè)中面臨的迫切問題。文章提出了“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、競(jìng)賽激勵(lì)、教師指導(dǎo)、學(xué)研結(jié)合”的課外實(shí)踐教學(xué)改革總體思路和“12345”課外實(shí)踐教學(xué)改革方案，并提出以“搭平臺(tái)、建機(jī)制、抓活動(dòng)（項(xiàng)目+競(jìng)賽）、出成果”邏輯思路，通過強(qiáng)化平臺(tái)和機(jī)制建設(shè)，抓項(xiàng)目研發(fā)和學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)等措施，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。為新工科專業(yè)課外實(shí)踐教學(xué)提供了有益參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)科學(xué)；新工科；課外實(shí)踐教學(xué)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；競(jìng)賽激勵(lì)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.021

2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”[1-2]，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)。新工科基本要求是培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，以適應(yīng)當(dāng)今的新科技、新工業(yè)和新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的人才需求。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，屬于典型的新工科專業(yè)[3]，旨在培養(yǎng)學(xué)生具有大數(shù)據(jù)思維、掌握計(jì)算機(jī)理論、數(shù)據(jù)科學(xué)理論和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并能針對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用（即數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)開發(fā)、海量數(shù)據(jù)分析與挖掘）中各種典型問題提出解決辦法，具有將領(lǐng)域知識(shí)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合、創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力，能從事大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工作。

鑒于“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”是國內(nèi)剛開設(shè)不久的新專業(yè)，需要大數(shù)據(jù)真實(shí)環(huán)境才有助于學(xué)生的培養(yǎng)。這對(duì)于很多以文理見長、無大數(shù)據(jù)實(shí)踐環(huán)境的非工科類大學(xué)，如何在新工科背景下，切實(shí)有效做好專業(yè)實(shí)踐教學(xué)[4]，培養(yǎng)學(xué)生將領(lǐng)域知識(shí)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合、創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力，是當(dāng)前專業(yè)建設(shè)中面臨的迫切問題。

論文提出了“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)[5-10]、競(jìng)賽激勵(lì)[11-13]、教師指導(dǎo)、學(xué)研結(jié)合”的課外實(shí)踐教學(xué)改革總體思路和“12345”的實(shí)踐教學(xué)改革方案。該方案在本校經(jīng)過三年多的探索實(shí)踐，本校數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量明顯提升，具有顯著的效果。

1課外實(shí)踐教學(xué)改革總體思路

針對(duì)“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”新工科專業(yè)現(xiàn)狀和特點(diǎn)，借鑒現(xiàn)有計(jì)算機(jī)大類專業(yè)在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，本專業(yè)提出以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、拼搏精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)為根本目標(biāo)，充分發(fā)揮現(xiàn)有科創(chuàng)平臺(tái)和獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)機(jī)制、科教融合[13-17]、產(chǎn)教融合[17-22]協(xié)同育人機(jī)制，實(shí)行“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、競(jìng)賽激勵(lì)、教師指導(dǎo)、學(xué)研結(jié)合”為總體思路的“12345”實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施方案，調(diào)動(dòng)教師指導(dǎo)和學(xué)生參與的積極性、主動(dòng)性，切實(shí)提升課外實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量和水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的總體思路如圖1所示。

基于上述總體思路，作者制定了“12345”實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施方案，整個(gè)實(shí)施方案的具體內(nèi)容如下：

①確定“1”個(gè)目標(biāo)，即：培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、拼搏精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)；

②探索“2”條新途徑，即：在現(xiàn)有課程實(shí)驗(yàn)、課程綜合訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，新增加：項(xiàng)目研發(fā)、學(xué)科競(jìng)賽兩條課外實(shí)踐途徑；

③利用“3”類平臺(tái)，即：學(xué)校大學(xué)生雙創(chuàng)中心、學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新平臺(tái)、學(xué)院省級(jí)科研平臺(tái)（含導(dǎo)師實(shí)驗(yàn)室）；

④培養(yǎng)“4”個(gè)層次的實(shí)踐能力，即：提出問題能力→分析設(shè)計(jì)能力→組織實(shí)施能力→實(shí)踐創(chuàng)新能力；

⑤實(shí)行“5”個(gè)一培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即學(xué)生在大學(xué)四年至少有下面的經(jīng)歷或成果：參加一次計(jì)算機(jī)信息技術(shù)競(jìng)賽（如ACM、計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)類設(shè)計(jì)大賽、藍(lán)橋杯等等）、參與一個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)、獲一項(xiàng)科技成果（論文、專利和軟著）、有一次不少于一個(gè)月的企業(yè)實(shí)習(xí)經(jīng)歷、獲一個(gè)職業(yè)資格證書（如軟考證）。

2課外實(shí)踐教學(xué)改革主要措施

根據(jù)上述課外實(shí)踐教學(xué)改革思路和改革實(shí)施方案，課題組以“搭平臺(tái)、建機(jī)制、抓活動(dòng)（項(xiàng)目+競(jìng)賽）、出成果”為邏輯思路，從平臺(tái)、機(jī)制兩方面提出具體的建設(shè)和改革方法，推出相應(yīng)的改革舉措，并對(duì)平臺(tái)和機(jī)制建設(shè)進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋和改進(jìn)，整個(gè)課外實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施的邏輯流程如下圖2所示。

2.1強(qiáng)化科創(chuàng)平臺(tái)與培管機(jī)制建設(shè)

為提高學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)和能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程人才，首先需要強(qiáng)化科創(chuàng)平臺(tái)和培管機(jī)制建設(shè)。從以下幾個(gè)方面來強(qiáng)化科創(chuàng)平臺(tái)建設(shè)：①與省內(nèi)外企業(yè)和科研院所進(jìn)行產(chǎn)教合作和科教合作共建實(shí)習(xí)基地；②利用學(xué)校的大學(xué)生雙創(chuàng)中心；③利用現(xiàn)有的省部級(jí)科研平臺(tái)；④搭建“大學(xué)生科技創(chuàng)新平臺(tái)”?？苿?chuàng)平臺(tái)以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，開展有組織、有保障、有激勵(lì)、有支撐和開放式的活動(dòng)和項(xiàng)目研發(fā)，使學(xué)生有興趣學(xué)、有項(xiàng)目做，掌握方法、鍛煉能力、提高水平、取得成果。進(jìn)入科創(chuàng)平臺(tái)的活動(dòng)與項(xiàng)目將第一課堂和第二課堂對(duì)接，思政教育和創(chuàng)新培養(yǎng)融合，校內(nèi)活動(dòng)和校外參與貫通。

科創(chuàng)平臺(tái)除硬件建設(shè)外，還要加強(qiáng)人才培養(yǎng)、成果認(rèn)定、支撐保障和考核激勵(lì)等機(jī)制建設(shè)。人才培養(yǎng)機(jī)制遵循分層指導(dǎo)原則，包括普及教育、能力訓(xùn)練和重點(diǎn)培養(yǎng)三個(gè)層級(jí)；成果認(rèn)定機(jī)制是對(duì)學(xué)生獲得的成果進(jìn)行水平認(rèn)定、獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)分認(rèn)定；支撐保障機(jī)制是規(guī)定科創(chuàng)平臺(tái)的組織保障和支撐服務(wù)；考核激勵(lì)機(jī)制需要規(guī)定科創(chuàng)平臺(tái)如何進(jìn)行考核和獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)，推進(jìn)平臺(tái)建設(shè)提質(zhì)量上水平。通過構(gòu)建人才培養(yǎng)、成果認(rèn)定、支撐保障和考核激勵(lì)為內(nèi)容的培管機(jī)制，有助于調(diào)動(dòng)科創(chuàng)平臺(tái)師生的積極性和主動(dòng)性，有利于通過科創(chuàng)平臺(tái)培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程人才，同時(shí)也鞭策指導(dǎo)教師不斷學(xué)習(xí)，更好地指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生，形成人才培養(yǎng)和教學(xué)科研的良性循環(huán)。

2.2落實(shí)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)與競(jìng)賽激勵(lì)機(jī)制

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)是將專業(yè)教學(xué)與科研項(xiàng)目研發(fā)有機(jī)地結(jié)合起來，為學(xué)生更好地利用專業(yè)知識(shí)、解決實(shí)際問題提供抓手的一種形式。指導(dǎo)教師以自己承擔(dān)的科研項(xiàng)目為邏輯起點(diǎn)，組建本科生項(xiàng)目研發(fā)小組，實(shí)行項(xiàng)目（任務(wù)）驅(qū)動(dòng)機(jī)制。通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，使本科生進(jìn)入科創(chuàng)平臺(tái)或科研實(shí)驗(yàn)室后，能夠在專業(yè)教師指導(dǎo)下，學(xué)生開展項(xiàng)目討論、設(shè)計(jì)和項(xiàng)目的研發(fā)，在研發(fā)過程中提出解決問題的新思路、新方法和新技術(shù)，并將創(chuàng)新成果撰寫成論文予以投稿發(fā)表，或申請(qǐng)專利、軟件著作權(quán)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力及獨(dú)立思考的能力，并促進(jìn)指導(dǎo)教師教研相長、以教助研。

學(xué)科競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神具有重要的促進(jìn)作用。專業(yè)教師可以在科創(chuàng)平臺(tái)支持下，選拔學(xué)生開展數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、計(jì)算機(jī)電子設(shè)計(jì)大賽、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)大賽（如ICPC、CCPC、天梯賽、藍(lán)橋杯等）、大數(shù)據(jù)競(jìng)賽等等，并通過“一中心三階段”競(jìng)賽培養(yǎng)機(jī)制和“雙主體多形式”競(jìng)賽激勵(lì)機(jī)制，來有效促進(jìn)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

“一中心三階段”競(jìng)賽培養(yǎng)機(jī)制中的“一中心”是指以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，“三階段”是按照不同階段學(xué)生的特點(diǎn)，將學(xué)生從新生入校開始的培養(yǎng)全過程，由淺入深地劃分為基礎(chǔ)普及、進(jìn)階訓(xùn)練和競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)3個(gè)階段；“雙主體多形式”競(jìng)賽激勵(lì)機(jī)制中的“雙主體”是指對(duì)參與競(jìng)賽的學(xué)生和指導(dǎo)教師同時(shí)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)；“多形式”是指對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)分認(rèn)定、評(píng)優(yōu)評(píng)先、物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)、碩士推免加分等多形式獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)，對(duì)參與指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽的教師作為業(yè)績?cè)u(píng)價(jià)、年度考核和聘期考核、評(píng)優(yōu)評(píng)先、職稱晉升等獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)的依據(jù)。通過“雙主體多形式”競(jìng)賽激勵(lì)機(jī)制，既可引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)認(rèn)真參與各種競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促使學(xué)生不斷提高自主學(xué)習(xí)能力，有助于培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，也讓指導(dǎo)教師能全身心投入到學(xué)生指導(dǎo)過程中，通過獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)提升指導(dǎo)教師的獲得感和成就感。

2.3深化科教融合與產(chǎn)教融合機(jī)制

針對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的多學(xué)科交叉、面向行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，專業(yè)提出“項(xiàng)目聯(lián)合開發(fā)、學(xué)生聯(lián)合培養(yǎng)、科技成果共享、多方合作共贏”的科教融合機(jī)制，與省內(nèi)科研院所（如省計(jì)算技術(shù)研究所、氣象科學(xué)研究所、交通運(yùn)輸研究院）緊密合作，開展面向氣象水文、交通運(yùn)輸、水利電力行業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究和項(xiàng)目研發(fā)，將科研院所的平臺(tái)設(shè)施作為數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)平臺(tái)與實(shí)踐環(huán)境，落實(shí)“聯(lián)合互補(bǔ)、共享共贏”的科教融合機(jī)制，用于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)必須與企業(yè)和行業(yè)加強(qiáng)合作，否則專業(yè)課程的教學(xué)缺乏大數(shù)據(jù)應(yīng)用和實(shí)踐案例，課程教學(xué)停留在書本、停留在教室，與實(shí)踐脫節(jié)，難以讓學(xué)生深入理解專業(yè)知識(shí)，更談不上提高實(shí)踐動(dòng)手能力和培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力。產(chǎn)教合作的內(nèi)容包括：校企聯(lián)合制定培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案、優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)一流課程與開發(fā)在線課程、建設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐條件，推進(jìn)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域項(xiàng)目合作研發(fā)，安排技術(shù)人員來校做大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的專題技術(shù)報(bào)告，假期派遣學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)，企業(yè)技術(shù)人員對(duì)學(xué)生進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)等等，通過細(xì)化內(nèi)容，實(shí)施產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，真正推動(dòng)社會(huì)優(yōu)質(zhì)資源向育人資源轉(zhuǎn)化。

3實(shí)踐教學(xué)改革成效

為驗(yàn)證上述課外實(shí)踐教學(xué)改革總體思路和“12345”的實(shí)踐教學(xué)改革方案的可行性和效果，作者將整個(gè)方案和改革措施用于我校的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)實(shí)踐。經(jīng)過2018～2021四級(jí)學(xué)生4年實(shí)踐表明，本專業(yè)學(xué)生在課題申報(bào)和研究、項(xiàng)目開發(fā)、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、論文發(fā)表、軟件著作權(quán)/專利申報(bào)等方面取得了可喜的成績，具有顯著的效果，尤其是本專業(yè)2018、2019級(jí)學(xué)生保研數(shù)量上取得了領(lǐng)先學(xué)院其他所有專業(yè)（學(xué)院2018級(jí)有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)4個(gè)專業(yè)共計(jì)356人，2019級(jí)四個(gè)專業(yè)共計(jì)403人）的好成績，表1是本專業(yè)每個(gè)年級(jí)到目前為止在上述各項(xiàng)任務(wù)中的參與人數(shù)（和獲得成果的人次）。

從表1可以看出，通過實(shí)行課外實(shí)踐教學(xué)改革措施，本專業(yè)很多學(xué)生積極參與學(xué)術(shù)課題研究和項(xiàng)目研發(fā)，參與學(xué)科競(jìng)賽和競(jìng)賽獲獎(jiǎng)的人次顯著增加，彭龍同學(xué)本科期間即在SCI二區(qū)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文（見表2），該同學(xué)已經(jīng)推免保送到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)攻讀碩士研究生。

表3是計(jì)算機(jī)學(xué)院2018級(jí)、2019級(jí)各專業(yè)學(xué)生數(shù)及學(xué)生推免保研人數(shù)和占比。從表3可以看出，數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)的推免保研學(xué)生人數(shù)比例明顯超過其他專業(yè)。

4結(jié)語

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為近幾年開設(shè)的新工科專業(yè)，由于校內(nèi)缺少行業(yè)大數(shù)據(jù)的實(shí)際現(xiàn)狀，如何在新工科背景要求下，切實(shí)有效地做好專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生將領(lǐng)域知識(shí)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合、創(chuàng)新和解決實(shí)際工程問題的能力，是當(dāng)前專業(yè)建設(shè)中面臨的迫切問題。本文在省級(jí)教改課題支持下，提出“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、競(jìng)賽激勵(lì)、教師指導(dǎo)、學(xué)研結(jié)合”的課外實(shí)踐教學(xué)總思路，制定了“12345”實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施方案，以“搭平臺(tái)、建機(jī)制、抓活動(dòng)（項(xiàng)目+競(jìng)賽）、出成果”為工作邏輯，提出從平臺(tái)、機(jī)制兩方面進(jìn)行建設(shè)和改革，并推出相應(yīng)的改革舉措，在本專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中進(jìn)行探索和實(shí)踐，取得了顯著的效果。本文的工作為培養(yǎng)適應(yīng)新科技、新工業(yè)和新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的創(chuàng)新型卓越工程人才提供科學(xué)可行的新方案，為新工科專業(yè)的課外實(shí)踐教學(xué)提供有益的參考模式。

基金項(xiàng)目：江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題（JXJG-18-2-24，JXJG-21-2-27）；江西師范大學(xué)教學(xué)改革課題（JXSDJG1766，JXSDJG2043，JXSDJG1945）。

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