學(xué)科競賽融入數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)的探索

高艷 劉海峰 徐麗麗

摘 要：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)是新增的本科專業(yè)，也是一門實踐性很強(qiáng)的計算機(jī)類專業(yè)。目前，專業(yè)實踐教學(xué)中存在著教學(xué)內(nèi)容不夠豐富、知識點孤立、考核方式單一等問題。本研究根據(jù)課題組所在高校學(xué)生實際情況，闡述了如何將學(xué)科競賽相關(guān)內(nèi)容融入到基礎(chǔ)實驗課程以及綜合實踐課程中，進(jìn)行有效的設(shè)計、實施及保障，最終提高學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力、團(tuán)隊協(xié)作能力以及學(xué)生就業(yè)率等，為其他院校實踐教學(xué)的改革提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：學(xué)科競賽；實踐教學(xué)；數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

基金項目：山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項目（編號：J20221441）

作者簡介：高艷（1985— ），女，晉中信息學(xué)院副教授，研究方向為大數(shù)據(jù)及人工智能；劉海峰（1987— ），男，晉中信息學(xué)院講師，研究方向為計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)；徐麗麗（1991— ），女，晉中信息學(xué)院講師，研究方向為大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)（以下簡稱“大數(shù)據(jù)”）專業(yè)是在各行各業(yè)對數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)開發(fā)等人才需求不斷增加的背景下產(chǎn)生的新興專業(yè)。課題組所在的晉中信息學(xué)院大數(shù)據(jù)專業(yè)從2018年開始招生，目前已經(jīng)有一屆畢業(yè)生。大數(shù)據(jù)專業(yè)的教師，在進(jìn)行了一輪的教學(xué)之后，對該專業(yè)的實踐課程有了一定的了解，可以對實踐課程進(jìn)行有效改革。同時，晉中信息學(xué)院作為應(yīng)用型本科院校，在人才培養(yǎng)方案的修訂過程中一直都在強(qiáng)調(diào)加大實踐課時比例，而如何進(jìn)行實踐教學(xué)才能更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)的要求，如何更好地培養(yǎng)大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生的實踐操作能力、綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，進(jìn)一步滿足市場發(fā)展的需要，也是迫切需要思考的問題。

學(xué)科競賽作為培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作意識的有效途徑和重要載體，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。將學(xué)科競賽與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，通過學(xué)科競賽能很好地提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，同時也能促進(jìn)實踐教學(xué)改革。將學(xué)科競賽知識融入到實踐教學(xué)中，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力、團(tuán)隊協(xié)作能力以及培養(yǎng)適應(yīng)市場發(fā)展需求的人才起著不可或缺的作用。

一、大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

目前，大數(shù)據(jù)專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括課程實驗、課程實踐和綜合實踐。課程實驗是指一門課程既包含理論課又包含相應(yīng)的實驗課。課程實踐是單獨的實踐課程，與某門具體的課程相對應(yīng)。如大數(shù)據(jù)專業(yè)下的大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用課程包含理論課和實驗課，同時還對應(yīng)一門大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)實踐課程。課程實踐設(shè)置的目的是針對某門課程在課程實驗基礎(chǔ)上的綜合實踐。綜合實踐是學(xué)生在學(xué)完多門課程之后才可以進(jìn)行的實踐課程，如大數(shù)據(jù)綜合實踐，在實踐內(nèi)容中包含數(shù)據(jù)采集、存儲、分析以及可視化等步驟，在此基礎(chǔ)上完成綜合的案例。大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐教學(xué)主要存在以下問題：

（一）實踐教學(xué)內(nèi)容不夠豐富，專業(yè)實踐深度不夠

大多數(shù)的專業(yè)實踐課程都是驗證型實驗，主要就是教師先操作一遍實驗，然后學(xué)生跟著做，完成該節(jié)課的實驗內(nèi)容即可，實驗本身缺乏設(shè)計性和綜合性，不僅沒有調(diào)動學(xué)生的積極性，而且學(xué)生的實踐操作能力和綜合應(yīng)用能力也沒有得到提升。

（二）各個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)彼此獨立，缺乏系統(tǒng)性

現(xiàn)有的實踐教學(xué)包括有課程的實驗，與課程相對應(yīng)的課程實踐以及綜合實踐。在實際的實踐教學(xué)中通常沒有考慮到課程與課程之間的聯(lián)系，無法實現(xiàn)全面提升學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力等具體目標(biāo)。

（三）各個實踐教學(xué)知識點彼此孤立，缺乏整體性

目前，教學(xué)過程都是按照所選教材的編排順序進(jìn)行教學(xué)，在前后銜接和聯(lián)系上較為零散，實踐教學(xué)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度開展，知識點較為孤立，使得學(xué)生容易孤立地看問題，缺乏整體性思維，不能將知識融會貫通。

（四）實踐教學(xué)考核方式單一，學(xué)生重視不夠

實踐課程內(nèi)容沒有制定明確的考核評分標(biāo)準(zhǔn)，實踐課程的最終考核成績大多是根據(jù)提交的實驗報告和上課時學(xué)生給教師留下的印象給定實踐考核成績，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為只要按時提交實驗報告和課程設(shè)計就很容易得分，自然而然認(rèn)為實踐課程在整個課程教學(xué)中并不重要。

二、學(xué)科競賽選擇

學(xué)科競賽是在學(xué)生掌握了一定專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生運用學(xué)過的知識或技術(shù)解決實際問題的創(chuàng)新性活動，是提升大學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的重要抓手。學(xué)科競賽一般分為教育主管部門、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織三種類型。

2022年2月，中國高等教育學(xué)會發(fā)布了56項教育部官方認(rèn)可的、含金量高、具有參賽價值的學(xué)科競賽項目。在這56項競賽項目中，大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生可以參加的競賽項目有中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、ACM-ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽、中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽、中國高校計算機(jī)大賽——大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽、藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽（以下簡稱“藍(lán)橋杯大賽”）、“中國軟件杯”大學(xué)生軟件設(shè)計大賽。但在這些競賽項目中，除了中國高校計算機(jī)大賽有專門的大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽，其他競賽計算機(jī)類學(xué)生都可以參加。大數(shù)據(jù)專業(yè)的學(xué)科競賽現(xiàn)階段主要是行業(yè)協(xié)會和企業(yè)組織的學(xué)科競賽，如阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽、全國大學(xué)生大數(shù)據(jù)分析技能競賽、全國高校計算機(jī)能力挑戰(zhàn)賽等。

目前，晉中信息學(xué)院大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生參加過的學(xué)科競賽包括“藍(lán)橋杯大賽”、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以及全國電信和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)職業(yè)技能競賽大數(shù)據(jù)分析師競賽，最好的成績是“藍(lán)橋杯大賽”省級二等獎。由于對學(xué)科競賽重視不夠，沒有將學(xué)科競賽和實踐課程有效結(jié)合，參賽前倉促組隊，導(dǎo)致競賽成績不太理想。

現(xiàn)階段根據(jù)學(xué)校大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生參與學(xué)科競賽的情況，應(yīng)該選擇一個程序設(shè)計類競賽來提高學(xué)生的基本編程能力和一個專業(yè)學(xué)科競賽來加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)實踐應(yīng)用能力。因此選擇“藍(lán)橋杯大賽”和阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽兩個學(xué)科競賽，將其知識點融入到大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐教學(xué)中，并鼓勵學(xué)生及相關(guān)教師加入到學(xué)科競賽中，讓師生對學(xué)科競賽都有一定的認(rèn)知和了解。當(dāng)學(xué)生參加這兩個學(xué)科競賽形成一定規(guī)模，并形成有效的教師指導(dǎo)團(tuán)隊和學(xué)生競賽團(tuán)隊后，可進(jìn)一步參加其他的學(xué)科競賽。

三、學(xué)科競賽融入實踐教學(xué)設(shè)計

學(xué)科競賽能夠融入到專業(yè)實踐教學(xué)中，學(xué)生學(xué)完數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程和程序設(shè)計語言類課程之后，可以參加程序設(shè)計類競賽（如“藍(lán)橋杯大賽”），學(xué)完數(shù)據(jù)分析與處理、大數(shù)據(jù)技術(shù)原理、Spark大數(shù)據(jù)開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化及機(jī)器學(xué)習(xí)之后可以參加大數(shù)據(jù)競賽（如阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽）。

（一）課程實驗設(shè)計

“藍(lán)橋杯大賽”包括C（或C++）語言、Java語言以及Python語言賽道，每個賽道又可以分為研究生組、大學(xué)A組、大學(xué)B組和大學(xué)C組，并且有相應(yīng)的考查范圍如下（以C語言和Java語言考查范圍為例，帶*內(nèi)容為大學(xué)A組和研究生組考查）。計算機(jī)算法：枚舉、排序、搜索、計數(shù)、貪心、動態(tài)規(guī)劃、圖論、數(shù)論、博弈論*、概率論*、計算幾何*、字符串算法等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)組、對象/結(jié)構(gòu)、字符串、隊列、棧、樹、圖、堆、平衡樹/線段樹、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*、嵌套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*等。

針對學(xué)生的實際情況，選擇“藍(lán)橋杯大賽”大學(xué)B組歷屆真題的編程案例融入到程序設(shè)計語言類以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的實踐教學(xué)中，在原有驗證性實驗的基礎(chǔ)上，將程序設(shè)計語言與實際案例相結(jié)合，不僅能夠考查學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，而且激發(fā)學(xué)生積極主動探究知識、解決問題的興趣。

（二）綜合實踐設(shè)計

阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽擁有國內(nèi)較大的大數(shù)據(jù)眾智平臺，具體競賽項目包括學(xué)習(xí)賽、程序設(shè)計大賽、可視化大賽及算法大賽等。對于初學(xué)者來說可以先參加學(xué)習(xí)賽，然后再參加算法大賽等。這里主要介紹機(jī)器學(xué)習(xí)算法競賽。競賽題目以現(xiàn)實中的實際業(yè)務(wù)為背景，通過相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來解決各種應(yīng)用場景中的業(yè)務(wù)痛點，實戰(zhàn)型和應(yīng)用型強(qiáng)，同時也有豐厚的獎勵。競賽的流程一般包含數(shù)據(jù)探索、特征工程、模型訓(xùn)練及調(diào)優(yōu)。

選擇阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽中學(xué)生對背景知識相對熟悉的題目如產(chǎn)品關(guān)聯(lián)分析、用戶情感可視化分析、阿里移動推薦算法挑戰(zhàn)賽，加入到數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)課程的實踐教學(xué)中，通過實際賽題案例的講解，學(xué)生對自己所學(xué)知識的實際應(yīng)用有了更深入地了解，更能激發(fā)學(xué)生求知的欲望。

四、學(xué)科競賽融入實踐教學(xué)實施

（一）課程實驗的實施

課程實驗課時相對較少，以學(xué)生對知識點的掌握為主。具體實施時可以分以下三個步驟。首先，通過驗證型實驗讓學(xué)生對理論課程所講知識點進(jìn)行鞏固；其次，針對不同課程融入學(xué)科競賽知識點，如程序設(shè)計類課程加入“藍(lán)橋杯大賽”知識點，這一階段教師講授競賽題目并進(jìn)行編程講解，加深學(xué)生對知識點的應(yīng)用理解；最后，再次選擇競賽題目讓學(xué)生自己針對競賽題目要求完成編程，提升學(xué)生應(yīng)用知識點解決實際問題的能力。通過三個步驟的學(xué)習(xí)，學(xué)生對相關(guān)課程知識點和實際應(yīng)用有了較好的掌握。

（二）綜合實踐的實施

綜合實踐課時比課程實驗課時多，且是在課程實驗基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合實踐應(yīng)用能力，要求學(xué)生能夠?qū)σ婚T課程的多個知識點融會貫通或者能夠?qū)⒍嚅T課程的知識點進(jìn)行綜合應(yīng)用，具體實施時分為兩個階段。

第一階段，在選擇合適的大數(shù)據(jù)算法競賽題目的基礎(chǔ)上，講解競賽題目的實際應(yīng)用背景，利用到的數(shù)據(jù)，涉及的知識點，可以使用哪些算法，之后進(jìn)行編程實現(xiàn)，編程按照算法競賽流程一步一步給學(xué)生講解。通過該階段的講授學(xué)生對課程知識點進(jìn)行了回顧，并且對課程實際應(yīng)用有所理解，更好地激發(fā)了學(xué)生對知識的探索熱情。

第二階段，進(jìn)一步選擇大數(shù)據(jù)競賽題目，將全班學(xué)生五人分為一組，學(xué)生按照競賽要求共同編寫相應(yīng)算法，并完成綜合實踐報告，報告內(nèi)容包含背景介紹、數(shù)據(jù)說明、算法原理介紹、數(shù)據(jù)探索、特征工程、模型構(gòu)建及優(yōu)化、結(jié)果可視化等。通過該階段的實踐鍛煉了學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力。

（三）實踐考核

將學(xué)科競賽融入到實踐教學(xué)后，對課程考核方式進(jìn)行改革。學(xué)生可以通過參加競賽獲得相應(yīng)課程成績，也可以通過課程自身要求（如考試成績）獲得相應(yīng)成績，兩者擇優(yōu)作為最終成績。程序設(shè)計類課程成績根據(jù)學(xué)生參加的競賽語言類型（如C語言、Java、Python）對應(yīng)相關(guān)課程的成績，大數(shù)據(jù)類競賽需要根據(jù)參加的競賽以及競賽內(nèi)容具體確定對應(yīng)的課程，并最終確定課程成績。

五、學(xué)科競賽融入專業(yè)實踐教學(xué)保障

（一）競賽制度保障

對于是否參加學(xué)科競賽，學(xué)生總是持有疑問，參加學(xué)科競賽需要花費大量的時間和精力，這樣學(xué)生就沒有時間學(xué)習(xí)規(guī)定的課程內(nèi)容。因此建立完善的保障制度是學(xué)生參加各種學(xué)科競賽的前提。

目前，為了促進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，鼓勵學(xué)生參加學(xué)科競賽，晉中信息學(xué)院制定了學(xué)科競賽管理辦法。該辦法的實施有利于提高學(xué)生參與學(xué)科競賽的積極性。學(xué)院層面積極配合學(xué)校層面，做好學(xué)科競賽宣傳工作，加大經(jīng)費的支持力度，提供競賽訓(xùn)練場地和訓(xùn)練設(shè)備，保證學(xué)科競賽的順利進(jìn)行。

（二）競賽教師和學(xué)生團(tuán)隊建設(shè)

教師的指導(dǎo)對學(xué)生學(xué)科競賽的成績起著很大的作用，學(xué)科競賽題目涉及的知識面廣，且有一定的難度，單個教師的知識和能力是有限的，因而需要將專業(yè)能力強(qiáng)且有參賽經(jīng)驗的教師匯合起來，組成一支過硬的指導(dǎo)教師團(tuán)隊。

學(xué)科競賽的很多比賽項目需要以團(tuán)隊的形式參賽，因而需要建立科學(xué)合理、優(yōu)秀的學(xué)生團(tuán)隊。教師在平時的教學(xué)、學(xué)院競賽中應(yīng)多注意觀察學(xué)生的特點、興趣、學(xué)習(xí)能力等，學(xué)生報名參加學(xué)科競賽后，要對學(xué)生學(xué)習(xí)能力、動手能力、溝通表達(dá)能力等各方面進(jìn)行評估，選拔出合適的學(xué)生參加不同的競賽活動，組成優(yōu)秀的學(xué)生團(tuán)隊。

（三）教學(xué)考核方式改革

傳統(tǒng)的課程考核方式主要包括平時成績、實驗成績和期末考試成績，將學(xué)科競賽融入到實踐教學(xué)后，建立學(xué)科競賽與對應(yīng)課程之間學(xué)分或成績兌換機(jī)制，改革傳統(tǒng)的教學(xué)考核方式，采用靈活考核方式，以證書代替?zhèn)鹘y(tǒng)考試，在課程成績或競賽成績兩者之間擇優(yōu)選擇，作為最終的課程成績。

通過學(xué)校的學(xué)科競賽制度建設(shè)，學(xué)院的大力支撐和經(jīng)費保障，優(yōu)秀教師和學(xué)生團(tuán)隊的建立以及課程考核方式的改革，有效保證了學(xué)科競賽融入實踐教學(xué)中，從而在學(xué)科競賽中取得優(yōu)秀的成績。

將學(xué)科競賽與專業(yè)實踐教學(xué)有效結(jié)合，將學(xué)科競賽知識融入到專業(yè)實踐教學(xué)中，同時鼓勵學(xué)生參加各種學(xué)科競賽，鼓勵教師參與學(xué)科競賽指導(dǎo)，不僅改革了實踐教學(xué)內(nèi)容，較好地解決了實踐教學(xué)中存在的實踐內(nèi)容不夠豐富、知識點獨立、考核方式單一等問題。同時，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力，也提升了教師自身的知識水平，最終能夠達(dá)到以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱春燕.以學(xué)科競賽為切入點的計算機(jī)專業(yè)實踐教學(xué)研究[J].江蘇科技信息，2018（31）.

[2]李華瑋，張滬寅，彭紅梅，等.“新工科”背景下計算機(jī)實踐類競賽案例設(shè)計[J].計算機(jī)教育，2021（6）.

[3]蔣湘濤，辛動軍，黃輝，等.學(xué)科競賽促進(jìn)軟件工程專業(yè)實踐教學(xué)模式探索[J].軟件工程，2018（4）.

[4]中國高等教育學(xué)會.2021年全國普通高校大學(xué)生競賽分析報告發(fā)布[EB/OL].（2022-02-21）.https：//

www.cahe.edu.cn/site/content/14825.html.

[5]張岳，楊菲菲，楊軍，等.以學(xué)科競賽驅(qū)動大數(shù)據(jù)專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)實踐[J].電腦知識與技術(shù)，2021（33）.

責(zé)編：應(yīng) 圖