基于融合思維的計算機學科大數(shù)據(jù)課程設計

王蒙，高曉娟，王峰萍

（西安工程大學計算機科學學院，陜西西安 710048）

有研究指出，三分之二的企業(yè)已將大數(shù)據(jù)技術應用于實際生產(chǎn)環(huán)境或正著手構建業(yè)務相關的大數(shù)據(jù)平臺[1]，大數(shù)據(jù)與行業(yè)融合的步伐逐步加速?！俺浞职l(fā)揮大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的引擎作用，以大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢帶動千行百業(yè)整體提升[2]”是國家“十四五”規(guī)劃從工業(yè)經(jīng)濟向數(shù)字經(jīng)濟邁進過程中對大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出的新要求。

以王元卓等[3]為代表的大數(shù)據(jù)專業(yè)建設思路均以計算機和大數(shù)據(jù)技術課程為主，補充某一交叉學科專業(yè)課（如經(jīng)濟學[3]和教育學[4]等）來構建培養(yǎng)體系。但交叉課程不系統(tǒng)、不同知識銜接不科學[5]，導致學生大數(shù)據(jù)技術與行業(yè)知識間缺乏有機聯(lián)系，難以形成對實際問題的分析認識，勢必限制學生在行業(yè)實施大數(shù)據(jù)技術落地的有效性。教育部新增的12個大數(shù)據(jù)新工科和新文科專業(yè)，針對行業(yè)進行差異化培養(yǎng)，但鑒于大數(shù)據(jù)知識體系特點，需要學生掌握計算機類課程選修知識，導致交叉學科體系的學習任務過于繁重且理解計算機思維內涵相對薄弱，學生難以在面對實際問題時選擇契合的技術路線。

一、面向計算機學科的大數(shù)據(jù)課程設計目標與挑戰(zhàn)

針對上述大數(shù)據(jù)應用型人才培養(yǎng)的局限，結合計算機學科人才受大數(shù)據(jù)發(fā)展的吸引進入大數(shù)據(jù)行業(yè)強烈意愿的客觀現(xiàn)狀[5]，本文以培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)融合思維的應用型計算機人才為切入點，設計面向計算機學科的大數(shù)據(jù)課程及教學模式，探索培養(yǎng)符合大數(shù)據(jù)行業(yè)需求的計算機人才規(guī)律，作為大數(shù)據(jù)專業(yè)建設的優(yōu)化補充，以期在一定程度上收窄大數(shù)據(jù)應用型人才缺口。

（一）大數(shù)據(jù)課程存在的問題

大數(shù)據(jù)是多學科交叉和面向產(chǎn)業(yè)應用的“新工科”課程，傳統(tǒng)課程設計和教學模式不能很好適應培養(yǎng)需要：其一，計算機專業(yè)的大數(shù)據(jù)課程相對獨立，課程間、學科間知識較為割裂，這與大數(shù)據(jù)多行業(yè)、多知識融合的特征相矛盾；其二，課程各環(huán)節(jié)設置同一化，難以適應學生能力、興趣和個人發(fā)展目標差異，無法根據(jù)學生特點有意識地優(yōu)化大數(shù)據(jù)思維培養(yǎng)，與學生為中心的理念相背離；其三，教學模式偏重知識性考核，忽視階段性成果評價，這與大數(shù)據(jù)注重實踐理論結合的要求不匹配；其四，大數(shù)據(jù)是典型的工科課程，側重知識目標和技能目標達成，課程思政元素挖掘不足，難以體現(xiàn)“理想信念教育放在應用型人才培養(yǎng)首位[6]”的教育方針。

（二）大數(shù)據(jù)課程設計的挑戰(zhàn)

面向計算機學科大數(shù)據(jù)課程設計的挑戰(zhàn)主要來自知識結構、師資力量和思維培養(yǎng)三方面：首先，根據(jù)業(yè)界對大數(shù)據(jù)人才技能的需求，課程須涵蓋大數(shù)據(jù)技術生態(tài)的核心要素，但目前尚無整合大數(shù)據(jù)全鏈路的教材或教學內容體系；其次，大數(shù)據(jù)專業(yè)師資力量相對缺乏，教師個體擅長的研究和教學領域難以覆蓋大數(shù)據(jù)知識體系[7]，面對學科交叉時問題尤為明顯；最后，應用型人才培養(yǎng)強調理論聯(lián)系實踐，需要讓學生理解只有具備大數(shù)據(jù)思維能力，才能幫助企業(yè)挖掘數(shù)據(jù)的隱含價值[8]。

二、基于融合思維的大數(shù)據(jù)課程設計

課程立足于新工科和“兩性一度”課程建設標準，將大數(shù)據(jù)全鏈路、多學科、全過程融合思維作為切入點，采用虛擬教研室模式，以行業(yè)應用與大數(shù)據(jù)思維融合為導向，挖掘契合的思政元素，設計符合大數(shù)據(jù)應用型人才培養(yǎng)的課程內容。

（一）融合知識結構

大數(shù)據(jù)基礎理論是人才培養(yǎng)的根本，是運用大數(shù)據(jù)思維認識和分析問題、利用大數(shù)據(jù)技術解決問題的前提。國內計算機學科培養(yǎng)方案均覆蓋程序設計、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)庫等先修知識，具備系統(tǒng)掌握大數(shù)據(jù)理論的素質。課程知識結構依據(jù)業(yè)界對大數(shù)據(jù)人才的技能要求，凝練了全鏈路（包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化）核心基礎要素。一方面，將學科交叉的行業(yè)問題穿插到理論和實踐環(huán)節(jié)，幫助學生通過認識、分析和解決問題的完整路徑逐步領會大數(shù)據(jù)思維方式，體現(xiàn)課程設計的“高階性”。另一方面，設計多技術結合的解決方案，擺脫大數(shù)據(jù)相關課程獨立設課、缺乏結合的局限，適應學術和產(chǎn)業(yè)界“數(shù)智”融合的趨勢，使學生能將不同技術融會貫通，體現(xiàn)課程設計的“創(chuàng)新性”。

典型的，融合不同行業(yè)背景、結合不同技術進行能力培養(yǎng)，例如，數(shù)據(jù)采集階段，以文化旅游行業(yè)游客意見促進服務質量提升為背景，融合Web爬蟲和文本分析技術；數(shù)據(jù)清洗階段，以采購和制造部門數(shù)據(jù)治理打通數(shù)據(jù)孤島為背景，融合數(shù)據(jù)ETL和數(shù)據(jù)庫技術；數(shù)據(jù)管理階段，以汽車制造成本收益數(shù)據(jù)分析為背景，融合HBase數(shù)據(jù)庫、Hive數(shù)倉和數(shù)據(jù)降維技術；數(shù)據(jù)處理階段，以紡織工程中各加工環(huán)節(jié)對質量影響為背景，融合MapReduce批處理和聚類算法；數(shù)據(jù)分析階段，以銀行反洗錢問題理解金融犯罪防范策略，融合結構分析算法和數(shù)據(jù)庫技術。

（二）融合師資力量

師資水平和知識結構支撐著人才培養(yǎng)的質量，是大數(shù)據(jù)課程建設和教學的核心?？紤]教師的學科專長和能力側重有所差異，從知識、年齡和隊伍三方面綜合考慮搭建師資團隊。首先，采用交叉學科虛擬教研室建設思路，吸收了數(shù)據(jù)科學、計算機、管理學、機電工程等學科一線骨干教師，以各行業(yè)實際問題為驅動，發(fā)掘大數(shù)據(jù)與智慧城市、金融管理、智能制造等產(chǎn)業(yè)的結合點，形成學科交叉、知識融合的師資結構。其次，由教學經(jīng)驗豐富的教師更好地把握課程設計思路，合理安排進度和深度，年輕教師則承擔技術前沿的探索和實踐，二者優(yōu)勢互補能有力保證課程建設質量。最后，通過引入大數(shù)據(jù)企業(yè)導師，深化校企育人思路，從產(chǎn)業(yè)務實角度設計課程技術路線并遴選行業(yè)真實背景案例。

（三）融合思政元素

中國進入新發(fā)展階段，各種社會思潮包括大數(shù)據(jù)倫理都對學生價值觀產(chǎn)生沖擊，因此更應發(fā)揮思政育人的引領作用。結合課程內容，挖掘貼近學生情感、具備親和力的育人元素，建立以知識和現(xiàn)實問題為載體的價值觀塑造、科學精神培養(yǎng)、教師言傳身教的“三位一體”融合思政路徑，將正確思想、意識滲透給學生，讓學生在求知過程中領會家國情懷、道德倫理和科學精神等。

具體地，將“卡脖子”技術事件、中國團隊主導的大數(shù)據(jù)技術、數(shù)據(jù)隱私竊取等現(xiàn)實情景恰當融入知識載體，引導學生樹立正確的社會主義核心價值觀和職業(yè)倫理道德；實踐教學中通過自主探索、小組協(xié)作等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的合作意識和工匠精神；教師加強自身修養(yǎng)，發(fā)揮思政教育中言傳身教的主動性，以正確的表率作用和人格魅力感染影響學生。

三、基于融合思維的大數(shù)據(jù)教學模式設計

課程教學以學生個性化發(fā)展目標為導向，立足大數(shù)據(jù)融合思維優(yōu)化過程實踐和評價機制，設計符合OBE理念的教學模式。

（一）融入個性的教學方法

采用以學生為中心的“三步”教學方法，即情景化“問題驅動”激發(fā)學習動機，師生共同體結合“問題遞進”引導學生自主探究，面向個性化“目標達成”的開放式題目設置。

1.問題驅動

學生具備就業(yè)、深造和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等不同發(fā)展需求，挑選支撐不同目標的案例融入教學能夠引發(fā)學生結合自身進行思考。結合PBL問題導向的情景化教學模式設置到產(chǎn)業(yè)場景或研究領域中，對激發(fā)學習動機能起到事半功倍的作用。

2.問題遞進

以師生共同體模式為基礎，采用師生間、同學間的對話、討論等方式共同剖析問題的關鍵因素，通過指導和協(xié)作以問題遞進方式使學生掌握大數(shù)據(jù)解決問題的思路，并能舉一反三地將大數(shù)據(jù)思維推廣到不同行業(yè)場景，推動學習任務轉化為內在能力提升的主觀需要。

3.目標達成

傳統(tǒng)教學千篇一律的實驗和大作業(yè)題目無法適應學生能力和發(fā)展目標差異，難以激發(fā)學生學習興趣。課程設計開放式、差異化題目，讓學生根據(jù)能力和偏好自主選擇所要達成的目標，培養(yǎng)學生獨立探究的創(chuàng)新思維和利用知識分析問題、解決問題的綜合素質。

（二）“四維”融合的教學模式

設計以產(chǎn)教融合為抓手、“數(shù)智”融合為支撐、“教-研”融合為拓展、“賽-教”融合為挑戰(zhàn)的“四維”融合教學模式。

1.產(chǎn)教融合

應用型人才培養(yǎng)面向企業(yè)實際需求，專注理論的方式并不完全適用大數(shù)據(jù)教學[9]，課程內容設置須遵循與產(chǎn)業(yè)實踐相結合的原則。企業(yè)導師熟悉當前大數(shù)據(jù)崗位技能需求和業(yè)界主流技術，其深度參與課程知識內容遴選，從真實項目背景提取案例，搭建起教學和產(chǎn)業(yè)間的橋梁。

2.“數(shù)智”融合

大數(shù)據(jù)與人工智能融合已成為學術和產(chǎn)業(yè)界的顯著趨勢，在構建教學案例的大數(shù)據(jù)解決方案過程中，通過融入數(shù)據(jù)分析方法將二者有機結合起來，體現(xiàn)課程的高階性，有利于培養(yǎng)大數(shù)據(jù)完整的生態(tài)思維方式。

3.“教-研”融合

以“基于大綱、高于大綱”的教學原則，持續(xù)關注大數(shù)據(jù)前沿以更新或補充教學內容，體現(xiàn)課程的創(chuàng)新性。一方面融入新興知識內容，如Kafka（數(shù)據(jù)采集）、區(qū)塊鏈（數(shù)據(jù)管理）、Flink（數(shù)據(jù)處理）等，另一方面融入教師在大數(shù)據(jù)領域研究成果以實現(xiàn)“科研反哺教學”，開闊學生知識視野。

4.“賽-教”融合

以各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽和項目為背景，如學科交叉融合代表性“華為ICT大賽”“天池大數(shù)據(jù)競賽”等，立足課程知識進行延伸性教學，通過直面競賽消除學生學習新知識的畏難情緒，鼓勵學生在創(chuàng)新實踐中理解大數(shù)據(jù)融合思維。

（三）融入過程的評價機制

大數(shù)據(jù)理論和技術龐雜且具深度，采用網(wǎng)絡MOOC和大數(shù)據(jù)實訓課程等資源，推動線上線下混合式教學，形成線上資源與線下教學實踐的優(yōu)勢互補。圍繞培養(yǎng)目標的達成設計過程性考核指標，根據(jù)課前、課堂、課后、實驗和大作業(yè)等教學環(huán)節(jié)特點設置針對性的多元化評價標準。課前評估線上自學的態(tài)度和付出；課堂結合在線實時投稿、答題與線下交互、討論形成綜合表現(xiàn)評分；課后通過作業(yè)考查知識掌握程度；實驗和大作業(yè)按照多維度教學要求進行考核，包括技術調研、解決方案設計、論文撰寫等。多階段、多元化的過程性評價便于教師了解學情，及時調整教學策略，發(fā)揮過程管理優(yōu)勢的人才培養(yǎng)質量保障和持續(xù)改進機制。

四、結束語

在大數(shù)據(jù)與行業(yè)融合步伐加快、現(xiàn)有大數(shù)據(jù)專業(yè)建設和人才培養(yǎng)體系尚不完善的時代背景下，面向計算機學科的大數(shù)據(jù)課程改革，是應用型大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的必要補充，有助于快速收窄人才供需缺口。結合計算機學科特點，將學科、產(chǎn)教、“數(shù)智”等多元融合理念融入大數(shù)據(jù)全鏈路要素及真實行業(yè)背景，能夠具體化大數(shù)據(jù)融合思維的培養(yǎng)。此外，課程設計思路對推動計算機復合型人才培養(yǎng)同樣具有借鑒和參考價值。