高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)“課堂革命”探索與實踐

李彬雅

（閩江師范高等?？茖W(xué)校數(shù)字信息工程學(xué)院，福建 福州 350018）

1 引言

隨著我國大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)數(shù)字中國建設(shè)，國內(nèi)的金融、政務(wù)、電信、物流等行業(yè)中大數(shù)據(jù)行業(yè)應(yīng)用的價值不斷凸顯，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了高速發(fā)展期[1,2]；同時，也對大數(shù)據(jù)人才的專業(yè)實訓(xùn)技能提出了更高的要求。Spark編程是構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析和處理平臺的核心技術(shù)，它涉及流/批式數(shù)據(jù)的快速計算和分析，對大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用起著承上啟下的作用。Spark 編程技術(shù)是大數(shù)據(jù)專業(yè)的核心課程，也是高職院校針對大數(shù)據(jù)行業(yè)需求開設(shè)的一門實訓(xùn)課程，采用實踐為主理論為輔的教學(xué)模式。實訓(xùn)課程不僅訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)技能，更是培養(yǎng)學(xué)生具備良好的職業(yè)道德、素養(yǎng)、操守及團(tuán)隊合作精神。“課堂革命”是從新時代需求出發(fā)，對課堂教學(xué)所做的重大深刻革新與創(chuàng)新，是提高課堂教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段與途徑[3]。華為ICT 學(xué)院是以華為技術(shù)有限公司主導(dǎo)，為打造信息通信技術(shù)（Information Communications Technology，ICT）人才產(chǎn)業(yè)鏈，推動ICT 領(lǐng)域技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，滿足產(chǎn)業(yè)鏈對人才的需求而設(shè)立的校企合作項目[4]。本文首先分析了目前高職院校課堂中存在的不足，然后闡明了Spark編程技術(shù)的“課堂革命”探究與實踐，最后論述了“課堂革命”所取得的成效。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，依托于華為ICT學(xué)院，構(gòu)建將生產(chǎn)、教學(xué)、科研、創(chuàng)業(yè)和技能競賽緊密結(jié)合（產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)賽）五位一體的校內(nèi)實訓(xùn)環(huán)境，取得了良好效果。

2 課堂存在的問題

2.1 實訓(xùn)體系設(shè)置滯后

Spark 編程技術(shù)是一門實踐性較強(qiáng)的課程，需要在一定的理論指導(dǎo)下，通過項目實訓(xùn)引導(dǎo)，使學(xué)生掌握實踐技能、鍛煉實踐能力、提高綜合素質(zhì)。因此，課程實訓(xùn)體系設(shè)置的合理性對學(xué)生能否勝任企業(yè)崗位影響很大?，F(xiàn)有課程實訓(xùn)體系包含技能實訓(xùn)和專周實訓(xùn)，但是存在實訓(xùn)課程設(shè)置較為單一和項目化實訓(xùn)機(jī)會較少的通病[5]。同時，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷更新，行業(yè)崗位和專業(yè)技能賽項要求不斷變化，現(xiàn)有實訓(xùn)體系無法及時滿足企業(yè)崗位和技能賽項的要求，實訓(xùn)體系設(shè)置存在滯后性，缺乏前沿性的實訓(xùn)課程[6]。

2.2 課程資源不合理

傳統(tǒng)教材章節(jié)編排與知識點分布較為不合理，較少與實際項目案例開發(fā)相結(jié)合的內(nèi)容，不利于引導(dǎo)學(xué)生入門，無法激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用、以用促學(xué)的興趣[7]。而且，傳統(tǒng)的教學(xué)方法依照教材或課件編排依次先理論后實踐來授課，仍采用以掌握理論知識為主、實踐操作為輔的模式[6]。Spark編程技術(shù)理論涉及的類、對象、單例模式等內(nèi)容較為抽象，給學(xué)生造成了該課程很枯燥和難理解的第一印象，大概率會出現(xiàn)“好難懂”“學(xué)不會”“學(xué)不好”等消極的學(xué)習(xí)心態(tài)，課堂學(xué)習(xí)效率低，且存在因課程進(jìn)步跟不上而放棄學(xué)習(xí)的情況，造成學(xué)生的理論知識不扎實，后續(xù)項目實踐章節(jié)教學(xué)難以順利推行，課堂教學(xué)質(zhì)量降低，難以實現(xiàn)該課程的教學(xué)目標(biāo)和效果[8]。

2.3 教學(xué)模式有待更新

Spark 編程技術(shù)課程依賴于Hadoop、Hive、Mysql 等眾多專業(yè)技能，而且Spark 編程也是面向?qū)嶋H工程問題而衍生出來的技術(shù)。伴隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景的增加，Spark 編程技術(shù)的難度也隨之不斷提高。該課程的教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)在理論知識學(xué)習(xí)和實踐操作中交叉實施，不能像傳統(tǒng)課程一樣將理論和實踐知識點硬性拆分。在Spark編程技術(shù)這類技術(shù)更新迭代快的課程教學(xué)過程中，對教師的專業(yè)綜合能力要求較高，傳統(tǒng)的一師一課的教學(xué)模式已經(jīng)難以滿足需求，校內(nèi)教師難以在較短的時間深入掌握新型技術(shù)的原理及應(yīng)用，教案設(shè)計和情節(jié)編排無法全盤考慮知識點的難易程度，教學(xué)重心難以把握，教師學(xué)習(xí)成本較大，能力培養(yǎng)不足[9,10]。

3 “課堂革命”探究與實踐

3.1 課程介紹

Spark編程技術(shù)是為大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的課程。Spark彌補(bǔ)了MapReduce計算模型處理數(shù)據(jù)延遲較高，不能滿足實時和快速計算的缺陷[11]。Spark 的中間輸出結(jié)果可以保存在內(nèi)存中，從而大大減少了讀寫HDFS 的次數(shù)，因此Spark 能更好地適用于數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)中需要迭代的算法。目前，Spark 在企業(yè)中的運(yùn)用越來越廣泛，學(xué)習(xí)Spark 分布式計算框架已經(jīng)是進(jìn)入大數(shù)據(jù)行業(yè)所必不可少的一步。通過Spark 編程技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對Spark 分布式計算框架有一個全面的理解。課程主要包括Spark 基本原理與架構(gòu)、集群安裝配置、Scala 與Spark編程、Spark代表組件和完整項目案例等內(nèi)容。其涉及的理論知識點從簡到繁，實踐操作性強(qiáng)。該課程可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、靈活運(yùn)用知識的能力和實驗操作能力，使學(xué)生在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3.2 “課堂革命”探究

大數(shù)據(jù)專業(yè)是近年來高職院校新開設(shè)的專業(yè)。目前，高職院校普遍擁有的大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)技能教師較少，專業(yè)能力較為薄弱，課程人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、教材選型等都是在不斷地向本科院校學(xué)習(xí)和探索[12]。圍繞著提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，高職院校的大數(shù)據(jù)專業(yè)必須深化“課堂革命”。課堂教學(xué)作為教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對于職業(yè)教育的變革起著至關(guān)重要的作用。

高職院校的大數(shù)據(jù)專業(yè)“課堂革命”必須優(yōu)化師資隊伍建設(shè)，有針對性地引進(jìn)高層次和豐富產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人才，提高師資隊伍的整體水平。此外，提倡教研相長、科研反哺教學(xué)，引導(dǎo)現(xiàn)有師資隊伍深入到校企合作和頂崗學(xué)習(xí)中，拓寬交流渠道和掌握行業(yè)前沿技術(shù)?！罢n堂革命”還需要對接技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求，緊跟前沿發(fā)展趨勢，優(yōu)化調(diào)整課程體系和培養(yǎng)方案，制定更有針對性的特色實訓(xùn)體系，充分借鑒優(yōu)秀教學(xué)內(nèi)容，明確課程定位，完善專業(yè)課程目標(biāo)、課程體系、課程內(nèi)容等。針對目前課堂存在的問題，本文提出以下改革措施：

（1）“一課雙師”項目化教學(xué)

依托華為ICT 學(xué)院“產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)賽”五位一體的校內(nèi)實訓(xùn)環(huán)境，實施線上線下、“一課雙師”的項目化教學(xué)。通過“一課雙師”的教學(xué)模式，以實踐為主、理論知識貫穿項目實踐的方式進(jìn)行教學(xué)，提升學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率和自覺性。

（2）“課證賽”融通

以全國職業(yè)技能大賽和省職業(yè)技能大賽為契機(jī)，引入大數(shù)據(jù)專業(yè)認(rèn)證（如HCIA、HCIP、HCIE 等）和華為ICT 競賽等內(nèi)容，將賽項和認(rèn)證內(nèi)容融合至課堂，實現(xiàn)“課證賽”過程、能力、資源的融合[13]。

圖1 “課證賽”融通

（3）重構(gòu)實訓(xùn)課程體系

通過市場調(diào)研，針對大數(shù)據(jù)相關(guān)企業(yè)對高職大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層次人才的需求，以崗位能力培養(yǎng)為核心，重構(gòu)實訓(xùn)課程體系，拆分項目技能實訓(xùn)，引入崗前實訓(xùn)和企業(yè)實訓(xùn)，層層遞進(jìn)增加學(xué)生的技能水平，提升其實踐能力[14,15]。

3.3 “課堂革命”實踐

3.3.1 “一課雙師”項目化教學(xué)

以Spark 編程技術(shù)課程中的“設(shè)置數(shù)據(jù)分區(qū)”知識點為例，該知識點內(nèi)容設(shè)置為1 個學(xué)時，涉及numPartitions、get-Partition、equal三個方法的使用。課程安排見表1。

表1 課程教學(xué)安排

由于Spark課程編程所涉及的Scala編程語言為新內(nèi)容，要求學(xué)生課前必須掌握。因此課前采用超星學(xué)習(xí)通通知學(xué)生登錄華為ICT 課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)Spark 編程技術(shù)中采用Scala編程編寫的“設(shè)置分區(qū)”的課程理論知識及實訓(xùn)內(nèi)容，同時在虛擬仿真平臺上傳課前小案例，要求學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)并完成小案例。

圖2 重構(gòu)實訓(xùn)課程體系

課程教學(xué)中采用“一課雙師”方案，由校內(nèi)教師和企業(yè)教師共同完成，實現(xiàn)校內(nèi)教師和企業(yè)教師的優(yōu)勢互補(bǔ)。在課程教學(xué)過程中，校內(nèi)教師可通過基于“計算競賽網(wǎng)站每月的訪問量”等小型案例進(jìn)行課程引入，講述數(shù)據(jù)讀取、分割處理，以及數(shù)據(jù)分區(qū)存儲目標(biāo)、背景、基礎(chǔ)知識等內(nèi)容。課堂中涉及的數(shù)據(jù)分區(qū)代碼編程及實訓(xùn)以企業(yè)教師為主負(fù)責(zé)指導(dǎo)，校內(nèi)教師同步進(jìn)行輔助講解，包括課堂實踐問題設(shè)置及解答。引入實際企業(yè)項目案例模塊進(jìn)行分組課堂實訓(xùn)，以項目答辯的方式激勵學(xué)生積極主動完成，提升學(xué)生舉一反三的實踐能力。課程教學(xué)后，由企業(yè)教師協(xié)作校內(nèi)教師編排課后練習(xí)材料，錄制知識講解視頻并上傳至實訓(xùn)平臺供學(xué)生鞏固相關(guān)知識點。

3.3.2 “課證賽”融通

以Spark 編程技術(shù)中“Spark MLib 算法庫”章節(jié)授課為例：

（1）過程融合：將技能競賽任務(wù)書中“模塊E：數(shù)據(jù)挖掘”模塊作為授課內(nèi)容，在大數(shù)據(jù)虛擬仿真平臺上設(shè)置歷年賽項項目實驗，將實驗部分引入教學(xué)中。同時引導(dǎo)師生參加華為大數(shù)據(jù)HCIA 認(rèn)證培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包含Spark 基于內(nèi)存的分布式計算，讓師生熟悉Spark 架構(gòu)及數(shù)據(jù)工作流程并考取大數(shù)據(jù)專業(yè)技能認(rèn)證，初識Spark Mlib 算法庫關(guān)聯(lián)知識，在師生培訓(xùn)過程中教師根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)精準(zhǔn)選拔優(yōu)秀學(xué)生組隊參加華為ICT大賽，師生共訓(xùn)，提升師生理論知識和動手能力，也為省職業(yè)技能大賽師生共賽做準(zhǔn)備。

（2）能力融合：教師團(tuán)隊根據(jù)對各章節(jié)模塊的了解情況對學(xué)生進(jìn)行交叉教學(xué)和指導(dǎo)，結(jié)合各位教師的擅長知識點和優(yōu)勢，如部分教師擅長機(jī)器學(xué)習(xí)理論教學(xué)，部分教師擅長于k-means 實踐教學(xué)等，團(tuán)隊教師可分別將擅長的模塊教授給學(xué)生，通過指導(dǎo)學(xué)生實踐和競賽，不僅提升了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，也促進(jìn)了教師自身教學(xué)方法的改革、個人能力素質(zhì)的提升，達(dá)到了“以證促學(xué)，以賽促教，教學(xué)相長”的效果。

（3）資源融合：共享職業(yè)技能大賽專業(yè)的實驗設(shè)備和24小時開放的實訓(xùn)基地，且?guī)熒赏ㄟ^遠(yuǎn)程訪問的方式學(xué)習(xí)平臺上的Spark Mlib 算法庫等課程資源，構(gòu)成了從課前、課上到課外的全環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和支持，并針對賽項內(nèi)容開設(shè)了對應(yīng)選修課，不僅可以快速選拔賽項人才還可以將技能大賽中的知識融入課堂中。

3.3.3 重構(gòu)實訓(xùn)課程體系

以“Spark編程進(jìn)階”為例：

（1）改進(jìn)技能實訓(xùn)：Spark編程進(jìn)階知識點以實訓(xùn)案例為主，結(jié)合以往技能實訓(xùn)大項目進(jìn)行訓(xùn)練。課程內(nèi)容多而繁，而且呈現(xiàn)相互遞進(jìn)的關(guān)系，能夠通過課上學(xué)習(xí)全部理解相關(guān)知識點的學(xué)生不多，經(jīng)常會出現(xiàn)其中一步?jīng)]理解，后續(xù)跟不上的現(xiàn)象和看得懂但不會用等問題。經(jīng)過技能實訓(xùn)方式的改進(jìn)，采用將大項目拆解、分模塊和知識點的方式進(jìn)行實踐，分步驟完成各部分的內(nèi)容。例如，將統(tǒng)計某企業(yè)員工薪資情況的項目實踐，分解為采用CombinebyKey 算子求企業(yè)員工月均薪資和采用map 和sortBy 算子求查詢企業(yè)員工薪資排名Top3數(shù)據(jù)等模塊，讓學(xué)生理解課程涉及的知識點及用法，提升學(xué)生相關(guān)專業(yè)技能。

（2）開設(shè)專周實訓(xùn)：在學(xué)期末開展一周的專周實訓(xùn)，將技能實訓(xùn)中模塊化案例的知識點進(jìn)行整合和創(chuàng)新，并形成綜合項目實訓(xùn)，強(qiáng)化學(xué)生舉一反三和實踐動手能力。例如，Spark編程進(jìn)階課程中，將技能實訓(xùn)中的模塊化知識點整合后，映射至“廣告監(jiān)測的流量作弊識別”案例中，在一周的強(qiáng)化實訓(xùn)過程中，學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、自主解決問題，加深學(xué)生對知識點的理解和應(yīng)用。

（3）設(shè)置項目實訓(xùn)：在假期，企業(yè)教師根據(jù)企業(yè)實際項目設(shè)置實訓(xùn)課程，學(xué)生組隊參訓(xùn)，將企業(yè)真實項目轉(zhuǎn)化成課程實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容，模擬企業(yè)實際項目開發(fā)的過程。例如，根據(jù)Spark 編程進(jìn)階課程引入的案例，從企業(yè)員工薪資數(shù)據(jù)的采集、解析、分區(qū)存儲等項目實際流程進(jìn)行教學(xué)，深化學(xué)生項目開發(fā)的綜合能力。

（4）引入崗前實訓(xùn)：在專業(yè)技能教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合職業(yè)素養(yǎng)等思政元素，模擬企業(yè)實際工作的場景，使得學(xué)生能夠快速切換自身的角色，在就業(yè)時能夠無縫接入企業(yè)員工的角色，轉(zhuǎn)化學(xué)生專業(yè)綜合能力。

（5）模擬企業(yè)實訓(xùn)：學(xué)生通過一系列的Spark 編程進(jìn)階實訓(xùn)后，將其學(xué)到的知識點應(yīng)用到企業(yè)項目中，真正參與企業(yè)項目實踐，按照企業(yè)對崗位及項目的要求完成相關(guān)技術(shù)工作，提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

4 改革成效

自2019年開設(shè)專業(yè)至今，將數(shù)字賦能、技能引領(lǐng)、賽教融合的人才培育模式應(yīng)用于Spark 編程技術(shù)課程改革，歷時近三年，大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)師生的專業(yè)技能水平得到顯著的提升，也獲得較好的效果。學(xué)生通過課堂改革教學(xué)方法，不僅在Spark 編程模塊能力提升較大，且將各課程的學(xué)習(xí)能力應(yīng)用至福建省職業(yè)技能競賽中，實現(xiàn)了我院在省職業(yè)大數(shù)據(jù)技能比賽中獎項零的突破，榮獲團(tuán)體二等獎2 項、三等獎1 項、個人三等獎4項；同時大數(shù)據(jù)技術(shù)班級90%的學(xué)生主動參加華為ICT 大賽、RPA AI 創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽、藍(lán)橋杯等賽項并獲取獎項。2022年學(xué)生參與企業(yè)的實際項目過程中，將成果轉(zhuǎn)化成知識產(chǎn)權(quán)，授權(quán)軟著3 項，通過HCIA-BigData、HCIA-HAD等華為職業(yè)技能認(rèn)證78人次。專業(yè)教師在通過參與企業(yè)項目開發(fā)，不僅提升了教師的教學(xué)能力，還提高了教師的專業(yè)技術(shù)能力，完成大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程（如Spark 編程技術(shù)等）的教學(xué)，并且起到的示范帶頭作用。

5 結(jié)語

本文針對大數(shù)據(jù)專業(yè)課程存在的實訓(xùn)體系、課程資源、教學(xué)模式等方面的問題，以Spark 編程技術(shù)課程教學(xué)改革為例，提出了提出“一課雙師”、項目化教學(xué)、師生共訓(xùn)、“課證賽”融通的課堂改革思路，優(yōu)化Spark 課程實訓(xùn)課程體系，創(chuàng)建更為優(yōu)質(zhì)的課堂教學(xué)。通過不斷的探究和實踐證明，學(xué)生的大數(shù)據(jù)技能水平得到了有效的提升，實現(xiàn)賽項獎項、技能證書等方面的突破，與企業(yè)項目無縫對接；教師專業(yè)水平也得到了提升，主動承擔(dān)實訓(xùn)課程，申報精品課程。“課堂革命”與學(xué)情、教師能力、教學(xué)內(nèi)容等差異性有關(guān)，課程的不同“課堂革命”的措施也不同，本文提出的改革思路可為其他專業(yè)課程提供參考。