數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)模式探索

劉佳 方瑩

摘要：以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)為例，根據(jù)大數(shù)據(jù)專業(yè)課程的內(nèi)容和學(xué)生特點，構(gòu)建校企結(jié)合的實踐教學(xué)體系，創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，并加快課程資源庫建設(shè)，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的共享。在實踐教學(xué)實施過程中，通過豐富多樣的交互工具和交互媒體，整合優(yōu)質(zhì)教育資源和技術(shù)資源，建立學(xué)習(xí)共同體，提升實踐教學(xué)的多樣性和內(nèi)容的豐富性，從而推動教育教學(xué)改革和創(chuàng)新的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)；實踐教學(xué)；課程資源庫；人才培養(yǎng)模式

隨著計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和深度融合，教育教學(xué)有了更廣闊的發(fā)展空間。數(shù)據(jù)采集、存儲、挖掘和分析等技術(shù)為教育的發(fā)展創(chuàng)造了難得的機(jī)遇和環(huán)境[1]。特別是在實踐教學(xué)資源建設(shè)方面，利用計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和云平臺的技術(shù)，可以整合優(yōu)質(zhì)教育資源，提高教學(xué)質(zhì)量，推動教育教學(xué)改革和創(chuàng)新。在大數(shù)據(jù)時代，基于云平臺的大數(shù)據(jù)技術(shù)實踐教學(xué)課程資源的建設(shè)可以更加高效地利用計算資源和存儲空間。這種方式可以充分利用線上線下的教學(xué)資源，并引入真實的企業(yè)實踐項目作為集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從而提高實踐教學(xué)的權(quán)重，強(qiáng)化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。這一創(chuàng)新有助于提升教學(xué)效果和質(zhì)量，以及改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[2]。

一、實踐教學(xué)課程資源建設(shè)現(xiàn)狀

隨著新一代信息技術(shù)如大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，它們與課堂教學(xué)和實踐教學(xué)的融合也越來越緊密。但有部分教師的教學(xué)方式仍未跟上新一代信息技術(shù)的發(fā)展。目前仍有相當(dāng)一部分教師仍使用傳統(tǒng)教學(xué)模式，這一定程度上影響了學(xué)生的主動性、想象力和創(chuàng)造力的發(fā)展，學(xué)生的能動性和解決問題的能力也沒有得到充分培養(yǎng)。此外，在課堂教學(xué)中，也沒有很好地實施以學(xué)生為中心的教育（OBE）理念，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和課堂參與度不夠高。這些原因是導(dǎo)致計算機(jī)課程，特別是對實踐要求較高的大數(shù)據(jù)技術(shù)課程教學(xué)沒有得到創(chuàng)新，學(xué)生也沒有得到很好的實踐鍛煉。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為一個應(yīng)用性和實踐性較強(qiáng)的新興交叉復(fù)合型專業(yè)，要求重視實踐教學(xué)，并提高實踐教學(xué)內(nèi)容在人才培養(yǎng)方案中的比重。然而，目前存在部分教師缺乏企業(yè)實踐經(jīng)歷的問題，導(dǎo)致他們在實踐教學(xué)方面的水平有待提高。但相關(guān)研究表明[3]，線上線下混合式教學(xué)可以改善此問題?；旌鲜浇虒W(xué)可提供豐富的實踐教學(xué)資源，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的動手實踐操作能力。

二、實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

（一）構(gòu)建校企結(jié)合的實踐教學(xué)體系

商丘師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院基于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的行業(yè)需求，設(shè)計了人才培養(yǎng)方案。在人才培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)計上，充分考慮了國家和區(qū)域戰(zhàn)略需求以及行業(yè)發(fā)展情況，形成了較為完善的專業(yè)理論課程體系和富有特色的實踐教學(xué)體系。該專業(yè)與行業(yè)企業(yè)的貼合度較高，尤其是專注核心課程與企業(yè)共同設(shè)計課程大綱和實踐項目，并實施校企融合共同授課。另一方面，作為產(chǎn)教融合的范例，教學(xué)體系建立將充分結(jié)合校企的資源和優(yōu)勢。借助學(xué)校在通識課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)等方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢，結(jié)合企業(yè)方對市場反應(yīng)的靈敏性、技術(shù)應(yīng)用的前瞻性以及工程師入校教學(xué)所帶來的行業(yè)經(jīng)驗，構(gòu)建了校企結(jié)合的實踐教學(xué)體系。

（二）建設(shè)優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源庫

該專業(yè)重視實踐教學(xué)資源庫的建設(shè)質(zhì)量，通過收集和梳理線上線下的各種資源，實現(xiàn)對優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源的共享。在實踐課程的內(nèi)容設(shè)計上，充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和個性化學(xué)習(xí)需求，結(jié)合行業(yè)需求和大數(shù)據(jù)相關(guān)崗位的技能要求，重點建設(shè)了大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的核心課程，如Hadoop大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入與預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析與內(nèi)存計算、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與應(yīng)用、商務(wù)智能方法與應(yīng)用等。此外，還建設(shè)了一系列集中實踐環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)采集實踐、Hadoop部署實踐、數(shù)據(jù)分析與可視化實踐、大數(shù)據(jù)處理全流程實踐等[4]。通過實踐環(huán)節(jié)的資源建設(shè)，學(xué)生能夠在實踐中運用所學(xué)的理論知識，掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的實際應(yīng)用和解決問題的能力。

（三）構(gòu)建項目化大數(shù)據(jù)創(chuàng)新實踐技能培訓(xùn)模式

該專業(yè)在教學(xué)模式上持續(xù)創(chuàng)新，校方和企業(yè)合作成立小組，共同探討構(gòu)建垂直整合的項目化教學(xué)模式。這種模式通過與企業(yè)合作的實踐項目，打造真實的工程場景，讓學(xué)生逐步熟悉并完整掌握行業(yè)實際工作內(nèi)容和業(yè)務(wù)流程。這樣的教學(xué)方式能夠培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)思維和專業(yè)能力，同時鍛煉學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)和實踐技能[5]。

三、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建

（一）建設(shè)方案

1.組織與編排實踐教學(xué)資源內(nèi)容

課程資源是學(xué)習(xí)課程知識的重要基礎(chǔ)和保障，滿足學(xué)習(xí)需要是最基本要求，同時也要充分考慮對學(xué)生未來的影響。為了有效展示實踐教學(xué)資源，教師可以充分利用知識點的基本單元，通過制作概念圖展現(xiàn)課程的全部知識點，形成一個完整的知識體系和結(jié)構(gòu)。這樣，學(xué)生可以清晰地了解課程的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，建立概念圖、知識點和學(xué)習(xí)資源之間的映射關(guān)系。接著，教師可以更合理地組織和編排實踐教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)，確保學(xué)生能夠通過清晰直觀的映射關(guān)系提高學(xué)習(xí)效率，更快地獲取所需的實踐教學(xué)課程資源。

2.建設(shè)協(xié)作式實踐教學(xué)課程資源

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以通過多種途徑獲取線上和線下的實踐教學(xué)課程資源。他們可以與教師進(jìn)行交流和溝通，以學(xué)習(xí)和掌握獲取到的豐富課程資源。這種方式不僅可以提高學(xué)生的自學(xué)能力，還可以鍛煉他們的實踐技能。同時，學(xué)生也可以在協(xié)作和交流中建構(gòu)知識，實現(xiàn)舊知識和新知識的互動。為了滿足未來學(xué)習(xí)者的需求，教師應(yīng)該提供更加豐富的資源。教師可以對現(xiàn)有的實踐教學(xué)課程教學(xué)資源進(jìn)行整理、總結(jié)和修繕改良。在這個過程中，學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)并主動查閱相關(guān)的線上和線下實踐教學(xué)資源，從而使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c學(xué)習(xí)，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)。這樣不僅可以豐富實踐教學(xué)資源，還能促進(jìn)教學(xué)過程中師生之間的交流和互動。

3.實施有效的學(xué)習(xí)跟蹤與評價

為了解決線上線下課程學(xué)習(xí)中的教學(xué)與學(xué)習(xí)分離的問題，需要建立一個可靠的學(xué)習(xí)跟蹤和評價機(jī)制來監(jiān)督和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，以提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量。在學(xué)習(xí)評價方面，采用了綜合性的形成性評價和最終性評價的組合，棄用了以前僅有的單一評價方式，以確保學(xué)習(xí)效果和質(zhì)量的提高。為了實現(xiàn)良好的學(xué)習(xí)跟蹤機(jī)制，教師要及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)，并且跟蹤監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)時間是否充足，以為調(diào)整學(xué)習(xí)方法提供有價值的參考。

（二）實施方法

1.建設(shè)實踐教學(xué)課程平臺

實踐教學(xué)課程平臺是實踐教學(xué)活動開展的重要基礎(chǔ)條件。近年來，各種課程平臺層出不窮。隨著移動設(shè)備的普及，教師也可以通過學(xué)習(xí)通、雨課堂等移動在線課程開發(fā)平臺方便地在移動端進(jìn)行教學(xué)。學(xué)校構(gòu)建的大數(shù)據(jù)在線課程資源平臺如圖1所示。該平臺是為大數(shù)據(jù)相關(guān)的實踐教學(xué)和應(yīng)用創(chuàng)新科研提供重要保證和技術(shù)支撐的。它為大數(shù)據(jù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提供豐富的課程資源，提高了學(xué)生的大數(shù)據(jù)實踐技能。該平臺的系統(tǒng)體系架構(gòu)可以分為以下幾個層次：① 硬件基礎(chǔ)設(shè)施層：作為底層平臺，該層次主要包括平臺相關(guān)的存儲、網(wǎng)絡(luò)、計算等硬件基礎(chǔ)設(shè)施。② 操作系統(tǒng)層：該層負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理和調(diào)度硬件基礎(chǔ)設(shè)施層，并為上層的大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺提供硬件驅(qū)動和訪問接口。③ 應(yīng)用軟件層：該層提供大數(shù)據(jù)解決方案和大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)教學(xué)平臺。它包含針對行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新的應(yīng)用開發(fā)平臺、應(yīng)用共享平臺和應(yīng)用維護(hù)平臺。④ 開發(fā)者社區(qū)這個社區(qū)為大數(shù)據(jù)技術(shù)的學(xué)習(xí)、交流、互動以及項目具體交付提供了平臺。該平臺整合了學(xué)校、企業(yè)、教師和學(xué)生等各方面資源，形成了創(chuàng)新實體，負(fù)責(zé)項目的具體交付。

2.實踐教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

第三次信息化浪潮的深入發(fā)展，對實踐教學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的革新，為計算機(jī)類課程的實踐教學(xué)提供了新的動力。教學(xué)過程中需要充分利用云平臺的優(yōu)勢和價值，以不斷提高大數(shù)據(jù)實踐教學(xué)的實用性。為此，人們需要構(gòu)建一個完善的云平臺，并設(shè)計精心的實踐案例和項目資源來滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。在課堂教學(xué)中，教師需要起到主導(dǎo)作用，而學(xué)生則應(yīng)積極參與，根據(jù)教師設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，利用云平臺豐富的教學(xué)資源完成實踐教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到課程目標(biāo)。

大數(shù)據(jù)實踐教學(xué)課程資源平臺的關(guān)鍵組成部分包括以下三個方面：

（1）Insight 大數(shù)據(jù)智能分析管理平臺：該平臺實現(xiàn)了數(shù)據(jù)層面的智能化，能夠方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析和可視化展示等一系列業(yè)務(wù)流程。通過簡便快捷的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、ETL處理，可生成多種輸出結(jié)果，如PDF、Excel、HTML等。

（2） Mining 大數(shù)據(jù)挖掘平臺：該平臺提供了機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的功能，內(nèi)置了多種經(jīng)典算法，如分類、聚類和回歸分析等。平臺支持圖形化和代碼兩種開發(fā)模式，用戶可以通過拖拽控件或使用Python編程來實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘流程的組合和開發(fā)。

（3） XDATA 大數(shù)據(jù)生態(tài)分析管理平臺：該平臺基于Hadoop平臺，涵蓋了大數(shù)據(jù)生態(tài)圈的主流核心組件，如HDFS、YARN、MapReduce、HBase、Hive、Spark、Storm、Zookeeper等。它是一個分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提供了便捷的部署和一鍵安裝功能，還具備全面的軟硬件資源管理和監(jiān)控機(jī)制，并具備良好的擴(kuò)展性。該平臺解決了Hadoop開源平臺部署復(fù)雜、上線周期長和運維難度大等問題。

3.實踐教學(xué)資源研發(fā)

實踐教學(xué)資源是通過校企雙方共同參與創(chuàng)建的。這種合作方式能夠?qū)⑵髽I(yè)的真實案例和項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，并且資源的更新也需要企業(yè)的參與。在課程開發(fā)中，教師將實際項目模塊制作成實踐課件，并融入企業(yè)的最新前沿技術(shù)。這些課件將被部署在課程管理系統(tǒng)中，以便學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐。目前，該校已經(jīng)完成了一部分企業(yè)實踐教學(xué)項目資源，具體內(nèi)容可以參見表1。

四、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)實踐教學(xué)課程資源平臺致力于深化學(xué)生對大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論、大數(shù)據(jù)思維、大數(shù)據(jù)安全知識、分布式存儲、并行計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面的理解。這樣的教學(xué)方式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和課堂教學(xué)參與度，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和自學(xué)能力，提升他們的實踐動手能力。同時，為了建立具備真實行業(yè)實踐背景的師資隊伍，加大校企教師隊伍建設(shè)的力度十分重要。通過舉辦校企師資培訓(xùn)，教師可以參與研修班和培訓(xùn)學(xué)習(xí)，分享大數(shù)據(jù)技術(shù)教學(xué)經(jīng)驗。未來，探索校企合作協(xié)同育人模式，并不斷更新實踐教學(xué)資源將是該專業(yè)持續(xù)發(fā)展的方向。特別是對前沿?zé)狳c問題教學(xué)資料的更新，以進(jìn)一步提高應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

作者單位：劉佳 方瑩 商丘師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

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基金項目：河南省教育科學(xué)規(guī)劃重點課題“科學(xué)素養(yǎng)視域下高校協(xié)同中小學(xué)人工智能課外服務(wù)開發(fā)研究”（2023JKZD23）；商丘師范學(xué)院智慧教學(xué)專項研究項目“大數(shù)據(jù)技術(shù)在線課程資源建設(shè)與應(yīng)用研究”；河南省本科高校產(chǎn)教融合研究項目“計算機(jī)學(xué)科產(chǎn)教融合教師實踐流動站運行機(jī)制研究與實踐”；河南省本科高校智慧教學(xué)專項研究項目“學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與實踐能力提升路徑研究；AI 助力差異化群體智慧化學(xué)習(xí)與個性化指導(dǎo)實效研究”。

劉佳（1985-），男，河南商丘，博士，副教授，研究方向：人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用；

方瑩（1977-），女，河南商丘，博士，副教授，研究方向：人工智能。