面向新工科的大數(shù)據(jù)核心課程群實(shí)踐教學(xué)研究

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；核心課程群；OBE

0 引言

自2017年2月，教育部為主動(dòng)應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略，積極推進(jìn)新工科建設(shè)[1]，全力探索工程教育的中國模式，助力高等教育強(qiáng)國夢?！按髽I(yè)欲成，人才為重?！?，新工業(yè)革命加速進(jìn)行，新工科建設(shè)勢在必行。以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)呼喚新工科建設(shè)，國家一系列重大戰(zhàn)略深入實(shí)施呼喚新工科建設(shè)[2]，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換呼喚新工科建設(shè)，提升國際競爭力和國家硬實(shí)力呼喚新工科建設(shè)。在此大背景下，如何進(jìn)行工程教育改革，加大實(shí)踐教學(xué)的力度、廣度和深度，有針對性地訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐能力，幫助學(xué)生積累工程經(jīng)驗(yàn)，提高解決復(fù)雜工程問題的系統(tǒng)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和社會適應(yīng)力，已成為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)過程中迫切需要解決的問題。

工程教育的手段不能僅是課堂講授，工程教育要求的實(shí)踐能力也不能僅靠課堂講授實(shí)現(xiàn)，能力培養(yǎng)、素質(zhì)養(yǎng)成必須通過實(shí)踐教學(xué)，如果沒有完善的實(shí)踐教學(xué)體系，不可能完成能力培養(yǎng)和素質(zhì)養(yǎng)成的工程教育任務(wù)。新工科建設(shè)遵循以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向（Outcomes-based Education， OBE） 和持續(xù)改進(jìn)。產(chǎn)出導(dǎo)向OBE是以學(xué)生為中心，而不是傳統(tǒng)的以教師為中心，關(guān)心的是學(xué)生“學(xué)會了什么，能夠做什么”，而不是教師“教了什么”，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果為驅(qū)動(dòng)力，反向設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，重新規(guī)范教學(xué)過程和行為，幫助學(xué)生達(dá)成有效學(xué)習(xí)和能力鍛煉的目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生不斷成長進(jìn)步。因此，用產(chǎn)出導(dǎo)向OBE引導(dǎo)新工科建設(shè)，具有重要意義。

課程體系建設(shè)是專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵，新工科建設(shè)要求地方高校能夠主動(dòng)對接區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展需求，加強(qiáng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)?；谛鹿た平ㄔO(shè)要求，本著“知行、創(chuàng)新、卓越”的初衷，在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)中，構(gòu)建大數(shù)據(jù)核心課程群，并對課程群實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行積極的探索，加大對學(xué)生進(jìn)行知識的傳遞力度，并培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐技能，將培養(yǎng)模式從“知識導(dǎo)向型”向“能力導(dǎo)向型”轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科技創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神獲得全面發(fā)展。

1 構(gòu)建面向新工科建設(shè)的大數(shù)據(jù)核心課程群

大數(shù)據(jù)核心課程對提高學(xué)生數(shù)據(jù)分析、處理以及大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力至關(guān)重要。面向新工科建設(shè)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)核心課程群，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，發(fā)揮課程間的教學(xué)合力和整體培養(yǎng)優(yōu)勢。在教學(xué)理念上采用“關(guān)聯(lián)教學(xué)”方式，按學(xué)科、課程相互聯(lián)系，建立大數(shù)據(jù)核心課程群框架。形成高級語言程序設(shè)計(jì)、Python語言程序設(shè)計(jì)、Java語言程序設(shè)計(jì)等為主的計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系；形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理等為主的計(jì)算機(jī)知識結(jié)構(gòu)能力培養(yǎng)體系；形成數(shù)據(jù)分析方法、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、算法設(shè)計(jì)與分析、時(shí)間序列分析、系統(tǒng)仿真分析、數(shù)字圖像處理、并行計(jì)算與分布式系統(tǒng)、Spark大數(shù)據(jù)平臺、金融大數(shù)據(jù)分析、模式識別等為主的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)處理能力培養(yǎng)體系。核心課程相互融合，最大程度地發(fā)揮課程間的教學(xué)合力和整體培養(yǎng)優(yōu)勢。在課程群總體框架下，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，制定課程群中先修與后修課程之間知識點(diǎn)銜接方案，整合重復(fù)內(nèi)容，構(gòu)建能力培養(yǎng)矩陣，修訂教學(xué)大綱，科學(xué)定位各門課程的教學(xué)目標(biāo)，突出教學(xué)重點(diǎn)，提高教學(xué)效率。在教學(xué)實(shí)踐中及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)處理各種反饋，積極開展教學(xué)質(zhì)量的調(diào)研和測評。

2 大數(shù)據(jù)專業(yè)核心課程群實(shí)踐教學(xué)探索

2.1 構(gòu)建“遞進(jìn)式”實(shí)踐教學(xué)體系

實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、提高學(xué)生的實(shí)踐能力是大數(shù)據(jù)核心課程群建設(shè)的重要內(nèi)容。為提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，依托課堂、大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室、省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、校外實(shí)訓(xùn)/實(shí)習(xí)基地、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐中心等平臺，按照基礎(chǔ)—提高—?jiǎng)?chuàng)新三個(gè)階段，針對大數(shù)據(jù)課程群，構(gòu)建由課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)訓(xùn)、企業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等組成的“遞進(jìn)式”實(shí)踐教學(xué)體系，形成面向新工科、具有本專業(yè)特點(diǎn)的大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)方案。

完成專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)踐/實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置。在教學(xué)實(shí)踐中及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)處理各種反饋意見，積極開展教學(xué)質(zhì)量的調(diào)研和測評。

對于課程群中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在設(shè)置各課程獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，搭建課程群公共實(shí)驗(yàn)平臺，使相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照從基礎(chǔ)到提高循序漸進(jìn)關(guān)系有機(jī)聯(lián)系，強(qiáng)化學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。通過開放實(shí)驗(yàn)室、校企聯(lián)合培養(yǎng)等模式，將實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新教育貫穿于大學(xué)四年的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從數(shù)據(jù)分析、處理、挖掘、可視化到大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)軟件開發(fā)等實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生的工程素養(yǎng)[3]和創(chuàng)新能力在階梯式實(shí)踐教學(xué)中得到循序漸進(jìn)的提升。

努力建設(shè)實(shí)驗(yàn)平臺，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)搭建良好的環(huán)境。利用學(xué)校組織的在工程訓(xùn)練中心建設(shè)的新工科實(shí)踐教學(xué)平臺，資源共享，優(yōu)勢互補(bǔ)、通力合作。

2.2 探索新的教學(xué)模式和方法

基于大數(shù)據(jù)核心課程群，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，探索新的教學(xué)模式和方法。專業(yè)課程多種手段并用，增強(qiáng)課堂互動(dòng)、隨堂測驗(yàn)和課后調(diào)研環(huán)節(jié)，作業(yè)形式包含習(xí)題和大作業(yè)。部分課程采用課堂教學(xué)和網(wǎng)上教學(xué)相結(jié)合、相輔相成的教學(xué)模式，探索以學(xué)生為主體，將適當(dāng)?shù)恼n程內(nèi)容形成翻轉(zhuǎn)課堂等。定期開展教學(xué)培訓(xùn)研討，學(xué)習(xí)先進(jìn)教育理論，掌握高等教育教學(xué)規(guī)律，不斷更新教育觀念和教學(xué)方法，在實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，努力提高教學(xué)水平。

積極探索“開放式”教學(xué)模式，“走出去，引進(jìn)來”，根據(jù)學(xué)科發(fā)展前沿，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)需求，以核心課程群為基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，聘請企業(yè)工程師主講部分實(shí)踐課程，更好地實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與社會需求的對接。

基于大數(shù)據(jù)核心課程群，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，運(yùn)用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例分析等方法，知能訓(xùn)練有機(jī)融合。在理論知識的講授時(shí)體現(xiàn)“學(xué)中做”，在實(shí)踐操作訓(xùn)練過程中體現(xiàn)“做中學(xué)”，以具體項(xiàng)目為學(xué)習(xí)載體，將理論教學(xué)中知識點(diǎn)的講授與實(shí)踐教學(xué)中項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作緊密結(jié)合，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

2.3 開發(fā)在線課程和創(chuàng)新實(shí)踐平臺

基于大數(shù)據(jù)核心課程群，開發(fā)在線網(wǎng)絡(luò)課程。開放課程平臺，提供電子文檔、課程視頻和教學(xué)課件，方便學(xué)生課下自學(xué)。上課時(shí)有更多機(jī)會與學(xué)生交流、討論，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，翻轉(zhuǎn)課堂。每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣都不同，翻轉(zhuǎn)課堂能實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)，在網(wǎng)絡(luò)開放課程支持下，每個(gè)學(xué)生可以按自己的進(jìn)度安排學(xué)習(xí)和完成與之匹配的作業(yè)，具有良好的互動(dòng)性。

通過大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，開發(fā)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)代碼查重、智能化評測、云計(jì)算環(huán)境開發(fā)等特色功能，以“基礎(chǔ)－提高－競賽”三級水平，構(gòu)建分級試題庫，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和數(shù)據(jù)分析與大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)踐能力，因材施教，通過分層分級教學(xué)模式滿足學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

2.4 積極開展學(xué)科競賽和科技活動(dòng)

依托省部共建教育部“計(jì)算機(jī)視覺與系統(tǒng)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，面向大二、大三學(xué)生成立“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐中心”，成立學(xué)生興趣小組，通過申請大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、參加各類學(xué)科競賽、進(jìn)入研究生實(shí)驗(yàn)室參與教師科研項(xiàng)目等，給學(xué)生提供形式多樣的科研訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐機(jī)會。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加科學(xué)研究，提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識。

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生積極、主動(dòng)聯(lián)系科研導(dǎo)師，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與科研活動(dòng)。學(xué)生課題組刻苦鉆研，不斷努力，在科研實(shí)踐和各類學(xué)科競賽中取得了優(yōu)秀的成績。更多學(xué)生申請了大創(chuàng)課題，進(jìn)入科學(xué)研究的實(shí)踐環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)專業(yè)本科生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目和各種競賽的人數(shù)和成績不斷突破。

2.5 逐步形成實(shí)踐教學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)模式

基于大數(shù)據(jù)核心課程群，采用多種教學(xué)模式相結(jié)合的方法開展實(shí)踐教學(xué)。通過與校外實(shí)訓(xùn)基地、企業(yè)合作開展實(shí)踐教學(xué)，采取任課教師和企業(yè)導(dǎo)師協(xié)同育人混合式教學(xué)。以工程化的模式進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生更好地了解企業(yè)需求，不斷提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和社會適應(yīng)能力。

天津理工大學(xué)與中軟國際等企業(yè)合作成功開展了大二下學(xué)期的專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)工作。實(shí)習(xí)工作借助OBE[4]模型進(jìn)行計(jì)劃引導(dǎo)，對不同階段的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化管理，并及時(shí)進(jìn)行反饋總結(jié)。通過實(shí)習(xí)，學(xué)生對大數(shù)據(jù)專業(yè)有了更加全面和深入的了解，有效提高了實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。

專業(yè)實(shí)踐/實(shí)習(xí)[5]是專業(yè)培養(yǎng)方案內(nèi)重要的實(shí)踐課程，旨在增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力和專業(yè)就業(yè)能力，使學(xué)生具備良好的職業(yè)道德，掌握業(yè)務(wù)技能，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)、綜合素質(zhì)和適應(yīng)社會的能力。學(xué)院積極開展專業(yè)實(shí)習(xí)工作，向校外實(shí)習(xí)企業(yè)征集本年度企業(yè)實(shí)習(xí)方案，學(xué)院審核后向?qū)W生發(fā)布關(guān)于實(shí)習(xí)崗位、要求等信息。學(xué)生根據(jù)志愿報(bào)名企業(yè)，企業(yè)根據(jù)崗位所需人數(shù)選擇學(xué)生。大數(shù)據(jù)專業(yè)大四學(xué)生圓滿完成了專業(yè)實(shí)習(xí)工作。

2.6 建立教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、評價(jià)和反饋體系

教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控和教學(xué)質(zhì)量評價(jià)是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要管理和評價(jià)機(jī)制，結(jié)合新工科建設(shè)的要求，建立教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控和教學(xué)質(zhì)量評價(jià)機(jī)制，將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析、反饋，并持續(xù)改進(jìn)相應(yīng)的教育教學(xué)過程，形成監(jiān)控－評價(jià)－改進(jìn)－再評價(jià)閉環(huán)，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。主要包括： 1） 針對大數(shù)據(jù)核心課程群，完善課程考核和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采取大作業(yè)、機(jī)考、創(chuàng)新學(xué)分等多元化考核模式；2） 通過建立校、院、系三級督導(dǎo)體系，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)要求達(dá)成度校內(nèi)評價(jià)機(jī)制；3） 借助第三方評價(jià)機(jī)構(gòu)以及畢業(yè)生用人單位，建立培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度校外評價(jià)機(jī)制；4） 基于“教”與“學(xué)”構(gòu)建協(xié)同評價(jià)機(jī)制，通過學(xué)生評價(jià)教師和教師評價(jià)學(xué)生，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。

3 未來展望

在課程設(shè)置和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)的基礎(chǔ)上，后面將在以下環(huán)節(jié)做進(jìn)一步的探索：

1） 進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，基于課程群，進(jìn)一步完善教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、評價(jià)和反饋體系，促進(jìn)教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)。

2） 進(jìn)一步開展和多家企業(yè)、多家公司的聯(lián)合培養(yǎng)工作，尤其在實(shí)際項(xiàng)目、實(shí)際案例的提供方面，企業(yè)和公司具有更大的優(yōu)勢。將依托計(jì)算機(jī)學(xué)院良好的平臺優(yōu)勢，并發(fā)揮所有教師的積極主動(dòng)性，聯(lián)系、開拓資源，開展和企業(yè)的合作工作。

3） 不斷改進(jìn)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)人才模式，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與社會需求的對接。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于新工科建設(shè)[6]的大背景，結(jié)合天津理工大學(xué)關(guān)于加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)、培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神、為天津區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，優(yōu)化數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的課程設(shè)置，構(gòu)建大數(shù)據(jù)核心課程群，并對課程群實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，將培養(yǎng)模式從“知識導(dǎo)向型”向“能力導(dǎo)向型”轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科技創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神獲得全面發(fā)展，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，使大數(shù)據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)工作不斷創(chuàng)新，健康發(fā)展。