面向未來(lái)的數(shù)據(jù)科學(xué)支持最佳實(shí)踐研究

摘 要：數(shù)據(jù)科學(xué)在科學(xué)研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用日益凸顯，借助數(shù)據(jù)科學(xué)方法和技術(shù)可以獲得基于大數(shù)據(jù)的見(jiàn)解和預(yù)測(cè)，并推動(dòng)跨學(xué)科的新發(fā)現(xiàn)。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)圖書(shū)館的數(shù)據(jù)科學(xué)支持實(shí)踐重點(diǎn)關(guān)注計(jì)算素養(yǎng)提升、地理空間數(shù)據(jù)支持、可重復(fù)性研究支持，并取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，對(duì)其案例展開(kāi)分析，可以為我國(guó)高校圖書(shū)館開(kāi)展數(shù)據(jù)科學(xué)服務(wù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)科學(xué)；數(shù)據(jù)素養(yǎng)；數(shù)據(jù)科學(xué)教育；數(shù)據(jù)科學(xué)支持

引言

近年來(lái)，數(shù)據(jù)科學(xué)獲得了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注。數(shù)據(jù)科學(xué)在科學(xué)研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用日益凸顯，它將統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念和方法應(yīng)用于眾多領(lǐng)域問(wèn)題，獲得基于大數(shù)據(jù)的見(jiàn)解和預(yù)測(cè)并推動(dòng)跨學(xué)科的新發(fā)現(xiàn)。

在制造業(yè)領(lǐng)域，基于傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建異常檢測(cè)模型可實(shí)行預(yù)測(cè)性維護(hù)；在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，通過(guò)創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型確定風(fēng)險(xiǎn)因素，可預(yù)測(cè)患者再入院風(fēng)險(xiǎn)；在金融業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)時(shí)識(shí)別異常事件，可用于防范欺詐和金融犯罪等。但是，應(yīng)用這些方法需要專(zhuān)門(mén)的技能和資源，包括計(jì)算機(jī)編程和數(shù)據(jù)可視化，而具備數(shù)據(jù)素養(yǎng)、能夠批判性地思考大數(shù)據(jù)問(wèn)題并運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的人才十分匱乏，在一定程度上阻礙了數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用的充分發(fā)展。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)啟動(dòng)了全校性的數(shù)據(jù)科學(xué)教育項(xiàng)目，圖書(shū)館為支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)教育提供了多領(lǐng)域的教育資源，在計(jì)算素養(yǎng)支持、地理空間數(shù)據(jù)支持和可重復(fù)性研究支持等方面取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

一、數(shù)據(jù)科學(xué)教育發(fā)展概況

美國(guó)的數(shù)據(jù)科學(xué)教育起步較早，早期的數(shù)據(jù)科學(xué)教育主要是建立在單個(gè)學(xué)術(shù)單元內(nèi)的特定領(lǐng)域技能。例如，亞利桑那州立大學(xué)和密歇根州立大學(xué)于2013年左右在商學(xué)院設(shè)立了商業(yè)分析本科學(xué)位；北肯塔基大學(xué)于2012年在計(jì)算機(jī)科學(xué)系設(shè)立了本科數(shù)據(jù)科學(xué)項(xiàng)目。在我國(guó)，教育部于2015年將數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)列為特設(shè)新專(zhuān)業(yè)，并鼓勵(lì)高校根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和各校辦學(xué)條件等情況，設(shè)置大數(shù)據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)或在現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)設(shè)置大數(shù)據(jù)方向，加快培養(yǎng)大數(shù)據(jù)相關(guān)人才。隨著數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用的擴(kuò)展以及對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)教育認(rèn)知的提高，數(shù)據(jù)科學(xué)教育受到國(guó)內(nèi)外高等教育機(jī)構(gòu)越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)于高校而言，如何滿(mǎn)足數(shù)據(jù)科學(xué)教育需求以破解高校支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題，是當(dāng)前推進(jìn)數(shù)據(jù)科學(xué)教育亟須探討的問(wèn)題。許多高校缺乏全面的數(shù)據(jù)科學(xué)支持，導(dǎo)致未滿(mǎn)足的需求不斷增加。

許多大學(xué)制訂了數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)劃，將數(shù)據(jù)科學(xué)教育作為一個(gè)跨學(xué)科研究領(lǐng)域來(lái)建設(shè)，為學(xué)生將來(lái)從事數(shù)據(jù)科學(xué)職業(yè)做準(zhǔn)備。高校圖書(shū)館在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)素養(yǎng)培訓(xùn)等方面有良好基礎(chǔ)，美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)北卡羅來(lái)納州州立大學(xué)、紐約大學(xué)等高校圖書(shū)館一直支持研究人員舉行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)技能方面的培訓(xùn)。高校圖書(shū)館在提供與數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域的培訓(xùn)和指導(dǎo)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和地位。

二、ASUL數(shù)據(jù)科學(xué)支持實(shí)踐

1.背景和緣起

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State University，簡(jiǎn)稱(chēng)ASU）是一所研究型公立綜合性大學(xué)，被譽(yù)為美國(guó)“公立常春藤”之一，連續(xù)九年被《美國(guó)新聞與世界報(bào)道》評(píng)為最具創(chuàng)新力的大學(xué)，該校以學(xué)生的發(fā)展與成就作為衡量自身的標(biāo)準(zhǔn)。為了讓不同學(xué)科的學(xué)生均獲得數(shù)據(jù)素養(yǎng)，在畢業(yè)時(shí)掌握以新的方式使用數(shù)據(jù)展開(kāi)可靠、智能和創(chuàng)造性推理所需的深入分析思維技能，以支持個(gè)人未來(lái)的教育和職業(yè)發(fā)展，啟動(dòng)了泛大學(xué)性質(zhì)的數(shù)據(jù)科學(xué)項(xiàng)目。由于數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域相對(duì)年輕以及研究人員對(duì)技能發(fā)展的需求增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用所需的技能和資源的差距。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，缺乏培訓(xùn)機(jī)會(huì)是造成差距的主要原因之一。然而，校園的數(shù)據(jù)科學(xué)教育培訓(xùn)通常存在“各自為政”的現(xiàn)象，即信息技術(shù)部門(mén)面向一個(gè)群體講授，圖書(shū)館面向另一個(gè)群體講授，計(jì)算機(jī)科學(xué)系面向另外一個(gè)群體講授。

在此背景下，支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)工作為圖書(shū)館的參與提供了機(jī)會(huì)。圖書(shū)館是高校校園的樞紐，與數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域一樣，本質(zhì)上也是跨學(xué)科的?；诖?，亞利桑那州立大學(xué)圖書(shū)館（Arizona State University Library，簡(jiǎn)稱(chēng)ASUL）積極參與支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)教育的工作。由于圖書(shū)館在數(shù)據(jù)收集、管理和共享最佳實(shí)踐方面經(jīng)驗(yàn)豐富，多年來(lái)圍繞數(shù)據(jù)使用促進(jìn)體驗(yàn)式和協(xié)作式學(xué)習(xí)，在數(shù)據(jù)科學(xué)支持領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

2.舉措與實(shí)踐

（1）計(jì)算素養(yǎng)提升支持

ASUL每周舉辦R編程語(yǔ)言的研討會(huì)，每場(chǎng)研討會(huì)歷時(shí)2小時(shí)。研討會(huì)分為兩種形式：一是集中授課的實(shí)踐指導(dǎo)。這類(lèi)課程受眾面廣，在內(nèi)容上大多是為新手設(shè)計(jì)的。實(shí)踐指導(dǎo)側(cè)重于特定主題，如R語(yǔ)言基本統(tǒng)計(jì)分析方法、應(yīng)用R語(yǔ)言圖形包ggplot繪制統(tǒng)計(jì)圖形等，旨在提供“速贏”服務(wù)，幫助參與者迅速將所學(xué)應(yīng)用到研究工作中；二是R工作坊。參與者將他們的問(wèn)題和代碼帶到工作坊，并在積極、包容的環(huán)境中獲得支持，參與者經(jīng)?；ハ鄮椭餐剿鹘鉀Q數(shù)據(jù)分析和可視化方面的挑戰(zhàn)。除了正式的研討會(huì)，圖書(shū)館的數(shù)據(jù)科學(xué)專(zhuān)家還提供R語(yǔ)言數(shù)據(jù)分析深度咨詢(xún)，由于數(shù)據(jù)科學(xué)專(zhuān)家自身的學(xué)科背景所限，主要提供生命科學(xué)領(lǐng)域的支持。此類(lèi)咨詢(xún)的最大受眾是研究生，他們通常很少甚至沒(méi)有接受過(guò)正式的計(jì)算技能培訓(xùn)，通過(guò)一對(duì)一的深度咨詢(xún)，可以為真正的合作和更深入的學(xué)習(xí)提供機(jī)會(huì)。

（2）地理空間數(shù)據(jù)支持

地理空間數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性信息資源，是來(lái)自資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等領(lǐng)域帶有地理坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。如今，地理空間信息無(wú)處不在，數(shù)量龐大，促使各學(xué)科對(duì)地理空間分析潛力有了新的認(rèn)知。對(duì)地理空間數(shù)據(jù)類(lèi)型的認(rèn)識(shí)和對(duì)地理空間工具的更多使用加劇了對(duì)空間數(shù)據(jù)支持的需求。ASUL于2020年1月建成了地圖和地理空間中心（Map and Geospatial Hub，簡(jiǎn)稱(chēng)MGH），專(zhuān)門(mén)研究地理信息系統(tǒng)、遙感、地理可視化、制圖等技術(shù)以及將地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為增值信息所需技術(shù)，目前MGH已成為全球地理信息服務(wù)的典范。

MGH已開(kāi)展的地理空間數(shù)據(jù)支持培訓(xùn)主要分為三個(gè)方面：一是舉辦開(kāi)放研討會(huì)。把不同學(xué)科的研究人員聚集在一起，幫助師生快速了解地理信息技術(shù)及制圖資料，快速掌握GIS操作流程及相關(guān)數(shù)據(jù)管理的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用；二是舉辦使用編程語(yǔ)言，如R和Python。舉辦地理空間分析的講習(xí)班以及使用開(kāi)源軟件，如QGIS、GRASS和SAGA開(kāi)展地理空間分析的培訓(xùn)；三是嵌入課程服務(wù)。針對(duì)師生的教學(xué)需求將地理館藏嵌入本校課程教學(xué)，包括地圖資料、地理影像資料、地理空間數(shù)據(jù)等。隨著數(shù)據(jù)集規(guī)模越來(lái)越大，為了通過(guò)計(jì)算編程提高效率，許多研究人員都表達(dá)了對(duì)R和Python編程語(yǔ)言地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）支持的愿望。編程語(yǔ)言的地理空間應(yīng)用知識(shí)對(duì)于利用解決大數(shù)據(jù)研究場(chǎng)景所需的計(jì)算資源至關(guān)重要，提供以編程工具和開(kāi)源軟件為中心的教育資源和活動(dòng)，有助于研究人員熟悉使用這些系統(tǒng)所需的工具和技能。MGH面向新手用戶(hù)群體以簡(jiǎn)短形式舉辦的GIS軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和地理空間概念講習(xí)班都較為成功。

（3）可重復(fù)性研究支持

數(shù)據(jù)科學(xué)和可重復(fù)性是相輔相成的，適當(dāng)?shù)貞?yīng)用數(shù)據(jù)科學(xué)的原則和工具可實(shí)現(xiàn)研究的可重復(fù)性，而采用鼓勵(lì)可重復(fù)性的做法，如使用有據(jù)可查的數(shù)據(jù)集、遵循數(shù)據(jù)管理最佳做法等，可促進(jìn)數(shù)據(jù)科學(xué)良性發(fā)展。ASUL支持可重復(fù)性研究的研討會(huì)主題包括整合數(shù)據(jù)管理的最佳實(shí)踐、推廣腳本/軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)工作流自動(dòng)化、推廣支持可重復(fù)性研究的工具以及倡導(dǎo)開(kāi)放式研究實(shí)踐。研討會(huì)主題和內(nèi)容根據(jù)目標(biāo)受眾有所不同。

針對(duì)本科生的研討會(huì)，介紹開(kāi)放科學(xué)、透明度和可重復(fù)性的概念，較少關(guān)注出版和遵守?cái)?shù)據(jù)與代碼共享政策，而更多關(guān)注實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性的實(shí)踐技能。例如，如何使用R編程語(yǔ)言展開(kāi)分析，如何使用開(kāi)放科學(xué)框架（OSF）組織研究。針對(duì)博士后的研討會(huì)主要涉及數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)管理規(guī)劃、資助者/出版商政策、數(shù)據(jù)存檔和出版。ASUL指出，穿插簡(jiǎn)短發(fā)言和實(shí)踐練習(xí)的可重復(fù)性研討會(huì)是最有效的組織形式。學(xué)員對(duì)能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求的研討會(huì)更感興趣，如怎樣編寫(xiě)數(shù)據(jù)管理計(jì)劃、如何在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)中查找數(shù)據(jù)、如何使用開(kāi)放科學(xué)框架等。ASUL實(shí)踐表明，開(kāi)放科學(xué)框架實(shí)踐活動(dòng)很受歡迎，許多與會(huì)者普遍認(rèn)為它是一個(gè)有用的工具，便于他們以可復(fù)制的方式分享已完成的工作。

三、ASUL數(shù)據(jù)科學(xué)支持實(shí)踐對(duì)我國(guó)的啟示

1. 準(zhǔn)確把握?qǐng)D書(shū)館在數(shù)據(jù)科學(xué)教育中的使命責(zé)任

數(shù)據(jù)科學(xué)不僅是分析復(fù)雜海量數(shù)據(jù)的能力，還涉及數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、整合、分析、推理、交流和倫理原則等方面。隨著數(shù)據(jù)密集型研究對(duì)數(shù)據(jù)管理需求的不斷增長(zhǎng)，高校圖書(shū)館在數(shù)據(jù)科學(xué)教育中的作用日益重要，圖書(shū)館應(yīng)更廣泛地參與到數(shù)據(jù)科學(xué)支持實(shí)踐中來(lái)。圖書(shū)館的使命是通過(guò)提供、開(kāi)發(fā)、傳播、整理和保存研究與學(xué)術(shù)成果來(lái)推動(dòng)知識(shí)的創(chuàng)造，具體做法是提供數(shù)據(jù)科學(xué)教育資源和活動(dòng)，倡導(dǎo)多學(xué)科合作研究的文化，提供開(kāi)放包容討論的機(jī)會(huì)，促進(jìn)校園的數(shù)字學(xué)術(shù)交流。大數(shù)據(jù)時(shí)代的研究型圖書(shū)館需要精通數(shù)據(jù)科學(xué)的工作人員，一些圖書(shū)館館員的角色需要轉(zhuǎn)變?yōu)閷?zhuān)門(mén)從事數(shù)據(jù)管理、可視化、GIS、開(kāi)放科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)以及人工智能等相關(guān)研究支持工作，逐步成長(zhǎng)為數(shù)據(jù)館員、數(shù)據(jù)分析師、數(shù)據(jù)管理專(zhuān)家、數(shù)據(jù)科學(xué)專(zhuān)家。

2.因地制宜規(guī)劃數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)層次

ASUL的數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)涉及整個(gè)數(shù)據(jù)生命周期中的數(shù)據(jù)管理利用技能及軟硬件設(shè)施。國(guó)內(nèi)高校圖書(shū)館并非都有必要或者有條件開(kāi)展各層次服務(wù)，各圖書(shū)館應(yīng)對(duì)資源環(huán)境掃描，并對(duì)校園用戶(hù)的數(shù)據(jù)科學(xué)支持需求展開(kāi)評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，因地制宜規(guī)劃本館的數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)層次及內(nèi)容。

從服務(wù)層次上看，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)主要是讓學(xué)生探索整個(gè)數(shù)據(jù)生命周期，學(xué)習(xí)如何有目的地、合乎道德地查找和使用數(shù)據(jù)以及如何分享數(shù)據(jù)以供再利用，服務(wù)對(duì)象多為來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，課程內(nèi)容涵蓋各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，并演示處理不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的函數(shù)和算法。

圖書(shū)館還可以參與聯(lián)合課程教學(xué)和活動(dòng)或者嵌入某學(xué)科課堂，由圖書(shū)館館員作為客座講師，介紹數(shù)據(jù)分析涉及的一般原則或主題，如數(shù)據(jù)倫理。更高一級(jí)的數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)需要在軟硬件方面提供支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)和教育的空間、技術(shù)和軟件，如創(chuàng)建數(shù)據(jù)可視化實(shí)驗(yàn)室，提供數(shù)據(jù)可視化和AR/VR軟件；創(chuàng)建數(shù)字人文工作室，提供用于實(shí)踐學(xué)習(xí)的軟件和工具等。

以研討會(huì)和工作坊形式舉辦數(shù)據(jù)管理專(zhuān)題培訓(xùn)，多以提供科學(xué)編程、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)可視化、開(kāi)源軟件方面的實(shí)踐機(jī)會(huì)為主，還可以專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)字人文、地理信息系統(tǒng)等特定領(lǐng)域舉辦講習(xí)班，促進(jìn)校園中不同領(lǐng)域研究人員之間的合作，培養(yǎng)從數(shù)據(jù)中展開(kāi)可靠、智能和創(chuàng)造性推理所需的深度分析技能。高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)支持服務(wù)主要是提供一對(duì)一咨詢(xún)支持，具體服務(wù)內(nèi)容根據(jù)研究問(wèn)題及其復(fù)雜性按需提供，還可定期提供開(kāi)放式咨詢(xún)時(shí)間，吸引研究人員參與。

3.提供支持實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)科學(xué)教育資源

以支持實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，提供數(shù)據(jù)科學(xué)特定主題或技能方面的教育培訓(xùn)資源，便于學(xué)生根據(jù)自己的背景和興趣選擇合適的學(xué)習(xí)路徑。

一方面，考慮到學(xué)生可能對(duì)不同的數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用感興趣，研討會(huì)或講習(xí)班的內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)涉及不同學(xué)科的數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用，如社會(huì)科學(xué)中的數(shù)據(jù)科學(xué)、地理空間數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)中的空間數(shù)據(jù)等。這類(lèi)課程將使不同學(xué)科的本科生受益，特別是非數(shù)據(jù)科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生。

另一方面，應(yīng)重點(diǎn)組織針對(duì)R和Python編程語(yǔ)言的教育資源和活動(dòng)，幫助學(xué)生及研究人員快速熟悉并使用這些工具和技能，具體做法是提供一到兩個(gè)小時(shí)的短期工作坊，重點(diǎn)介紹軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分析技能，以幫助初學(xué)者更好地理解和掌握這些工具。

四、結(jié)語(yǔ)

可以預(yù)見(jiàn)的是，數(shù)據(jù)科學(xué)教育將更加注重技術(shù)和工具的應(yīng)用，應(yīng)努力填補(bǔ)數(shù)據(jù)、技術(shù)和人才之間的空白。圖書(shū)館在現(xiàn)有信息素養(yǎng)教育的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)科學(xué)教育資源、提供體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)、舉辦專(zhuān)題研討會(huì)、深度咨詢(xún)等方式，為數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)、數(shù)據(jù)科學(xué)教學(xué)和推廣提供有價(jià)值的服務(wù)，支持面向未來(lái)的數(shù)據(jù)科學(xué)教育發(fā)展。

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[8]Kang G， Sinn D.Technology education in academic libraries： An analysis of library workshops[J].The Journal of Academic Librarianship，2024，50（2）：102856.

作者單位：1.中國(guó)民航大學(xué)圖書(shū)館；2.中共中央黨校（國(guó)家行政學(xué)院）圖書(shū)和文化館

基金項(xiàng)目：本文系天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目“面向一流學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略的圖書(shū)館信息資源配置研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2022SK128）的研究成果之一。

作者簡(jiǎn)介：李娟娟（1984—），女，漢族，河北衡水人，碩士，副研究館員，研究方向：圖書(shū)館學(xué)科信息服務(wù)、信息資源建設(shè)。