大數(shù)據(jù)基礎課程教學改革體會

1、 “大數(shù)據(jù)基礎”課程教學改革體會 李志杰劉基旺摘 要：針對“大數(shù)據(jù)基礎”課程學習內(nèi)容相對較新、知識面較廣、教師教學與學生學習難度更大的實際狀況，分析該課程的定位、教學內(nèi)容與教材選擇、教學方式與實驗案例設計等問題。提出和實踐新工科背景下的大數(shù)據(jù)課程教學方法，包括項目案例驅(qū)動教學、以問題提升教學、激發(fā)學生創(chuàng)造力等。同時，結合“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學實踐分析了大數(shù)據(jù)課程教學改革方向。Key：大數(shù)據(jù)基礎;課程教學改革;項目案例;數(shù)據(jù)科學人才;新工科建設：G642 ：A ：2096-4706（2019）23-0171-03Experience in Teaching Reform of “Big Data

2、 Foundation”LI Zhijie，LIU Jiwang（School of Information Science & Engineering，Hunan Institute of Science And Technology，Yueyang 414006，China）Abstract：Aimed at the fact that the learning content of “Big Data Foundation ”course is relatively new，the knowledge is wide and the difficulty of teaching and

3、learning is greater for teachers and students，this paper analyses the positioning of the course，the selection of teaching content and materials，the teaching method and the design of experimental cases，and puts forward the teaching method of big data course under the background of the new subject，inc

4、luding project case-driven teaching，problem-based teaching，stimulating studentscreativity，etc. Meanwhile，combining with teaching practice，this paper analyses the direction of teaching reform of big data course.Keywords：big data foundation;course teaching reform;project case;data science talents;cons

5、truction of new engineering0 引 言大數(shù)據(jù)是信息化發(fā)展的新階段。新工科建設背景下，不少信息類專業(yè)開設了大數(shù)據(jù)相關課程，如大數(shù)據(jù)基礎、云計算與大數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)實時分析等，其目的是教導學生熟悉數(shù)據(jù)分析技術，能夠熟練使用知識發(fā)掘方法，擁有堅實的并行與分布式計算知識，具備數(shù)據(jù)科學行業(yè)的應用能力。由于大數(shù)據(jù)綜合了信息論、人工智能、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計學等多學科知識，理論性較強，內(nèi)容相對較新。大數(shù)據(jù)適用的應用領域涵蓋商業(yè)智能、物聯(lián)網(wǎng)、社會大數(shù)據(jù)分析、金融、醫(yī)療、通信等行業(yè)。因此，大數(shù)據(jù)相對于其他工科課程，教師教學與學生學習難度更大，大數(shù)據(jù)課程建設與教學改革的重要性更加突出。湖

6、南理工學院從2018年上學期開設“大數(shù)據(jù)基礎”課程，覆蓋信息科學與工程學院軟件工程本科專業(yè)2個班，100人左右，目前已開課兩次;湖南理工學院研究生的大數(shù)據(jù)分析課程，覆蓋研究生一個班20人左右。大數(shù)據(jù)應用技術實訓課程，覆蓋3個專業(yè)120人左右?！按髷?shù)據(jù)基礎”課程是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術、人工智能兩個專業(yè)的技術基礎課程。在本科生和研究生的“大數(shù)據(jù)基礎”相關課程教學中，應該按照新工科建設的標準與要求，從應用的角度引入工業(yè)界最新的大數(shù)據(jù)技術，提高學生的實踐能力和學術能力?！按髷?shù)據(jù)基礎”課程側重實踐教學，由大數(shù)據(jù)項目案例驅(qū)動本科生和研究生的實驗教學，必然會從根本上提高學生的動手能力，對學生未來的就業(yè)和學術

7、生涯具有重要意義。本文圍繞“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學實踐，分析該課程大綱的制訂、教學內(nèi)容與教材選擇、教學方式與實驗案例設計等問題，提出新工科背景下的大數(shù)據(jù)課程教學方法，并結合教學實踐分析大數(shù)據(jù)課程改革方向，如圖1所示。1 “大數(shù)據(jù)基礎”課程建設1.1 課程定位大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、編程語言、數(shù)據(jù)結構、編程思想和框架的處理能力已經(jīng)不能滿足當前大數(shù)據(jù)時代的需求，學生的知識結構急需更新。不僅新開設的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)，一些信息類相關專業(yè)也有大數(shù)據(jù)教育的需求。在大數(shù)據(jù)教育體系中，“大數(shù)據(jù)基礎”課程是一門必修基礎課程。該課程基于分布式架構實現(xiàn)技術，技術內(nèi)容豐富，涵蓋數(shù)據(jù)采集、預處理、存儲、管理、數(shù)

8、據(jù)分析與可視化等。系統(tǒng)講述數(shù)據(jù)分析全流程中，典型軟件的安裝、使用和基礎編程方法為后續(xù)課程（數(shù)據(jù)挖掘、云計算與大數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)實時分析等）的教學奠定扎實的理論和實踐基礎。通過“大數(shù)據(jù)基礎”課程的教學，使學生系統(tǒng)地掌握操作系統(tǒng)（Linux和Windows）、開發(fā)工具（Eclipse）以及大數(shù)據(jù)相關技術、軟件（Kafka、Hadoop、HDFS、MapReduce、HBase、Hive、Spark、數(shù)據(jù)可視化工具）等，逐步熟悉大數(shù)據(jù)的應用開發(fā)過程，并能在大數(shù)據(jù)編程實踐中靈活使用相關技術?！按髷?shù)據(jù)基礎”是一門面向工程應用實際的技術基礎課程，要將工業(yè)界最新的大數(shù)據(jù)和人工智能技術引入本科生和研究生的教學中，

9、通過豐富的課程實驗和綜合案例，培養(yǎng)學生的大數(shù)據(jù)基本工程素養(yǎng)，并為今后進一步從事大數(shù)據(jù)相關工作打下良好的理論和實踐基礎。1.2 課程教學內(nèi)容按照新工科建設的標準與要求，“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學內(nèi)容的選擇遵循的原則是“知識夠用、注重應用、內(nèi)容先進和總體優(yōu)化”。（1）知識夠用。涵蓋大數(shù)據(jù)批處理、流處理、圖計算、查詢分析計算等四種處理模式，以及它們的應用實例;（2）注重應用?！按髷?shù)據(jù)基礎”課程教學全過程由大數(shù)據(jù)實際項目案例驅(qū)動;（3）內(nèi)容先進。適當介紹一些可以用于大數(shù)據(jù)分析的機器學習與數(shù)據(jù)挖掘常用算法，以及在分布式并行環(huán)境下的使用方法;（4）總體優(yōu)化。從總體上保證課程內(nèi)容系統(tǒng)全面，重點突出，層次分明，實

10、用先進。1.3 課程考核方式為了準確地體現(xiàn)“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學要求，有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)科學人才的培養(yǎng)目標，課程考核方式的選擇與操作要能比較客觀公正地反映學生的學習狀況和教學效果，要能較好地考察學生分析問題與解決實際問題的能力，有利于激發(fā)學生的主動創(chuàng)新能力。在“大數(shù)據(jù)基礎”課程的考核方式上，我們采用平時、理論與實踐相結合的多樣化考核方法，考核內(nèi)容強調(diào)實踐操作能力與應用技能考核，加大實踐考核的比例。比如，在總分100分中，平時成績（包括考勤、作業(yè)、課堂提問等）占20%，理論考核（期末）占30%，實踐技能考核占50%?！按髷?shù)據(jù)基礎”課程考核的成績評定由平時、理論、實踐相結合綜合評定，考核方法向多元化、

11、全程化、科學化、綜合化轉變，通過課程考核的引領作用來激勵學生的積極性，切實提高教學質(zhì)量。1.4 教材編寫對于高校而言，推出更加實用、更加專業(yè)的高校大數(shù)據(jù)課程和教材似乎是一項迫切的基礎性工作。顯然，“大數(shù)據(jù)基礎”包含的知識范疇比較廣，又注重應用，教材的選擇至關重要。選定的教材要有一定的先進性和實用性，最好還有相關的大數(shù)據(jù)課程輔助教材，能提供豐富的課程實驗和綜合案例，用于指導大數(shù)據(jù)編程實踐。中國高校大數(shù)據(jù)教育當下的課程教材編寫頗有些群雄逐鹿的意味，但不管怎樣，在課程教材編寫中，必須結合企業(yè)的實際應用，杜絕“閉門造車”的現(xiàn)象，為自己的學生尋求與編寫最實用的教材和平臺。大數(shù)據(jù)是一個不斷蓬勃發(fā)展的學科，

12、教材編纂始終保持在發(fā)展前沿，自然能為人才培養(yǎng)輸入源源不斷的生命力。2 “大數(shù)據(jù)基礎”教學方式改革2.1 項目案例驅(qū)動教學大數(shù)據(jù)理論教學必須與本工科專業(yè)結合，以相關案例驅(qū)動大數(shù)據(jù)教學過程。在理論教學中，以案例應用為載體，采用以點帶面的思路進行教學內(nèi)容的組織，細化教學目標并編寫講義。實驗教學設計實際應用場景，以知識應用與實踐技能培養(yǎng)為重點內(nèi)容。同時，適度引入大數(shù)據(jù)最新技術以保證課程內(nèi)容先進性。另外，大數(shù)據(jù)處理需要復雜度更低的可行算法，甚至在有些情況下需要設計并行算法。因此，大數(shù)據(jù)對自主實際編程的能力要求很高，“大數(shù)據(jù)基礎”課程需要體現(xiàn)大數(shù)據(jù)編程的特色，強調(diào)編程能力和算法設計，并專門教授并行計算相關

13、內(nèi)容?！按髷?shù)據(jù)基礎”實驗實訓環(huán)節(jié)，以案例應用為載體，設計實際應用場景，安排專門教授并行計算相關內(nèi)容的教學環(huán)節(jié)，注重自主編程能力培養(yǎng)。同時，改革課程考核方式，在課程成績評定中引入激勵機制，教學全過程考核。我們設計實踐導向的課程項目，學生組隊（35人一組）完成3個課程項目。課程項目包含必做和選做部分，必做部分主要完成一些基本的大數(shù)據(jù)實驗任務;選做部分具備一定的難度和靈活性，解決的問題更加開放，要求學生必須自己編寫大數(shù)據(jù)并行代碼。所有項目都要在課堂上做項目匯報，內(nèi)容主要包括項目方案、算法細節(jié)、程序編碼、以及收獲等方面，目的在于激發(fā)學生的創(chuàng)新能力和培養(yǎng)他們獨立思考問題和解決問題的能力。實踐表明，通過案

14、例問題導向的方式更容易激發(fā)學生的學習興趣和加深對理論的理解。另外，在具體案例分析過程中，多采用以點帶面的內(nèi)容安排技巧，從一點出發(fā)逐步擴展，可以更好地幫助學生獲得課程理論的清晰脈絡。2.2 以問題提升教學相對于傳統(tǒng)課程，無論教師教學還是學生學習，“大數(shù)據(jù)基礎”課程的難度更大。為了取得良好的教學效果，實現(xiàn)課程教學的目標，教學方式的改革很有必要。傳統(tǒng)的課程教學方法以課堂理論教學為主，教學內(nèi)容根據(jù)課程本身來設計，教學方法又根據(jù)教學內(nèi)容來設計，這種課程教學方法不能適應“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學的需要。在“大數(shù)據(jù)基礎”課程教學實踐中，我們以學生為主體，根據(jù)學生志趣與課程特點，在理論與實驗教學過程中設計了以案例

15、驅(qū)動教學、以問題提升教學、以“鼓勵”提升教學3種先進教學方法。同時，積極運用現(xiàn)代教學技術與手段，如申報慕課，借鑒翻轉課堂手段等。另外，課程考核方面，我們在課程成績評定中引入激勵機制，教學全過程考核，強調(diào)實踐操作能力與應用技能考核，最后進行綜合考試。現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)教學存在的主要問題，一方面是重視不夠，不少高校還沒有開設專門的大數(shù)據(jù)教學模塊;另一方面，已開設的大數(shù)據(jù)相關課程，常常存在專業(yè)案例教學弱化、忽視自主編程能力培養(yǎng)等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象與問題是與國家大力提倡的新工科的要求相悖的，需要引起足夠重視。按照新工科的精神要求，“大數(shù)據(jù)基礎”課程只有延展實踐育人平臺，強化教學實驗、實習實訓，教學科研互動促進教

16、學，產(chǎn)學研協(xié)同，教學全過程考核，才能提高數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)質(zhì)量。2.3 激發(fā)學生創(chuàng)造力“以學生為中心”，以多種方式充分激發(fā)學生的主動性與創(chuàng)造性。（1）完成課程設計。只靠十幾個課程實驗學時，只能完成實驗環(huán)境及基本技能訓練，還要通過工程實訓與課后學習等環(huán)節(jié)完成課程設計;（2）參加技術競賽。培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學人才僅僅通過課堂教學是遠遠不夠的，還需要通過實操的方式來學習知識。技術競賽是最好的實操，考驗參與者全方位的技能，也能在短期內(nèi)最大程度地激發(fā)人的潛力;（3）鞏固與分享知識。學生通過查閱課堂總結、完成工程實訓課程設計、參加技術競賽等方式，課堂教學獲得的知識得到鞏固、內(nèi)化與提升。通過小組論壇，學生也可以分享學習體

17、會和學習經(jīng)驗。3 結 論當前，我國的工程教育在理念、人才結構、知識體系、培養(yǎng)模式等方面，與培養(yǎng)卓越工程人才的要求有一些不適應，大數(shù)據(jù)教學還處于起步階段。例如，在教育理念方面，中國受到傳統(tǒng)教育體制的限制，更重視縱深的專業(yè)技能，缺少跨學科和專業(yè)的綜合性體制的建立。而大數(shù)據(jù)是跨學科和專業(yè)的，因此，我們應該開放心態(tài)，積極轉型為“T”字型數(shù)據(jù)科學人才教育理念。借“大數(shù)據(jù)基礎”課程建設的契機，我們設計以案例為載體、重互動的教學方法。充分發(fā)展現(xiàn)代化技術教學手段，保障教學計劃實施。這種新工科背景下的大數(shù)據(jù)課程教學方法，在“大數(shù)據(jù)基礎”課程的教學實踐中取得了良好的教學效果。新工科指明了我國工程教育改革的方向，為

18、大數(shù)據(jù)課程的教學改革提供了一個全新的視角和可行的思路。近年來的諸多實踐證明，想培養(yǎng)真正合格的大數(shù)據(jù)人才，產(chǎn)學研融合是一條可行之路，也是必由之路。產(chǎn)學研融合，由大數(shù)據(jù)項目案例驅(qū)動大數(shù)據(jù)課程教學的全過程，也是大數(shù)據(jù)教育改革的可行之路。Reference：1 姚興華，吳恒洋，方志軍，等.新工科背景下機器學習課程建設研究 J.軟件導刊，2018，17（1）：221-223.2 林子雨.大數(shù)據(jù)基礎編程、實驗和案例教程 M.北京：清華大學出版社，2017.3 HE H ，ZHANG J Z，LIAN L I，et al. Reform on MCU Course of College Based on PROTEUS Platform C/計算機科學與電子技術國際學會.2013年教育技術與管理科學國際會議論文集，2013：74-