新工科背景下程序設(shè)計(jì)課改助推大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)研究

摘要：大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)作為一門新工科專業(yè)，在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中有著明顯的就業(yè)需求與優(yōu)勢，而程序設(shè)計(jì)課程是大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的基石，在大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)升級的過程中發(fā)揮著重要的作用。本文對程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題進(jìn)行深入分析，明確新工科背景下大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)對程序設(shè)計(jì)課程的要求，并提出程序設(shè)計(jì)課程改革思路與建議，以期能夠助推大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才核心技能的培養(yǎng)。關(guān)鍵詞：新工科；程序設(shè)計(jì)；課程改革；人才培養(yǎng)引言大數(shù)據(jù)行業(yè)作為互聯(lián)網(wǎng)軟件產(chǎn)業(yè)中最具先導(dǎo)性與戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)之一，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要的支撐和引領(lǐng)作用，其高速發(fā)展需要大量的大數(shù)據(jù)處理與分析人才。隨著信息化和數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)專業(yè)有著明顯的社會需求和就業(yè)優(yōu)勢，但由于該專業(yè)是一門新工科專業(yè)，其人才培養(yǎng)模式還處于探索階段，人才培養(yǎng)模式需根據(jù)院校特色以及地方經(jīng)濟(jì)進(jìn)行探索與構(gòu)建。程序設(shè)計(jì)課程是大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程與必修課程，其對編程技能的培養(yǎng)能為專業(yè)深入培養(yǎng)數(shù)據(jù)挖掘、分析、決策等綜合技能打下重要基礎(chǔ)，直接影響高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。因此，程序設(shè)計(jì)課程改革勢在必行。在此背景下，筆者主要圍繞程序設(shè)計(jì)課程改革，深入開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用與實(shí)踐，并提出改革思路與建議，以期能進(jìn)一步推進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)。程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀程序設(shè)計(jì)課程具有技術(shù)更新快、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。從人才培養(yǎng)角度來看，目前的程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)目標(biāo)普遍缺乏針對性，與大數(shù)據(jù)專業(yè)核心知識及課程體系融合不夠，與大數(shù)據(jù)專業(yè)群的人才培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合不夠。從課程教學(xué)角度來看，目前的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)沒有建立起成熟的混合教學(xué)體系，沒有同項(xiàng)目應(yīng)用場景結(jié)合起來，沒有同院校特色與學(xué)科競賽結(jié)合起來。[1]綜合來看，傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要存在以下幾點(diǎn)不足，從而影響了大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。1.專業(yè)學(xué)生整體信息技術(shù)素養(yǎng)參差不齊程序設(shè)計(jì)課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課大多開設(shè)在大一階段，該階段學(xué)生整體信息技術(shù)相關(guān)素養(yǎng)差距較大。而高職院校大部分學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與操作技能都很薄弱，并且由于高職院校招生途徑多樣，學(xué)生間的信息意識、知識水平和實(shí)際操作能力參差不齊，對程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識的理解能力和接受能力出現(xiàn)較大差異性。2.教學(xué)內(nèi)容缺乏與專業(yè)知識的相互滲透部分教師在上課前缺乏適當(dāng)引導(dǎo)與鋪墊，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為大數(shù)據(jù)專業(yè)必須具備的編程技能與程序設(shè)計(jì)課程關(guān)聯(lián)度不大。學(xué)生沒有熟練掌握專業(yè)所需的編程技能，實(shí)踐應(yīng)用水平較低；他們也沒有體會到該類課程對后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的幫助，缺乏主動學(xué)習(xí)的意識，學(xué)習(xí)積極性欠佳。3.教學(xué)方式有局限，教學(xué)內(nèi)容不夠豐富程序設(shè)計(jì)課程是操作性與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)教學(xué)方式以教材為依據(jù)展開教學(xué)，教師按教學(xué)大綱和教材內(nèi)容教授知識點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容不夠豐富。教師只設(shè)計(jì)枯燥的編程語法知識，不能充分鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力，學(xué)生跟不上大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展速度，也無法掌握程序設(shè)計(jì)語言的新技術(shù)應(yīng)用。4.課程考核系統(tǒng)或評價(jià)方式單一、不完善傳統(tǒng)的重理論輕實(shí)踐的教學(xué)方式導(dǎo)致評價(jià)方式單一，重分?jǐn)?shù)輕能力，缺乏過程性記錄，無法深層次反映學(xué)生的真實(shí)水平，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)對程序設(shè)計(jì)課程的要求大數(shù)據(jù)專業(yè)涉及的目標(biāo)崗位均需要相應(yīng)的編程開發(fā)基礎(chǔ)，尤其是在新一輪數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，多數(shù)企業(yè)在招聘時(shí)非常重視應(yīng)聘者的程序設(shè)計(jì)能力。由此看來，程序設(shè)計(jì)語言是大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，該類課程的設(shè)置將直接影響著專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。[2]在大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)升級轉(zhuǎn)型的過程中程序設(shè)計(jì)課程發(fā)揮著重要的作用，其對程序設(shè)計(jì)課程的要求主要體現(xiàn)在以下三個方面。第一，對編程技能的遷移程度要求更高。傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置相互獨(dú)立，缺少整體的課程體系結(jié)構(gòu)，使得不同課程間的知識無法觸類旁通。[3]課程體系的構(gòu)建面臨著如何系統(tǒng)整合大數(shù)據(jù)平臺運(yùn)維、數(shù)據(jù)挖掘和系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)等多元化大數(shù)據(jù)技術(shù)的挑戰(zhàn)。課程內(nèi)容的深度和廣泛性要求教師調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)知識的合理布局和連貫性，達(dá)到不同程序設(shè)計(jì)語言之間的知識遷移。第二，對掌握程序設(shè)計(jì)語言的種類要求更廣。目前，針對大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，職業(yè)院校大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)通常會開設(shè)Python程序設(shè)計(jì)、Java程序設(shè)計(jì)等程序設(shè)計(jì)類課程。Java語言能夠支撐大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)的搭建以及大數(shù)據(jù)的處理、分析和存儲等工作，主流大數(shù)據(jù)技術(shù)框架如Hadoop、Spark、Flink等很大程度上都依賴于Java平臺，大數(shù)據(jù)平臺運(yùn)維與開發(fā)崗位通常都要求使用Java語言。[4]Python語言語法較為簡單，代碼運(yùn)行高效，目前在大數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘建模和數(shù)據(jù)可視化分析等方面發(fā)揮重要作用。第三，對運(yùn)用相關(guān)程序設(shè)計(jì)語言解決實(shí)際問題的能力要求更高。在新工科建設(shè)的要求下，高校程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)需要將工程教育人才培養(yǎng)模式融入課程教學(xué)體系，通過一定的教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)以學(xué)習(xí)成果為中心，以實(shí)際項(xiàng)目產(chǎn)出為導(dǎo)向，培養(yǎng)面向未來的高素質(zhì)工程人才。[5]程序設(shè)計(jì)課程體系的設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)專業(yè)理論知識體系龐大，如上頁圖1所示，其核心有Hadoop、Spark、Flink等大數(shù)據(jù)生態(tài)計(jì)算框架，又包含大數(shù)據(jù)分析與挖掘、數(shù)據(jù)預(yù)處理與數(shù)據(jù)可視化等大數(shù)據(jù)處理相關(guān)技術(shù)，而學(xué)生的編程基礎(chǔ)很大程度上決定了其能否熟練掌握上述核心專業(yè)知識與技能。因此，將程序設(shè)計(jì)課程融入整個大數(shù)據(jù)專業(yè)理論知識體系，與其他課程內(nèi)容融合，構(gòu)建程序設(shè)計(jì)類課程體系至關(guān)重要。結(jié)合職業(yè)院校對培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)與新工科建設(shè)要求，筆者將OBE工程教育人才培養(yǎng)模式融入程序設(shè)計(jì)課程，著重構(gòu)建大數(shù)據(jù)專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)體系，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)能力。同時(shí)，利用相關(guān)教學(xué)平臺記錄教與學(xué)的全過程，記錄每位學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，從線上視頻學(xué)習(xí)時(shí)間、完成課后作業(yè)測試成績等大數(shù)據(jù)中分析、研究學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，開展面向教學(xué)過程的評價(jià)，持續(xù)促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，提升學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)效果。例如，Java課程把課程內(nèi)容分成兩個部分，即理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，其中實(shí)踐教學(xué)部分又包含兩種類型，即課內(nèi)實(shí)訓(xùn)和綜合案例。讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識的前提下，根據(jù)具體實(shí)踐方向以團(tuán)隊(duì)或個人的方式進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與實(shí)操，將鍛煉個人能力與培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力相結(jié)合，以此促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。為進(jìn)一步滿足新工科背景下的應(yīng)用型人才核心能力的培養(yǎng)要求，程序設(shè)計(jì)類課程需進(jìn)一步推進(jìn)線上線下融合的混合式教學(xué)改革，逐步構(gòu)建以交互式教學(xué)為主、線上線下共同發(fā)力的新型教學(xué)模式，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)真實(shí)項(xiàng)目工程，構(gòu)建以面向工程理念為中心的“語言-課程-平臺-崗位”一體化的課程體系（如圖2）。同時(shí)，根據(jù)就業(yè)崗位與人才培養(yǎng)方向開設(shè)具體程序設(shè)計(jì)課程，并統(tǒng)一開發(fā)平臺，選擇具有模塊化開發(fā)功能的主流的集成式開發(fā)環(huán)境，解決理論知識與就業(yè)需求脫節(jié)、開發(fā)平臺混亂的問題，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。[6]具體來說，大數(shù)據(jù)專業(yè)核心理論知識體系下所需的程序設(shè)計(jì)語言主要包含Java語言和Python語言。Java方向主要課程包括Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、JavaWeb開發(fā)和Java高級應(yīng)用開發(fā)等課程，其統(tǒng)一集成開發(fā)環(huán)境有PyCharm和Anaconda。Python方向主要課程有Python程序設(shè)計(jì)、PythonWeb、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可視化與大數(shù)據(jù)分析與挖掘等課程，集成開發(fā)環(huán)境可選擇MyEclipse和IDEA。同時(shí)，不同崗位需求與語言方向下的相關(guān)課程相互促進(jìn)、相互補(bǔ)充，既需要確定課程標(biāo)準(zhǔn)，明確教學(xué)目標(biāo)與授課計(jì)劃，解決不同語言方向下的知識相互銜接的問題，又需要通過大數(shù)據(jù)綜合性項(xiàng)目或?qū)崙?zhàn)課程進(jìn)行綜合性的知識總結(jié)與鞏固，夯實(shí)前述課程。融合實(shí)際案例的項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)是在新工科背景下發(fā)展的一門交叉學(xué)科，不同學(xué)校可以結(jié)合各自優(yōu)勢形成特色方向。對于財(cái)經(jīng)商貿(mào)類院校來說，可以將大數(shù)據(jù)專業(yè)與財(cái)稅行業(yè)相結(jié)合，在原有程序設(shè)計(jì)課程設(shè)置的基礎(chǔ)上加入財(cái)經(jīng)融合類課程，融入財(cái)經(jīng)案例。例如，在Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，將銀行存取款管理系統(tǒng)作為課程設(shè)計(jì)案例；在Python程序設(shè)計(jì)課程中，采用上市公司股票數(shù)據(jù)爬取、量化交易、金融風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估等案例。將校企合作企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目、教師的科研課題進(jìn)行加工與脫敏處理，給學(xué)生提供真實(shí)的應(yīng)用場景，將編程技能、行業(yè)知識在實(shí)踐中交叉融合，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，符合新工科背景下工程教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)。[7]除此之外，為了進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式也應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，可將項(xiàng)目實(shí)踐與案例教學(xué)有機(jī)結(jié)合，開展項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)（如圖3），讓學(xué)生在完成階段性學(xué)習(xí)后，基于所學(xué)內(nèi)容，選定一個具有實(shí)際應(yīng)用背景的項(xiàng)目，并以小組的形式進(jìn)行項(xiàng)目的需求分析、設(shè)計(jì)與開發(fā)等。[8]教師在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，對學(xué)生提出的問題或發(fā)現(xiàn)的普遍性問題進(jìn)行有針對性的講解，并組織學(xué)生以組為單位進(jìn)行項(xiàng)目的匯報(bào)展示，同時(shí)要求學(xué)生以個體為單位提交相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目代碼等過程性資料。在項(xiàng)目推進(jìn)過程中，利用相關(guān)平臺的交互功能實(shí)現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間、小組與小組之間的在線交流，進(jìn)行問題討論。在學(xué)習(xí)評價(jià)方面，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的軌跡（實(shí)驗(yàn)報(bào)告、演示PPT、答辯情況、項(xiàng)目代碼、團(tuán)隊(duì)成員貢獻(xiàn)度等方面）和組間互評結(jié)果進(jìn)行科學(xué)、合理、全面的評價(jià)。通過階段性的評價(jià)結(jié)果，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，并有針對性地進(jìn)行輔導(dǎo)。學(xué)科競賽驅(qū)動，提升IT創(chuàng)新能力程序設(shè)計(jì)課程中包括很多抽象概念與語法知識，學(xué)生初次接觸一門新的程序設(shè)計(jì)語言，想在有限的課時(shí)內(nèi)掌握所有技術(shù)難點(diǎn)并不現(xiàn)實(shí)。所以，教師要將“賽課融通”的理念帶入課堂，以賽促學(xué)，以賽促教。在課程內(nèi)容設(shè)置中可以引入以往大賽中的真題，梳理解決綜合問題所需的知識點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生思考，提高學(xué)生上課的專注度。[9]在課程后期可以以項(xiàng)目為導(dǎo)向，讓學(xué)生以分組的形式完成大賽中的綜合項(xiàng)目，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)合作能力。此外，還可以鼓勵學(xué)生多參與學(xué)科競賽，并利用不同學(xué)院間的學(xué)科優(yōu)勢，發(fā)揮“大數(shù)據(jù)+”特色。這類競賽活動，既能讓學(xué)生將理論知識與實(shí)際聯(lián)系起來，學(xué)以致用，也為“大數(shù)據(jù)+X”范式下的人才培養(yǎng)提供了有力的支撐。[10]