計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向課程群建設研究

詹玲

摘要：大數(shù)據(jù)時代背景下，需要培養(yǎng)擅長大數(shù)據(jù)收集、存儲、管理與分析的專業(yè)人才，以適應社會和改革的需求。在計算機專業(yè)的大數(shù)據(jù)課程上，高等院校不管是在課程體系方面還是實踐教育上都需要進行探索式創(chuàng)新改革。本文結(jié)合文華學院計算機科學與技術專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)目標，探討了大數(shù)據(jù)方向課程群建設的目標和思路，利用現(xiàn)有的浪潮云海大數(shù)據(jù)一體機平臺，從課程群規(guī)劃、理論教學、實踐教學三個方面提出了一系列提高學生綜合應用能力的高效的方法。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)方向；課程群；應用型人才；實踐課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）28-0274-03

一、背景

大數(shù)據(jù)的研究正面臨著全球性的人才荒問題。根據(jù)麥肯錫報告，預計到2018年美國市場大數(shù)據(jù)人才（包括高級數(shù)據(jù)分析專家）缺口將高達19萬。此外，美國企業(yè)還需要150萬能夠看出關鍵問題所在并運用大數(shù)據(jù)來進行分析的相關管理人才。中國是人才大國，但掌握和應用大數(shù)據(jù)技術的創(chuàng)新型人才仍是稀缺資源，培養(yǎng)大數(shù)據(jù)相關人才成為最為緊迫的任務。

國內(nèi)外相關高校先后通過開設《數(shù)據(jù)科學》課程、開展數(shù)據(jù)科學學位計劃及數(shù)據(jù)科學短期培訓班來進行數(shù)據(jù)科學家和數(shù)據(jù)工程師的培養(yǎng)。美國加州大學伯克利分校從2011年起開設《數(shù)據(jù)科學導論》課程，并從2012年起開設《數(shù)據(jù)科學和分析》課程；麻省理工學院開設《計算思維和數(shù)據(jù)科學導論》這門課，介紹如何利用計算機來理解真實世界的現(xiàn)象，主要面向具備一定Python編程經(jīng)驗和計算復雜度基礎知識的學生，課程更加看重涉及面的廣度，而不是一味追求深度，該課程為學生提供了許多主題的簡要介紹，課程的主題包括：繪圖、隨機程序、概率和統(tǒng)計、隨機漫步、蒙特卡洛模擬、數(shù)據(jù)模型化、優(yōu)化問題和分類歸并，使得學生對今后職業(yè)生涯中計算機的角色有了更多了解；美國華盛頓大學開設了《Introduction to Data Science》，介紹了關系型數(shù)據(jù)庫、MapReduce、NoSQL、基礎數(shù)據(jù)分析、機器學習、可視化以及圖論[1]。在英國，大概有七所高校開設了《數(shù)據(jù)科學》及其相關課程，包括謝菲爾德大學、愛丁堡大學、倫敦大學學院、東英吉利大學、布里斯托大學、曼徹斯特大學、倫敦大學皇家霍洛威學院。

在中國，一批知名企業(yè)也開設了自己的大數(shù)據(jù)研究中心，并與各大高校開展合作，促進了大學中大數(shù)據(jù)專業(yè)的發(fā)展。北航軟件學院、北航計算機學院與慧科教育（工信部移動云計算教育培訓中心）聯(lián)合打造的大數(shù)據(jù)技術與應用專業(yè)，于2012年開始招收工程碩士[2]；2013年，華東師范大學成立了數(shù)據(jù)科學與工程研究院；2014年，華南理工大學設立了云計算與大數(shù)據(jù)專業(yè)；同年，清華大學成立“清華―青島數(shù)據(jù)科學研究院”，設立大數(shù)據(jù)的碩士博士學位項目。另外，開設大數(shù)據(jù)相關本科專業(yè)的院校有貴州師范學院、貴州大學和北京城市學院等。

二、大數(shù)據(jù)方向課程群構(gòu)建思路

大數(shù)據(jù)學科方向是一門交叉專業(yè)方向，與不同專業(yè)相結(jié)合可以發(fā)展成特定方向的專業(yè)或研究領域。IT、金融、管理、社會、生物等傳統(tǒng)專業(yè)方向與大數(shù)據(jù)學科方向相結(jié)合表現(xiàn)出多樣化的差異特征，包括專業(yè)研究方向與社會需求崗位。例如統(tǒng)計學專業(yè)與計算機專業(yè)，前者注重數(shù)據(jù)統(tǒng)計相關理論與數(shù)據(jù)挖掘理論的結(jié)合應用，而后者則注重其應用領域的IT工程實現(xiàn)方式；從崗位需求層次來看，前者需要數(shù)據(jù)分析人才，后者需要大數(shù)據(jù)應用開發(fā)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)人才。不同的社會崗位有著不同的教育層次與專業(yè)技術背景要求，這就要求在不同的專業(yè)方向要有不同的課程規(guī)劃。就民辦高校來說，需要設置較為精細的專業(yè)課程，除基礎課程之外，還應進行主干專業(yè)課程和實踐課程設置的優(yōu)化改革，這樣才能形成民辦高校特有的計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的課程群特色。

三、大數(shù)據(jù)方向課程群構(gòu)建內(nèi)容

我們的課程群設置分為三個層次，逐步深入并加深難度。第一個層次是基礎課程，包括數(shù)學基礎課程和專業(yè)基礎課程；第二個層次是大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程；第三個層次是大數(shù)據(jù)實踐課程。從基礎課程、大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程到大數(shù)據(jù)實踐課程，給學生制定了一個系統(tǒng)、完整的課程體系，如下圖1所示。

1.基礎課程。基礎課程是學生學習計算機知識的入門課程和能力培養(yǎng)的起點課程。包括數(shù)學基礎課程和計算機專業(yè)基礎課程。（1）數(shù)學基礎。主要包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、離散數(shù)學、概率論、數(shù)理統(tǒng)計等，數(shù)學是計算機專業(yè)的基礎課程，是進行數(shù)據(jù)分析和處理的基礎工具。例如：微積分和線性代數(shù)為大多數(shù)數(shù)據(jù)挖掘應用程序提供進行矩陣計算的基本算法；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中涉及到大量的概念、模型及算法，模型和算法的理解需要學生有較為扎實的數(shù)學基礎和較強的邏輯推理能力。通過數(shù)學的學習，使學生具有良好的抽象思維和邏輯推理能力。（2）計算機專業(yè)基礎。計算機專業(yè)基礎課程包含兩部分，第一部分是計算機專業(yè)基礎中的語言類課程，包括C語言、C++以及JAVA語言等，程序設計課程作為計算機專業(yè)的基礎課程，讓學生掌握解決問題的算法和算法實現(xiàn)的具體過程是該類課程的主要目標，這些都需要通過強化計算思維訓練實現(xiàn)。計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學的一系列思維活動。基于計算思維的程序設計課程要在教會學生計算機編程的同時培養(yǎng)他們的計算思維能力。第二部分是計算機專業(yè)基礎中的核心課程，包含計算機專業(yè)中必修的一些核心課程，如：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，linux操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、計算機組成原理與系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計算機網(wǎng)絡等。

其中《linux操作系統(tǒng)》和《Java語言程序設計》是大數(shù)據(jù)方向課程的先行課，在選修大數(shù)據(jù)方向課程之前，要把《linux操作系統(tǒng)》和《Java語言程序設計》作為必修課程。

2.大數(shù)據(jù)方向課程建設。了解和掌握大數(shù)據(jù)的整個處理流程是該課程群建設的關鍵，因為只有結(jié)合具體的大數(shù)據(jù)處理流程才能做到有的放矢，而大數(shù)據(jù)的處理流程主要包括以下幾個部分[3]：①數(shù)據(jù)采集：使用傳感器、ETL工具、爬蟲等數(shù)據(jù)采集工具獲得結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化（或稱之為弱結(jié)構(gòu)化）及非結(jié)構(gòu)化的海量各類數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換、集成，最后加載到數(shù)據(jù)倉庫，成為聯(lián)機分析處理、數(shù)據(jù)挖掘的基礎。②數(shù)據(jù)存儲：分布式存儲與訪問是大數(shù)據(jù)存儲的關鍵技術，雖然采集端本身會有自己的數(shù)據(jù)庫，但如果要相對海量的數(shù)據(jù)進行有效分析，就應該將這些前端的數(shù)據(jù)導入到一個大型分布式數(shù)據(jù)庫，并且可以在導入基礎上做一些簡單的預處理工作，從而減輕后續(xù)的數(shù)據(jù)處理壓力。③數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析就是用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集來的大量數(shù)據(jù)進行詳細研究和概括總結(jié)，提取出有用信息并形成結(jié)論的過程。通常會使用相關性分析、多元回歸等來揉合各種數(shù)據(jù)，從不同角度進行預測性和指導規(guī)范性建模，學會使用R、SAS、SPSS、SciPy、Stata等統(tǒng)計工具軟件。④數(shù)據(jù)挖掘：數(shù)據(jù)挖掘就是從大量的、不完全的、隨機的實際應用數(shù)據(jù)中，通過算法搜索隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。其常通過機器學習、專家系統(tǒng)和模式識別等方法來實現(xiàn)。⑤數(shù)據(jù)建模和預測建模：從ERWin、Agile Data Modeling、ORM Diagrams、ML class diagrams、CRC cards、Conceptual/logical/physical schema、DDL、Bachman diagrams、Zachman Framework等數(shù)據(jù)建模工具開始，掌握建模技術和方法。⑥數(shù)據(jù)可視化：清晰有效地在大數(shù)據(jù)與用戶之間傳遞信息是數(shù)據(jù)可視化的重要目標，將大數(shù)據(jù)分析和處理的結(jié)果以易于理解的方式呈現(xiàn)出來，讓用戶對結(jié)果有更加直觀的認知。⑦數(shù)據(jù)安全：隨著大數(shù)據(jù)的不斷增加，對數(shù)據(jù)存儲的物理安全性需求也越來越高，數(shù)據(jù)的多副本與容災機制也面臨更高的要求。同時，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模式，大數(shù)據(jù)更加容易成為網(wǎng)絡攻擊的目標，大數(shù)據(jù)分析技術也更容易被黑客利用到攻擊當中去。大數(shù)據(jù)方向課程目前包括以下課程：大數(shù)據(jù)與云計算概論、Hadoop系統(tǒng)應用、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)倉庫、R語言數(shù)據(jù)分析。這些課程能夠讓學生系統(tǒng)地學習和掌握大數(shù)據(jù)基本架構(gòu)和整個處理流程。

3.大數(shù)據(jù)方向?qū)嵺`課程建設。大數(shù)據(jù)特色專業(yè)，目前存在著理論教學要求較高，而學生實際設計和動手能力偏弱的問題，不能滿足當前企業(yè)事業(yè)單位的需要。所以，實踐課程的設置對于大數(shù)據(jù)方向的教學體系建設至關重要。因此，我們結(jié)合民辦類院校學生的實際情況，在課程設置和教學內(nèi)容安排上做出改變，將“大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘”的理論教學與浪潮大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺的實操實訓相結(jié)合，安排了《大數(shù)據(jù)應用開發(fā)》和《R語言實訓》課程，使學生能夠掌握大數(shù)據(jù)處理方向的理論基礎和應用技能，對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘和模型預測等問題有了深入了解，具有較為熟練的應用技能和面對具體應用進行分析處理的能力。學校除了讓學生完成教學計劃中的實訓課程以外，還應該給學生提供加強實際動手能力的輔助課程設置。例如：鼓勵學生參加大數(shù)據(jù)相關的學科競賽，鼓勵學生參加教師的科研項目，指導學生申報大學生課外科技創(chuàng)新基金項目，組織學生到合作企業(yè)實習，通過畢業(yè)實習和畢業(yè)設計來綜合訓練大學生利用四年所學知識去系統(tǒng)完成某一方面科研課題的全過程，培養(yǎng)學生綜合知識運用及解決實際問題的能力等。這一系列實踐及輔助課程的設置使得大數(shù)據(jù)方向相比校內(nèi)其他專業(yè)具有同級乃至跨級別的專業(yè)優(yōu)勢，使學生更具競爭力。

四、結(jié)論

通過對現(xiàn)有計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向培養(yǎng)方案的修訂，把大數(shù)據(jù)方向課程的先行課程作為必修課程，增加了大數(shù)據(jù)方向的實踐課程，并在此基礎上探討了適合于應用型民辦高校計算機專業(yè)培養(yǎng)特點的大數(shù)據(jù)人才的課程群的設置與建設。以社會崗位的實際需求作為根本出發(fā)點，把大數(shù)據(jù)系統(tǒng)基本理論學習與大數(shù)據(jù)實訓結(jié)合起來，為當前蓬勃發(fā)展的大數(shù)據(jù)市場培養(yǎng)一批既具備扎實理論基礎知識，又具備實際設計和動手能力的人才，提高學生在就業(yè)市場的競爭力[4]。民辦高校計算機專業(yè)的大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)也還在摸索過程中，隨著大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的課程群也在不斷完善和建設，根據(jù)學生在學習過程中的反饋和學生就業(yè)的情況，不斷地探討和改進課程體系及課程設置，使得學生能夠得到最好的教育。

參考文獻：

[1]何海地.美國大數(shù)據(jù)專業(yè)碩士研究生教育的背景、現(xiàn)狀、特色與啟示：全美23所知名大學數(shù)據(jù)分析碩士課程網(wǎng)站及相關信息分析研究[J].圖書與情報，2014，（2）：48-56.

[2]張曉芳，王芬，黃曉濤.國內(nèi)外大數(shù)據(jù)課程體系與專業(yè)建設調(diào)查研究[A].Proceedings of 2nd International Conference on Education，Management and Social Science （ICEMSS 2014）[C]. 2014.

[3]孟小峰，慈祥.大數(shù)據(jù)管理：概念、技術與挑戰(zhàn)[J].計算機研究與發(fā)展，2013，50（1）：146-169.

[4]程彥博.大數(shù)據(jù)專業(yè)人才急需培養(yǎng)[N].中國計算機報，2014-07-21（24）.

Abstract：With the evolution of big data，we need to train professional talents，good at collection，storage，management and analysis of big data，to meet the needs of society and reform. In the big data course of computer science，colleges and universities should bring forth new ideas in both the curriculum system and practical education. According to the practical talents cultivation target of computer science in Wenhua College，we explore the idea and goal of big data course group implementation. Finally，we propose some effective methods，mainly about course group programming，theoretical teaching and practical teaching，to improve the comprehensive ability of students by taking full advantage of Inspur big data platform.

Key words：big data；course group；applied talent；practical course