大數(shù)據(jù)對(duì)高等教育教學(xué)的影響

張書華，楊 卓

(1.天津財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300222;2.天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院,天津 300134)

1 大數(shù)據(jù)時(shí)代背景

從“棱鏡門”到“李世石大戰(zhàn)阿爾法狗”，從智能手機(jī)到可穿戴3D服裝設(shè)計(jì)等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，以及便攜信息存儲(chǔ)量(U盤)從最初的4MB到目前的百度云等。互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能設(shè)備的應(yīng)用預(yù)示著“信息時(shí)代”的到來。在這個(gè)“信息化”下的數(shù)據(jù)時(shí)代，無論是數(shù)據(jù)規(guī)模，還是數(shù)據(jù)形式都跟以往有所不同，整個(gè)社會(huì)被帶入了以PB(1024TB)為單位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理時(shí)代，即“大數(shù)據(jù)時(shí)代”。大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域中逐漸得到廣泛應(yīng)用，甚至一些小學(xué)也已開設(shè)Python教學(xué)，這說明人們認(rèn)識(shí)到了大數(shù)據(jù)的重要性。通過對(duì)大數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、挖掘與分析，大數(shù)據(jù)在營銷、企業(yè)管理、 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與情報(bào)分析等領(lǐng)域大有作為，如京東，用戶只要有過搜索某一產(chǎn)品的記錄，其后臺(tái)就開始通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出用戶購買該類產(chǎn)品的可能性，提前備貨從而提高供貨效率。

翻轉(zhuǎn)課堂、慕課和微課程的興起讓人們體驗(yàn)到了大數(shù)據(jù)對(duì)教育的影響，他們將教學(xué)信息化、數(shù)據(jù)化，新的教學(xué)環(huán)境使得教學(xué)觀、資源觀、教師發(fā)展觀都將發(fā)生重大變化[2～4]。課堂教學(xué)不再只停留在課堂上教師的教與學(xué)生的學(xué)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)選擇不同的教學(xué)形式、教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)自己感興趣的知識(shí)，同時(shí)教師也增添了靈活的教學(xué)方式不再是黑板教學(xué)。

2012年天津數(shù)學(xué)年會(huì)上，徐宗本院士在報(bào)告中談到：“當(dāng)今社會(huì)已處于數(shù)據(jù)化進(jìn)程之中！”數(shù)據(jù)化社會(huì)即所謂社會(huì)的數(shù)據(jù)化，是指以數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)為支柱，以數(shù)據(jù)價(jià)值的生產(chǎn)為中心，以數(shù)據(jù)產(chǎn)品為標(biāo)志的社會(huì)。與農(nóng)業(yè)社會(huì)和工業(yè)社會(huì)不同的是，數(shù)據(jù)化社會(huì)是以數(shù)據(jù)和知識(shí)為基本生產(chǎn)資料，以人與知識(shí)的結(jié)合為生產(chǎn)力的社會(huì)，即數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)時(shí)代的原材料，知識(shí)是大數(shù)據(jù)時(shí)代的勞動(dòng)工具。學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)處理就是要讓統(tǒng)計(jì)專業(yè)的學(xué)生掌握新時(shí)代背景下的“勞動(dòng)工具”，能否熟練掌握運(yùn)用這種勞動(dòng)工具將直接影響學(xué)生的后續(xù)發(fā)展，進(jìn)而影響整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。

教學(xué)改革的關(guān)鍵是讓每個(gè)學(xué)生能夠?qū)W有所得，不光是被動(dòng)的接受還要主動(dòng)思考，因此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性是非常重要的。學(xué)生對(duì)新鮮實(shí)物的好奇感及接受力是教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)不同學(xué)生的特點(diǎn)做出特色教學(xué)方案將有利于教學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步， 然而班級(jí)授課制的存在使得每位教師不得不同時(shí)面對(duì)幾十位甚至一百多位學(xué)生。同樣的教學(xué)內(nèi)容，面對(duì)不同特點(diǎn)的學(xué)生，教師很難讓自己所傳授的內(nèi)容引起所有人的共鳴而大數(shù)據(jù)時(shí)代將有望讓教師實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。大數(shù)據(jù)下的高校信息化教學(xué)模式，是指運(yùn)用大數(shù)據(jù)的思維方式，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)從各類學(xué)習(xí)環(huán)境中，挖掘有意義的學(xué)習(xí)信息，并對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)與加工，進(jìn)而形成穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于統(tǒng)計(jì)專業(yè)學(xué)生是機(jī)遇，但對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的教師來說，卻是一個(gè)挑戰(zhàn)。無論是在教學(xué)內(nèi)容還是在教學(xué)方法上，新形勢(shì)下的統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)教學(xué)工作相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)工作都有所不同。在教學(xué)過程中，新模式的教學(xué)不僅要傳授知識(shí)方法，更要兼顧運(yùn)用知識(shí)和方法的能力，即培養(yǎng)學(xué)生收集數(shù)據(jù)、篩選數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的能力，重中之重是要逐步培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和自主更新知識(shí)的自覺性。大數(shù)據(jù)時(shí)代，統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的教師正處于時(shí)代的風(fēng)口，應(yīng)關(guān)注新形勢(shì)、新方法、新問題，不斷學(xué)習(xí)，不斷領(lǐng)悟，在解決問題的過程中成長[3]。

2 大數(shù)據(jù)對(duì)高等教育教學(xué)的影響

2015 年 9 月，教育部辦公廳頒發(fā)《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》，文件中提到高校信息化教學(xué)改革將定位于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，推動(dòng)教學(xué)的信息化、管理的精細(xì)化、決策的科學(xué)化及學(xué)習(xí)的個(gè)性化發(fā)展。教學(xué)的信息化是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和信息資源，合理安排教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)和要素，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的優(yōu)化。構(gòu)建信息化環(huán)境，獲取、利用信息資源，支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而優(yōu)化教學(xué)效果。

大數(shù)據(jù)環(huán)境下的學(xué)習(xí)過程強(qiáng)調(diào)個(gè)性化服務(wù)，針對(duì)不同對(duì)象選取不同的教材及教學(xué)方案，將各類學(xué)習(xí)資源有效聚合、轉(zhuǎn)移和流通從而體現(xiàn)個(gè)性化。

構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的云教學(xué)環(huán)境以提高教育資源的應(yīng)用和增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)是當(dāng)今教育信息化的主題， 首先要理性的認(rèn)識(shí)大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的基本特征是在數(shù)字化基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)化，如何將超大容量的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行剝離、抓取、搜集、整理、分析并得到想要的信息。同樣在教學(xué)中面對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的各種教學(xué)需求，教師也要對(duì)這種需求信息加以整理，最終明確如何結(jié)合云教學(xué)解決學(xué)生的特色教學(xué)需求，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)由于教育資源有限，很難開展個(gè)性化教學(xué)。云計(jì)算的出現(xiàn)，有效解決了各高校“信息孤島”的現(xiàn)象，使得各種不斷涌現(xiàn)的教學(xué)資源充分融合。然而大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)更是讓云計(jì)算的應(yīng)用有了真正的用武之地，云服務(wù)端為大數(shù)據(jù)提供了海量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)充分挖掘出這些海量信息的有效性。因此在教學(xué)中應(yīng)充分利用云計(jì)算提供的軟件、存儲(chǔ)、安全等技術(shù)，支持教師的高效教學(xué)，為學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)提供便利 。

在教學(xué)過程中，師生互動(dòng)是教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。借助于云平臺(tái)，讓高校師生可以通過平臺(tái)隨時(shí)隨地的進(jìn)行互動(dòng)，學(xué)生可以在平臺(tái)上提問，教師也可以對(duì)自己擅長的問題給出最佳解決方案，同時(shí)還可以引導(dǎo)學(xué)生將問題深入化研究。這使得教師和學(xué)生的群體智慧得以共享進(jìn)而提升師生的整體智慧水平，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的師生互動(dòng)。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)不僅能引導(dǎo)師生自主學(xué)習(xí)，同時(shí)教師根據(jù)師生互動(dòng)的行為和結(jié)果分析還可以預(yù)測后續(xù)的教學(xué)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)教學(xué)狀態(tài)。同時(shí)基于學(xué)生近期學(xué)習(xí)狀況分析適合其健康發(fā)展的學(xué)習(xí)策略開展適應(yīng)性學(xué)習(xí)、自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)。

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)面臨的問題

閱讀、寫作和計(jì)算是傳統(tǒng)教育的三大基石。大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的三大基石轉(zhuǎn)化為：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)表達(dá)和數(shù)據(jù)處理。手機(jī)、電腦的普及使學(xué)生能夠快速獲得信息，但是由于他們面對(duì)的海量數(shù)據(jù)是零散的數(shù)據(jù)，使得他們?nèi)鄙偕钊胙芯肯氯サ膭?dòng)力和能力；雖然學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的自主選擇性增強(qiáng)，但處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的能力沒有顯著增強(qiáng)。

傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性在大數(shù)據(jù)環(huán)境下將得到充分解決，教學(xué)信息化模式不只限于課堂教學(xué)將延伸到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。這樣學(xué)生獲得知識(shí)的途徑將多樣化，學(xué)習(xí)方式也多元化。而教師的職責(zé)也將發(fā)生重大改變，不僅要傳教解惑更應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)分析，根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)和發(fā)展指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘，探索數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，使教學(xué)同時(shí)代發(fā)展緊密結(jié)合。

2.2 相應(yīng)問題的解決辦法

針對(duì)以上問題，對(duì)癥下藥，不斷摸索實(shí)踐并作出應(yīng)對(duì)之策，應(yīng)當(dāng)是高校教師教學(xué)工作的重點(diǎn)。在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)同時(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，使其在學(xué)習(xí)中有成就感，從而不再淺嘗輒止，也不再自我膨脹。打牢基礎(chǔ)后，才能有所收獲，真的讓學(xué)生達(dá)到“海闊憑魚躍，天高任鳥飛”的境地。在講授具體理論時(shí)，一定要注意與實(shí)踐的結(jié)合，既把理論講得系統(tǒng)，又把理論講得生動(dòng)，活學(xué)活用。比如：講授優(yōu)化理論，如果只是單純的照搬經(jīng)典教材，無疑讓學(xué)生心生疑竇——這門課這么枯燥又有何用？但如果能夠結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)背景下的實(shí)際問題，建立支持向量機(jī)模型，將矩陣論和統(tǒng)計(jì)學(xué)都結(jié)合進(jìn)去，引入標(biāo)準(zhǔn)罰函數(shù)，引入“KTT”條件，自然就引入了優(yōu)化思想，這個(gè)過程會(huì)讓學(xué)生感覺“柳暗花明”。當(dāng)然，達(dá)到相關(guān)學(xué)科的融會(huì)貫通，需要統(tǒng)計(jì)教師不斷積累，不斷總結(jié)。

據(jù)筆者體會(huì)，文學(xué)中有“比較文學(xué)研究”，那么在統(tǒng)計(jì)教學(xué)中，更應(yīng)比較研究“經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘”。現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)千差萬別，“一招鮮吃遍天”的統(tǒng)計(jì)方法早已不復(fù)存在，但在大數(shù)據(jù)問題中，經(jīng)典方法并不是一無是處。比如，經(jīng)典一元回歸模型在某些問題中的預(yù)測效果還是非常好，同時(shí)兼具優(yōu)良的解釋能力。正如，英國統(tǒng)計(jì)學(xué)家Box所說：“所有模型都是錯(cuò)的，但有一些是有用的。”在教學(xué)過程中，主要對(duì)比不同分析方法的優(yōu)劣，可以讓學(xué)生體會(huì)更深刻，運(yùn)用知識(shí)的時(shí)候也就更加得心應(yīng)手。既然，沒有完美的模型，就要具體問題具體分析，通過數(shù)據(jù)不斷修正模型，改進(jìn)模型參數(shù)，使模型預(yù)測正確，貼近實(shí)際。這個(gè)過程應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生了解并掌握，正所謂——統(tǒng)計(jì)是一門藝術(shù)”。在實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)以這種“統(tǒng)計(jì)分析能力”為培養(yǎng)目標(biāo)，切實(shí)設(shè)計(jì)好各門課程授課次序、教學(xué)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)難點(diǎn)，漸進(jìn)有序，同時(shí)結(jié)合實(shí)際培養(yǎng)學(xué)生，使學(xué)生不斷更新知識(shí)，不斷反饋修正已有的統(tǒng)計(jì)模型，不斷適應(yīng)實(shí)際需要。

目前好多高校都推出免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，這將有利于教育資源的充分共享，推動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)代的公平化教育的發(fā)展，為更多新型人才的培養(yǎng)提供滋養(yǎng)。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)授課，也讓教師認(rèn)識(shí)到自身水平的不足，逐步提高自身的教學(xué)科研水平，為實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)貢獻(xiàn)自己的力量。匯水成河，在師生的共同努力下，充分利用云平臺(tái)發(fā)展我國的教育事業(yè)，助推我國科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國夢(mèng)。

3 大數(shù)據(jù)時(shí)代的高等教育教學(xué)發(fā)展展望

幾年前，人類還在沾沾自喜：計(jì)算機(jī)在圍棋領(lǐng)域無法戰(zhàn)勝人類。今年，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)算法的機(jī)器人就以5∶1的大比分戰(zhàn)勝了職業(yè)圍棋選手，一時(shí)間，“數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)”戰(zhàn)無不勝、攻無不克的言論頓起，有人甚至斷言：未來，人類會(huì)被機(jī)器統(tǒng)治[6，7]。

其實(shí)，上述言論不免杞人憂天。“一種技術(shù)越專業(yè)，這種技術(shù)就越難以推廣”。即，專業(yè)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)只能在某些極小的領(lǐng)域能應(yīng)用。

今天的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠?qū)τ诤芏鄦栴}實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交流，并實(shí)時(shí)更新，但在一些關(guān)鍵領(lǐng)域還有很長的路要走，比如NLP問題至今無法證偽也無法證實(shí)，數(shù)據(jù)挖掘方法實(shí)際上更加側(cè)重于預(yù)測數(shù)據(jù)，而不是控制數(shù)據(jù)。“以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的人工智能會(huì)控制全人類”，這種說法至少在20年之內(nèi)，是杞人憂天的。

近年來，語音識(shí)別，文本識(shí)別，圖像識(shí)別，金融領(lǐng)域開展的課程教學(xué)項(xiàng)目，本著“實(shí)用性、知識(shí)應(yīng)用性、科學(xué)性、量化評(píng)價(jià)、可操作性、團(tuán)隊(duì)參賽”六項(xiàng)原則，進(jìn)行單項(xiàng)考核，提高學(xué)生的個(gè)人能力。

(4)加強(qiáng)專業(yè)能力的培養(yǎng)。以“以課帶賽，以賽促學(xué)，以賽促改，以賽促提高”為教改方向，遵循學(xué)生“比學(xué)趕超、走在前列”這一規(guī)律，待每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目結(jié)束后，充分發(fā)揮課程“全天候”教學(xué)作用，組織學(xué)生開展課程項(xiàng)目技能競賽活動(dòng)，形成濃厚的“人人都參與，項(xiàng)項(xiàng)有榜樣”課程學(xué)習(xí)氛圍，提高專業(yè)能力。

通過對(duì)《森林調(diào)查技術(shù)》實(shí)踐技能考核“標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查”項(xiàng)目的反思，不斷地有目的、有針對(duì)性地對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，提高了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)了學(xué)生的核心實(shí)踐技能，為學(xué)生的頂崗實(shí)習(xí)和以后從事林業(yè)相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。