大數據時代信科專業信息處理課程設計教學改革探索

馬姍姍，楊小冬

（中國礦業大學計算機科學與技術學院，徐州 221116）

0 引言

隨著大數據時代的來臨，大數據技術已經滲透到各行各業。從概念來看，大數據不僅包括海量數據，還涵蓋數據信息的重復性、復雜性、多樣性等問題。從海量數據的產生，到海量數據的開發利用，如何降低大數據應用成本、提升大數據運算速度，都需要從計算機信息處理技術著手[1]。因此，在大數據背景下，信息處理技術，尤其是智能信息處理技術愈來愈受到重視。在此背景下，應及時調整高等院校的教學內容和培養體系，以適應時代的需求和技術的發展。

信息處理課程設計是面向信科專業開設的實踐課程，著重培養學生理論聯系實際、獨立分析算法和編寫復雜程序的能力，拓寬學生的知識面，提高學生的綜合素質，為以后從事信息科學與技術行業的應用和創新打下基礎。由于信科專業是數學和計算機應用的交叉學科，其專業基礎決定了其在大數據背景下能夠得到充分的發展[2]。而課程設計是培養學生創新思維和創新能力的重要教學環節[3]。由于教學大綱總是先于學生入學時制定，而課程設計又是在學生上到高年級時才開設。信息技術發展飛快，導致大綱所制定的題目不能與市場的應用需求進行很好地對接，嚴重影響了學生的學習熱情和教學效果。基于目前的教學情況和當前技術的發展，我們對本課程的實踐教學作了一些探索與改革，效果良好。

1 教學內容改革

由于課程設計的大部分題目都是教師根據先修課程的知識點總結提出的，如濾波器設計、圖像增強算法、圖像水印算法等。這些題目在相關課程講授時，教師已經詳細給學生講解了算法并做了部分程序的演示和實驗，題目難易程度一般，驗證性較強，綜合性較弱；還有一些綜合型較強的題目，比如車牌字符識別算法、基于內容的圖像檢索、手寫體數字識別等，題目又過于陳舊，網上和各種參考書上都有現成的程序實例，很多學生都直接從網上拷貝程序，不求甚解，同樣達不到實踐教學的目的。基于上述情況，我們對設計內容作了如下修改。

1.1 題目更新

考慮到大數據時代，智能信息處理是當前的研究熱點，故增加部分大數據和智能信息處理的相關題目，如：人臉識別、指紋識別、虹膜識別、行人檢測、語音識別、文本分類器、網絡爬蟲、網絡輿情分類、路徑規劃等。這些題目都是目前的研究熱點，題目具有一定難度，需要學習遺傳算法、神經網絡算法、蟻群算法、聚類算法等人工智能算法，貼近市場需求，能夠引起學生的學習興趣，為后續的就業和繼續深造打下一定的基礎。

1.2 要求更新

考慮到學生的人數眾多，且學習能力和編程基礎都存在著一定的差異，如果把所有的題目都更換掉，并不現實。一方面是難免部分學生題目重復，存在作弊和抄襲的嫌疑，驗收時無法準確區分；另一方面是個別學生學習能力有限，題目難度增大，則無法在規定時間內完成課題要求，從而影響教學效果，打擊學生的自信心。因此我們保留了現有的題目，只是在要求上增加了擴展要求和挑戰要求，如表1所示。擴展要求通過增加功能增大題目難度，擴展要求是要求學生必須實現的；而挑戰要求具有一定的難度，鼓勵學生學習市場流行的智能算法和編程語言，非必選項。學生可根據自己的實際情況選擇題目和要求，在學習算法的同時，提高編程能力，適應市場需求。

2 教學過程改革

原來課程設計的管理流程是：教師布置題目和要求，學生選題，完成后教師驗收，根據驗收結果和設計報告，給出成績。存在的問題有：課時量有限，時間較短，學生的設計結果簡單；多人選擇同一題目，算法相同，編程語言相同，無法正確區分工作量；分班驗收，存在個別學生拿著別班同學的設計成果渾水摸魚的情況。針對以上問題，我們在教學過程中，我們從時間上、管理環節上和考核方式上，進行了如下改革。

2.1 時間改革

信息處理課程設計共32課時，雖然上課課時較少，但學生課下所花費的學習和設計時間才更為重要。考慮到題目難度加大，但課時量不變的情況下，將原來的6周結課改為8周結課，即每周僅安排1次課，每次4課時。

2.2 管理環節改革

指導教師須在第1次課時為學生講解設計題目和題目的相關要求。學生需要在第1次課結束前，根據教師講解和網上查找的資料情況，選定題目，報給指導教師。為避免學生題目相重較多，工作量無法準確區分，規定每一題目最多只能被3位學生選定。但此時學生對題目的了解還不夠深入，對題目的算法和設計難度都不能準確掌握。若不加約束或監督，往往會出現最后做不出來，臨時更換題目草草了事的；或者多人合作一題，個別學生濫竽充數的情況。因此將選擇相同題目的學生認為是一個團隊，在第2次課時，同時叫來一起指導。根據學生的具體情況和題目的難易程度，對每個人進行詳細分工和合作。選擇同一題目的學生要求從一開始就有區分度，如采用的算法不同、或編程語言不同、或實現功能不同等。在第4次課時，進行中期檢查，要求學生提交軟件設計的功能模塊圖和算法的程序流程圖。中期檢查后不允許學生再更改題目。具體的管理流程和內容安排如圖1所示。通過加強管理環節的監督，保證學生的學習效果。

表1 要求更新對照表

圖1 課程設計內容安排和管理流程

2.3 考核方式改革

課程設計總成績由平時成績、軟件設計和設計報告三部分組成。其中平時成績由平時表現和中期檢查兩部分組成，更好地體現了學生的學習態度和學習效果。軟件設計在驗收時改變以前分班驗收的方式，而采用統一驗收方式。一個專業4個班統一驗收，相同的題目一起由熟悉這類課題的指導教師，根據學生采用的算法、語言的難易程度，功能實現的復雜程度、理論掌握的深入情況，給出設計成績。這種驗收方式既避免了學生作弊的情況，又避免由于指導教師的知識不夠全面而導致的成績偏差，從而能夠統一標準，更客觀地體現學生的設計成績。

3 結語

以上一系列的改革措施，從信科2015級學生起開始實施，至今已執行了兩屆，取得了良好的教學效果。學生的學習態度端正，學習能力、編程能力和團隊合作能力都有了較大的改善。激發了學生的學習熱情和創新能力，為學生的就業和繼續深造打下了堅實的基礎。