信息與計算科學專業(yè)基于培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析能力的課程群整體優(yōu)化與教學改革

劉芳 許可 雷鳴

【摘要】隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，社會對數(shù)據(jù)人才的需求不斷擴大.本文針對信息與計算科學專業(yè)傳統(tǒng)教學模式滯后的問題，以就業(yè)為導向，面向產業(yè)應用構建時代性、立體化的課程群體系.運用多元化教學手段，智能優(yōu)化課程群教學，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析應用能力，以適應大數(shù)據(jù)時代市場對數(shù)據(jù)人才的要求.

【關鍵詞】信息與計算科學專業(yè);數(shù)據(jù)分析;課程群優(yōu)化;教學改革

【基金項目】遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目（2018）;沈陽理工大學本科教學改革研究項目SLGJG2019041/SLGJG2019080.

一、引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)科學的高速發(fā)展，當今社會已進入容納“海量數(shù)據(jù)”的大數(shù)據(jù)時代.2015年10月，黨的十八屆五中全會正式提出“實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推進數(shù)據(jù)資源開放共享”.這表明中國已將大數(shù)據(jù)視作戰(zhàn)略資源并上升為國家戰(zhàn)略.據(jù)中國商業(yè)聯(lián)合會數(shù)據(jù)分析專業(yè)委員會統(tǒng)計，2020年中國基礎性數(shù)據(jù)分析人才缺口達到1400萬.為滿足社會對大數(shù)據(jù)專業(yè)領域人才的巨大需求，亟須在有基礎的高校和專業(yè)建立數(shù)據(jù)科學與數(shù)據(jù)技術相關的課程體系，為數(shù)據(jù)研究和運用提供相應的數(shù)據(jù)分析與處理的專業(yè)人才[1-2].研究大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)分析人才培養(yǎng)模式，將人才培養(yǎng)與國家戰(zhàn)略需求相統(tǒng)一，發(fā)揮數(shù)學學科特色，培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才意義重大.

數(shù)據(jù)分析與處理的相關崗位所需具備的技能一般包括計算機科學技術、數(shù)學和統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化等方面.從我校信息與計算科學的課程設置情況看，這四個方面均有涉及，信息與計算科學專業(yè)在培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析與處理人才方面具有專業(yè)優(yōu)勢.在此優(yōu)勢下進行以培養(yǎng)數(shù)據(jù)能力為導向的數(shù)據(jù)分析與處理課程群的整體優(yōu)化和教學內容改革與實踐勢在必行[3-4].

二、教學模式中存在的問題

近年來，信息與計算科學專業(yè)在數(shù)據(jù)分析與處理課程群教學模式中的改革取得了很大的成績，但仍存在一些問題，具體表現(xiàn)在以下四個方面：1）課程設置不先進，學生所學的知識與社會需求不符，與國家戰(zhàn)略不同步，學生的數(shù)學知識學習與實踐能力不足;2）課程系統(tǒng)性不強，課程之間缺少相關內容的融合與連接;3）課程內容的設置只考慮了知識的傳授，缺少思想引領教育，育人教育機制不完善;4）數(shù)據(jù)分析與處理相關課程的實踐教學以課程實驗和課程設計為主，應用性不強，學生只停留在基礎算法的簡單實現(xiàn)層面，綜合處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、運用數(shù)據(jù)的能力欠缺.

三、課程群整體優(yōu)化與教學改革

針對信息與計算科學專業(yè)在數(shù)據(jù)分析課程群的教學內容與教學模式中存在的問題，課程群教師團隊采用四種切實可行的方法，提高信息與計算科學專業(yè)數(shù)據(jù)分析與處理課程群的教學質量，提升學生的數(shù)據(jù)分析實踐能力.具體的課程群優(yōu)化與改革方式如下：

（1）以就業(yè)為導向，面向產業(yè)應用，優(yōu)化課程群體系

分析市場需求，面向產業(yè)應用，配置具有時代性和先進性的立體化課程群體系[5].

1）構建時代性課程群體系

圍繞數(shù)據(jù)處理與分析科學的核心觀念和方法，夯實數(shù)學基礎，設置主干課程，形成核心課程群，對教學內容進行重組和整合，更新教學內容，引進《大數(shù)據(jù)算法》《數(shù)據(jù)挖掘》《人工智能》《機器學習》《創(chuàng)新思維訓練與實踐》等數(shù)據(jù)處理熱點課程，設計數(shù)據(jù)分析行業(yè)領域的知識樹，構建包含25門理論課程、14門實踐課程的新時代數(shù)據(jù)分析與處理課程群，全方位培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析與處理的綜合能力.

2）實現(xiàn)交叉教學，構建立體化課程群體系

以課程群培養(yǎng)目標為依據(jù)，優(yōu)化更新課程內容，打破課程內容、課程資源的歸屬性與壁壘，將不同的課程內容進行融通與銜接，刪除課程重復內容，增補課程間的空白，對教學資源進行共享配置，形成完整的系統(tǒng)，從人才培養(yǎng)方案設計到教學與實驗等環(huán)節(jié)體現(xiàn)交叉特色，在理論教學與實踐教學中促進學生的認知遷移，使學生更好地理解一門課程與其他課程以及整個課程群的內在關聯(lián)，從而達到整體大于部分之和的學習效益，提高課程群的建設水平，實現(xiàn)課程群建設的規(guī)模效應，激發(fā)學生綜合、立體的數(shù)據(jù)分析和處理能力，培養(yǎng)復合型數(shù)據(jù)人才.

（2）運用多元化教學手段，智能優(yōu)化課程群教學[6-7]

1）搭建課程教學輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和算法的可視化

開發(fā)課程教學輔助系統(tǒng)，借助教學輔助系統(tǒng)，在《數(shù)值分析》《數(shù)據(jù)分析》《算法設計與分析》等培養(yǎng)數(shù)據(jù)能力的課程講授中，讓學生體會數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計算和算法設計的過程和結果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和算法的可視化.在軟件演示及調試過程中，學生能夠切身體會到如何將理論轉化為應用，提高了學生動手實踐的欲望和熱情.

2）開發(fā)課程App，創(chuàng)建電子書包，實現(xiàn)移動教學

開發(fā)基于《數(shù)據(jù)分析》《數(shù)值分析》《算法設計與分析》等課程的App，學生能夠隨時隨地在線學習課程內容，瀏覽課程視頻，進行課程測試、在線討論，實現(xiàn)課程的“可視化”與“可攜帶”，滿足學生個性化學習要求，為教師和學生提供一種不受時間和空間約束的交互式教學平臺，實現(xiàn)課內課外全流程教學.

3）開發(fā)、整合課程資源，開展線上線下混合式教學

收集網(wǎng)絡資源和數(shù)字化資源，提煉精品特色，更新教學理念，整合線上優(yōu)質的教育資源和線下 “面對面”的教學互動優(yōu)勢，開展線上線下混合式教學.依托資源共享的新時代教育平臺，通過設計SPOC課程、精選國家精品MOOC和跨校修學分等多種授課模式，為學生提供優(yōu)質知識資源和個性化、多維度的教學模式，開拓學生的知識視野，實現(xiàn)師生與名校、名師“零距離”，提升教學質量和教學效果.課程團隊已建立《運籌學》《計算方法》《復變函數(shù)與積分變換》等SPOC課程，《數(shù)值分析》《C語言程序設計》等國家精品MOOC，并在2020年春季，依托超星學習通平臺，以《人工智能》課程為試點，與遼寧工業(yè)大學合作，開展跨校修學分授課模式研究.

4）采用校企合作的授課模式，將“案例”和“項目”引入課堂

從企業(yè)需求出發(fā)設置課程講授內容，精心設計與選取教學案例，建立案例庫，采用在校教師與企業(yè)工程師聯(lián)合授課模式，引入企業(yè)實際項目，使學生在對“案例”和“項目”的研究討論中，增強動手能力和實踐應用能力.

（3）構建課程思政育人機制，實現(xiàn)育人育才相統(tǒng)一

以國家政策方針為指引，以社會需求為導向，從教學內容、教學環(huán)節(jié)、教學手段、實驗設置等方面挖掘課程思政元素，精選課程案例，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)比對、模型設計、算法驗證、案例分析過程中樹立學生正確的思想導向，實現(xiàn)知識傳授與思想引領相統(tǒng)一，提升學生的專業(yè)素養(yǎng)及綜合素質，使學生成長為“講政治，懂技術”的高素質人才.

（4）加強數(shù)據(jù)分析與處理的“實戰(zhàn)演練”，將課堂延伸到課外

鼓勵和組織學生積極參加與課程相關的競賽與活動，如“高教社杯”全國大學生數(shù)學建模大賽、“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學生課外學術科技作品競賽等.促進學生以組建團隊的形式做具體的項目，如大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和參與教師的科研項目.學生在一次次的“實戰(zhàn)演練”中，能夠體驗 “獲取問題—分析問題—求解問題—驗證結果—應用推廣”的全流程.“實戰(zhàn)演練”既提高了學生綜合數(shù)學知識分析問題、解決問題的能力，又鍛煉了學生的團隊溝通、協(xié)作能力，使學生成長為具有高素質、高能力的數(shù)據(jù)分析人才.

四、總結

通過對培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析與處理能力的課程群的教學內容、教學方式、育人機制、實踐平臺等方面進行改革，提升了課程群體系設置的先進性、系統(tǒng)性、應用性，深化了課程思政教育，促進了人才培養(yǎng)模式與國家策略和社會需求的同向同步.在兩年的教學改革實踐期內，教學改革成果和資源已推廣到沈陽工業(yè)大學和沈陽理工大學多個專業(yè)，師生滿意度較高.畢業(yè)生反饋認為學習新知識的意識和能力、數(shù)學思維能力、團隊合作精神和創(chuàng)新意識、靈活多樣的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練是他們簡歷上一道亮麗的風景線，是工作崗位高起點的基石.

【參考文獻】

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