面向農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學(xué)探索

何少芳 周麗

摘要：從培養(yǎng)農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用能力出發(fā)，對(duì)擬開(kāi)設(shè)的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學(xué)進(jìn)行初步探索，具體從培養(yǎng)對(duì)象和目標(biāo)、理論與實(shí)踐教學(xué)方法以及師資準(zhǔn)備幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析與處理;教學(xué)方法;農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù);基于問(wèn)題學(xué)習(xí);成果導(dǎo)向

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型資源要素，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)不僅引領(lǐng)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，還帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的穩(wěn)步推進(jìn)，而信息時(shí)代的高速發(fā)展更凸顯了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的重要社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，運(yùn)用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，通過(guò)利用其良好的發(fā)展基礎(chǔ)和外部條件，將其科學(xué)的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式的創(chuàng)新、農(nóng)村創(chuàng)業(yè)的創(chuàng)新、促進(jìn)農(nóng)業(yè)部門(mén)科學(xué)的決策等方面，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)必將迸發(fā)強(qiáng)大的活力，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)前進(jìn)的強(qiáng)勁引擎，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用創(chuàng)造大數(shù)據(jù)的價(jià)值，而隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)的成果應(yīng)用已經(jīng)融入了各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)中具體體現(xiàn)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、流通、科研以及管理的各個(gè)環(huán)節(jié)等。中科院研究員倪光南指出：生活中無(wú)時(shí)不刻在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，利用好這些數(shù)據(jù)，不僅能為生活帶來(lái)便利，還能促進(jìn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源的高效配置。作為培養(yǎng)農(nóng)林專業(yè)人才的農(nóng)林院校，以培養(yǎng)“雙創(chuàng)復(fù)合型”合格人才為目標(biāo)，如何利用自身優(yōu)勢(shì)、結(jié)合本校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)農(nóng)林專業(yè)人才的培養(yǎng)模式和途徑加以創(chuàng)新，并對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)理念和方法進(jìn)行改革，已是農(nóng)林院校專業(yè)改革與發(fā)展的一項(xiàng)重要課題。大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，我校作為農(nóng)業(yè)院校，已經(jīng)面向統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)與大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)了大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程，而面向農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的課程開(kāi)設(shè)還處于探索階段。一方面，與其他理工類大專院校和綜合性高校相比，農(nóng)林院校在專業(yè)設(shè)置等方面具有顯著的農(nóng)林特色，因此，開(kāi)展大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的教學(xué)應(yīng)該與農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃和目標(biāo)緊密結(jié)合;另一方面，考慮到各農(nóng)林高等院校設(shè)立數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的年限還不長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程體系仍在不斷修訂和完善中;因而，面向農(nóng)林專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程前，需對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)方法、課程安排、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及課程考核等方面進(jìn)行探索。值得注意的是，作為農(nóng)林院校本科生學(xué)習(xí)的課程，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程內(nèi)容與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的結(jié)合還不夠深入，農(nóng)林院校的教學(xué)特色也沒(méi)有得到鮮明的體現(xiàn)。因此，本文結(jié)合本校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的實(shí)際情況，對(duì)面向農(nóng)林專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)方法方面的探索，為建設(shè)具有農(nóng)林院校特色的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系做貢獻(xiàn)。

2課程教學(xué)方法

2.1培養(yǎng)對(duì)象和目標(biāo)

對(duì)于農(nóng)林專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，要想成為一個(gè)大數(shù)據(jù)分析技能的合格人才，需要具備以下基礎(chǔ)：一是完整的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，比如先修高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)等課程，從而能以專業(yè)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，理解處理數(shù)據(jù)時(shí)采用的相關(guān)模型;二是具備搜集數(shù)據(jù)的能力，包括傳統(tǒng)的抽樣調(diào)查和從互聯(lián)網(wǎng)上抓取數(shù)據(jù);三是具有基本的計(jì)算編程能力，以實(shí)現(xiàn)Hadoop、Hive等計(jì)算工具在大規(guī)模多源異構(gòu)數(shù)據(jù)上的處理，特別地，應(yīng)該掌握最兼容的腳本語(yǔ)言Python。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)，使農(nóng)林專業(yè)學(xué)生不僅能利用Python進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、可視化繪圖、數(shù)據(jù)預(yù)處理，還能利用聚類、回歸、分類等算法對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)方面的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析與建模，將理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用相結(jié)合，為將來(lái)從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析和挖掘研究工作奠定基礎(chǔ)。

2.2采用“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)”和啟發(fā)互動(dòng)式理論教學(xué)

在理論部分的課堂教學(xué)過(guò)程中，如果僅采用講授式、滿堂灌式教學(xué)方法，容易導(dǎo)致課堂氣氛沉悶、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性低等不良后果。興趣是最好的老師，不妨以實(shí)際問(wèn)題和任務(wù)引入教學(xué)內(nèi)容，采用“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL）”的教學(xué)模式，首先激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，然后再采用啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)過(guò)程中來(lái)，實(shí)現(xiàn)“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。換句話說(shuō)，課堂的理論教學(xué)首先從問(wèn)題開(kāi)始，創(chuàng)造問(wèn)題情景、設(shè)計(jì)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓其積極主動(dòng)地參與到問(wèn)題的分析與思維過(guò)程中，使其不自覺(jué)地想學(xué)習(xí)與了解解決任務(wù)與問(wèn)題的相關(guān)理論與算法，由此達(dá)到設(shè)疑激趣、以趣激學(xué)的良好教學(xué)效果。總的來(lái)說(shuō)，以實(shí)際問(wèn)題和任務(wù)引入教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)時(shí)大量采用啟發(fā)式教學(xué)方法，主要有以下三方面的優(yōu)點(diǎn)：1）能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲;2）促使學(xué)生根據(jù)問(wèn)題和任務(wù)主動(dòng)積極地進(jìn)行思考，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性;3）改變傳統(tǒng)的教師講學(xué)生聽(tīng)的填鴨式教學(xué)方式，有效促進(jìn)由教師向?qū)W生提問(wèn)向?qū)W生自主提問(wèn)與思考的轉(zhuǎn)變。此外，還可以針對(duì)某一具體的實(shí)際問(wèn)題，采用學(xué)生上臺(tái)講課或者課堂分組討論等其它方式實(shí)施教學(xué)，進(jìn)一步貫徹“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。比如，依據(jù)對(duì)地觀測(cè)（遙感）技術(shù)農(nóng)業(yè)資源研究提供的空間數(shù)據(jù)，安排學(xué)生提前進(jìn)行當(dāng)堂教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，在課堂教學(xué)中安排幾個(gè)學(xué)生來(lái)講授，每個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)講授部分內(nèi)容，而講課的學(xué)生由各討論小組推薦產(chǎn)生。通過(guò)啟發(fā)互動(dòng)式理論教學(xué)方式，能有效改變不良教學(xué)現(xiàn)狀，把學(xué)生的“苦學(xué)”和“不愿學(xué)”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皹?lè)學(xué)”和“好學(xué)”，由教師的“單向灌輸”轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒g以及同學(xué)之間的“多向互動(dòng)”，使課堂教學(xué)充滿活力與樂(lè)趣、理論教學(xué)內(nèi)容不再枯燥而變得富有吸引力。

2.3采用“成果導(dǎo)向”的實(shí)踐教學(xué)模式

在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)與理論教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，因此，結(jié)合“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL）”的理論教學(xué)模式，可在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中采用“成果導(dǎo)向”教學(xué)法。“成果導(dǎo)向”教育理念的核心是通過(guò)教學(xué)策略設(shè)計(jì)與目標(biāo)執(zhí)行讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐教育學(xué)習(xí)后，取得有目標(biāo)的學(xué)習(xí)成果。具體地，將該理念引入大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，依據(jù)理論教學(xué)過(guò)程中引入的實(shí)際問(wèn)題和任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目標(biāo)，讓學(xué)生通過(guò)上機(jī)編程操作實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)中的相關(guān)算法，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)解決實(shí)際問(wèn)題和任務(wù);最后評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況，分析其與實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)之間的差距。“成果導(dǎo)向”實(shí)踐教學(xué)方法的引入有利于實(shí)現(xiàn)以知識(shí)導(dǎo)向?yàn)橹飨蛞猿晒麑?dǎo)向?yàn)橹鞯霓D(zhuǎn)變，對(duì)應(yīng)地，將課程評(píng)價(jià)由傳統(tǒng)的單一卷面考試形式向多元考核評(píng)價(jià)方式結(jié)合的轉(zhuǎn)變。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在“大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用”課程的實(shí)踐教學(xué)中采用“成果導(dǎo)向”教育模式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成過(guò)程中充分掌握分析數(shù)據(jù)、解決問(wèn)題以及完成相關(guān)初級(jí)研究的方法，為學(xué)生在第四學(xué)年順利完成畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3提升師資

大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程一般由本校信息與智能科學(xué)技術(shù)學(xué)院的計(jì)算機(jī)相關(guān)教師授課，而面向農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的課程內(nèi)容主要為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與處理，因而，有必要提升任課教師在農(nóng)林方面的專業(yè)知識(shí)面、加強(qiáng)與本校其他學(xué)院教師之間的合作交流。比如，利用寒暑假時(shí)間組織大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的相關(guān)任課教師參加農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)以及數(shù)據(jù)可視化等核心課程的專業(yè)師資培訓(xùn)，提升專業(yè)任課教師的多元化教育背景與學(xué)習(xí)經(jīng)歷，為大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學(xué)提供先決條件。另外，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析與處理是大數(shù)據(jù)科學(xué)理論、技術(shù)和方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域或者相關(guān)涉農(nóng)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，利用農(nóng)林院校的農(nóng)業(yè)特色資源，加強(qiáng)任課教師與其他院系教師的交流與合作，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用，為我校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的建設(shè)與發(fā)展做貢獻(xiàn)。

4結(jié)論

針對(duì)農(nóng)林院校擬為農(nóng)林專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程問(wèn)題，本文從教學(xué)方法與師資準(zhǔn)備方面進(jìn)行了初步探索。結(jié)合農(nóng)林專業(yè)學(xué)生的學(xué)情，從理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩方面分別給出了“基于問(wèn)題學(xué)習(xí)”與啟發(fā)互動(dòng)式理論教學(xué)方式和“成果導(dǎo)向”的實(shí)踐教學(xué)模式。最后，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，使農(nóng)林專業(yè)學(xué)生既能理解大數(shù)據(jù)分析與處理的原理與方法，又能掌握分析解決農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中實(shí)際問(wèn)題的能力。