大數據通識教育創新人才培養模式的探索與實踐

王燕 吳衛江 王曉娜

摘 ?要： 數據科學與大數據專業教育呈現出前所未有的發展勢頭，而大數據通識教育現狀不容樂觀。提出大數據通識教育創新人才培養的模式，采用“理論、實驗、實踐”的教學方法，實施“啟發、探究、展示”的教學模式，提高學生創新意識、創新精神和創新能力，多維度地培養學生數據意識、數據思維和數據能力，促進學生全面發展。

關鍵詞： 大數據; 通識教育; 創新人才; 探究式學習

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2021）08-80-04

Exploration and practice of innovative talent training mode of big data general education

Wang Yan， Wu Weijiang， Wang Xiaona

（College of Information Science and Engineering， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： Data science and big data professional education presents an unprecedented development momentum， but the current situation of big data general education practice is not optimistic. This paper puts forward a mode for big data general education innovative talents training， which adopts the teaching method of "theory， experiment and practice"， implements the teaching mode of "heuristics， inquiry and presentation" to improve students' innovation consciousness， innovative spirit and innovation ability， also cultivate students' data awareness， data thinking and data processing abilities in multiple dimensions， so as to promote students' all round development.

Key words： big data; general education; innovative talent; inquiry learning

0 引言

根據“國家大數據戰略”[1]，國內高校紛紛設立與大數據相關的專業或研究院所。2016年2月，北京大學、對外經濟貿易大學和中南大學成為首批獲批設立“數據科學與大數據技術”本科新專業的高校，2017年3月，第二批共32所高校獲批設立“數據科學與大數據技術”本科專業，至2018年3月，共有283所高校獲批設立“數據科學與大數據”專業。

數據科學與大數據專業教育在我國高校的發展如火如荼，但大數據課程通識教育現狀不容樂觀。目前，國內高校開設大數據通識教育課程代表性的僅有廈門大學林子雨老師通識教育的大數據導論。截止2021年1月22日，在中國學術期刊網以“大數據”和“通識教育”為關鍵詞進行檢索，結果為0，以“大數據”和“通識教育”在篇名中進行檢索，結果為5，但是真正與大數據課程通識教育相關的論文僅為1篇。由此可見，對大數據通識教育課程的研究比較匱乏，有待于進一步深入開展。

1 教學目標

通識教育源自英文“general education”，也譯為“普通教育”或“一般教育”。我國學者李曼麗提出：就性質而言，通識教育是高等教育的組成部分，是所有大學生都應接受的非專業性教育;就其目的而言，通識教育旨在培養積極參與社會生活的、有社會責任感的、全面發展的社會人和國家公民;就其內容而言，通識教育是一種廣泛的、非專業性的、非功利性的基本知識、技能和態度的教育[2]。通識教育的使命就是要使人的天賦潛能全面和充分地發揮出來，即人要自由而全面的發展（人的解放），并用以服務于人間社會，使人與社會都得到和諧發展[3]。

著名教育家陶行知先生說過“我們教育的宗旨是培養一個真善美的活人，不僅僅有知識、有能力，還要有健全的人格，身心健康，有創新能力和實踐能力”。創新人才培養就是要以培養創新人才為目標，通過引導學生進行創新性學習和創新性思維，以提高其創新意識、創新精神和創新能力（含實踐能力）為基本取向的教育教學內容和方法體系的總稱[4]。

通識教育是創新人才培養的重要途徑，大數據通識教育課程創新人才培養的教學目標從知識目標、能力目標和人格目標三個維度進行表述，培養學生創新意識和創新精神，提高學生創新能力。其中知識目標定位于幫助學生了解和掌握計算機科學、數據科學和大數據的基本概念、基礎理論和經典算法。能力目標為加強學生語言交流能力、信息處理能力、獨立思考能力和科學研究能力等的培養。人格目標關注于創新人才個性特點的挖掘與引導，如強烈的好奇心、豐富的想象力、勇于挑戰自己的品格特點。

2 教學內容

針對通識教育的課程特點，結合實現創新人才培養的目標，大數據課程的教學內容依照大數據技術層次進行設置，包括數據采集與預處理、數據存儲和管理、數據處理與分析、數據可視化、數據隱私與安全和算法等。大數據相關的簡單編程探討涉及MySQL數據庫、Python數據采集、數據處理和數據可視化等。課程計劃安排32學時，其中理論課24學時，上機實驗8學時。教學內容設計覆蓋大數據技術的主要內容，重點突出，區別于專業教育，同時又兼顧通識教育學生層次專業不同的特點，具體內容如表1所示。

3 教學實踐

中國石油大學（北京）的通識教育大數據基礎概論課程于2020年秋季首次開課，教學團隊進行了周密的計劃和準備，圍繞大數據通識教育課程教學知識目標、能力目標和人格目標要求，課程主要采用“理論、實驗、實踐”的教學方法，實施“啟發、探究、展示”的教學模式，多維度訓練學生研究能力和交流表達能力，提升學生創新意識、創新精神和創新能力。

3.1 理論教學

3.1.1 提高研究能力

美國教育家杜威認為所有成功的探究都遵循一種模式。這種“探究”模式既可以是科學家的科學研究模式，也可以是學校教育中的教學模式和學習模式[5]。參考哲學的終極三問，在教學過程中提出學科知識三問：知識是什么？即知識如何定義;知識從哪來？即知識如何獲取;知識到哪去？即知識如何運用。在理論教學中不僅講授學科知識，更注重向學生展示知識獲取的過程，以做科研的方式來設計課程，探索如何基于已有知識解決未知問題。

科學研究和學習的主要區別在于學習是有正確答案的，知識是以前經驗的總結，而科學研究是沒有正確答案，需要逐步探索才能發現。在大數據基礎教學實踐中加強探究式教學運用，注重培養研究能力，參考杜威的“五步教學法”和科學研究的方法，從提出問題、做出假設、開展實驗、得出結論，到表達交流，每個步驟讓學生熟悉整個科研工作流程。

3.1.2 提高語言能力

大數據通識教育課程中語言能力主要涉及寫作能力，演講能力和英語能力。教學中寫作能力訓練主要采用補充教學講義的方式進行。由于當前各種大數據教材不適合我校通識教育具體情況，教學團隊自己撰寫教材講義《小白自學筆記之大數據基礎概論》，從學生自學角度出發。講義雖然定位于本科生各專業零基礎，但仍然是計算機專業教師編寫的。由于專業背景的差異，教師不能完全設身處地從各專業學生的角度出發，多少會存在一些學生不太了解或者不很熟悉的知識點內容。為解決這一問題，教學團隊提出學生補充教材講義的方式。即學生補充每章節不太理解的知識點或者自身感興趣的相關內容，通過查閱資料，進行深入研究，最后歸納整理資料。這樣不僅提高了學生寫作能力，而且也增強了文獻檢索和資料整理能力。

限于課程性質和學時較少的實際情況，大數據的一些重要理論和關鍵技術不能深入展開。為開闊學生視野，提高學習興趣，教學團隊提供一些主題供學生選擇，如手機如何實現計步，數據可視化中“胡煥庸線”等。學生自行選擇主題或者學生自主提出主題進行獨立深入的研究，制作教學課件展示。這種方式鍛煉學生獨立研究能力和口頭表達能力，促進學生邏輯思維能力的提高。

本課程關注的英語能力主要是英文資料的閱讀理解能力。在教學實踐過程中，基礎知識點使用英文資料進行雙語教學，主要參考維基百科和Apache官網。教學團隊還為學生提供了豐富的相關英文文本、音頻和視頻資料。通過學習這些英文參考資料，學生開闊了思路，英文能力也得到一定程度的提高。

3.1.3 引導個性發展

一般來說，個性特征明顯、善于提出問題、敢于冒險、富于挑戰性、想象力豐富的人更具有創新能力[6]。教學團隊關注創新人才個性特點的挖掘與引導，把對學生人格的培養與教學內容互相融合。如在Python數據處理章節中，講解1989年Guido開發的一個新腳本解釋程序Python，是為了打發圣誕節的無聊，突出興趣的重要性。多種形式的教學設計可以擴展學生知識視野，促進其全面發展，實現個性育人。

3.2 實驗教學

大數據通識教育課程實驗教學主要有MySQL數據庫編程和Python數據處理編程兩部分內容。鑒于通識教育課程學生專業年級不同，實驗教學采取分級方式，分為驗證性實驗、設計性實驗和探究性實驗。

驗證性實驗是指學生按照教師設計的實驗目的、內容、算法和步驟進行的實驗，可以幫助學生更好的理解知識，鞏固課堂所學。設計性實驗是教師只提供實驗目的，需要學生以個人或小組的方式設計并完成實驗，其目的是提高學生自學能力和團隊合作能力。探究性實驗是指在教師的指導下，學生自主選擇與課程相關的主題進行研究，確定實驗內容，激發學生的研究意識，提高研究能力。

在教學實踐過程中，Python編程實驗主要目的是展示大數據處理的技術過程，包括數據采集和數據可視化。實驗劃分為三個部分，一部分為Python數據、語句和圖形繪制等，是驗證性實驗。一部分為Python爬蟲實驗，這部分實驗對大多數同學來說難度較大，是設計性實驗，教師講解爬蟲原理和涉及的第三方庫，提供示例程序和視頻講解等資料。第三部分為數據可視化，如生成詞云圖，即分析文章詞匯數據，對高頻詞給與突出顯示，學生很有興趣，設計為探究性實驗。

3.3 實踐教學

實踐教學是培養學生研究能力、實踐能力和創新能力的有效的教學方式[7]。本課程的實踐教學是指在教師指導下、以學生為主體，以拓寬學生知識結構，提高學生綜合能力，促進其全面發展為目標的所有活動。我們探討的實踐教學包括課程設計、生產實習等，是具有更廣泛涵義的活動。實踐教學主要是學生以個人或者小組的形式課后進行的活動，主要形式有課題探究、翻譯課程相關科普文章、聽講座或報告、擴充教材講義、編輯課程成果專輯資料、參觀石油數據挖掘北京市重點實驗室等。學生通過參加實踐活動，提交了很多讓人耳目一新的成果。如有的學生自主研究學習Python繪圖Turtle庫，繪制出漂亮的圖形;有的學生翻譯大數據英文原版書的部分章節;有的同學按照期刊文章格式要求編輯排版大數據通識教育課程的成果專輯資料等。

4 課程考核

課程考核是促進教學質量提高的主要方式。大數據通識教育課程采用過程化考核和期末考試并重的方式，注重教學成果展示。過程化考核占總成績的50%，期末考試占總成績50%。過程化考核主要包括必做和自選兩部分。必做包括討論課、上機編程、補充教材講義、翻譯相關文章等，所有學生必須完成。自選是指學生在幾項作業中自主選擇，如主題演講、課題探究、撰寫論文和編輯課程成果專輯資料等。

每項作業都有具體的要求和評價標準。以討論課為例，每個小組必須完成一份討論報告和PPT，準備課堂演講，時間控制在五分鐘之內，然后是五分鐘答辯時間。最終評價由三部分組成：PPT30%，報告30%，演講及問答40%。

期末考試在保證覆蓋課程知識點的同時，增加開放性題目比例，如大數據時代保護個人隱私的解決方案、大數據技術之“雙刃劍”等。創新的課程考核思路，提高了學生興趣，既注重學生整體能力提升，又考慮學生個體差異，促進了學生全面發展。

5 結束語

經過一學期的教學實踐，大數據通識教育課程的教學模式得到院系教學專家和學生的認可，教學效果良好，學生普遍反映不僅學到了知識，開拓了視野，還提高了科研意識和創新意識，自我培養能力有了顯著增強。同時，這種模式對教師的教學提出了更高的要求，促進教師科研教學意識和教師個人綜合能力提高。

參考文獻（References）：

[1] 何哲.五中全會，大數據戰略上升為國家戰略. [EB/OL].[2016-03-04].http：//gb.cri.cn/42071/2015/11/08/6651s5158694.htm.

[2] 李曼麗，汪永銓.關于“通識教育”概念內涵的討論[J].清華大學教育研究，1999.1：96-101

[3] 王義道.通識教育使命及其教學多樣化[J].中國大學教學，2016.10：6-13

[4] 郭文莉.創新人才培養研究與實踐[M].高等教育出版社，2004.

[5] 郭法奇.探究與創新：杜威教育思想的精髓[J].比較教育研究，2004.3：12-16

[6] 王漢清，況志華，王慶生，居里鍇.大學生創新能力總體狀況調查分析[J].高等教育研究，2005.9：88-93

[7] 吳林根.基于創新人才培養的實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2004.10：10-14

收稿日期：2021-01-22

基金項目：中國石油大學（北京）大數據基礎概論通識教育體系及內涵建設（29G17005）

作者簡介：王燕（1974-），女，天津薊縣人，碩士研究生，講師，主要研究方向：數據科學與大數據，計算機科學教育。