ICT 非計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)課程學習興趣激發(fā)的研究與探索

楊曉波，王勇，徐川，張家波，甘臣權(quán)

（重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶 400065）

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)研究、平臺產(chǎn)品研發(fā)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)綜合應(yīng)用等人才短缺，國家、企業(yè)、各大專院校對大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)工作都十分重視。工信部印發(fā)的《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》對大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出明確的規(guī)劃和要求，并對推動大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)工作提出具體意見。規(guī)劃要求各高校要聯(lián)合企業(yè)和社會資源，“推動建立創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，建立健全多層次、多類型的大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)體系”[1]。

適應(yīng)這一大趨勢，我校通信與信息工程學院開設(shè)了《大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用》課程，面向?qū)W院所有專業(yè)的本科生，其中信息工程專業(yè)為必修，其他專業(yè)為選修。該課程選修人數(shù)多，覆蓋面廣，是通信與信息領(lǐng)域中一門重要的專業(yè)課程。本課程定位為大數(shù)據(jù)技術(shù)入門課程，為學生搭建起通向“大數(shù)據(jù)知識空間”的橋梁和紐帶。本課程系統(tǒng)梳理、總結(jié)大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，介紹大數(shù)據(jù)技術(shù)的基本原理和大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用，幫助學生形成對大數(shù)據(jù)知識體系及應(yīng)用領(lǐng)域的輪廓性認識。

一、問題分析

（一）存在的問題

作為實用性非常強的熱門技術(shù)，大數(shù)據(jù)課程自然吸引了很多學生前來選修。但在實際教學過程中，卻發(fā)現(xiàn)不少學生慢慢地失去了繼續(xù)學習的興趣。通過調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

1.實驗環(huán)節(jié)傳統(tǒng)單一、學生成就感不足，失去進一步學習的興趣

《大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用》課程由理論和實驗兩部分組成，共48學時。其中，課堂理論部分占16學時，上機實驗部分占32學時。理論課系統(tǒng)講授大數(shù)據(jù)的基本概念、大數(shù)據(jù)處理架構(gòu)Hadoop、分布式文件系統(tǒng)HDFS、分布式數(shù)據(jù)庫Hbase、分布式并行編程模型MapReduce、大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、生物醫(yī)學和物流等各個領(lǐng)域的應(yīng)用。在Hadoop、HDFS、Hbase、MapReduce等重要章節(jié)，安排了入門級的實踐操作，主要包括虛擬機的安裝及LINUX的安裝和使用、Hadoop的安裝、HDFS 常用操作 Shell 命令、HDFS 常用操作 Java API操作、MapReduce 詞頻統(tǒng)計、MapReduce排序操作、HBase 操作 Shell 命令、HBase操作Java API共八個實驗任務(wù)。這八個任務(wù)涉及系統(tǒng)的安裝和環(huán)境的部署，這些屬于驗證性實驗；另外一些是使用shell命令或系統(tǒng)提供的JAVA接口API完成簡單的分析任務(wù)。這種傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容設(shè)置存在以下弊端：

①這些實驗任務(wù)實際上主要考查學生的熟練度。學生只要照著指導書仔細一點、多操練幾次，很容易就把任務(wù)完成了，對于實驗原理缺乏思考，理解浮于表面，沒有達到知識的融會貫通。同時，任務(wù)簡單，無區(qū)分度，沒有給學有余力的學生進一步探索的機會。

②實驗任務(wù)彼此獨立，與生活貼合度不高，學生感覺好像學了不少，但真正有用的東西沒學到。面對一個真正的需求，學生感覺茫然而無從下手。“授人以魚不如授人以漁”，指導實踐最有用的是思維和方法。研究大數(shù)據(jù)的根本目的是分析大數(shù)據(jù)以挖掘數(shù)據(jù)的價值，學生選修大數(shù)據(jù)類課程的目的也在于此。但目前的實驗設(shè)置方式無法讓學生對大數(shù)據(jù)處理的完整流程有全面的理解，不知道如何利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來分析處理數(shù)據(jù)。

2.考核方式不夠合理，沒有將學習各環(huán)節(jié)都納入考核范圍，考核方式對學生的區(qū)分度不高，沒能從制度上激發(fā)學生積極參與課程學習

①對本課程要求的前導知識的自學過程缺乏考核機制，使得自學效果大打折扣，導致學生前導課程知識儲備不足，編程難度增大。

《大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用》融合了編程基礎(chǔ)、算法思維、數(shù)據(jù)庫原理、LINUX系統(tǒng)知識、計算機網(wǎng)絡(luò)知識、機器學習理論等基礎(chǔ)知識，綜合性較強。特別是在實踐環(huán)節(jié)中，學生需要靈活運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和 Java語言編程等前導課程的知識，并靈活運用Hadoop JAVA API實現(xiàn)相關(guān)編程任務(wù)。本課程面向通信學院所有專業(yè)學生開設(shè)，各專業(yè)的編程基礎(chǔ)不同，除信息工程專業(yè)學生在選修《移動應(yīng)用開發(fā)》課程時學習了JAVA基礎(chǔ)知識外，其他專業(yè)均未專門開設(shè)課程學習。而本課程的授課時間有限，不可能專門為學生講授JAVA基礎(chǔ)知識，也沒有大量的時間詳細闡述Hadoop JAVA API，往往是讓學生在課后進行自學。但由于缺乏對自學效果的有效監(jiān)督，很多學生并沒有完成相關(guān)內(nèi)容的自學，導致在實踐環(huán)節(jié)，學生對于JAVA編程的實驗內(nèi)容無從下手，老師只好把參考代碼發(fā)給學生。這樣不僅達不到基本的實踐效果，更無法實現(xiàn)對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

②考核方式不夠合理，對學生的區(qū)分度不高。與其他傳統(tǒng)實踐類課程一樣，此類課程目前一般采用的考核方式是平時的實操任務(wù)的考核和實驗報告加權(quán)獲得。例如，《大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用》考核內(nèi)容包括平時的實操、實操考試和實驗報告。平時的八個實驗任務(wù)中，幾個驗證性實驗只要認真、仔細，在老師的適當指導下均可成功完成；另外幾個分析任務(wù)都比較簡單，沒有創(chuàng)新性。實操考試是從幾個分析任務(wù)中隨機選擇一個完成，主要根據(jù)任務(wù)完成的時間長短來給出分值。因此，目前的考核方式并不能很好地區(qū)分學生，特別沒有對優(yōu)秀的、想拓展能力的學生提供附加分值，不能激發(fā)學有余力學生的探索熱情。

（二）當代大學生的學習特點

鑒于以上的分析，要讓學生保持對大數(shù)據(jù)課程的興趣，就應(yīng)該讓該類課程的設(shè)置能結(jié)合學生的特點進行調(diào)整。當代大學生已進入“00”后甚至“05”后陣營，在學習方面普遍具有以下特征：

視野廣闊、思維活躍、學習能力強，熟練使用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)獲取知識，但自我約束力不強[2-4]。

深入家庭的互聯(lián)網(wǎng)和寬廣的信息平臺使大學生學習知識更加便捷，豐富、優(yōu)質(zhì)教學資源在網(wǎng)絡(luò)上很容易獲取。因此，老師的身份，應(yīng)該從“知識的傳授者”向“思維的引導者”轉(zhuǎn)變。例如，在前導知識的自學環(huán)節(jié)，老師應(yīng)該采取措施，引導學生利用好這些資源，充分發(fā)揮學生善于學習且樂于學習的特點，但對自學效果不能放任自流，要采取有效的機制，監(jiān)督自學的效果。在后續(xù)的具體實驗過程中，提供任務(wù)后，不直接給出解決辦法，而是讓學生通過思考后，自行選擇合適的方法。

關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展、具有奮斗意識，追求自我價值，但心理抗挫能力不足[2-4]。

生長在經(jīng)濟高速發(fā)展環(huán)境下的當代大學生，普遍認同奮斗精神，他們希望通過自己的拼搏奮斗實現(xiàn)自我價值，具體表現(xiàn)在學習上，希望能利用自己所學去解決實際問題。因此，實驗任務(wù)應(yīng)該是面向?qū)嶋H問題的，實驗的過程應(yīng)該采用學到的方法去解決實際問題。同時，在解決問題的過程中，應(yīng)該讓學生能夠獲得階段性的滿足感，有堅持下去的動力。

二、探索與實踐

（一）研究目標

“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”，讓學生主動學習，樂于探索專業(yè)興趣是必備利器[5]。如何提高學生的學習興趣，是需要不斷探索的問題。本文的研究目標是探索ICT非計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)類課程有效激發(fā)和培養(yǎng)學習興趣的方法，如何讓懷著對大數(shù)據(jù)的熱情而來的非計算機類學生，在編程基礎(chǔ)相對而言較為薄弱、課時有限的情況下，能在學習的過程中繼續(xù)保持對大數(shù)據(jù)的學習興趣，并為進一步在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域“深耕細作”奠定基礎(chǔ)、指明方向。

（二）具體措施

設(shè)計讓學生在實踐環(huán)節(jié)持續(xù)保持學習興趣的方案。

1.優(yōu)化整合實驗任務(wù)，提高實驗任務(wù)的綜合性

通信類專業(yè)學生應(yīng)該具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對復雜工程問題進行預測、模擬和求解的能力。所以，必須對《大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用》的實驗內(nèi)容進行調(diào)整，使學生能夠具備大數(shù)據(jù)技術(shù)解決復雜專業(yè)應(yīng)用問題的能力。

一個大數(shù)據(jù)的完整處理過程包括系統(tǒng)安裝、大數(shù)據(jù)平臺的搭建、數(shù)據(jù)預處理、大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)可視化等多個環(huán)節(jié)。理論課程對各環(huán)節(jié)都進行了闡述，但實驗中沒把各環(huán)節(jié)都聯(lián)系起來。要實現(xiàn)學生對大數(shù)據(jù)技術(shù)的全面理解，需要創(chuàng)新實驗體系，改變原來小實驗項目形式，重新設(shè)計實驗內(nèi)容，開發(fā)一個大型的、綜合性的實驗項目，對任務(wù)進行分解，以項目驅(qū)動的方式開展實驗教學，讓任務(wù)的實現(xiàn)貫穿大數(shù)據(jù)處理流程的各環(huán)節(jié)：引導學生搭建好平臺，根據(jù)具體的應(yīng)用需求，收集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)預處理，并存儲在Hadoop大數(shù)據(jù)平臺上，從而理解大數(shù)據(jù)分布式存儲的思想；利用Hbase實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效管理；結(jié)合MySQL等傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和列式數(shù)據(jù)庫的互操作；采用MapReduce或Spark技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，從而深入理解大數(shù)據(jù)分布式處理的思想；最后采用合適的可視化技術(shù)對結(jié)果進行可視化呈現(xiàn)，一步步地完成各環(huán)節(jié)的任務(wù)，從而實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)各組件的綜合應(yīng)用，促進對大數(shù)據(jù)技術(shù)的全面理解。

2.從社會生活需求出發(fā)，設(shè)計實驗任務(wù)，提高實驗任務(wù)的實用性

大數(shù)據(jù)已經(jīng)在社會生活中發(fā)揮著非常重要的作用，研究大數(shù)據(jù)的核心目的在于數(shù)據(jù)價值的挖掘與利用，以讓人們能感知現(xiàn)在、預測未來和更好地決策調(diào)控。我們在設(shè)計實訓案例時，也不要忘了“初心”，要從社會生活需求出發(fā)，設(shè)計的實訓項目應(yīng)該是貼近生活的、實用性強的。同時，數(shù)據(jù)集的選取也非常重要。數(shù)據(jù)集選取應(yīng)盡量貼近實際應(yīng)用，即數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)應(yīng)選取真實的、有分析價值的數(shù)據(jù)[6]。同時，也鼓勵優(yōu)秀的學生通過爬蟲等技術(shù)，自行獲取原始數(shù)據(jù)源。同時，在分析數(shù)據(jù)時，引導學生結(jié)合應(yīng)用、多角度地挖掘數(shù)據(jù)價值，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還能培養(yǎng)學生解決實際復雜問題的能力。

3.分解任務(wù)目標，讓每一個階段的結(jié)果清晰可見

例如，實驗總?cè)蝿?wù)開始時，老師可提供相應(yīng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用演示示例代碼，讓學生通過演示示例直觀地認識大數(shù)據(jù)處理的步驟和具體功能，快速學習大數(shù)據(jù)處理流程；然后，把任務(wù)分解成一個個小目標，根據(jù)分解的小目標把實驗過程劃分成若干階段，在每一階段學生都能看到成果的展現(xiàn)，獲得過程中的滿足感。在面對每一個小目標時，讓學生通過網(wǎng)絡(luò)、期刊、書籍等各種資料，選出合適的解決問題的思路與方法，整個過程要求學生做好資料的整理與項目的詳細記錄工作，最后撰寫一份實驗報告。

三、設(shè)計合理的、有區(qū)分度的梯級考核方案

學生的課程成績評價的構(gòu)成，直接影響到課程效果和學生學習的積極性。遵循我們的宗旨和目標，設(shè)計一個合理的、有區(qū)分度的梯級學生成績評價方案，從制度上督促學生有效參與課程學習[7]。

成績評價方案應(yīng)包括課程學習的各環(huán)節(jié)，從制度上督促學生有效參與課程學習。例如，要監(jiān)督學生的自學效果，就必須把前期的自學情況納入考核內(nèi)容。例如，在開始所有實驗任務(wù)之前，要求學生必須完成面向?qū)ο缶幊趟枷牒蚃AVA基礎(chǔ)編程等內(nèi)容的學習，因此在第一次實驗之前，要進行相關(guān)內(nèi)容的考核，并計入總分。在涉及JAVA編程任務(wù)之前，學生必須完成Hadoop JAVA API相關(guān)函數(shù)的深入學習，并進行考核，考核結(jié)果計入總分。

評價方案要有區(qū)分度，能激發(fā)優(yōu)秀學生進一步探索的熱情。例如，在實訓項目環(huán)節(jié)，規(guī)劃每一階段的實訓任務(wù)，分階段考核。每一階段的實訓任務(wù)，設(shè)置基本任務(wù)和拓展任務(wù)，分別賦予分值，讓學有余力的同學有進一步挑戰(zhàn)難度、追求更好成績的機會。同時，也鼓勵優(yōu)秀的學生嘗試采用不同的數(shù)據(jù)集完成分析任務(wù)，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新、勤于思考的優(yōu)秀品質(zhì)，這部分要給予附加分值。

四、結(jié)束語

通過本方案的實施，使學生在掌握必要的大數(shù)據(jù)技術(shù)的同時，提高學生的課程學習的主動性與參與課堂的積極性；提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；提高學生的自信心，激發(fā)學生的學習熱情，帶著興趣完成整個課程的學習。