“新工科”背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)模式改革與研究

鄭藝峰 周豫蘋 張文杰 魏葆雅

摘要：智能應(yīng)用已深入社會生活的各個方面，從而帶動物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能行業(yè)的發(fā)展，使大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)及人才培養(yǎng)面臨重大挑戰(zhàn)及機(jī)遇。如何有效地結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，將其融入“新工科”背景下的大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)中已成為研究熱點(diǎn)。為此，針對大數(shù)據(jù)專業(yè)新工科建設(shè)中的問題和困難，以專業(yè)教師教學(xué)模式改革作為切入點(diǎn)，從課程教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩方面探討人才培養(yǎng)新模式。

關(guān)鍵詞： 新工科教育；大數(shù)據(jù)專業(yè)；教學(xué)模式；教學(xué)改革；實(shí)踐改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044（2023）29-0178-03

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，國家正逐步增加大數(shù)據(jù)信息產(chǎn)業(yè)投入。在大數(shù)據(jù)背景下，行業(yè)應(yīng)用呈現(xiàn)大交叉、大綜合和大集成的發(fā)展趨勢，其表現(xiàn)為兩大特征：1） 科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展；2） 實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)合作，突破行業(yè)壁壘，成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。近年來，福建省大力扶持大數(shù)據(jù)信息技術(shù)相關(guān)企業(yè)，并于2016年發(fā)布《福建省人民政府關(guān)于印發(fā)福建省促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展實(shí)施方案（2016-2020） 的通知》，將大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展落到實(shí)處。如何探索工程教育改革，培養(yǎng)高層次復(fù)合型人才以支持國家戰(zhàn)略發(fā)展迫在眉睫。自2017年以來新工科建設(shè)經(jīng)歷“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》（教高司函〔2017〕6 號）和《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》（教高廳函〔2017〕33 號）。其主要從工程教育、學(xué)科專業(yè)、人才培養(yǎng)、教育教學(xué)和分類發(fā)展等方面入手，探索適合“新工科”教育的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系。由此可見，“新工科”教育應(yīng)具備多元性，應(yīng)更注重于多學(xué)科交叉，將行業(yè)的前沿知識與學(xué)校學(xué)科發(fā)展相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合，以培養(yǎng)更適合于行業(yè)需求的復(fù)合型人才[1]。

隨著“后疫情”時代的到來，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)備受關(guān)注，其涉及多學(xué)科交叉融合，主要包括數(shù)據(jù)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)領(lǐng)域知識等。相對于傳統(tǒng)的工科人才培養(yǎng)，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為新興專業(yè)，應(yīng)更注重與行業(yè)需求相結(jié)合，將產(chǎn)教融合落實(shí)到專業(yè)建設(shè)過程中。由此可見，在新工科大數(shù)據(jù)背景下，更需要具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，并具有行業(yè)應(yīng)用專業(yè)知識的復(fù)合型人才[2]。

現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)核心問題在于培養(yǎng)理念和方法的改革，其主要包括：

1） 多學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)目標(biāo)

大數(shù)據(jù)專業(yè)需圍繞企業(yè)的人才需求，綜合考慮學(xué)生的內(nèi)在和長遠(yuǎn)發(fā)展。大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)涉及多學(xué)科的交叉融合（包括：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程和數(shù)學(xué)等），學(xué)生需要具備數(shù)據(jù)科學(xué)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用等多種專業(yè)知識。

2） 鮮明的課程體系

對于大數(shù)據(jù)專業(yè)，在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)據(jù)思維的同時，需具備建模能力，求解能力和數(shù)據(jù)分析能力等，用以解決大數(shù)據(jù)行業(yè)的各種復(fù)雜問題。因此，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系的合理性是專業(yè)教學(xué)理念改革的關(guān)鍵。

3） 工程實(shí)踐教學(xué)

大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)與行業(yè)緊密結(jié)合，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，應(yīng)考慮將企業(yè)的實(shí)際案例與教學(xué)相結(jié)合，更注重于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)今，隨著智能應(yīng)用的普及，大數(shù)據(jù)技術(shù)已深入社會生活的各個方面，主要涉及工業(yè)制造、供銷物流、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、生物、醫(yī)療、金融和氣象等。可見，如何有效培養(yǎng)適合行業(yè)要求的大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)人才是亟須解決的問題。在此背景下，大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)的核心思想是面向工程驅(qū)動的計(jì)算思維與應(yīng)用驅(qū)動工程能力的培養(yǎng)，教師在教學(xué)過程中應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、大數(shù)據(jù)科學(xué)研究能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

1 教學(xué)改革思路

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)教學(xué)模式僅僅從知識層面出發(fā)，注重于對課本知識的掌握，其結(jié)果將導(dǎo)致學(xué)生無法學(xué)以致用，將所學(xué)知識與實(shí)際的應(yīng)用工程場景相結(jié)合。傳統(tǒng)教學(xué)過程中問題可歸納為：

1） 教學(xué)過程往往過于注重知識的灌輸，任課教師通常根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行課程教授。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程主要目的是讓學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行驗(yàn)證。由于大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用緊密相關(guān)，在高校教學(xué)過程中缺乏豐富的數(shù)據(jù)資源，使得實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的教學(xué)活動無法與具體應(yīng)用場景相結(jié)合。

2） 對于理論知識，學(xué)生感到深奧難懂，無法真正將所學(xué)知識點(diǎn)與具體應(yīng)用場景相結(jié)合。

3） 實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)收主要側(cè)重檢查學(xué)生作業(yè)是否完成，在課程實(shí)踐過程中存在學(xué)習(xí)興趣不足、實(shí)驗(yàn)報告存在雷同等現(xiàn)象，從而影響部分同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性，使得實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)，無法有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

4） 實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置在一定程度上缺乏實(shí)用性，學(xué)生無法將課堂上所學(xué)的知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，不利于學(xué)生對知識的掌握。

為了培養(yǎng)適合“新工科”大數(shù)據(jù)行業(yè)需求的復(fù)合型人才，將主要從課程教學(xué)（以大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)課程為例）和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩個方面對教學(xué)改革思路進(jìn)行剖析。

1.1 課程教學(xué)改革

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)是一個跨學(xué)科、領(lǐng)域交叉、與行業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合的復(fù)合型專業(yè)，大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)課程是其專業(yè)核心課程。如何有效地融合跨學(xué)科、交叉領(lǐng)域的知識是大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)課程教學(xué)過程中所面臨的主要問題。現(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)公司尤為重視學(xué)生的實(shí)踐能力，如果課堂教學(xué)僅停留在基礎(chǔ)知識的灌輸，則無法滿足新工科背景下復(fù)合型大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的要求。因此，大數(shù)據(jù)教學(xué)改革的任務(wù)是將大數(shù)據(jù)專業(yè)課程教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用場景相結(jié)合，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中真正掌握知識，能將所學(xué)的知識真正地運(yùn)用起來，學(xué)以致用[3]。

在新工科背景下，專業(yè)教師在大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)課程的教學(xué)過程中，應(yīng)該擴(kuò)展視野，要“走出去”，也要“請進(jìn)來”，融入企業(yè)行業(yè)需求中。目前，許多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將其行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏，舉辦大數(shù)據(jù)比賽，以選拔培養(yǎng)大數(shù)據(jù)人才。例如：Kaggle比賽、百度飛槳、滴滴、字節(jié)跳動等。可見，應(yīng)主要考慮將互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)教學(xué)相結(jié)合，從行業(yè)背景出發(fā)，可根據(jù)不同的比賽提供的數(shù)據(jù)資源設(shè)計(jì)更貼近行業(yè)應(yīng)用的課程教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)過程能真正與實(shí)際應(yīng)用場景融合。

以2018級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（大數(shù)據(jù)方向）和2020級數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)為例，課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)如表1所示。從表中可以看出2018級課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置主要以知識灌輸為主，并未體現(xiàn)大數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)需求。而對于2020級，其實(shí)驗(yàn)設(shè)置從行業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，更側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。從教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)需要依托于實(shí)際的行業(yè)數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)課程教學(xué)中，應(yīng)采用將采用小組方式（團(tuán)隊(duì)協(xié)作），讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時也能將知識與實(shí)際的應(yīng)用場景相結(jié)合，真正做到學(xué)以致用，將所學(xué)知識融會貫通。

與此同時，亦可將課程所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行綜合參與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，具體如表2所示。從表中可知，在融入企業(yè)行業(yè)應(yīng)用之后，教學(xué)成效顯著，共獲國家級立項(xiàng)3項(xiàng)、省級立項(xiàng)4項(xiàng)。可見，融入企業(yè)行業(yè)應(yīng)用更有助于提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力，更有助于復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)改革

畢業(yè)設(shè)計(jì)可視為本科階段所學(xué)知識的綜合實(shí)踐過程，其選題要符合人才培養(yǎng)方案的基本要求。例如：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、計(jì)算機(jī)設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的管理 與維護(hù)等相關(guān)知識；軟件工程專業(yè)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握軟件項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、運(yùn)維和管理等相關(guān)知識 [4]。現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)選題根據(jù)專業(yè)知識理論和技術(shù)可分為工程實(shí)踐和軟件開發(fā)（例如：Web、App、游戲等）。傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中約90% 屬于管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（關(guān)鍵詞如表3所示）。然而，上述畢業(yè)設(shè)計(jì)題目無法體現(xiàn)各專業(yè)的特點(diǎn)，并不能體現(xiàn)不同專業(yè)的區(qū)分度。

對于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，其目標(biāo)在于培養(yǎng)具有將各領(lǐng)域知識與計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合、創(chuàng)新的能力，能夠從事大數(shù)據(jù)研究和開發(fā)應(yīng)用的高層次人才，使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)應(yīng)用中各種典型問題的解決方法，從而提升解決實(shí)際問題的能力[5]。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目更應(yīng)符合行業(yè)需求，從行業(yè)的實(shí)際需求出發(fā)，解決行業(yè)的痛點(diǎn)難點(diǎn)問題，因此將行業(yè)應(yīng)用具體融入大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系是極其重要的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以企業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)作為應(yīng)用背景，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。此外，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題亦可依托于指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開展。

以大數(shù)據(jù)相關(guān)方向19名畢業(yè)生畢業(yè)題目為例（如表4所示），從中可以看出，題目選題均結(jié)合行業(yè)背景（包括：垃圾分類、姿態(tài)檢測、災(zāi)難檢測和個性化推薦等），題目關(guān)鍵詞主要涉及深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、目標(biāo)檢測、計(jì)算機(jī)視覺等（如圖1所示），并以微信小程序作為應(yīng)用平臺，選題更符合大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的基本要求。

此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，需要從源頭抓起，規(guī)范選題管理，以更好地符合專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，主要包括：選題階段、需求分析階段、開題階段、中期檢查階段和答辯階段等。選題階段則和開題階段是最為重要的，其主要是對畢業(yè)設(shè)計(jì)選題進(jìn)行評審，使設(shè)計(jì)題目能滿足數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的專業(yè)特點(diǎn)。開題階段則側(cè)重設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行評審，檢查學(xué)生對于課題的理解和前期準(zhǔn)備工作的完成情況。

2 教學(xué)改革難點(diǎn)

值得注意的是，大數(shù)據(jù)需要依托于行業(yè)應(yīng)用具有行業(yè)背景，但高校本科教學(xué)與企業(yè)培訓(xùn)存在本質(zhì)的區(qū)別。因此，改革的難點(diǎn)主要包括：

1） 從課程教學(xué)改革角度出發(fā)本科教學(xué)更側(cè)重基于教材傳授知識，而本科實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)則是對所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)踐。在不偏離本科教學(xué)主要目標(biāo)的前提下，將互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)行業(yè)應(yīng)用需求與本科教學(xué)模式相結(jié)合，并將其融入本科實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，貫穿整個數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)教學(xué)過程。

2） 從畢業(yè)設(shè)計(jì)改革角度出發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)綜合實(shí)踐，其需要學(xué)生和教師合作進(jìn)行。這意味著在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)以學(xué)生作為項(xiàng)目主要完成人，教師則起到引導(dǎo)作用，配合完成。此外，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)以行業(yè)應(yīng)用緊密相關(guān)，高校教師所學(xué)與行業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用還是存在一定差別。因此，高校教師需要進(jìn)一步考慮如何提升自身能力，采用“走出去、請進(jìn)來”的模型“（ 走出去”指教師走出高校，定期參與企業(yè)行業(yè)項(xiàng)目；“請進(jìn)來”則為引入企業(yè)行業(yè)導(dǎo)師，對教師進(jìn)行培訓(xùn)）與行業(yè)相接軌，以建設(shè)多元化師資隊(duì)伍。

3 結(jié)論

“新工科”背景下的教學(xué)更注重于多學(xué)科的交叉融合，探索企業(yè)與高校的深入融合，注重實(shí)踐教學(xué)，其以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才為最終目標(biāo)。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)是新興專業(yè)，如何將行業(yè)特色融入專業(yè)培養(yǎng)過程，進(jìn)而改革教學(xué)模式以符合“新工科”專業(yè)建設(shè)的要求是值得進(jìn)一步思考。此外，探索適合“新工科”人才培養(yǎng)模式的教學(xué)方法改革過程中，還可進(jìn)一步探索融入地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得所培養(yǎng)的人才可直接服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中。

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