數據科學與大數據技術專業實踐教學模式探索

劉佳 方瑩

摘要：以數據科學與大數據技術專業為例，根據大數據專業課程的內容和學生特點，構建校企結合的實踐教學體系，創新應用型人才培養模式，并加快課程資源庫建設，以實現優質資源的共享。在實踐教學實施過程中，通過豐富多樣的交互工具和交互媒體，整合優質教育資源和技術資源，建立學習共同體，提升實踐教學的多樣性和內容的豐富性，從而推動教育教學改革和創新的發展。

關鍵詞： 數據科學與大數據技術專業；實踐教學；課程資源庫；人才培養模式

隨著計算機技術和互聯網技術的不斷發展和深度融合，教育教學有了更廣闊的發展空間。數據采集、存儲、挖掘和分析等技術為教育的發展創造了難得的機遇和環境[1]。特別是在實踐教學資源建設方面，利用計算機、互聯網和云平臺的技術，可以整合優質教育資源，提高教學質量，推動教育教學改革和創新。在大數據時代，基于云平臺的大數據技術實踐教學課程資源的建設可以更加高效地利用計算資源和存儲空間。這種方式可以充分利用線上線下的教學資源，并引入真實的企業實踐項目作為集中實踐教學環節，從而提高實踐教學的權重，強化應用型人才的培養。這一創新有助于提升教學效果和質量，以及改革和創新人才培養模式[2]。

一、實踐教學課程資源建設現狀

隨著新一代信息技術如大數據、云計算、物聯網、人工智能等技術的發展，它們與課堂教學和實踐教學的融合也越來越緊密。但有部分教師的教學方式仍未跟上新一代信息技術的發展。目前仍有相當一部分教師仍使用傳統教學模式，這一定程度上影響了學生的主動性、想象力和創造力的發展，學生的能動性和解決問題的能力也沒有得到充分培養。此外，在課堂教學中，也沒有很好地實施以學生為中心的教育（OBE）理念，導致學生的學習積極性、主動性和課堂參與度不夠高。這些原因是導致計算機課程，特別是對實踐要求較高的大數據技術課程教學沒有得到創新，學生也沒有得到很好的實踐鍛煉。

數據科學與大數據技術作為一個應用性和實踐性較強的新興交叉復合型專業，要求重視實踐教學，并提高實踐教學內容在人才培養方案中的比重。然而，目前存在部分教師缺乏企業實踐經歷的問題，導致他們在實踐教學方面的水平有待提高。但相關研究表明[3]，線上線下混合式教學可以改善此問題。混合式教學可提供豐富的實踐教學資源，可以進一步提高學生的動手實踐操作能力。

二、實踐教學內容設計

（一）構建校企結合的實踐教學體系

商丘師范學院信息技術學院基于數據科學與大數據技術專業的行業需求，設計了人才培養方案。在人才培養目標的設計上，充分考慮了國家和區域戰略需求以及行業發展情況，形成了較為完善的專業理論課程體系和富有特色的實踐教學體系。該專業與行業企業的貼合度較高，尤其是專注核心課程與企業共同設計課程大綱和實踐項目，并實施校企融合共同授課。另一方面，作為產教融合的范例，教學體系建立將充分結合校企的資源和優勢。借助學校在通識課程和專業基礎課程教學等方面的傳統優勢，結合企業方對市場反應的靈敏性、技術應用的前瞻性以及工程師入校教學所帶來的行業經驗，構建了校企結合的實踐教學體系。

（二）建設優質實踐教學資源庫

該專業重視實踐教學資源庫的建設質量，通過收集和梳理線上線下的各種資源，實現對優質實踐教學資源的共享。在實踐課程的內容設計上，充分考慮學生的學習特點和個性化學習需求，結合行業需求和大數據相關崗位的技能要求，重點建設了大數據領域的核心課程，如Hadoop大數據技術、數據導入與預處理、大數據分析與內存計算、數據可視化、數據挖掘技術與應用、商務智能方法與應用等。此外，還建設了一系列集中實踐環節，包括數據采集實踐、Hadoop部署實踐、數據分析與可視化實踐、大數據處理全流程實踐等[4]。通過實踐環節的資源建設，學生能夠在實踐中運用所學的理論知識，掌握大數據技術的實際應用和解決問題的能力。

（三）構建項目化大數據創新實踐技能培訓模式

該專業在教學模式上持續創新，校方和企業合作成立小組，共同探討構建垂直整合的項目化教學模式。這種模式通過與企業合作的實踐項目，打造真實的工程場景，讓學生逐步熟悉并完整掌握行業實際工作內容和業務流程。這樣的教學方式能夠培養學生的大數據思維和專業能力，同時鍛煉學生的職業素質和實踐技能[5]。

三、數據科學與大數據技術專業實踐教學體系構建

（一）建設方案

1.組織與編排實踐教學資源內容

課程資源是學習課程知識的重要基礎和保障，滿足學習需要是最基本要求，同時也要充分考慮對學生未來的影響。為了有效展示實踐教學資源，教師可以充分利用知識點的基本單元，通過制作概念圖展現課程的全部知識點，形成一個完整的知識體系和結構。這樣，學生可以清晰地了解課程的整體結構和內容，建立概念圖、知識點和學習資源之間的映射關系。接著，教師可以更合理地組織和編排實踐教學內容和環節，確保學生能夠通過清晰直觀的映射關系提高學習效率，更快地獲取所需的實踐教學課程資源。

2.建設協作式實踐教學課程資源

在教師的指導下，學生可以通過多種途徑獲取線上和線下的實踐教學課程資源。他們可以與教師進行交流和溝通，以學習和掌握獲取到的豐富課程資源。這種方式不僅可以提高學生的自學能力，還可以鍛煉他們的實踐技能。同時，學生也可以在協作和交流中建構知識，實現舊知識和新知識的互動。為了滿足未來學習者的需求，教師應該提供更加豐富的資源。教師可以對現有的實踐教學課程教學資源進行整理、總結和修繕改良。在這個過程中，學生可以提前預習并主動查閱相關的線上和線下實踐教學資源，從而使學生從被動學習轉變為主動參與學習，實現以學生為中心的教學目標。這樣不僅可以豐富實踐教學資源，還能促進教學過程中師生之間的交流和互動。

3.實施有效的學習跟蹤與評價

為了解決線上線下課程學習中的教學與學習分離的問題，需要建立一個可靠的學習跟蹤和評價機制來監督和引導學習者的學習過程，以提高學習的質量。在學習評價方面，采用了綜合性的形成性評價和最終性評價的組合，棄用了以前僅有的單一評價方式，以確保學習效果和質量的提高。為了實現良好的學習跟蹤機制，教師要及時發現問題并進行改進，并且跟蹤監督學生的學習時間是否充足，以為調整學習方法提供有價值的參考。

（二）實施方法

1.建設實踐教學課程平臺

實踐教學課程平臺是實踐教學活動開展的重要基礎條件。近年來，各種課程平臺層出不窮。隨著移動設備的普及，教師也可以通過學習通、雨課堂等移動在線課程開發平臺方便地在移動端進行教學。學校構建的大數據在線課程資源平臺如圖1所示。該平臺是為大數據相關的實踐教學和應用創新科研提供重要保證和技術支撐的。它為大數據、計算機科學與技術、軟件工程專業的人才培養提供豐富的課程資源，提高了學生的大數據實踐技能。該平臺的系統體系架構可以分為以下幾個層次：① 硬件基礎設施層：作為底層平臺，該層次主要包括平臺相關的存儲、網絡、計算等硬件基礎設施。② 操作系統層：該層負責統一管理和調度硬件基礎設施層，并為上層的大數據應用平臺提供硬件驅動和訪問接口。③ 應用軟件層：該層提供大數據解決方案和大數據人才培養教學平臺。它包含針對行業應用創新的應用開發平臺、應用共享平臺和應用維護平臺。④ 開發者社區這個社區為大數據技術的學習、交流、互動以及項目具體交付提供了平臺。該平臺整合了學校、企業、教師和學生等各方面資源，形成了創新實體，負責項目的具體交付。

2.實踐教學內容創新

第三次信息化浪潮的深入發展，對實踐教學產生了深遠的影響。云計算和大數據技術的革新，為計算機類課程的實踐教學提供了新的動力。教學過程中需要充分利用云平臺的優勢和價值，以不斷提高大數據實踐教學的實用性。為此，人們需要構建一個完善的云平臺，并設計精心的實踐案例和項目資源來滿足學生的個性化學習需求。在課堂教學中，教師需要起到主導作用，而學生則應積極參與，根據教師設定的教學目標，利用云平臺豐富的教學資源完成實踐教學內容，以達到課程目標。

大數據實踐教學課程資源平臺的關鍵組成部分包括以下三個方面：

（1）Insight 大數據智能分析管理平臺：該平臺實現了數據層面的智能化，能夠方便地進行數據采集、數據集成、數據分析和可視化展示等一系列業務流程。通過簡便快捷的數據導入、ETL處理，可生成多種輸出結果，如PDF、Excel、HTML等。

（2） Mining 大數據挖掘平臺：該平臺提供了機器學習和數據挖掘的功能，內置了多種經典算法，如分類、聚類和回歸分析等。平臺支持圖形化和代碼兩種開發模式，用戶可以通過拖拽控件或使用Python編程來實現數據挖掘流程的組合和開發。

（3） XDATA 大數據生態分析管理平臺：該平臺基于Hadoop平臺，涵蓋了大數據生態圈的主流核心組件，如HDFS、YARN、MapReduce、HBase、Hive、Spark、Storm、Zookeeper等。它是一個分布式數據處理系統，提供了便捷的部署和一鍵安裝功能，還具備全面的軟硬件資源管理和監控機制，并具備良好的擴展性。該平臺解決了Hadoop開源平臺部署復雜、上線周期長和運維難度大等問題。

3.實踐教學資源研發

實踐教學資源是通過校企雙方共同參與創建的。這種合作方式能夠將企業的真實案例和項目轉化為教學資源，并且資源的更新也需要企業的參與。在課程開發中，教師將實際項目模塊制作成實踐課件，并融入企業的最新前沿技術。這些課件將被部署在課程管理系統中，以便學生的學習和實踐。目前，該校已經完成了一部分企業實踐教學項目資源，具體內容可以參見表1。

四、結束語

大數據實踐教學課程資源平臺致力于深化學生對大數據基礎理論、大數據思維、大數據安全知識、分布式存儲、并行計算、大數據應用等方面的理解。這樣的教學方式可以提高學生的學習積極性、主動性和課堂教學參與度，有助于增強學生的學習效果和自學能力，提升他們的實踐動手能力。同時，為了建立具備真實行業實踐背景的師資隊伍，加大校企教師隊伍建設的力度十分重要。通過舉辦校企師資培訓，教師可以參與研修班和培訓學習，分享大數據技術教學經驗。未來，探索校企合作協同育人模式，并不斷更新實踐教學資源將是該專業持續發展的方向。特別是對前沿熱點問題教學資料的更新，以進一步提高應用型人才的培養質量。

作者單位：劉佳 方瑩 商丘師范學院信息技術學院

參考文獻

[1]高飛，韓祥柞.基于大數據的高校在線課程建設思路研究[J].科技與創新，2020，151（07）：81-82.

[2]朱麗.大數據背景下計算機基礎課程教學資源建設與共享研究[J].電腦與信息技術，2020，28（02）：64-66.

[3] 李吉宇. 線上線下混合式教學存在的問題及解決措施——以大學數學教學為例[J].黑龍江科學，2022，13（5）：136-137

[4] 徐佳麗.基于大數據的計算機課程教學資源整合系統設計[J].信息與電腦：理論版，2022，34（15）：122-124.

[5] 邢麗，陸陽，田學志.基于大數據平臺的職業崗位在線開放學習資源設計研究[J].電腦編程技巧與維護，2020， 425（11）：73-74.

[6]劉麗琴，程上海，李雷. 智慧教學環境下信息化教學設計[J].計算機時代，2022（2）：62-65

基金項目：河南省教育科學規劃重點課題“科學素養視域下高校協同中小學人工智能課外服務開發研究”（2023JKZD23）；商丘師范學院智慧教學專項研究項目“大數據技術在線課程資源建設與應用研究”；河南省本科高校產教融合研究項目“計算機學科產教融合教師實踐流動站運行機制研究與實踐”；河南省本科高校智慧教學專項研究項目“學生數字化學習與實踐能力提升路徑研究；AI 助力差異化群體智慧化學習與個性化指導實效研究”。

劉佳（1985-），男，河南商丘，博士，副教授，研究方向：人工智能、大數據技術與應用；

方瑩（1977-），女，河南商丘，博士，副教授，研究方向：人工智能。