新工科背景下基于OBE的大數(shù)據(jù)課程教學(xué)實(shí)踐

摘"要：首先，本文通過問卷調(diào)查與師生訪談相結(jié)合的方式，分析我校的“大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用”課程的主要教學(xué)問題與原因。其次，以此為依據(jù)，結(jié)合“新工科”專業(yè)建設(shè)的新要求，提出基于OBE教育理念的教學(xué)改革措施并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。最后，通過課程考核數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果得到提高，措施預(yù)期效果得到實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：新工科；OBE理念；大數(shù)據(jù)；教學(xué)改革

1"概述

《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》與《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》提出了“新工科研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展”，要求推進(jìn)“新工科”專業(yè)建設(shè)。在國(guó)家政策與社會(huì)發(fā)展的雙重推動(dòng)下，越來越多的高校開設(shè)了大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)課程，以培養(yǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的專業(yè)人才［1］。

“大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用”課程作為大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是“新工科”專業(yè)改革類項(xiàng)目的重要內(nèi)容［1］，是一門綜合性較強(qiáng)、涉及知識(shí)面較廣的課程，在培養(yǎng)大學(xué)生的大數(shù)據(jù)思維與數(shù)據(jù)分析能力等方面都起到了重要作用［2］。課程的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)滿足新工科教育要求的，具有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神的工程人才［3］。OBE（OutcomeBased"Education，OBE）教育理念是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為本，采用逆向思維的方式進(jìn)行的課程體系的建設(shè)理念［4］。因此，OBE理念與本課程有著較高的契合度，通過以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成果為指導(dǎo)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法以及規(guī)范教學(xué)資源，進(jìn)而達(dá)到提高課程質(zhì)量的效果。

2"教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查與原因分析

為了解本校“大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用”的學(xué)情，通過調(diào)查問卷班級(jí)授課、隨堂聽課活動(dòng)和師生訪談等調(diào)研方式，總結(jié)出以下教學(xué)問題。

2.1"學(xué)習(xí)分化嚴(yán)重

學(xué)生的學(xué)習(xí)分化現(xiàn)象普遍存在，課堂表現(xiàn)差異性較大，課程成績(jī)也存在較大斷層。通過調(diào)查問卷與師生訪談，發(fā)現(xiàn)造成該現(xiàn)象的直接原因是學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)存在較大差異，而根本原因則是學(xué)生專業(yè)背景的差異性。接下來是調(diào)查問卷中受訪學(xué)生的專業(yè)分布數(shù)據(jù)，如表1所示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，受訪學(xué)生（115個(gè)）的專業(yè)組成以計(jì)算機(jī)類專業(yè)為主（74.77%），但也含有25%以上的非計(jì)算機(jī)類專業(yè)，而且部分專業(yè)與計(jì)算機(jī)類專業(yè)差別較大，如食品類、運(yùn)輸類和畜牧業(yè)類等專業(yè)。

2.2"實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳

大部分學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)進(jìn)度緩慢，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題。為了解原因，我們?cè)O(shè)置了相關(guān)問卷問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生反映的影響實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的問題主要集中在硬件條件和組件版本兼容方面。以下結(jié)合課程特點(diǎn)，分析原因：

（1）Hadoop框架與組件的安裝與部署過程煩瑣，且容錯(cuò)性較低，任何一個(gè)配置出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。

（2）Hadoop生態(tài)圈組件之間存在較大的功能耦合性，如Hbase、Hive等組件的功能必須依賴HDFS的底層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

（3）大數(shù)據(jù)分析流程需要多個(gè)組件協(xié)同工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置條件要求較高。

3"改革措施

3.1"以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容體系

目前，我國(guó)大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)人才需求量巨大，且廣泛分布于各種類型的崗位，其中以技術(shù)開發(fā)類崗位的人才需求較高［5］，因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)原理與實(shí)用性數(shù)據(jù)分析技能為主。

因此，針對(duì)2.1中的問題，根據(jù)行業(yè)發(fā)展需求與學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教師應(yīng)因地制宜地對(duì)《大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用》的內(nèi)容進(jìn)行篩選與階梯式的模塊化設(shè)計(jì)（如圖1所示）。

圖1

把課程內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)模塊、進(jìn)階模塊與高階模塊，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)向其推薦學(xué)習(xí)模塊，學(xué)生以此模塊作為學(xué)習(xí)導(dǎo)向。例如，學(xué)生的專業(yè)要求只需要其了解大數(shù)據(jù)的基本概念，教師則可推薦其學(xué)習(xí)基礎(chǔ)模塊即可；若學(xué)生希望進(jìn)一步了解某個(gè)專業(yè)數(shù)據(jù)分析工具的使用，以便應(yīng)用到今后的學(xué)習(xí)與生活中，教師則可以建議學(xué)生在選擇進(jìn)階模塊作為目標(biāo)學(xué)習(xí)；若學(xué)生希望將來從事相關(guān)的專業(yè)技能崗位，要求其具備較高的大數(shù)據(jù)素質(zhì)，我們則鼓勵(lì)學(xué)生選擇以高階模塊作為目標(biāo)而學(xué)習(xí)。

3.2"以學(xué)生為中心，優(yōu)化教學(xué)方法

針對(duì)2.2中的問題，采取線上線下混合式的分段教學(xué)方法以及規(guī)范教學(xué)資源標(biāo)準(zhǔn)，以具體介紹其內(nèi)容。

3.2.1"分段式教學(xué)

《大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用》的每個(gè)章節(jié)都要求學(xué)生先學(xué)習(xí)組件的基礎(chǔ)理論，然后安裝和使用組件。故針對(duì)2.2中的問題，根據(jù)知識(shí)的屬性與各個(gè)教學(xué)階段的特點(diǎn)，將每個(gè)知識(shí)模塊的教學(xué)內(nèi)容分成三段：（1）環(huán)境搭建與基本使用。（2）架構(gòu)與原理。（3）綜合實(shí)踐。這三段內(nèi)容將被安排在課前、課中、課后三個(gè)教學(xué)階段中進(jìn)行。其具體內(nèi)容與分段依據(jù)如圖2所示。

環(huán)境搭建與基本使用：包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安裝部署和基本命令的學(xué)習(xí)。這部分內(nèi)容主要以過程性知識(shí)與簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，故完全可以布置在課前，讓學(xué)生以自學(xué)的形式完成。教師在課前通過線上平臺(tái)發(fā)布教學(xué)資源，學(xué)生可以反復(fù)觀看，提前完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境的部署與基本命令的學(xué)習(xí)。

架構(gòu)與原理：包括大數(shù)據(jù)生態(tài)組件的架構(gòu)、工作機(jī)制、編程API的講授與演示。此部分知識(shí)既包含理論知識(shí)，又包含實(shí)踐知識(shí)，為課程的重難點(diǎn)內(nèi)容所在，故應(yīng)由授課教師在課中集中向?qū)W生講解。

綜合實(shí)踐：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，綜合利用大數(shù)據(jù)生態(tài)組件的編程API與基本命令，完成數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)。此部分為學(xué)生綜合應(yīng)用階段，可安排在課中與課后進(jìn)行，教師應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)學(xué)生反饋并做出針對(duì)性指導(dǎo)。

以下以HBase的分段教學(xué)為例，各個(gè)階段的教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃與教學(xué)行為如圖2所示：

3.2.2"規(guī)范教學(xué)資源

授課教師或課程負(fù)責(zé)人在開課前根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況，協(xié)商統(tǒng)一好教學(xué)中所用的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，例如教材版本、平臺(tái)參數(shù)、軟件版本等，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中受到該類問題的影響。規(guī)范后的軟件版本參數(shù)見表2。

4"實(shí)踐效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證教學(xué)改革的實(shí)踐效果，對(duì)我校兩個(gè)授課班級(jí)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，并根據(jù)相同的考核方式進(jìn)行考核。授課班級(jí)的學(xué)生均由學(xué)校隨機(jī)分配，課程成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（占50%）和課程設(shè)計(jì)成績(jī)（占50%）兩部分組成。

4.1"平時(shí)成績(jī)分析

平時(shí)成績(jī)由多個(gè)子項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)組成，其中，評(píng)價(jià)主圖與評(píng)價(jià)內(nèi)容的多元化避免了傳統(tǒng)的課程考核的單一性問題［6］。平時(shí)成績(jī)的考核體系見表3。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班，分別采用本教學(xué)改革與傳統(tǒng)的教學(xué)模式開展教學(xué)，得到其平時(shí)成績(jī)的分布情況（如圖3所示），其中左圖為對(duì)照班考核數(shù)據(jù)，右圖為實(shí)驗(yàn)班考核數(shù)據(jù)。

由數(shù)據(jù)可知，對(duì)照班的平時(shí)成績(jī)的平均分是72.9，實(shí)驗(yàn)班則是74.4，對(duì)照班的分?jǐn)?shù)在（80，90）區(qū)間的占比為1/52，而實(shí)驗(yàn)班是7/46，這些均能在一定程度上說明優(yōu)化后的考核體系，可以多方位地評(píng)價(jià)學(xué)生，提高評(píng)分的客觀性，激發(fā)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性。

4.2"課程成績(jī)分析

課程成績(jī)屬于終結(jié)性評(píng)價(jià)，是指學(xué)生在完成了一個(gè)學(xué)期的課程學(xué)習(xí)后，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能完成一個(gè)關(guān)于大數(shù)據(jù)分析的全流程任務(wù)。考核體系的考核體系見表4。終結(jié)性評(píng)價(jià)

以下是課程設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)的情況（如圖4所示），其中左圖為對(duì)照班數(shù)據(jù)，右圖為實(shí)驗(yàn)班數(shù)據(jù)。

由數(shù)據(jù)可知，對(duì)照班的課程設(shè)計(jì)成績(jī)的平均分是8288，實(shí)驗(yàn)班則是86.11，對(duì)照班的分?jǐn)?shù)在（80，90）區(qū)間的占比為20/52，而實(shí)驗(yàn)班是23/46。這些均能在一定程度上說明優(yōu)化后的考核體系，可以多方位地評(píng)價(jià)學(xué)生，提高評(píng)分的客觀性。

綜上所述，從平時(shí)成績(jī)、課程設(shè)計(jì)成績(jī)和課程成績(jī)兩方面分析，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果均得到提升，融入OBE教育思想的教學(xué)改革實(shí)踐得到了積極效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與學(xué)習(xí)成果質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

立足于新工科建設(shè)背景，基于OBE教學(xué)理念，針對(duì)課程“大數(shù)據(jù)技術(shù)與原理”提出教學(xué)改革措施并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，最終取得了實(shí)質(zhì)性的教學(xué)效果，為相關(guān)類型課程的教學(xué)改革提供了參考案例。

參考文獻(xiàn)：

［1］教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知.

［2］馮小潔.基于大數(shù)據(jù)思維的大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用教學(xué)改革［J］.計(jì)算機(jī)教育，2020（04）：133137.

［3］龔萬煒，王春霞.遵循OBE理念的新工科移動(dòng)通信課程教學(xué)改革［J］.福建電腦，2023，39（08）：121124.

［4］新工科下人才培養(yǎng)“OBE”模式.教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心［20210728］.

［5］呂英杰，脫虹，翟浩，等.大數(shù)據(jù)專業(yè)人才社會(huì)需求分析及人才培養(yǎng)策略［J］.高教學(xué)刊，2023，9（01）：1720.

［6］沈利迪.基于OBE的多元化課程考核評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.電腦與電信，2020（12）：3739+61.

課題（基金）項(xiàng)目：廣州市科技局科學(xué)研究項(xiàng)目：大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用示范（課題編號(hào)：2016070"10152）

作者簡(jiǎn)介：周健燁（1995—"），男，漢族，廣東佛山人，碩士，助教，主要研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、大數(shù)據(jù)。