大數據環境下的二元實踐教學體系探索

張翔+潘國艷+陳華+高仕春+任杰宇

1.武漢大學水利水電學院，湖北 武漢 430072；

2.水資源安全保障湖北省協同創新中心，武漢大學，湖北 武漢 430072）

摘要：在當前大數據時代，高校教學中應能充分體現時代的變化與需求，將先進理念與技術帶頭引入實踐教學中。本文結合國內外實踐教學的特點，依據如今大數據迅速發展的現狀，討論將大數據的優勢充分運用到二元實踐教學中來，使傳統的教學方法發生改變，并更加適應學生的個性化發展，培養實踐創新型人才。基于大數據的二元實踐教學體系能夠打破傳統教學體系固有的短板，更加適應時代與社會發展的需要。

關鍵詞：大數據；二元；實踐教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0001-03

隨著網絡信息技術的高速發展，大數據已經對社會的各個領域產生重要影響，并且掀起了新的變革。在大數據的影響下，傳統教學模式存在的各類阻礙將被突破——與以往的“被動式”、“填鴨式”教學不同，進入高校學習的大部分學生具有學習自主性、偏好性的特點，同時由于大數據時代知識資源的易得性，來源渠道的多元性，導致傳統的教學方式受到極大的沖擊與挑戰。同時，國內高校教育正日益普及，如何提高教學質量成為高等教育界廣泛關注的問題。經過多年的教學實踐證明，實踐教學環節的質量是培養創新型人才的關鍵。由于高等學校大多具有學生眾多、教育層次多元和學生學習能力差異大等特點，高校實踐教學呈現教學資源不平衡、利用效率較低、創新性和針對性不強等問題，迫切需要采用現代化的教學手段，為提高實踐教學質量探索新的途徑。大數據分析技術的運用為探索以學生為中心的、使學生獲取知識、提高能力、掌握學習方法的新的教學方式成為可能。本文基于大數據分析技術，結合筆者提出的“二元實踐教學體系”，探索大數據環境下的實踐教學體系，創新教學理念、豐富教學內容、改變教學方式，為提高教學質量和復合型、創新型人才培養提供基礎。

一、大數據的內涵

大數據是IT界繼云計算和物聯網之后的又一場技術革命，維克托·邁爾-舍恩伯格是最早洞見大數據時代發展趨勢的數據科學家之一，隨后學術界、政府機構和工業界等各行各業開始密切關注大數據，大數據也終將引起教育界的新革命。《Nature》和《Science》等就相繼出版專刊來探討大數據帶來的機遇和挑戰；世界著名管理咨詢公司麥肯錫于2011年6月發表了關于大數據的報告，詳盡描述和分析了大數據的關鍵技術和應用環境；2012年初美國奧巴馬政府已啟動了“大數據發展計劃”，將大數據比作“未來的新石油”，對數據的占有和控制將成為國家間和企業間新的爭奪焦點，“大數據時代”已經來臨。高等教育必須緊跟時代的腳步，高等教育工作者也應該積極把握大數據時代的機遇與挑戰，開創新型的教學模式。大數據也可理解為需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。相較于傳統的數據，大數據具有4V特點，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）。大數據的基本特征具體體現在：（1）要求較高的時效性，對于數據的及時分析與有效分析要求較高；（2）龐大的數據量，數據從TB級別躍升到PB級別；（3）數據價值密度低，因此需要通過合適的算法從中抽取有用的信息；（4）數據類型繁多，要求對數據的分類處理能力較高。

二、大數據處理模式與一般流程

由于大數據有其自身的特性，因此其處理模式與傳統的處理數據的理念有所不同。對大數據的處理形式目前主要包括：對靜態數據的批量處理，對在線數據的實時處理，以及對圖數據的綜合處理，而在線數據的實時處理又包括對流式數據的處理和實時交互計算兩種。其中，批量數據處理適合大型的相對比較成熟的數據操作，在物聯網、云計算、互聯網以及車聯網中均有應用。大數據的處理流程與一般的數據處理流程相類似，可以定義為：應用合適的工具對大量的、廣泛異構的數據源進行抽取和集成，并遵循既定的標準，將得到的結果統一存儲，選用數據分析技術分析并存儲數據從而獲取有價值的知識，并且將這些知識以可視化的方式展示給終端用戶。總之，大數據處理的一般流程為數據的抽取與集成、數據存儲、數據分析和數據展示。

三、二元實踐教學體系

實踐教學體系研究是高等教育教學改革研究的重要內容之一，如何應用系統科學的理論和方法，通過整體設計，對實踐教學的各個要素進行組合優化，形成結構和功能最有效的實踐教學系統，成為實踐教學體系研究的熱點問題。實踐教學體系根據內容和范圍，可分為廣義實踐教學體系和狹義實踐教學體系。廣義實踐教學體系一般包括實踐教學目標的設定、實踐教學內容與范圍的劃定、實踐教學過程的管理和實踐教學條件的保障等要素，是由實踐教學活動的各要素構成的有機聯系整體，具有指導作用。狹義實踐教學體系則指圍繞專業人才培養目標，在制定教學計劃時，通過合理設置課程數量和類型，合理配置實驗、實習、實訓、課程設計、畢業設計、創新制作、社會實踐等各實踐教學環節，建立與理論教學體系相輔相成的具體的實踐教學內容體系。廣義實踐教學體系和狹義實踐教學體系均包括軟件和硬件兩個方面。軟件方面是指為適應課堂理論教學和學生動手能力、創造能力培養而制定的相對完善的實踐性教學計劃或方案、實習指導書、實驗室管理規章制度等。硬件方面是指為完成實踐性教學計劃而配套的實習場所、儀器設備、實驗裝置、生產工藝流程、實驗材料和相關輔助設施等，包括教學實驗室、科研實驗室、野外實習地區等。文獻采用系統論和邏輯分析的方法，研究了實踐教學的系統性與系列性，提出了由相關實踐教學子系統和獨立實踐教學子系統組成的“二元實踐教學體系”，該體系包括相關實踐教學子系統和獨立實踐教學子系統兩個子系統。相關實踐教學子系統以上機實踐、課程實驗、課程設計、實習、畢業設計等與理論教學緊密結合的環節構成；獨立實踐教學子系統則由小組討論與案例教學、競賽（如全國水利設計大賽等）、結合科研項目獨立設計實驗方案和提供多實習方案等多種創新性和設計性實踐教學方式組成。“二元實踐教學體系”中的相關實踐教學子系統的教學內容一般在理論教學之后進行，作為對理論教學內容的實踐和探索，加深對理論教學內容的理解和掌握，與理論教學關系緊密相關；獨立實踐教學子系統具有獨立性、多選擇性、多方案等特點，獨立實踐教學子系統的教學內容和方式不局限于理論教學的內容，更注重培養學生獨立思考、團隊合作、綜合運用知識和創新研究的能力。“二元實踐教學體系”充分體現了實踐教學的系統性、系列性和獨立性，加深了對實踐教學體系的內在結構、各環節的內在聯系和如何發揮實踐教學在培養學生創新創業能力中的作用等問題的認識。研究表明，在實踐教學過程中，相關實踐教學子系統和獨立實踐教學子系統存在交叉和互補，不是兩個相互獨立的子系統，兩者是相輔相成的。相關實踐教學子系統和獨立實踐教學子系統是實踐教學體系的重要組成部分，相關實踐教學子系統和獨立實踐教學子系統的有機結合，對改革現有實踐教學體系，提高實踐教學質量具有重要的理論和實際意義。例如，在課程設計中引入討論課和案例教學，能夠充分發揮學生的主觀能動性和團隊合作精神，既達到通過課程設計擴展對已有理論的實際應用訓練的目的，又能加深對理論教學的理解，達到培養學生創新創業能力的目的；另外，還可以根據“二元實踐教學體系”，對畢業設計從時間、內容、形式等多方面進行改革，提高畢業設計的深度和廣度。

四、基于大數據的二元實踐教學體系實例

從以上論述可知，大數據的應用，可以幫助教學工作者快速、準確和全面地發現問題、解決問題，更好地為教學服務。“二元實踐教學體系”更注重理論與實踐的結合、教學與科研的結合，更強調學生學習上的差異性，對在實踐教學過程中如何根據學生的學習特點，有目的性和針對性地設置不同的實踐教學內容，提出了更高的要求，大數據則為“二元實踐教學體系”提供了方法支撐。大數據分析在教學領域中的應用表明，通過廣泛收集每個學生的學習特點和需求，采用數據分析技術分析獲取關于學生學習特點的有價值的信息，并及時反饋給教師，形成針對性強的實踐教學內容。本文結合《工程水文學》課程，具體探討大數據分析在實踐教學中的應用。《工程水文學》在武漢大學本科教學中已有近60年歷史，在繼承優良傳統的基礎上，在二元實踐教學新體系的理論指導和大數據的環境背景下，應用先進的信息化技術，建設《工程水文學》精品資源共享課，該課程于2013年獲批國家精品資源共享課程建設資助，2016年建設成果通過了驗收審核，正式獲得國家精品資源共享課程稱號。課程建設在教學模式和方法手段方面具有創新性，對推動教學資源開放共享、提高教學質量、拓展實踐教學、推廣網絡在線教育具有重要意義，課程關系見圖1。基于大數據分析的《工程水文學》二元實踐教學體系的構建主要包括兩個方面，一是通過大數據可以收集學生的學習習慣和偏好性等信息；另一方面通過對數據的分析，改革教學方法，針對不同的學生制定不同的培養目標，給予不同的引導。以學生為本，根據學生自身的特性和特長，培養適應不同需要的人才。最后，通過因材施教的反饋，再不斷地改進方法，教學相長。

五、結論

教學是一個教師與學生互動、相長的過程，需要激發學生積極參與的熱情，才能取得良好的教學效果和教學質量。本文基于大數據理論和分析技術，通過教學實踐，在廣泛征詢學生對實踐教學新體系的意見和建議的基礎上，提出了大數據環境下的“二元實踐教學體系”，是對過去“二元實踐教學體系”的進一步發展和完善。實際分析表明，在大數據理論與分析技術的支撐下，“二元實踐教學體系”更能有針對性地滿足學生對實踐教學的需求，而更開放、更靈活的科研與教學相結合的實踐教學模式為提高實踐教學質量提供了新的途徑。

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