面向大數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)探討*

史曉穎，黃彬彬，劉 庚

(杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江杭州310018)

面向大數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)探討*

史曉穎，黃彬彬，劉 庚

(杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江杭州310018)

創(chuàng)新實(shí)踐課程是順應(yīng)當(dāng)前高等工程教育深入改革與發(fā)展所提出的一門新型課程，關(guān)注于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。本文研究面向計(jì)算機(jī)專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)，以數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)為切入點(diǎn)，詳細(xì)討論課程理論授課內(nèi)容的設(shè)置和以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施方案。在杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)踐后，取得良好的效果。

創(chuàng)新實(shí)踐課程；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；大數(shù)據(jù)

一、引言

隨著高等學(xué)校工科教學(xué)改革的深入，各大高校高度重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新實(shí)踐課程是順應(yīng)當(dāng)前高等工程教育改革與發(fā)展所提出的一門新型課程，關(guān)注于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)和創(chuàng)新思維，增強(qiáng)解決工程實(shí)際問題的能力。

全國(guó)各大高校針對(duì)不同的專業(yè)，開設(shè)了多門創(chuàng)新實(shí)踐課程[1][2][3]。不同于傳統(tǒng)課程，它具有形式靈活、小班化教學(xué)等特點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置授課內(nèi)容。為了加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，杭州電子科技大學(xué)在計(jì)算機(jī)專業(yè)面向大二學(xué)生開設(shè)了創(chuàng)新實(shí)踐課程。任課教師根據(jù)自身的學(xué)科背景，基于社會(huì)熱點(diǎn)需求問題，申報(bào)課程要完成的課題內(nèi)容，再通過師生間的雙向選擇，組建授課班級(jí)。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)培養(yǎng)高層次的數(shù)據(jù)科學(xué)人才提出了新的需求[4]。在未來3-5年內(nèi)，我國(guó)數(shù)據(jù)分析師的缺口將達(dá)100萬(wàn)人左右[5]。但是，目前國(guó)內(nèi)高校對(duì)數(shù)據(jù)型人才的培養(yǎng)規(guī)模和質(zhì)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。本文研究了在創(chuàng)新實(shí)踐課的教學(xué)過程中，以培養(yǎng)大數(shù)據(jù)可視分析人才為目的，探討如何設(shè)置理論授課與項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過解決實(shí)際問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

二、創(chuàng)新實(shí)踐課題的選擇

大數(shù)據(jù)可視化與可視分析是大數(shù)據(jù)分析中重要的組成部分，通過有機(jī)融合人的智能與計(jì)算機(jī)的處理能力，幫助人們洞悉大數(shù)據(jù)背后的知識(shí)與智慧，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)分析和科學(xué)決策的有效手段。基于個(gè)人的專業(yè)背景和研究方向，筆者選定以大數(shù)據(jù)可視分析作為創(chuàng)新實(shí)踐課題，主要基于如下考慮：

（1）對(duì)于本科學(xué)生來說，可視分析中采用直觀的圖形化表示、所見即所得的交互方法，更容易激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，不會(huì)覺得枯燥難懂。

（2）該課題與社會(huì)熱點(diǎn)緊密結(jié)合，社會(huì)對(duì)該類人才需求較大。學(xué)生若能掌握并運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來解決實(shí)際問題，對(duì)更好地就業(yè)有很大幫助。

（3）數(shù)據(jù)分析與實(shí)際項(xiàng)目緊密結(jié)合，而尋找數(shù)據(jù)內(nèi)部蘊(yùn)含的特征又具有未知性，需要學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)和探索精神，正好和創(chuàng)新實(shí)踐課程的設(shè)置宗旨不謀而合。

三、課程教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐形式設(shè)置

與傳統(tǒng)的僅采用理論教學(xué)的授課模式不同，筆者將創(chuàng)新實(shí)踐課程劃分為理論授課和項(xiàng)目化實(shí)踐兩個(gè)部分。首先講解基礎(chǔ)理論，讓學(xué)生了解課程目的及課程實(shí)施過程。然后通過項(xiàng)目化的課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，提高綜合運(yùn)用知識(shí)來解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力。

理論授課是讓學(xué)生了解和熟悉課題的前提。基于可視化分析大數(shù)據(jù)的各個(gè)步驟，細(xì)分授課內(nèi)容，將數(shù)據(jù)分析過程拆解并貫穿于整個(gè)教學(xué)中，為解決實(shí)際問題提供理論保證。

具體來說，包括如下幾個(gè)方面：（a）大數(shù)據(jù)的概念：包括大數(shù)據(jù)出現(xiàn)的歷史；大數(shù)據(jù)的特征；大數(shù)據(jù)與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)；大數(shù)據(jù)時(shí)代面臨的挑戰(zhàn)等。（b）數(shù)據(jù)可視分析的案例介紹：介紹數(shù)據(jù)可視分析成功用于解決實(shí)際問題的典型案例，從案例的實(shí)際需求出發(fā)，通過描述案例的主要目的和設(shè)計(jì)思想，介紹案例采用的具體方法，指出完成過程中遇到的關(guān)鍵問題，幫助學(xué)生理解課程學(xué)習(xí)的價(jià)值所在。（c）數(shù)據(jù)可視分析所要掌握的關(guān)鍵技術(shù)：包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)，數(shù)據(jù)可視化展示語(yǔ)言、人機(jī)交互技術(shù)等。

由于課程學(xué)時(shí)所限，在授課過程中，需要不斷引導(dǎo)學(xué)生利用課外時(shí)間，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固相關(guān)編程技術(shù)，為實(shí)施項(xiàng)目化的課程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

在理論授課的基礎(chǔ)上，實(shí)踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力最重要的步驟。只有讓學(xué)生在參與完成某一具體任務(wù)的過程中，才能深化其對(duì)數(shù)據(jù)可視分析流程的理解，主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提高動(dòng)手能力，不斷地探索并解決未知的問題。

在實(shí)踐階段，納入項(xiàng)目化的教學(xué)模式，將學(xué)生組成創(chuàng)新研究小組，通過“分組——選題——制定和實(shí)施方案——撰寫分析報(bào)告”的實(shí)踐過程，鼓勵(lì)學(xué)生開展自主式、探索式、合作研究式的學(xué)習(xí)，促進(jìn)知識(shí)的遷移和科學(xué)思維的養(yǎng)成，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

具體來說，分為如下幾個(gè)步驟：

1）合理進(jìn)行人員分組。一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作的形式來完成，讓學(xué)生根據(jù)各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，合理分組，每個(gè)小組選出一個(gè)小組長(zhǎng)，組員通過分工與合作實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。

2）選取有價(jià)值的分析任務(wù)。以“交通大數(shù)據(jù)可視分析”為主要目標(biāo)，通過小組討論擬定感興趣的分析子任務(wù)，由教師進(jìn)行內(nèi)容把關(guān)。要求所選取的項(xiàng)目任務(wù)具有一定的復(fù)雜度和綜合度，可以從數(shù)據(jù)分類、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、歷史規(guī)律挖掘等方面著手，明確要研究的主要問題和預(yù)期的分析目標(biāo)。

3）制定和實(shí)施分析方案。要求學(xué)生設(shè)計(jì)詳細(xì)的實(shí)施方案，考慮方案的可行性和合理性，主要包括：分析目的及內(nèi)容，方法及步驟，計(jì)劃進(jìn)度安排，如何分工等。在該過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生檢索和閱讀科學(xué)文獻(xiàn)，一起討論采用何種技術(shù)或方法分析數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生逐步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目任務(wù)。在學(xué)生碰到問題和困難時(shí)，鼓勵(lì)其通過自主學(xué)習(xí)所需知識(shí)、與小組成員討論，與指導(dǎo)老師探討來解決問題。

4）完成分析報(bào)告。以小組為單位，完成分析報(bào)告，闡述分析任務(wù)的執(zhí)行流程，人員分工情況，給出分析結(jié)果，并討論分析方法是否合理及未來的改進(jìn)建議。

5）課程考核。課程考核結(jié)合教師評(píng)價(jià)（50%）、小組間互評(píng)（30%）、組內(nèi)自評(píng)（20%）多種方式綜合給出課程分?jǐn)?shù)。

在以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐過程中，教師的任務(wù)從“傳授知識(shí)為中心”逐漸向“引導(dǎo)學(xué)生探索知識(shí)，有體系、有目的地應(yīng)用知識(shí)”轉(zhuǎn)變，學(xué)生成為了學(xué)習(xí)的主體和發(fā)展者，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和參與度，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。

四、教學(xué)效果及存在問題分析

本課程自開課以來，取得了一定的教學(xué)效果。授課班級(jí)共有14人，其中有2位學(xué)生在老師的指導(dǎo)下將項(xiàng)目的實(shí)施成果，整理成論文發(fā)表在計(jì)算機(jī)相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議上，有1位學(xué)生申請(qǐng)了發(fā)明專利。

為了更好地收集大多數(shù)學(xué)生的反饋意見，在課程結(jié)束后，讓學(xué)生投票選擇自己在哪方面的能力有所提高，并撰寫一份學(xué)習(xí)心得。投票結(jié)果為：編程能力（11票）；團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力（9票）；創(chuàng)新和探索能力（8票）；自主學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力（13票）；完成實(shí)際工程的能力（10票）。從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為通過課程學(xué)習(xí)能提高自己多方面的能力，包括自學(xué)、編程和工程實(shí)踐能力。部分學(xué)生認(rèn)為提高了自己的創(chuàng)新和探索能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，這部分學(xué)生相對(duì)基礎(chǔ)較好，能夠針對(duì)分析任務(wù)得出自己的結(jié)論。而其他有些學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備不足，還處于不斷學(xué)習(xí)編程技術(shù)的階段，因此對(duì)問題的探索不夠深入。

圖1 課程報(bào)告中文詞云

圖2 課程報(bào)告英文詞云

圖1和圖2分別為從學(xué)習(xí)心得中提取的中英文詞云。從圖1中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生描述了對(duì)數(shù)據(jù)可視化的學(xué)習(xí)，掌握了“技術(shù)”，得到了“信息”和“知識(shí)”，其他關(guān)鍵詞包括“分析”，“學(xué)會(huì)”，“理解”，“實(shí)現(xiàn)”，“任務(wù)”等。從圖2中可以看出學(xué)生實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目時(shí)所采用的主要技術(shù)，這表明學(xué)生在上課過程中，根據(jù)實(shí)際需求自學(xué)了解決問題所用到的相關(guān)技術(shù)。下面摘取了部分學(xué)生的心得。學(xué)生1：“通過課程學(xué)習(xí)，我意識(shí)到事情有很多方法去解決，一個(gè)方法不通，還有其他的解決方法”；學(xué)生2：“集體的力量是無窮的，好的隊(duì)友是成功的一半，和大家一起做事情，能從別人身上學(xué)到自己沒有的”；學(xué)生3：“在這門課程上學(xué)到的東西比其他任何課程都要多，更有用”；學(xué)生4：“在后半學(xué)期，經(jīng)過老師的提點(diǎn)，自己慢慢摸索，再加上同學(xué)的幫助，一個(gè)個(gè)任務(wù)難題漸漸被解決，我也逐漸有了繼續(xù)探索的動(dòng)力。”從上述反饋來看，正是通過項(xiàng)目化的實(shí)踐，潛移默化地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索未知的精神，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

但是作為一門新型課程，課程在實(shí)施過程中遇到了一些問題，具體表現(xiàn)為：

（1）由于不同學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與動(dòng)手編程能力存在差異，因此部分學(xué)生進(jìn)展較快，能針對(duì)項(xiàng)目制定方案，設(shè)計(jì)新的可視化表示來展示數(shù)據(jù)特征，探索數(shù)據(jù)規(guī)律。而部分學(xué)生始終處于編程技術(shù)的學(xué)習(xí)階段，影響到課程完成質(zhì)量。

（2）本課程面向大二學(xué)生，雖然數(shù)據(jù)可視分析入門較快，但解決實(shí)際問題時(shí)涉及多種專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，部分學(xué)生感覺到知識(shí)儲(chǔ)備不足，項(xiàng)目實(shí)踐有難度。

因此在今后的教學(xué)過程中，應(yīng)事先做好摸底調(diào)研工作，針對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行層次化教學(xué)，同時(shí)要進(jìn)一步研究如何更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鼓勵(lì)他們?cè)谟龅嚼щy時(shí)勇于克服困難。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著高校工科教育改革的深入進(jìn)行，創(chuàng)新實(shí)踐類課程對(duì)傳統(tǒng)的理論教學(xué)進(jìn)行了很好的補(bǔ)充。課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、解決實(shí)際工程問題能力起到積極作用。本文針對(duì)作者所承擔(dān)的計(jì)算機(jī)專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐課程，圍繞數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)展開，深入研究了課程理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、項(xiàng)目化實(shí)踐的實(shí)施模式，同時(shí)也分析了目前課程取得的效果和存在的問題。由于該門課程開設(shè)時(shí)間較短，還處于探索階段，接下來要進(jìn)一步完善目前的理論教學(xué)體系，研究層次化的教學(xué)方案，通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于新一輪的教學(xué)。

[1]黃雪梅.圍繞機(jī)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐課程[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(3):140-144.

[2]陳妙,陳敏,余日安,等.公共衛(wèi)生創(chuàng)新實(shí)踐課程的構(gòu)建及作用探討[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育,2014(12):1031-1033.

[3]汪東風(fēng),林洪,曾明滂,等.創(chuàng)新實(shí)踐課程的實(shí)施步驟[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(3):107-109.

[4]程學(xué)旗,靳小龍,王元卓,等.大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分析技術(shù)綜述[J].軟件學(xué)報(bào),2014(9),1889-1908.

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（編輯：郭桂真）

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A

：1673-8454（2017）04-0022-03

杭州電子科技大學(xué)2016年高等教育研究資助項(xiàng)目（YB201625）,浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(2016C33G1290001)。