計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向課程群建設(shè)研究

詹玲

摘要：大數(shù)據(jù)時代背景下，需要培養(yǎng)擅長大數(shù)據(jù)收集、存儲、管理與分析的專業(yè)人才，以適應(yīng)社會和改革的需求。在計算機專業(yè)的大數(shù)據(jù)課程上，高等院校不管是在課程體系方面還是實踐教育上都需要進(jìn)行探索式創(chuàng)新改革。本文結(jié)合文華學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，探討了大數(shù)據(jù)方向課程群建設(shè)的目標(biāo)和思路，利用現(xiàn)有的浪潮云海大數(shù)據(jù)一體機平臺，從課程群規(guī)劃、理論教學(xué)、實踐教學(xué)三個方面提出了一系列提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的高效的方法。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)方向；課程群；應(yīng)用型人才；實踐課程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）28-0274-03

一、背景

大數(shù)據(jù)的研究正面臨著全球性的人才荒問題。根據(jù)麥肯錫報告，預(yù)計到2018年美國市場大數(shù)據(jù)人才（包括高級數(shù)據(jù)分析專家）缺口將高達(dá)19萬。此外，美國企業(yè)還需要150萬能夠看出關(guān)鍵問題所在并運用大數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析的相關(guān)管理人才。中國是人才大國，但掌握和應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新型人才仍是稀缺資源，培養(yǎng)大數(shù)據(jù)相關(guān)人才成為最為緊迫的任務(wù)。

國內(nèi)外相關(guān)高校先后通過開設(shè)《數(shù)據(jù)科學(xué)》課程、開展數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)位計劃及數(shù)據(jù)科學(xué)短期培訓(xùn)班來進(jìn)行數(shù)據(jù)科學(xué)家和數(shù)據(jù)工程師的培養(yǎng)。美國加州大學(xué)伯克利分校從2011年起開設(shè)《數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論》課程，并從2012年起開設(shè)《數(shù)據(jù)科學(xué)和分析》課程；麻省理工學(xué)院開設(shè)《計算思維和數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論》這門課，介紹如何利用計算機來理解真實世界的現(xiàn)象，主要面向具備一定Python編程經(jīng)驗和計算復(fù)雜度基礎(chǔ)知識的學(xué)生，課程更加看重涉及面的廣度，而不是一味追求深度，該課程為學(xué)生提供了許多主題的簡要介紹，課程的主題包括：繪圖、隨機程序、概率和統(tǒng)計、隨機漫步、蒙特卡洛模擬、數(shù)據(jù)模型化、優(yōu)化問題和分類歸并，使得學(xué)生對今后職業(yè)生涯中計算機的角色有了更多了解；美國華盛頓大學(xué)開設(shè)了《Introduction to Data Science》，介紹了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、MapReduce、NoSQL、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)、可視化以及圖論[1]。在英國，大概有七所高校開設(shè)了《數(shù)據(jù)科學(xué)》及其相關(guān)課程，包括謝菲爾德大學(xué)、愛丁堡大學(xué)、倫敦大學(xué)學(xué)院、東英吉利大學(xué)、布里斯托大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院。

在中國，一批知名企業(yè)也開設(shè)了自己的大數(shù)據(jù)研究中心，并與各大高校開展合作，促進(jìn)了大學(xué)中大數(shù)據(jù)專業(yè)的發(fā)展。北航軟件學(xué)院、北航計算機學(xué)院與慧科教育（工信部移動云計算教育培訓(xùn)中心）聯(lián)合打造的大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)，于2012年開始招收工程碩士[2]；2013年，華東師范大學(xué)成立了數(shù)據(jù)科學(xué)與工程研究院；2014年，華南理工大學(xué)設(shè)立了云計算與大數(shù)據(jù)專業(yè)；同年，清華大學(xué)成立“清華―青島數(shù)據(jù)科學(xué)研究院”，設(shè)立大數(shù)據(jù)的碩士博士學(xué)位項目。另外，開設(shè)大數(shù)據(jù)相關(guān)本科專業(yè)的院校有貴州師范學(xué)院、貴州大學(xué)和北京城市學(xué)院等。

二、大數(shù)據(jù)方向課程群構(gòu)建思路

大數(shù)據(jù)學(xué)科方向是一門交叉專業(yè)方向，與不同專業(yè)相結(jié)合可以發(fā)展成特定方向的專業(yè)或研究領(lǐng)域。IT、金融、管理、社會、生物等傳統(tǒng)專業(yè)方向與大數(shù)據(jù)學(xué)科方向相結(jié)合表現(xiàn)出多樣化的差異特征，包括專業(yè)研究方向與社會需求崗位。例如統(tǒng)計學(xué)專業(yè)與計算機專業(yè)，前者注重數(shù)據(jù)統(tǒng)計相關(guān)理論與數(shù)據(jù)挖掘理論的結(jié)合應(yīng)用，而后者則注重其應(yīng)用領(lǐng)域的IT工程實現(xiàn)方式；從崗位需求層次來看，前者需要數(shù)據(jù)分析人才，后者需要大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)人才。不同的社會崗位有著不同的教育層次與專業(yè)技術(shù)背景要求，這就要求在不同的專業(yè)方向要有不同的課程規(guī)劃。就民辦高校來說，需要設(shè)置較為精細(xì)的專業(yè)課程，除基礎(chǔ)課程之外，還應(yīng)進(jìn)行主干專業(yè)課程和實踐課程設(shè)置的優(yōu)化改革，這樣才能形成民辦高校特有的計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的課程群特色。

三、大數(shù)據(jù)方向課程群構(gòu)建內(nèi)容

我們的課程群設(shè)置分為三個層次，逐步深入并加深難度。第一個層次是基礎(chǔ)課程，包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程；第二個層次是大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程；第三個層次是大數(shù)據(jù)實踐課程。從基礎(chǔ)課程、大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程到大數(shù)據(jù)實踐課程，給學(xué)生制定了一個系統(tǒng)、完整的課程體系，如下圖1所示。

1.基礎(chǔ)課程。基礎(chǔ)課程是學(xué)生學(xué)習(xí)計算機知識的入門課程和能力培養(yǎng)的起點課程。包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程和計算機專業(yè)基礎(chǔ)課程。（1）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。主要包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計等，數(shù)學(xué)是計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理的基礎(chǔ)工具。例如：微積分和線性代數(shù)為大多數(shù)數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用程序提供進(jìn)行矩陣計算的基本算法；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中涉及到大量的概念、模型及算法，模型和算法的理解需要學(xué)生有較為扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強的邏輯推理能力。通過數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有良好的抽象思維和邏輯推理能力。（2）計算機專業(yè)基礎(chǔ)。計算機專業(yè)基礎(chǔ)課程包含兩部分，第一部分是計算機專業(yè)基礎(chǔ)中的語言類課程，包括C語言、C++以及JAVA語言等，程序設(shè)計課程作為計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程，讓學(xué)生掌握解決問題的算法和算法實現(xiàn)的具體過程是該類課程的主要目標(biāo)，這些都需要通過強化計算思維訓(xùn)練實現(xiàn)。計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)的一系列思維活動。基于計算思維的程序設(shè)計課程要在教會學(xué)生計算機編程的同時培養(yǎng)他們的計算思維能力。第二部分是計算機專業(yè)基礎(chǔ)中的核心課程，包含計算機專業(yè)中必修的一些核心課程，如：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，linux操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、計算機組成原理與系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計算機網(wǎng)絡(luò)等。

其中《linux操作系統(tǒng)》和《Java語言程序設(shè)計》是大數(shù)據(jù)方向課程的先行課，在選修大數(shù)據(jù)方向課程之前，要把《linux操作系統(tǒng)》和《Java語言程序設(shè)計》作為必修課程。

2.大數(shù)據(jù)方向課程建設(shè)。了解和掌握大數(shù)據(jù)的整個處理流程是該課程群建設(shè)的關(guān)鍵，因為只有結(jié)合具體的大數(shù)據(jù)處理流程才能做到有的放矢，而大數(shù)據(jù)的處理流程主要包括以下幾個部分[3]：①數(shù)據(jù)采集：使用傳感器、ETL工具、爬蟲等數(shù)據(jù)采集工具獲得結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化（或稱之為弱結(jié)構(gòu)化）及非結(jié)構(gòu)化的海量各類數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換、集成，最后加載到數(shù)據(jù)倉庫，成為聯(lián)機分析處理、數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。②數(shù)據(jù)存儲：分布式存儲與訪問是大數(shù)據(jù)存儲的關(guān)鍵技術(shù)，雖然采集端本身會有自己的數(shù)據(jù)庫，但如果要相對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，就應(yīng)該將這些前端的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到一個大型分布式數(shù)據(jù)庫，并且可以在導(dǎo)入基礎(chǔ)上做一些簡單的預(yù)處理工作，從而減輕后續(xù)的數(shù)據(jù)處理壓力。③數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析就是用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集來的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)研究和概括總結(jié)，提取出有用信息并形成結(jié)論的過程。通常會使用相關(guān)性分析、多元回歸等來揉合各種數(shù)據(jù)，從不同角度進(jìn)行預(yù)測性和指導(dǎo)規(guī)范性建模，學(xué)會使用R、SAS、SPSS、SciPy、Stata等統(tǒng)計工具軟件。④數(shù)據(jù)挖掘：數(shù)據(jù)挖掘就是從大量的、不完全的、隨機的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，通過算法搜索隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。其常通過機器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)和模式識別等方法來實現(xiàn)。⑤數(shù)據(jù)建模和預(yù)測建模：從ERWin、Agile Data Modeling、ORM Diagrams、ML class diagrams、CRC cards、Conceptual/logical/physical schema、DDL、Bachman diagrams、Zachman Framework等數(shù)據(jù)建模工具開始，掌握建模技術(shù)和方法。⑥數(shù)據(jù)可視化：清晰有效地在大數(shù)據(jù)與用戶之間傳遞信息是數(shù)據(jù)可視化的重要目標(biāo)，將大數(shù)據(jù)分析和處理的結(jié)果以易于理解的方式呈現(xiàn)出來，讓用戶對結(jié)果有更加直觀的認(rèn)知。⑦數(shù)據(jù)安全：隨著大數(shù)據(jù)的不斷增加，對數(shù)據(jù)存儲的物理安全性需求也越來越高，數(shù)據(jù)的多副本與容災(zāi)機制也面臨更高的要求。同時，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模式，大數(shù)據(jù)更加容易成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)也更容易被黑客利用到攻擊當(dāng)中去。大數(shù)據(jù)方向課程目前包括以下課程：大數(shù)據(jù)與云計算概論、Hadoop系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)倉庫、R語言數(shù)據(jù)分析。這些課程能夠讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握大數(shù)據(jù)基本架構(gòu)和整個處理流程。

3.大數(shù)據(jù)方向?qū)嵺`課程建設(shè)。大數(shù)據(jù)特色專業(yè)，目前存在著理論教學(xué)要求較高，而學(xué)生實際設(shè)計和動手能力偏弱的問題，不能滿足當(dāng)前企業(yè)事業(yè)單位的需要。所以，實踐課程的設(shè)置對于大數(shù)據(jù)方向的教學(xué)體系建設(shè)至關(guān)重要。因此，我們結(jié)合民辦類院校學(xué)生的實際情況，在課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容安排上做出改變，將“大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘”的理論教學(xué)與浪潮大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺的實操實訓(xùn)相結(jié)合，安排了《大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)》和《R語言實訓(xùn)》課程，使學(xué)生能夠掌握大數(shù)據(jù)處理方向的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技能，對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘和模型預(yù)測等問題有了深入了解，具有較為熟練的應(yīng)用技能和面對具體應(yīng)用進(jìn)行分析處理的能力。學(xué)校除了讓學(xué)生完成教學(xué)計劃中的實訓(xùn)課程以外，還應(yīng)該給學(xué)生提供加強實際動手能力的輔助課程設(shè)置。例如：鼓勵學(xué)生參加大數(shù)據(jù)相關(guān)的學(xué)科競賽，鼓勵學(xué)生參加教師的科研項目，指導(dǎo)學(xué)生申報大學(xué)生課外科技創(chuàng)新基金項目，組織學(xué)生到合作企業(yè)實習(xí)，通過畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計來綜合訓(xùn)練大學(xué)生利用四年所學(xué)知識去系統(tǒng)完成某一方面科研課題的全過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合知識運用及解決實際問題的能力等。這一系列實踐及輔助課程的設(shè)置使得大數(shù)據(jù)方向相比校內(nèi)其他專業(yè)具有同級乃至跨級別的專業(yè)優(yōu)勢，使學(xué)生更具競爭力。

四、結(jié)論

通過對現(xiàn)有計算機專業(yè)大數(shù)據(jù)方向培養(yǎng)方案的修訂，把大數(shù)據(jù)方向課程的先行課程作為必修課程，增加了大數(shù)據(jù)方向的實踐課程，并在此基礎(chǔ)上探討了適合于應(yīng)用型民辦高校計算機專業(yè)培養(yǎng)特點的大數(shù)據(jù)人才的課程群的設(shè)置與建設(shè)。以社會崗位的實際需求作為根本出發(fā)點，把大數(shù)據(jù)系統(tǒng)基本理論學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)實訓(xùn)結(jié)合起來，為當(dāng)前蓬勃發(fā)展的大數(shù)據(jù)市場培養(yǎng)一批既具備扎實理論基礎(chǔ)知識，又具備實際設(shè)計和動手能力的人才，提高學(xué)生在就業(yè)市場的競爭力[4]。民辦高校計算機專業(yè)的大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)也還在摸索過程中，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的課程群也在不斷完善和建設(shè)，根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的反饋和學(xué)生就業(yè)的情況，不斷地探討和改進(jìn)課程體系及課程設(shè)置，使得學(xué)生能夠得到最好的教育。

參考文獻(xiàn)：

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[4]程彥博.大數(shù)據(jù)專業(yè)人才急需培養(yǎng)[N].中國計算機報，2014-07-21（24）.

Abstract：With the evolution of big data，we need to train professional talents，good at collection，storage，management and analysis of big data，to meet the needs of society and reform. In the big data course of computer science，colleges and universities should bring forth new ideas in both the curriculum system and practical education. According to the practical talents cultivation target of computer science in Wenhua College，we explore the idea and goal of big data course group implementation. Finally，we propose some effective methods，mainly about course group programming，theoretical teaching and practical teaching，to improve the comprehensive ability of students by taking full advantage of Inspur big data platform.

Key words：big data；course group；applied talent；practical course