新工科背景下高校新專業(yè)建設(shè)思路探索與實(shí)踐
——以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)為例

桂勁松，張祖平，郭克華

（中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）

0 引 言

面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的歷史性交匯帶來的時(shí)代新機(jī)遇以及國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形態(tài)，大互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、大安全等新IT技術(shù)催生了新經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)業(yè)界迫切需要新型工科人才的支持。“新工科”已成為目前高校教學(xué)改革話題中的熱詞。

2017年2月，教育界達(dá)成了“新工科”建設(shè)的“復(fù)旦共識”，并于4月明確了“新工科”建設(shè)的行動(dòng)路線——“天大行動(dòng)”；2017年6月9日，教育部在北京主持全面啟動(dòng)、系統(tǒng)部署新工科建設(shè)會議，審議通過新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南，提出新工科建設(shè)指導(dǎo)意見。復(fù)旦共識、天大行動(dòng)和北京指南，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)新的主旋律，開拓了工程教育改革新路徑。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代催生的巨量人才缺口背景下，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。該專業(yè)的畢業(yè)生學(xué)位授予門類主要有工學(xué)和理學(xué)，其中工學(xué)門類的課程體系必然涉及自然、社會、計(jì)算機(jī)等學(xué)科知識，屬于典型的多學(xué)科交叉的新興工科專業(yè)。如何在新工科背景下培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)理論、大數(shù)據(jù)實(shí)踐、大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用能力的高素質(zhì)人才，需要教育界與產(chǎn)業(yè)界共同探索與實(shí)踐[1]。

1 培養(yǎng)方案探索與實(shí)踐

1.1 培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)目標(biāo)是專業(yè)培養(yǎng)方案和課程設(shè)置的基本依據(jù)[2-3]。依據(jù)社會、行業(yè)需要和學(xué)校定位，本專業(yè)致力于培養(yǎng)適應(yīng)不斷演化的經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展需要，注重大數(shù)據(jù)領(lǐng)域與行業(yè)應(yīng)用交叉融合的復(fù)合型高級工程技術(shù)人才：①能夠適應(yīng)行業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展需要，融會貫通數(shù)學(xué)與自然科學(xué)基礎(chǔ)知識、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識、大數(shù)據(jù)知識，提出復(fù)雜大數(shù)據(jù)工程項(xiàng)目的系統(tǒng)性解決方案；②能夠跟蹤大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，具備一定的大數(shù)據(jù)工程創(chuàng)新能力、大數(shù)據(jù)分析與價(jià)值挖掘能力，能夠從事應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)；③具備良好的職業(yè)道德精神、社會責(zé)任感，理解法律、環(huán)境、發(fā)展的相互關(guān)系，在工程項(xiàng)目實(shí)施中堅(jiān)持綠色發(fā)展理念、能夠注重經(jīng)濟(jì)與社會效益的協(xié)調(diào)；④具備健康的身心，擁有科學(xué)的人文精神、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)精神，具備良好的人際溝通與協(xié)調(diào)能力、有效的工程項(xiàng)目管理能力；⑤能夠從全球視野思考問題，主動(dòng)應(yīng)對不斷變化的國內(nèi)外形勢，具備自主學(xué)習(xí)、批判思維和國際交流能力。

1.2 培養(yǎng)要求

明確培養(yǎng)目標(biāo)后，需要解讀其蘊(yùn)涵的知識、能力、素質(zhì)要求。①知識要求：具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)與自然科學(xué)基礎(chǔ)知識、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識、大數(shù)據(jù)專業(yè)知識、一般工程理論知識；②能力要求：在面向醫(yī)學(xué)醫(yī)藥、軌道交通、有色金屬行業(yè)的大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，能夠從事大數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)維、技術(shù)管理、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的工作能力；③素質(zhì)要求：具有強(qiáng)烈的社會責(zé)任感、高尚的人文情懷、良好的職業(yè)道德與團(tuán)隊(duì)合作精神、健全的身心素質(zhì)、一定的全球視野與創(chuàng)新精神。本專業(yè)的畢業(yè)要求見表1。

1.3 畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分解

根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)點(diǎn)是對畢業(yè)要求內(nèi)涵的細(xì)化、解讀，其分解必須具有導(dǎo)向性、可評價(jià)性、邏輯性、專業(yè)性。應(yīng)按照學(xué)生某項(xiàng)能力達(dá)成的內(nèi)在邏輯關(guān)系進(jìn)行分解，使之既能與課程體系設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系相匹配，又適合于建立能力達(dá)成的評價(jià)機(jī)制。筆者對畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行了分解與優(yōu)化，部分示例見表2—表4。

表1 數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求

表2 畢業(yè)要求1的指標(biāo)點(diǎn)分解

表3 畢業(yè)要求3的指標(biāo)點(diǎn)分解

表4 畢業(yè)要求4的指標(biāo)點(diǎn)分解

1.4 課程體系的建立

根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，課程設(shè)置必須支撐培養(yǎng)要求；課程群（或模塊）的方向必須明確；課程體系必須完整響應(yīng)畢業(yè)要求，而畢業(yè)要求對課程體系的影響需要通過指標(biāo)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。指標(biāo)點(diǎn)體系與課程體系的對應(yīng)關(guān)系梳理與優(yōu)化部分示例見表5。

課程體系中的具體課程，按照層次類型、先后關(guān)系、難易程度等要求進(jìn)行合理安排，形成培養(yǎng)計(jì)劃。具體教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)劃，將畢業(yè)要求落實(shí)在課程體系、培養(yǎng)計(jì)劃、課程大綱等環(huán)節(jié)中。課程大綱必須包括：①明確而合理地支撐畢業(yè)要求的課程目標(biāo)；②匹配課程目標(biāo)的課程內(nèi)容與教學(xué)方法；③便于進(jìn)行達(dá)成度評價(jià)的考核方法。課程大綱建設(shè)部分示例見表6。

2 培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

2.1 模式構(gòu)建與實(shí)施

從廣義講，人才培養(yǎng)模式包括人才培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格、專業(yè)設(shè)置和建設(shè)、課程體系和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段、教學(xué)評價(jià)和質(zhì)量監(jiān)控等內(nèi)容，涵蓋了包括培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)內(nèi)容、培養(yǎng)方式和培養(yǎng)條件在內(nèi)的人才培養(yǎng)諸要素[4]。本文僅從狹義的專業(yè)教學(xué)角度探討培養(yǎng)模式。

第一，遵循工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對“畢業(yè)要求”標(biāo)準(zhǔn)特別加入解決復(fù)雜工程問題能力的要求，在教學(xué)過程中，注重體現(xiàn)復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)。通過基礎(chǔ)課教學(xué)，奠定通過原理與抽象模型分析問題、解決問題為能力基礎(chǔ)的教學(xué)意識，改變以記憶性和驗(yàn)證性為主的教學(xué)與考核方式；通過專業(yè)課教學(xué)，深化分析權(quán)衡能力、建立系統(tǒng)能力、引入與強(qiáng)化應(yīng)用能力訓(xùn)練，減少課堂知識量、加大深度，不割裂理論與實(shí)踐課，提高解決問題訓(xùn)練的量與質(zhì)； 通過綜合實(shí)踐課教學(xué)，深化應(yīng)用能力培養(yǎng)，跨課程并逐步實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科，以提高工程復(fù)雜度，建立合理、透明、可操作的評分方法。

第二，實(shí)施學(xué)習(xí)效果導(dǎo)向，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)方式。采取多模式教學(xué)，例如，基于問題、基于項(xiàng)目、基于案例、探究式；采取全過程評價(jià)，例如，網(wǎng)上學(xué)習(xí)測評、作業(yè)質(zhì)量、交流與討論、階段考試、期終考試。

表5 指標(biāo)點(diǎn)與支撐課程的關(guān)系示例

表6 數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘課程大綱示例

第三，以服務(wù)課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)來選擇教學(xué)方式。例如，針對討論課設(shè)計(jì)案例，可提前布置選題，確定分組原則，在案例討論課前提交報(bào)告作資格審查，通過則分組答辯。在評分標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向性上，采取基于過程評價(jià)，促使學(xué)生注重學(xué)習(xí)的過程質(zhì)量。在評分標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)維度上，注重知識的應(yīng)用和解決問題能力的多維度考核評價(jià)。又如，針對綜合實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生課外完成預(yù)習(xí)，檢查通過后才可在大數(shù)據(jù)綜合實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺上自主配置實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)境，完成實(shí)踐實(shí)訓(xùn)任務(wù)。教師不作講解、學(xué)生主動(dòng)提問，提問質(zhì)量、任務(wù)完成質(zhì)量、報(bào)告撰寫質(zhì)量作為考核依據(jù)。突出以學(xué)生為中心的主題，將學(xué)生學(xué)習(xí)能力和解決問題能力培養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)過程中，踐行了“預(yù)學(xué)、導(dǎo)學(xué)、悟?qū)W”的主導(dǎo)思想。減少“記憶性、驗(yàn)證性”要求的比例，增加“分析性、創(chuàng)意性”考核的權(quán)重。

2.2 協(xié)同育人

學(xué)校擬實(shí)施校企協(xié)同育人舉措，提高實(shí)踐教學(xué)水平，完善產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人機(jī)制，構(gòu)建多方協(xié)同育人平臺。合作伙伴或意向合作伙伴有以利天誠、百度、中軟國際、青苔、慧科等。

目前學(xué)校正與以利天誠合作，基于ONNX開源生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，引入Gluon深度學(xué)習(xí)庫，建設(shè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的集成實(shí)訓(xùn)平臺，打通從大數(shù)據(jù)來源到大數(shù)據(jù)應(yīng)用的完整大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)鏈條。在大數(shù)據(jù)源頭，完善因特網(wǎng)數(shù)據(jù)智能爬取、傳統(tǒng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳感數(shù)據(jù)接納等功能；將大數(shù)據(jù)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程體系對應(yīng)到整個(gè)訓(xùn)練鏈條的每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)演示功能，并預(yù)留學(xué)生動(dòng)手空間，且方便與演示功能之間的切換。

學(xué)校擬與百度共建大數(shù)據(jù)、云平臺支持的以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的普適在線教學(xué)平臺，將百度云智學(xué)院核心課程納入培養(yǎng)計(jì)劃，豐富選修課與實(shí)訓(xùn)課設(shè)置；構(gòu)建基于4G/5G智能終端的課程教學(xué)應(yīng)用及實(shí)踐實(shí)訓(xùn)應(yīng)用，建設(shè)適應(yīng)普適在線教學(xué)特點(diǎn)的課程講義、課件、題庫、考核方案。今后，我們將繼續(xù)謀求與行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)試辦新工科實(shí)驗(yàn)班，實(shí)施本、碩、博貫通式、個(gè)性化培養(yǎng)；建設(shè)“雙創(chuàng)”示范中心，營造優(yōu)秀“雙創(chuàng)”校園文化，培養(yǎng)“雙創(chuàng)”人才。

3 培養(yǎng)模式評價(jià)

中南大學(xué)自2015年招收面向大數(shù)據(jù)方向的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生后，現(xiàn)已招生兩屆可授予數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位的學(xué)生，每屆2個(gè)班，還尚未有畢業(yè)生，但是，有不少本校信息類研究生畢業(yè)后從事大數(shù)據(jù)方面的工作。因此，我們基于表7的培養(yǎng)目標(biāo)合理性推測評價(jià)機(jī)制，通過與校友、校友工作單位的合作，對本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)做了初步的合理性推測評價(jià)，以便確保據(jù)此制定的畢業(yè)要求及相應(yīng)的課程體系能夠適應(yīng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。

本著本校電子信息類專業(yè)群共商、共建、共享原則，教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控體系與教學(xué)條件的支撐體系已形成了良性互動(dòng)機(jī)制。教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的核心已從關(guān)注教向關(guān)注學(xué)轉(zhuǎn)變、從學(xué)生評教向?qū)W生評教學(xué)效果轉(zhuǎn)變、從教師評學(xué)向教師評學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出轉(zhuǎn)變。基于學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)流程，已形成了畢業(yè)要求、指標(biāo)點(diǎn)體系、課程體系、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評價(jià)的校內(nèi)持續(xù)改進(jìn)閉環(huán)。

表7 培養(yǎng)目標(biāo)合理性推測評價(jià)機(jī)制

4 結(jié) 語

授予工學(xué)學(xué)位的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)屬于多學(xué)科交叉復(fù)合的新興工科專業(yè)，涉及數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、相關(guān)工程學(xué)科領(lǐng)域的課程，且注重理論與實(shí)踐并重。如何更好地從課程體系與教學(xué)環(huán)節(jié)層面支持工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度，并形成持續(xù)改進(jìn)的校外閉環(huán)還需要持續(xù)進(jìn)行教學(xué)探索與改革。