海洋大數據背景下涉海專業教學的挑戰與革新

張際標 趙利容 趙輝 張鵬 鄧培昌

[摘 要]大數據時代下的教育教學改革是當前高等教育改革面臨的新課題。由于海洋資料的復雜性以及不同學科分支的特殊性，海洋大數據具有海量性、多類性、異質性、時效性及安全性等多重特征，其類型相當龐雜，而且取得的研究成果也日新月異、更新速度快，對高校涉海專業的教學內容和教學方式提出了更高的要求。文章以廣東海洋大學為例，分析了海洋大數據背景下該校涉海專業教學過程中存在的不足，提出了海洋大數據驅動下革新該校涉海專業的教學內容和教學方法的措施。

[關鍵詞]海洋大數據；涉海專業；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0020-04

早在20世紀80年代，美國未來學家托夫勒[1]就提出了“大數據（Big Data）”的概念，將大數據稱為“第三次浪潮的華彩樂章”。2010 年以來，大數據作為一個新興的概念，逐步成為政界、商界、學界的新寵[2]。2012 年，奧巴馬政府啟動了“大型數據研究和發展倡議”計劃。2013 年，大數據的理念在語言教學與研究領域里逐步得到了認可與歡迎。2015年9月5日，國務院發布《關于促進大數據發展行動綱要》，意味著中國大數據發展迎來頂層設計，正式上升為國家戰略。經過30多年的發展，大數據正在以前所未有的速度滲透到生活、工作和學習的各個角落，引領社會實現由數據到數據源發展規律的轉化，再到執行標準的跨越式發展，推動各行業的發展。

我國是一個海洋大國，社會經濟的發展越來越依賴海洋，海洋經濟貢獻的比重越來越大，其中2017年全國海洋生產總值為77611億元，占國內生產總值的9.4% [3]。經過多年的發展，我國海洋行業已積累了巨量的數據，并在海洋大數據的信息提取和應用等領域獲得了飛速的發展[4-5]。目前，海洋大數據已在天氣預報、防災減災、污染預測、海洋目標監測、海洋漁場漁情預報、海洋生態環境保護、遠海航行保障、海洋與氣候變化研究、海洋戰略支撐等領域得到了廣泛的應用[6-12]。根據我國數字海洋發展的總體規劃，我國數字海洋建設將劃分為信息基礎框架、透明海洋和智慧海洋建設3個階段，目前已完成第一階段（通過國家908專項）的建設任務[4]。由此可知，未來的海洋經濟活動急需大量懂得海洋大數據基礎知識和應用技術的專門人才，海洋類高校培養此類人才責無旁貸。

盡管國內高校一些學者近幾年已經意識到大數據應用將會對傳統高校教學產生重大而深刻的影響，并對此進行了初步的研究[13-15]，形成了一定的理論成果[16-19]。但由于海洋的特殊性，在涉海高校中，海洋大數據的價值認知目前還處在一個起步的階段，海洋大數據的教育傳播和人才培養等應用方面仍然存在嚴重的不足，急需開展海洋大數據在高校教育教學領域的應用研究。

一、海洋大數據的特征和類型

（一）海洋大數據的特征

邁爾-舍恩伯格等[2]歸納大數據的關鍵特征主要體現在4個維度即4V：數據規模海量化（Volume）、數據類型多樣化（Variety）、數據處理快速化（Velocity）、數據的價值化（Value）。21世紀是世界各國公認的海洋世紀，海洋約占地球總面積的 71%，人類為了認識和利用海洋，通過航天、航空、地面、水體和海底五位一體的觀測手段對海洋進行觀測和調查，形成了非常龐大的立體海洋觀測體系，積累了海量的海洋觀測數據，海洋大數據由此進入人們的視線，其信息提取和應用也獲得了飛速的發展。由于海洋的特殊性，相對于其他行業的大數據，海洋大數據具有自身的顯著特征，即海洋數據的海量性、多類性、異質性、時效性及安全性特征[4-5]。其中，由于海洋數據的獲取手段多樣化，觀測要素多元化，故海洋數據呈現多類性特征以及數據量巨大的特征；同時，海洋數據常在空間域上呈現空間相關性和異質性，在時間域上存在時效性特征。此外，海洋作為國家戰略和經濟關注的熱點，其海洋數據具有不同的安全性等級。

（二）海洋大數據的類型

由于數據的來源廣泛及其獲取技術存在差異性，海洋數據的類型在技術指標、數據格式、參數以及使用區域等方面呈現多類性[20-21]。從數據來源分，海洋數據包括海洋基礎環境數據、海洋遙感數據、海洋經濟統計數據等幾大類數據，而且每個大類數據下又有很多子類。比如：海洋基礎環境數據分為海洋水文、海洋氣象、海洋物理、海洋化學、海洋生物、海洋地質、海洋地形與海洋地球物理等子類，每個子類又可進一步劃分。從數據存儲格式分，海洋數據可分為文本數據（如word格式、txt格式、二進制格式等）、屬性數據（如mdb格式、Excel格式、csv格式等）和影像數據（tif格式、jpg格式、bmp格式、avi格式等）。從數據表達的屬性分，海洋數據可包括視頻、圖形、圖像、聲音、文字、表格等。可見，海洋數據的類型相當龐雜。

對傳播海洋知識的教育工作者而言，在教育教學過程中涉及的數據類型主要包括文字、表格、圖形、圖像、視頻、聲音等數據類型，需要向學生傳輸的就是這些海洋數據所揭示出來的相關信息。

二、海洋大數據背景下涉海專業課程教學面臨的挑戰

海洋科學是研究海洋的自然現象、性質及其變化規律，以及與開發利用海洋有關的知識體系。目前，海洋科學各領域的快速發展仍然離不開大量的海洋調查，各領域海洋知識的更新依然依賴于巨量海洋數據的收集、累聚、分析和研究。因此，要把海洋科學各領域的最新知識傳輸給學生，各涉海高校應該在海洋大數據的獲取、信息提取及其在教育領域中的應用加以重視。

目前，海洋大數據的應用在我校各涉海專業的教學過程中包括教師本身、教學過程及授課學生等環節有著諸多不足之處。

（一）教師思想上、技術上準備不足

大數據是近年來快速發展的概念，此概念的吸收需要教育工作者緊跟社會的變化和發展。大數據的信息提取和應用涉及專業的數據處理技術，其充分利用需經過專門的專業培訓和學習。此外，由于海洋的特殊性，海洋大數據的信息提取和應用需要教育工作者有更深厚的專業儲備，才能有效地對海洋大數據進行教育傳播。然而，我校絕大多數教師目前對于海洋大數據的概念、內涵和教育傳播等在思想上毫無準備，知識面相對較窄，在大數據的信息提取、可視化展示及信息傳播等技術上無儲備，表現為教學方法難創新，教學手段單一落后，從而導致教學效果難以提升。

（二）教學內容陳舊

由于海洋大數據具有典型的時效性特征，海洋科學知識發展日新月異，即使是最新出版的海洋類學術專著，其傳播的數據和信息通常也是較多較早的陳舊成果。以我校“海洋環境學”課程為例，教材的“海洋環境災害”中所列舉的結果還是2005年前后的統計數據，這明顯落后于海洋環境的快速變化。因此，在海洋環境科學發展日新月異的情況下，高校教師需要隨時掌握本領域最新的研究成果，而海洋大數據傳遞的最新信息則能滿足這個要求。然而，目前我校很多教師與學生一樣，對大數據的概念知之甚少，對海洋大數據的獲取和應用無技術儲備，不及時更新本領域的最新知識。教師在教學過程中更多的還是照本宣科，講授的內容陳舊，傳播的知識過時，教學質量難以提升。

（三）實踐教學器材落后

目前，海洋科學很大程度上還是一門基于海洋調查的學科，在認識海洋、研究海洋的過程中需要借助于大量價值不菲的調查工具和設備。受教學經費的限制，高校涉海專業在實踐教學中不可能購置太多非常昂貴的器材，也難以做到頻繁更新。因此，大多數器材在使用多年后都非常陳舊或已破損，使用這些器材進行實踐教學，教學效果肯定不好。但如果充分利用海洋調查儀器和設備等方面的大數據資源，完全可以解決實驗實踐器材落后或不足的難題。

（四）學生無大數據概念及其相關實踐經驗

在大數據時代的影響下，大數據在各行各業的應用遍地開花。然而，對于處在象牙塔里面的大學生而言，由于參與社會實踐機會有限，如果在學校中未接受大數據方面的教育和訓練，那他們對大數據的基本概念與內涵、價值及應用就會知之甚少。以我校為例，80%以上的大四學生沒有聽說過大數據的概念，更不懂大數據的技能培訓和實際應用，這說明我校在海洋大數據方面的知識傳授、技能培訓等方面存在嚴重的缺陷。

三、海洋大數據背景下涉海專業課程教學的革新

（一）轉變教育觀念，提升教師教學水平

教育觀念是一定時期內固化在教育工作者身上對教育過程中教學方式、方法或手段的認知，是相關教育工作者教學工作開展的指導和前提。現代教育觀念必須與現代社會、現代經濟、現代科技的發展相適應，陳舊的教學觀念將導致落后的教學手段，先進的教育觀念則可形成現代化的教學方式。因此，在海洋大數據背景下，相關涉海教育工作人員如果想要進一步優化教育課程設計的內容，就要首先及時更新海洋大數據的知識，實時轉變自身的教育觀念。

當教育工作者轉變教學觀念后，盡快提升其在大數據處理和信息提取方面的能力是提高其在新時代下教學水平和素質的關鍵。教育工作者可通過自學、研討、培訓等途徑，提升自己在大數據處理、信息提取及可視化展示等方面的能力；通過對匯集的海洋大數據進行處理和信息提取，獲取海洋科學各領域的最新研究成果，并以此為素材，制作涉海專業教學源庫，把海洋大數據時代下海洋科學各領域的最新研究成果傳輸給學生。數據可視化技術是值得教育工作者學習掌握的技術，該技術借助于圖形化手段，可清晰有效地傳達與溝通信息，將復雜的數據借助于空間圖形展示出來，便于人們觀察和理解，同時采用不同的空間分析方法還可以發現大數據內部隱含的規律和發展趨勢，便于研究者判斷和模擬未來的發展趨勢。

（二）更新教學資源和信息，豐富教學展示手段

大數據時代數字化的學習資源將呈現知識爆炸的局面，互聯網上的信息資源包括新聞、電子圖書和報刊、網上參考工具書、文獻數據庫信息和其他網絡信息資源，如機構和企業的報告政策、動態和產品信息，學術科研動態信息，各種會議信息，專利文獻信息，Open Access，學科機構知識庫等。

作為典型的大數據，海洋數據來自海洋水文、生態環境、氣象氣候、地質地貌、海洋化學、經濟、海洋物理化學等眾多領域。在涉海專業的教學過程中，必須實時匯集海洋科學各領域的海洋大數據，及時獲取最新研究成果，同步更新相關領域的教學資源和信息，才能把海洋大數據揭示的最新海洋變化信息展示給學生。

教學內容可用文字、圖表、視頻、現場演示等多種多樣的展示手段。文字演示是操作最簡單、最常用但卻是效果最差的展示手段，也是學生最為吐槽的枯燥的教學方式。因此，在涉海各專業的教學過程中，要充分利用大數據可視化技術，把海洋研究的最新成果通過生動、形象的圖表和視頻展示出來，避免過多枯燥乏味的文字描述。比如海洋中各環境要素的時空變化規律（如區域平面和垂直方向的變化或時域上的變化），完全可通過大數據可視化技術，采用位置信息、區域統計、多維圖表、時域位圖等方式，實現海洋數據的實時、動態、美觀的可視化，形象生動地向學生傳輸海洋環境變化的最新成果。

只有把前述海洋大數據的最新研究成果及時有效地傳輸給學生，才能體現教育工作者傳道授業解惑的價值。對海洋大數據知識的傳輸可在各教學環節中根據實際情況進行滲透宣貫。

課堂理論教學應側重于用圖像、圖表展示海洋變化的特征和規律，其目的在于用直觀、形象及通俗易懂的方式，把海洋環境變化的特征和規律展示給學生。對于各種奇妙的海洋現象，如果單純用語言和文字來描述會顯得枯燥乏味、蒼白無力，也不容易為學生所理解和記憶，而圖像、圖表能容納更多細節，并將復雜問題簡單化，可大大提高學生對所授知識的吸收能力。

在實驗實踐教學過程中，提前把實驗或實踐過程涉及的樣品采集和處理、調查或監測儀器設備的使用和操作、分析測試等關鍵環節等整合成大數據源庫，然后用形象直觀的視頻演示出來，可讓學生提前感知實驗實踐的具體過程，提升教學效果。在實驗實踐教學過程中，還可以結合大數據的數據處理技術和虛擬演示技術，實現多人同時實驗，這樣有利于突破教學中的難點和克服容易遺忘的困難，同時有利于節約空間和時間，從而提高教學效率。另外，還可通過大數據可視化技術實現對普通海洋實驗的擴充，實現對海洋變化真實情景的再現和模擬，減少野外現場調查頻次和對室內分析測試儀器設備的需求，可大規模節省實驗實踐經費。

在畢業實習或畢業論文的教學環節中，可側重于引導學生在海洋新數據的集成和分析、數據的信息提取和可視化技術、數據處理新方法的探索、利用大數據成果進行應用預測和輔助決策等方面開展相關創新研究。其目的在于獲取海洋各領域的最新研究成果，同時也把海洋大數據的最新研究成果應用到海洋研究和服務中。

四、結語

海洋大數據有著巨大的應用前景，它在天氣預報、防災減災、污染預測、海洋目標監測、海洋漁場漁情預報、海洋生態環境保護、遠海航行保障、海洋與氣候變化研究、海洋戰略支撐等領域得到了廣泛的應用。同樣，海洋大數據也可在教育領域加以應用，對促進教育教學領域的革新意義重大。作為涉海類高校，更應該樹立現代教育理念，轉變教學觀念，及時建立基于海洋大數據的涉海各專業課程的教學源庫，借助多樣化的教學展示平臺，開展在海洋大數據的背景下通過數據挖掘和分析以學生為中心的教學改革。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 阿爾文·托夫勒.第三次浪潮[M].黃明堅，譯.北京：中信出版社，2006.

[2] 維克托·邁爾-舍恩伯格， 肯尼思·庫克耶.大數據時代[M]. 盛楊燕，周濤，譯. 杭州： 浙江人民出版社， 2013.

[3] 國家海洋局. 2017年中國海洋經濟統計公報[EB/OL]. （2018-3-01）[2018-05-03]http：//www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyjjtjgb/201803/t20180301_60485.html.

[4] 黃冬梅，鄒國良，等.海洋大數據[M].上海：上海科技出版社，2016.

[5] 侯雪燕，洪陽，張建民，等.海洋大數據：內涵、應用及平臺建設[J].海洋通報，2017（4）：361-369.

[6] 戴勤奮，魏合龍，王圣潔，等.大數據時代的海洋地質信息化建設[J].海洋地質前沿，2014（1）：67-70.

[7] 黃冬梅，季麗偉，袁小華，等.基于時空一體化的海洋大數據快速展示平臺[J].海洋環境科學，2015（5）：743-748.

[8] 解鵬飛，劉玉安，趙輝，等.基于大數據的海洋環境監測數據集成與應用[J].海洋技術學報，2016（1）：93-101.

[9] 鐘麗丹，潘杏梅，王建濤.基于大數據開放式海洋信息知識庫構建研究[J].圖書館雜志，2016（8）：59-66.

[10] 宋德瑞，曹可，張建麗，等.大數據視域下的海洋信息化建設構想[J].海洋開發與管理，2017（1）：50-53+77.

[11] 楊成.探究海洋大數據平臺的構建及應用[J].信息與電腦（理論版），2017（6）：149-151.

[12] 郭佳.大數據在船舶與海洋工程行業的應用基礎和展望[J].內燃機與配件，2017（9）：87-89.

[13] 陳永鋒.大數據時代下我國高等教育教學方式的挑戰與變革[J].考試，2014（23）：6-7.

[14] 陳志軍，吳霞，陳旺.大數據視域下高等教育教學創新探析[J].教育評論，2017（7）：78-81.

[15] 黃海燕.大數據背景下高校課程教學發展的契機、迷思與建議[J].宜春學院學報，2017（2）：111-114.

[16] 張瑩.大數據時代高校教學資源開發與利用的應對策略[J].中國信息技術教育，2015（1）：107-109.

[17] 江雨燕，李常訓，趙文輝，等.基于大數據技術的高校實踐教學研究[J].學理論，2015（3）：188-189.

[18] 王聚杰.大數據背景下高校教學方法改革模式探討[J].考試，2016（78）：5-6.

[19] 蔡志文.面向高校教學創新實踐的大數據服務平臺研究[J].現代教育技術，2017（4）：117-123.

[20] 黃冬梅，趙丹楓，魏立斐，等.大數據背景下海洋數據管理的挑戰與對策[J].計算機科學，2016（6）：17-23.

[21] 洪陽，侯雪燕.海洋大數據平臺建設及應用[J].衛星應用，2016（6）：26-30.

[責任編輯：龐丹丹]