工程教育專業認證下數據科學與大數據技術專業Python數據分析及可視化課程大綱

楊菲菲　王娟　張岳

摘要：數據科學與大數據技術屬于新工科專業，從人才培養方案到課程實施勢必要考慮工程教育專業認證。本文主要探討基于工程教育認證的數據科學與大數據技術專業中的專業核心課Python數據分析及可視化課程的課程大綱，為后期該專業其他類似課程的教學大綱的撰寫提供借鑒意義。

關鍵詞：工程教育專業認證;Python數據分析及可視化;課程大綱

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）03-0033-04

Abstract： Data science and big data technology belong to the new engineering specialty. It is necessary to consider engineering education certification from talent training program to curriculum implementation.This paper mainly discusses the syllabus of Python data analysis and visualization course， which is the core course of data science and big data technology specialty based on engineering education certification， so as to provide reference for the writing of teaching syllabus of other similar courses in this major.

Keywords： Engineering Education Certification; Python data analysis and visualization; Syllabus

1 引言

針對工程教育專業認證下課程教學大綱的構建已經有很多學者從不同專業進行了研究。武漢工程大學的王凱等基于工程教育專業認證標準構建了標準化課程教學大綱，將教學要求、教學內容、考核說明及課程教學評價、課程持續改進等內容與工程教育專業認證中的畢業要求與課程體系達成度相互關聯起來，建立了可以量化的課程質量評價體系，并有效地完善和豐富了教學大綱的實質性內容，以期達到均一性的課程教學質量[1]。天津理工大學機械工程學院的穆浩志等人根據機械類工程教育專業認證標準，結合天津區域經濟發展需求和天津理工大學機械工程學院專業特色，對照工程教育專業認證的畢業要求，以“工程制圖”課程為例，闡述構建畢業要求指標點與課程對應矩陣，開展指標點與教學內容相融合的教學大綱改革[2]。浙江科技學院土木與建筑工程學院的曹宇春以土木工程專業基礎工程課程大綱修訂為例， 探討如何基于專業認證標準從畢業要求、課程目標及達成度評價等方面對教學大綱進行全方位的改革[3]。數據科學與大數據技術專業目前沒有啟動工程教育專業認證，但是進行工程教育專業認證是必然。因為專業新，課程新，對于這方面的研究還比較少。本文主要針對數據科學與大數據技術專業畢業目標與Python數據分析及可視化課程的課程教學目標的關聯關系、課程教學內容、課程目標的達成評價進行研究，進而完成符合工程教育專業認證要求的課程大綱，對其他高校數據科學與大數據技術專業的該課程以及后續其他的專業課程的教育大綱的編寫提供借鑒意義。

2工程教育認證對大綱的基本要求

工程教育專業認證教育理念的核心是以學生為中心，以培養目標為導向，堅持持續改進。認證過程是把培養目標和畢業要求作為評價學生是否合格的標準，評價工科類專業畢業的學生，其能力是否達到行業認可的要求。在專業認證系統中，通過課程體系完成對學生能力的培養實現培養目標的達成。課程體系由一門門課程來組成，每個畢業目標的達成需要若干門課程來支撐，培養目標的達成需要支撐的每門課的順利實施，課程能夠順利實施，需要從源頭上設計好教學大綱。

2.1 教學大綱課程目標明確可衡量

工程教育認證遵循OBE理念，以目標為導向，評價學生是否合格的標準是培養目標和畢業要求的達成情況。所以在大綱中必須一是要有詳細的課程目標，而是必須要有詳細針對課程目標可以衡量的評價體系。在人才培養方案中按照工程認證的12條標準逐條分解畢業要求，畢業要求再分解為若干門課程的課程目標，建立課程目標與畢業要求的對應矩陣。課程目標確立后，考核目標，考核方式，考核環節都需要與明確的課程目標相對應，進而與畢業要求的指標點相對應。

2.2 教學大綱注重以學生為中心

在工程教育專業認證中，以學生為中心，注重學生學到了什么，而不是教師教了什么。大綱的制定應體現以學生為中心，整體考慮學生在學習掌握該門課程時所需花費的課時，如預習時間、復習時間、作業時間等，合理設計教學內容及課時安排，同時在教學過程中，學生以通過教學大綱了解學習該課程后，能夠達到什么樣的總體目標和所能具備什么樣的知識、素質和能力。

2.3 教學大綱的持續改進

編寫好的教學大綱在執行過程中，教學內容是否能夠滿足學生知識和能力的要求，教學課時是否安排合理，考核環節是否能夠真正考核學生的能力等都需要通過實踐的檢驗，教學大綱在教學內容，課時安排等都需要不斷修訂，所以在大綱中應該有修訂的記錄，符合工程教育專業認證中的持續改進。

3 Python數據分析及可視化課程教學大綱

3.1 課程基本信息

課程基本信息如表1所示。該課程屬于大數據相關專業必修課程，根據每個學校的課程體系設置不同，該課程的學分課時有可能不同。鑒于該課程的實踐性非常強，在我校進行課程設置及教學中全部機房授課，安排為實踐課程，2學分，總學時為64課時。

3.2課程目標與畢業要求

3.2.1 課程目標

《Python數據分析及可視化》是數據科學與大數據技術專業的專業核心課程。通過本課程的學習，使學生掌握數據分析的基本流程，學會使用Python庫進行科學計算、數據預處理、數據分析、數據可視化，理論與實踐相結合，為將來從事數據分析工作打下良好的基礎。

通過本課程的理論教學和實驗訓練，達到如下目標：

（1）知識目標

①了解數據分析的基本概念，掌握數據分析的基本流程;

②掌握數據分析與數據挖掘的基本的集成化開發工具;

③掌握Numpy數值計算的知識;

④掌握Pandas數據預處理的知識;

⑤掌握Pandas統計分析的知識;

⑥掌握使用Matplotlib進行數據可視化的相關知識。

（2）能力目標

①具備能夠針對大數據復雜工程問題進行數據分析與數據挖掘的流程設計的能力;

②具備使用Numpy進行數值計算統計分析的能力;

③具備使用Pandas進行數據預處理的能力;

④具備使用Pandas進行數據分析的能力;

⑤具備使用Matplotlib進行數據可視化的能力。

（3）素質目標

①能夠在解決大數據負責工程問題中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素;

②能夠在大數據復雜工程問題中履行職業道德規范;

③能夠在項目團隊合作中承擔不同團隊角色，與其他成員之間有效溝通和協作;

④能夠就大數據復雜工程問題撰寫報告，與業界同行及社會公眾進行有效溝通。

3.2.2課程目標與畢業要求的對應關系

根據數據科學與大數據技術專業畢業設計要求，分解指標點，得到相應的課程目標。課程目標與畢業要求的對應關系如表2所示。

3.3教學基本內容及學時分配

根據課程目標的要求設計課程基本的教學要求，以學生為中心考慮學時安排，最終設計如表3所示。

3.4教學方法與手段

（1）該課程屬于實踐性很強的課程，所以在教學過程中以提升學生的動手實踐能力為主要目標。在課程安排上，全部安排在機房授課，教師講授方式為邊講邊練習，避免了在課堂中只講不練習的弊端。

（2）以學生為中心，實施項目教學。在教學過程中，以項目推動教學內容，將所講述的內容穿插于項目中，以學生為中心，提高學生實踐動手能力。

（3）成立學習小組。學生按照3-4人組建團隊，完成綜合項目實訓，形成競爭機制，激發學生學習興趣。

（4）教學中注重評價，強調結果導向。在工程認證下，注重學生知識的掌握情況，在每堂課上課之前進行測試，查看學生預習情況，下節課上課之前再對此部分內容進行測試，記錄成績最高的一次。

3.5課程目標與評價環節

為了考查學生的學習效果，每個課程目標都需要有對應的評價環節來進行評價，以OBE理念設計目標達成評價環節，課程目標與評價環節對應關系如表4所示。

3.6考核要求及成績評定方法

（1）考核要求

該課程為大數據相關專業的核心課程，考核方式為考試。根據課程的性質，該課程主要考查學生的動手實踐能力，所以應該為上機考試。

（2）成績評定方法

總評成績=平時成績*40%+期末成績*60%

成績評定要包括過程評價，主要包含隨堂測試、實踐報告、綜合項目實訓，課堂考勤等。

平時成績=隨堂測試*20% + 實踐報告*20%+綜合項目實訓*40%+課堂考勤*10%。

期末考試的內容及題型要與課程目標進行對應，出題標準如表5所示：

4 結束語

人才培養方案確定后，課程教學是落實人才培養的最重要的過程，課程教學大綱是實施課程教學的第一步，特別是在工程教育專業認證下，教學大綱向上對接畢業目標，向下對接目標達成，起著承上啟下的橋梁作用。對于工程教育認證下的大綱標準已經比較成熟，本文主要對數據科學與大數據技術專業的新課程Python數據分析及可視化課程的課程目標、課程目標與畢業目標的對應關系、課程內容、課程目標達成度評價進行了研究，同時在后期根據實施過程還要進行持續改進。

參考文獻：

[1] 王凱，張秀蘭，侯敏，等.基于工程教育認證標準構建標準化課程教學大綱——以武漢工程大學化學制藥工藝學課程大綱為例[J].化工高等教育，2016，33（5）：6-11.

[2] 穆浩志，薛立軍，牛興華.工程教育專業認證背景下工程制圖課程大綱的改革與實踐[J].圖學學報，2016，37（5）：711-717.

[3] 曹宇春，薛文.基于專業認證的基礎工程課程大綱修訂方法研究[J].浙江科技學院學報，2017，29（6）：482-486.

【通聯編輯：王力】