新工科視角下農業院校大數據專業建設模式探索

趙 霞,魏霖靜,周 慧,逯玉蘭,王 敏,張亞琦

(1.甘肅農業大學 信息科學技術學院,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅省軍區數據信息室,甘肅 蘭州 730000)

權威期刊Nature于2008年開設了大數據(Big Data)特輯，自此數據科學與大數據應用相關技術進入我國科學研究機構和各行業的“視野”并引起廣泛關注.全球IT和互聯網行業都已經意識到數據在資本運行中的的重要作用.紛紛通過收購和建立相應的大數據研發機構等手段實現技術整合[1].隨著大數據人才缺口的不斷增大，企業和市場亟需國內高校培養出合格的數據科學與大數據技術人才.教育部于2018年增設了“新工科”專業點，其中“數據科學與大數據技術”專業成為教育部新增設的“新工科”專業之一[2].高校開設“數據科學與大數據技術”專業，需要在如何建設好“新工科”專業，以及如何培養出符合行業和產業所需要的合格大數據人才等方面進行深入研究，并提出行之有效的實施辦法.

1 數據科學與大數據技術專業發展 歷史與現狀

1.1 數據科學專業建設背景

2007年，北卡羅來納州立大學開設了第一個與數據科學相關的碩士學位——數理分析(Master of Science in Analytics)，主要研究方向為數學專業中的底層數據問題.2013年，紐約大學在此基礎上開辦了數據科學碩士專業(Master of Science in Data Science)[3]，自此數據科學研究進入了專業教育領域.與國外數據科學專業發展對比，我國的數據科學與大數據技術專業教育相對滯后，需要大力發展.

2021年4月，教育部高等教育司吳巖司長在2021年高教處長會議報告中提出，國家發展教育先行，計劃到2035年時，我國要建設成為教育強國，目前高等教育正處在全面提質創新的新階段，要不斷努力向高質量教育方向發展.大數據專業作為我國新興的工科專業，同時大數據中心建設是我國新基建的七大領域之一，國內高科技新技術企業和尖端科技行業對大數據和人工智能等人才的需求缺口巨大，因此大數據專業人才培養模式研究任重道遠.

1.2 國內高校數據科學與大數據技術專業建設 情況

2016年我國3所高校獲批建立“數據科學與大數據技術”本科專業，其中北京大學大數據專業授理學學士學位，對外經貿大學和中南大學的大數據專業授工學學士學位；2017年有32所院校獲批該專業，到了2018年，獲批此專業的院校數量猛增為248所，截止2020年，我國開設“數據科學與大數據技術”本科專業的高校共計612所，是2016年第一批獲批該專業高校數量的204倍，并且有6位院士作為專業學科帶頭人，助力人才培養，該專業獲批情況如圖1所示.

圖1 2016-2020年獲批開設“數據科學與 大數據技術”專業的高校[4]

2020年6月，我國擁有了第一批“數據科學與大數據技術”專業的本科畢業生.目前，如何將大數據專業辦好，如何培養出更加符合社會需求的大數據專業合格人才，仍然是眾多高校面臨的難點問題.過去的4年中，教育部和大數據教育聯盟等多個教育指導部門召開了多次專業建設討論會議，眾多數據科學與大數據技術領域專家和教育專家提出了寶貴意見[5]，如校企協同育人，立足標準認證、以賽促學、實踐育人等切實可行的人才培養措施和方案.各普通高校在踐行教育機制改革的同時，也不斷接收來自教學方法改革、人才能力需求、政策落實與實施等各方面的挑戰與考驗.

2 農業院?！皵祿茖W與大數據技 術”專業建設

2.1 農業院校開設大數據專業定位

我國是一個擁有悠久歷史和文化傳承的農業大國，面對信息化產業的快速發展，國內農業發展正在由傳統以人力為主的農耕模式向智慧農業方向快速轉變.隨著數字生態、智慧農業和農業信息化技術等先進信息技術手段深入參與農業生產的全過程，農業、農村大數據技術及智能化技術已成為農業現代化的重要手段.例如生物信息分析、農作物動物育種基因測序、農村土地資源分析、動植物表型信息分析、作物模型統計分析和地區污染治理等現代農業技術中，大數據技術與應用都起到了關鍵性作用.現代農業的發展通過大數據技術的支持，向著更加精準、智能、高效、安全與生態的方向發展.因此，農業院校很有必要開設大數據專業，而且培養目標必須與學校辦學定位和農業信息化發展需要相一致，專業建設應當發揮農業院校的特色優勢，同時還要遵循工程教育理念，構建應用型新工科培養方案；與學校人才培養目標銜接，找準專業定位；結合優勢學科，建設多方協同、交叉融合的學科新體系.

2.2 基于OBE的人才培養方案建設

2.2.1 以產業對人才的需求為導向

過去高校培養人才是先建立人才培養目標和課程體系，從理論研究層面論證本專業建設方向，人才培養模式更適合研究型人才培養需要.久而久之，學校培養出的本科畢業生實際產出能力與社會和企業需求嚴重脫節，甚至一度出現企業拒絕接受沒有從業經驗的應屆本科畢業生的現象.與此同時，接受高等教育的學生人數卻呈現逐年增長趨勢，畢業生過剩與單位用人缺口加大的矛盾日益突出.一方面是高校應屆本科畢業生很難找到滿意的工作，另一面卻是企業和用人單位招不到符合條件的合格員工，這對社會資源和人才資源都是巨大的浪費.隨著信息技術在社會生產生活中的深度應用，傳統教學模式下培養出的“理論型人才”已經不能滿足日益增長的信息化技術應用需求，企業與社會更加需要“產出型”人才，為信息化社會做作出更大貢獻.因此高校培養模式急需進行深度改革，要由傳統的面向學科目標培養人才轉變為面向社會需求培養人才，由以目標導向建立專業培養體系轉變為以產出導向建設專業培養體系.

2.2.2 專業人才培養目標及畢業要求

數據科學與大數據技術專業培養學生的目標應兼顧學校人才培養定位和學科期望兩個方面，根據社會職業需求明確服務目標，制定突出職業能力體現的畢業要求；在課程體系建設、課程教學過程和課程考核評價的培養全周期中支撐畢業要求的達成.根據學生畢業就業后3～5年的和綜合表現和發展反饋，檢視培養目標是否達成，對培養目標動態調整，以期制訂出更加符合職業和行業需要的人才培養方案，實現從人才培養定位到綜合素質提升全過程動態循環的閉環設計，如圖2所示.

圖2 培養定位與畢業要求的閉環設計

2.3 農業大學建設大數據專業實施方案

數據科學與大數據技術專業屬于交叉融合專業，專業知識體系中包含了計算機科學、數學與統計學，結合農業大學在農業農村科學技術及應用方面的優勢資源，開設體現農業大數據應用的數據科學與大數據技術專業，這是國家對農業農村現代化發展的需要，也是現代信息化農業大學學科發展的迫切需要.以甘肅農業大學為例，在數據科學與大數據技術專業建設過程中，通過專業課程體系設計、校企協同育人方案制定及產教深度融合機制建設等方面制定了符合農業院校大數據人才培養需求的詳細實施方案.

2.3.1 課程體系設計

甘肅農業大學數據科學與大數據技術專業課程體系設置將所有課程歸并為通識教育、專業教育、實踐教育和個性化發展教育四大平臺，實現分層分類培養.在人才培養過程中，除了加強基礎素質培養，還加入了農業信息化和農業大數據應用等個性化課程，重點培養學生的工程實踐應用能力和實踐技能創新能力[6].為了與企業人才需求相適應，在課程體系設計中，充分考慮企業人才培養意見，合作研發大數據實訓平臺和在線課程，開展產教融合、協同育人的深度合作[7].

2.3.2 高素質專業化師資隊伍建設

均衡化、適應性和高質量的教育教學是我國教育一直追求的目標之一.教師的知識需要不斷更新，專業技能也需要與理論知識相結合才能相互支撐并產生實際效益.因此大數據專業教師除了完成必要的日常教學、科研任務以外，還要著重進行專業師資培養及專業技能提升，這是實現教育強國的前提和保障.

2.3.3 產教融合，校企協同育人機制建設

甘肅農業大學數據科學與大數據技術專業是國家設立的“新工科”專業之一，為了培養出合格的大數據應用型人才，同時打破人才供給側和產業需求側的壁壘，一定要堅持深化產教融合，實行校企協同育人模式.整合企業優勢資源，實行“3+1”人才培養模式，并且聯合企業和行業專家參與到專業培養方案的論證和調整過程，反復修改形成了最終的2020版專業培養方案.同時在校企聯合培養模式、人才培養創新工程、新工科專業課程教育資源、學生教育管理創新體系以及研發團隊素質培養等方面開展了深度合作，制定了相應的合作計劃并正在實施.大數據專業產教融合培養機制如圖3所示.

3 以賽助學，組織學生積極參與高 質量認證

多年的教學實踐研究表明，師生通過積極參加科技競賽，參與認證學習和考試，能夠拓寬視野、提高實踐技能、培養創新意識和提升創新能力，同時也是全面提高專業培養質量的一種有效方式[8].除了可以彌補在校內固定培養課程體系中缺失的部分專業技能和知識外，通過參加本專業科技競賽和專業認證考核，還能使學生加深對專業理論知識的理解，理論聯系實踐，提高大數據技術實際應用水平，逐步成長為真正符合企業和用人單位需求標準的大數據人才.

國家教育管理部門和信息科技領先企業紛紛為助力大數據人才培養舉辦了數據科學與大數據技術領域的相關競賽和認證.國內企業為了支持產教融合，也開設了不少面向國內高校本科生的專業科技競賽，例如華為科技有限公司聯合華為授權培訓中心面向高校大數據相關專業舉辦的“華為中國大學生ICT認證大賽”,以及進階級別的“鯤鵬”認證、“鴻蒙”認證等，鼓勵并組織學生積極參與到專業技能競賽和認證考試中，助力高校培養出更加符合行業需求的大數據專業人才.國際知名權威培訓機構和研究型企事業單位也開設了不少含金量很高的大數據相關專業認證學習和培訓.表1列舉了部分代表性的國內外知名機構開設的認證信息.

圖3 新工科產教融合培養機制

表1 部分國內外大數據與數據科學領域的競賽和認證

4 大數據專業教育可持續發展

4.1 立德樹人，專業教育融入思政元素

我國的教育一直堅持將德育放在首位，高校教育更是要以人為本，立德樹人.課堂是教師傳道授業的“舞臺”，也是學生學習成長的“苗圃”.在專業課程教育教學的設計中，充分利用課堂這個主陣地,在理論課程和實踐課程設計中充分融入思政元素，關注于核心價值觀導向和知識傳播統一的課程目標[9].專業課程教學設計的過程中深度挖掘思政教育元素，培養學生的辨證思維能力，堅定大學生的愛國情懷，牢固樹立為祖國繁榮昌盛而努力奮斗的學習目標，增強歷史使命感和歷史責任感，全面提高大學生綜合素質，這是培養新時代具有民族氣魂的青年科技創新人才的重要要素[10-11].

4.2 以本為本，高質量專業教育核心要素

本科不牢，地動山搖，本科教育是專業教育的根基.專業、課程、教材和技能是本科人才培養的四個核心要素.在農業院校中，大數據專業的定位是培養農業現代化大數據應用型人才.專業課程設置除了體現大數據專業課程體系外，還要加入農業大數據、農業信息化等課程，添加智慧農業和農業產業數據分析實習實踐項目，同時將專業教師的最新研究成果引入專業教學，提升學生的綜合應用能力，體現本學科的交叉專業特色，同時不斷完善專業課程體系，調整課程結構，加強課程的系統化，避免碎片化.教材是人才培養的主要劇本，是知識傳播的載體，是課程教學的依據，也是師生教學的工具，更體現著一個國家、一個民族的價值觀體系，教材建設也是專業教師需要持之以恒投入精力和熱情完成的事業.編寫、錄制和選用更新的、高質量的、形式化多樣的教材和電子教材進行教學和輔助教學，可以幫助教師和學生拓寬視野，提升教育教學水平，達到良好的學習效果.另外，專業學生的培養過程中，以產出為導向，重視實踐技能教育，加大實踐技能學分，增加創新教育和創新學分，培養出符合產業需求的應用人才.

4.3 應用能力，大數據專業培養基礎

轉變傳統教學中輸入性知識導入教學模式，以培養專業能力，著重應用型產出為教學目標.這就要求一方面專業教師要不斷提升自身能力水平，理論知識和專業應用技能均達到教學能力要求，這樣才能夠清晰認知大數據專業培養的人才具體需要滿足什么樣的社會需求；另一方面，還要充分應用課程改革以及校企合作等手段，重點加強和培養學生解決復雜工程技術問題和實際農業信息數據處理和分析問題的能力水平.因此，改革傳統課堂教學“知識輸入”的單向模式，增加互動教學環節，融入創新課程和專業技能競賽及認證，激發學生主動學習的精神，努力將理論知識應用在具體農業大數據項目開發中.把過去以教師教學為主導，逐步轉變為以學生學習為主體，這是由“術”到“道”的轉變.

4.4 “互聯網+”和“智能+”在線教學模式助推 專業教育“雙聲道”

疫情改變了傳統的線下課堂授課模式.隨著疫情防控的常態化，大學更深刻的認識到多種教學模式、多種教學手段和多種教學環境將在專業教育領域中承擔更重要的“角色”.無論是課堂教學還是線上教學，學習的主角永遠都是學習者本身.互聯網和人工智能技術將更多地應用于教學的各個環節，例如慕課教學，網絡教學平臺、虛擬仿真試驗環境和智慧教室等等多種教學資源，輔助傳統課堂教學，以期達到更好的學習效果.

5 甘肅農業大學大數據專業建設成 效

甘肅農業大學自2018年招收第一批數據科學與大數據技術專業本科學生以來，目前已連續4屆共招生245人.為了優化專業結構，加強專業內涵建設，學院自主設計了專業建設方案，并邀請校外同專業專家和行業企業內專家共同評審修訂，目前已形成了2018和2020兩版專業培養方案與相應的教學計劃，與3家企業達成以交叉融合、產學研合作為目標的校企“3+1”聯合培養計劃，主要培養目標為大數據應用技術高素質人才.在具體培養過程中，學院根據不同類型的人才特點，結合甘肅省對大數據人才的需求，凝練具有西北農業特色的大數據人才培養體系，初步定為“大數據+綠色”農業服務，助力地方經濟的發展.以就業為導向，開展全方位立體式(專業拓展模塊—技能認證模塊—集中實踐模塊)大數據專業實踐教學體系，培養理論與技能并重的大數據高素質人才.與此同時，組織師生積極參加職業技能考證培訓，如數據挖掘工程師、高級大數據分析工程師和大數據系統運維工程師等.在教學團隊建設方面，以課程建設為基礎，以專業教學領域的專家為團隊帶頭人，實行內培外引的人才培養策略，將青年教師派駐企業學習，逐步形成以教授、副教授、講師、助教組成的結構合理的教學團隊.

6 結語

在國家現代信息技術高速發展的轉型時期，新工科專業“數據科學與大數據技術”需要制定科學合理及有效的專業建設方案和人才培養體系，才能夠更好地滿足國家現代化發展對信息化科技人才的需求.甘肅農業大學數據科學與大數據技術專業建設團隊立足于“新工科”建設背景，面向智慧農業、生態大數據、數字甘肅及西部農業物聯網等國家和地方經濟社會發展需求，努力優化專業師資隊伍，完善專業實踐教學平臺，踐行校企協同育人機制，及時總結辦學經驗，調整優化人才培養方案.未來，甘肅農業大學數據科學與大數據技術專業將繼續秉持“敦品勵學，篤志允能”的校訓，不斷完善和優化專業結構，提高大數據應用型人才培養質量[12].