大學(xué)數(shù)據(jù)素養(yǎng)類融合課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

趙宏 高裴裴 梁賽

摘 要：建設(shè)融合課程是推動(dòng)“四新”專業(yè)建設(shè)的有力抓手。本文以新文科為例，研究和探索了智能計(jì)算技術(shù)服務(wù)于“四新”專業(yè)的融合課程體系的構(gòu)建方法。同時(shí)基于“五融合”的課程建設(shè)理念，建設(shè)了位于融合課程框架底層邏輯的“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程，并提出了采用研究性教學(xué)實(shí)現(xiàn)“五融合”及課程目標(biāo)的有效教學(xué)路徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)素養(yǎng);融合課程;智能計(jì)算;新文科;研究性教學(xué)

高等教育要以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想統(tǒng)領(lǐng)工作，大力發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科和新文科^[1]。“四新”專業(yè)就是在人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、基因工程、虛擬技術(shù)、5G技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展，各專業(yè)與新技術(shù)越來越多地融合的大背景下提出來的。教育部新文科建設(shè)工作組發(fā)布的《新文科建設(shè)宣言》，提出新文科的推進(jìn)要“守正創(chuàng)新”，要與現(xiàn)代信息技術(shù)融合。建設(shè)“四新”專業(yè)，已成為引領(lǐng)帶動(dòng)高校優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)專業(yè)建設(shè)質(zhì)量提升、推動(dòng)形成高水平人才培養(yǎng)體系的核心驅(qū)動(dòng)力。“新文科”之新首先在于新科技發(fā)展與文科融合引致的文科新增長(zhǎng)點(diǎn)和傳統(tǒng)文科專業(yè)、課程以及人才培養(yǎng)模式的更新?lián)Q代^[2]。

交叉融合是“四新”專業(yè)的關(guān)鍵詞，已有高校開展了相關(guān)工作。山東大學(xué)加強(qiáng)文科專業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，促進(jìn)交叉復(fù)合人才培養(yǎng)，鼓勵(lì)跨學(xué)院、跨學(xué)科共建20個(gè)以上突出交叉融合、適應(yīng)和引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的新興文科人才培養(yǎng)項(xiàng)目^[3]。鄭州大學(xué)法學(xué)院基于新文科背景下高等學(xué)校法學(xué)專業(yè)課程建設(shè)呈現(xiàn)出的交叉融合趨勢(shì)，探討了交叉性對(duì)原有法律專業(yè)知識(shí)融入的兼容問題^[4]。

西南財(cái)經(jīng)大學(xué)認(rèn)為融合是“新文科”建設(shè)的核心理念，新文科是融合社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的成果，要開展跨學(xué)科研究^[5]。山東財(cái)經(jīng)大學(xué)在地方財(cái)經(jīng)類高校的計(jì)算機(jī)通識(shí)課體系建設(shè)中，注重加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的交叉融合分析，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)^[6]。

建設(shè)融合課程是“四新”專業(yè)建設(shè)的有力抓手。然而目前真正具有鮮明專業(yè)交叉融合特色的課程/課程體系還有待落地。以新文科與提高學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的新技術(shù)融合課程為例，課程建設(shè)的相關(guān)難點(diǎn)問題主要集中在：（1）新技術(shù)類課程教師不了解文科的基本問題，而文科教師對(duì)新技術(shù)不敏感，對(duì)新技術(shù)和新趨勢(shì)有畏難情緒;（2）目前融合課程的現(xiàn)狀是將新技術(shù)類課程和文科課程進(jìn)行生硬的組合而非有機(jī)融合，對(duì)于如何使新技術(shù)服務(wù)于文科這個(gè)根本問題少有回答，新技術(shù)類課程與文科實(shí)際問題脫節(jié)。因此，在新文科融合課程的建設(shè)中，首先需要來自不同學(xué)科背景的教師的融合;進(jìn)而是共同探討和解決新技術(shù)如何與文科深度融合的問題，即回答如何用新技術(shù)為解決文科問題提供新方法的問題;最后是建設(shè)相關(guān)的融合課程。

探索如何建設(shè)新技術(shù)與專業(yè)有機(jī)深度融合的課程，是“四新”專業(yè)建設(shè)過程中面臨的必須回答的問題。本文以新文科為例，研究和探索智能計(jì)算等新技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“智能計(jì)算”）服務(wù)于“四新”專業(yè)的融合課程體系的構(gòu)建方法。對(duì)于融合課程，我們?cè)凇皩W(xué)生應(yīng)知應(yīng)會(huì)應(yīng)能什么？學(xué)生應(yīng)如何學(xué)習(xí)？學(xué)生應(yīng)如何被評(píng)價(jià)？”等方面進(jìn)行深入研究，提出“五融合”的課程建設(shè)理念，構(gòu)建新技術(shù)與文科深度融合的融合課程框架。同時(shí)，我們建設(shè)了位于融合課程框架底層邏輯的“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程，明確了能力、知識(shí)、素養(yǎng)三個(gè)方面的培養(yǎng)目標(biāo)，提出將P-MASE研究性教學(xué)模型作為實(shí)現(xiàn)成果導(dǎo)向教育（OBE）的一條有效教學(xué)路徑。

一、融合課程之“五融合”

當(dāng)下融合課程的建設(shè)不應(yīng)該僅僅是來自不同學(xué)科知識(shí)的組合，還應(yīng)該基于課程的特色和需求，體現(xiàn)出更多的有機(jī)融合。我們?cè)谌诤险n程的建設(shè)中遵從了“五融合”的課程建設(shè)理念。

1.學(xué)科內(nèi)容的有機(jī)融合——內(nèi)容融合

融合課程最重要的是要先選擇對(duì)學(xué)習(xí)者有意義的論題或概括性的問題，然后將相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容融合起來，找出共同的主題，再讓學(xué)習(xí)者來學(xué)習(xí)。因此，教學(xué)內(nèi)容是在新專業(yè)新需求的語境下，將新技術(shù)有機(jī)融入專業(yè)問題的求解中，使學(xué)生掌握用智能計(jì)算的手段去解決專業(yè)問題的新方法。

2.各學(xué)科教師的有機(jī)融合——教師融合

融合課程的特點(diǎn)要求不同專業(yè)背景的教師以及業(yè)界導(dǎo)師對(duì)來自不同專業(yè)的學(xué)生共同開課。不但向?qū)W生傳遞學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要充分發(fā)揮來自不同學(xué)科專業(yè)教師的科研特長(zhǎng)，在圍繞專業(yè)問題求解的過程中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的科研訓(xùn)練，學(xué)生在互助學(xué)習(xí)過程中逐漸建立起一定的交叉學(xué)科思維方式和科研素養(yǎng)。

3.教與學(xué)主體的有機(jī)融合——師生融合

融合課程還需要將教學(xué)過程中的兩個(gè)主體——教師和學(xué)生進(jìn)行有機(jī)融合。南開大學(xué)在2019年開始了“師生共同體”理念下的新一輪教學(xué)改革，基于師生共同體的教育主體的矢量特性、教育主體的平權(quán)特性、主體間和主體內(nèi)的相互作用、教育時(shí)空觀上的普適性等特性，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中，師師、師生和生生互動(dòng)在人才培養(yǎng)中的共同體作用^[7]。

4.教學(xué)與科研的有機(jī)融合——教學(xué)科研融合

課程采用研究性學(xué)習(xí)，將科研中處理問題的一般方法和科研產(chǎn)生的新技術(shù)新成果引入教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研的有機(jī)融合。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，結(jié)合專業(yè)學(xué)習(xí)從自然、社會(huì)和生活中發(fā)現(xiàn)一些跳一跳就可以解決的專題進(jìn)行研究，從中獲取融合的專業(yè)知識(shí)、掌握研究的基本方法。

5.高校與業(yè)界的有機(jī)融合——校內(nèi)外融合

緊跟當(dāng)前行業(yè)需求和發(fā)展動(dòng)態(tài)，以全方位的產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人模式，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生深入了解業(yè)界對(duì)人才的數(shù)據(jù)素養(yǎng)需求，學(xué)以致用，而非閉門造車。在教學(xué)案例來源方面，通過畢業(yè)生、企業(yè)訪談等形式，由高校和企業(yè)共同制作教學(xué)資源，補(bǔ)充真實(shí)的企業(yè)數(shù)據(jù)分析案例。同時(shí)根據(jù)需要邀請(qǐng)企業(yè)界走進(jìn)課堂。

二、融合課程框架

我們從新文科建設(shè)的內(nèi)容和模式要求入手，遵從“五融合”的課程建設(shè)理念，深入研究融合課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)團(tuán)隊(duì)等方面的內(nèi)容，形成以通識(shí)融合課程為基礎(chǔ)，以多門融合型專業(yè)課程為支撐，以虛擬仿真和實(shí)訓(xùn)類課程為綜合能力訓(xùn)練的新文科專業(yè)數(shù)據(jù)素養(yǎng)類融合課程框架。圖1是旅游專業(yè)新文科數(shù)據(jù)素養(yǎng)類融合課程框架示意圖。5B4A74C4-3A56-428B-B0CB-E589E66BDC92

該框架包括三個(gè)層次，位于最底層的是面向全體新文科學(xué)生的以數(shù)據(jù)處理和人工智能等新技術(shù)為主要內(nèi)容的專業(yè)通識(shí)基礎(chǔ)課程，命名為“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”。中間層是新技術(shù)深度融入傳統(tǒng)專業(yè)課程，改造提升后的新型專業(yè)融合課程（必修/選修）能夠?qū)I(yè)問題用新技術(shù)和新方法進(jìn)行創(chuàng)新處理，例如分析、預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)可視化等。最上層是綜合能力訓(xùn)練層，能夠使學(xué)生利用所學(xué)，解決專業(yè)或行業(yè)的真正問題，提高對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。例如，南開大學(xué)旅游專業(yè)采用酒店管理虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行綜合能力訓(xùn)練就是最上面這個(gè)層次的一個(gè)內(nèi)容。

三、通識(shí)融合課程建設(shè)

如圖1所示，位于融合課程框架最底層的是面向全體新文科學(xué)生的通識(shí)融合課程——新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)。新技術(shù)對(duì)于文科專業(yè)，其人才培養(yǎng)目標(biāo)不是培養(yǎng)專業(yè)的智能計(jì)算人才，而是核心能力的提升：使文科學(xué)生具有基本的數(shù)據(jù)處理能力并提升他們的數(shù)據(jù)素養(yǎng);能夠具有主動(dòng)使用智能計(jì)算技術(shù)去獨(dú)立或合作解決專業(yè)或生活中的問題的意識(shí)和能力。因此，作為專業(yè)通識(shí)課程，該課程在文科專業(yè)中的角色是為專業(yè)問題的求解提供新的思維方式、新的表達(dá)方式和新的問題求解路徑和方法。我們首先明確了該課程的核心能力目標(biāo)，進(jìn)而向下推導(dǎo)出知識(shí)目標(biāo)，向上提煉出素養(yǎng)目標(biāo);其次是發(fā)現(xiàn)一條實(shí)現(xiàn)三類目標(biāo)的有效路徑。

1.能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)

對(duì)于通識(shí)融合課程，既要強(qiáng)調(diào)智能計(jì)算知識(shí)的通識(shí)性，更要突出智能計(jì)算知識(shí)服務(wù)于專業(yè)問題求解的新思路和新方法。經(jīng)過深入研究我們認(rèn)為，在大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)課程中提出的3A5S能力培養(yǎng)模式同樣適用于“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程的能力目標(biāo)^[8]，即能想、能用和能創(chuàng)新性解決專業(yè)問題。不同之處在于，“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程把“能創(chuàng)新性解決專業(yè)問題”能力及相應(yīng)的“五會(huì)（會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、會(huì)團(tuán)隊(duì)合作、會(huì)求解問題、會(huì)寫科技論文及會(huì)成果展示）”作為課程能力目標(biāo)的重點(diǎn)。

圍繞“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程的能力目標(biāo)，向下推導(dǎo)出相應(yīng)的知識(shí)目標(biāo)，即要教會(huì)“四新”專業(yè)學(xué)生要學(xué)會(huì)哪些基本的智能計(jì)算知識(shí)和方法才能實(shí)現(xiàn)上述的能力目標(biāo)。圍繞使用智能計(jì)算技術(shù)求解問題的范式，知識(shí)目標(biāo)應(yīng)包括如下四個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）專業(yè)問題的數(shù)據(jù)表達(dá)方法。了解和掌握從專業(yè)問題空間到數(shù)字空間映射的基本方法。

（2）基本的數(shù)據(jù)分析和處理方法。了解和掌握主要的數(shù)據(jù)分析和處理方法及各種方法的應(yīng)用場(chǎng)景。

（3）結(jié)果的基本分析方法。了解和掌握對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本方法，以及各方法的應(yīng)用場(chǎng)景。

（4）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方法。了解和掌握原始問題以及問題求解結(jié)果的有效表達(dá)方法，重點(diǎn)是數(shù)據(jù)可視化的基本概念和方法，它不僅用來展示研究結(jié)果，更有助于在研究初期快速發(fā)現(xiàn)問題，洞察其內(nèi)在規(guī)律，挖掘有價(jià)值的研究方向。

圍繞“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程的能力目標(biāo)，向上提煉出如下的素養(yǎng)目標(biāo)。

（1）數(shù)據(jù)素養(yǎng)及技能。數(shù)字素養(yǎng)與技能是數(shù)字社會(huì)公民學(xué)習(xí)工作生活應(yīng)具備的數(shù)字獲取、制作、使用、評(píng)價(jià)、交互、分享、創(chuàng)新、安全保障、倫理道德等一系列素質(zhì)與能力。提升大學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能，是數(shù)字時(shí)代的要求。

（2）計(jì)算思維。學(xué)生具有與人的“思維”方式不同的計(jì)算機(jī)“思維”方式，能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類活動(dòng)，能用自己的智慧去嘗試在計(jì)算時(shí)代下求解問題的新方法。如果學(xué)生能從計(jì)算機(jī)的角度去想問題，也就掌握了計(jì)算思維。

（3）學(xué)科交叉思維。學(xué)科間的交叉融合，特別是文理交叉，能夠培養(yǎng)學(xué)生將文科的發(fā)散性思維的特點(diǎn)和理工科的收斂性思維的方式相結(jié)合，具有學(xué)科交叉思維，為未來創(chuàng)新做好思維模式的準(zhǔn)備。

（4）科研素養(yǎng)。科學(xué)素養(yǎng)是指一個(gè)人在從事某項(xiàng)工作時(shí)應(yīng)具備的科學(xué)素質(zhì)及修養(yǎng)。科研素養(yǎng)已經(jīng)成為大學(xué)生的必備素養(yǎng)。科研素養(yǎng)可以幫助培養(yǎng)學(xué)生們的領(lǐng)導(dǎo)力、激發(fā)創(chuàng)造力，這在未來的學(xué)習(xí)和工作中都有很大價(jià)值，使其更具有創(chuàng)新性想法和競(jìng)爭(zhēng)力。

2.有效教學(xué)路徑

提高課程挑戰(zhàn)度的關(guān)鍵就是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)通過基于元認(rèn)知策略的學(xué)習(xí)活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)整合知識(shí)、積極主動(dòng)、合作探究，對(duì)知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和深度加工，目標(biāo)是發(fā)展高階思維和問題解決能力，是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)、促進(jìn)全面發(fā)展的積極的、有意義的學(xué)習(xí)^[9]。為提高“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程的挑戰(zhàn)度，整個(gè)教學(xué)過程采用基于P-MASE模型的研究性學(xué)習(xí)方式，該模型被應(yīng)用于每一章的問題求解的小循環(huán)和整個(gè)課程的綜合問題求解的大循環(huán)中。P-MASE模型是由南開大學(xué)研究性教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2018年設(shè)計(jì)構(gòu)建的，包括五個(gè)遞進(jìn)環(huán)節(jié)，即引入問題（Problem）、尋找方法（Method）、科學(xué)分析（Analysis）、有效解決（Solution）、效果評(píng)價(jià)（Evaluation）^[10]。研究性教學(xué)過程始于引入專業(yè)問題，其間歷經(jīng)尋找合適的探究方法、進(jìn)行科學(xué)縝密地分析、及時(shí)有效地解決問題和最終探究效果的評(píng)價(jià)等教學(xué)與學(xué)習(xí)過程，而相互聯(lián)系的各個(gè)環(huán)節(jié)則充分體現(xiàn)了研究性教學(xué)的目標(biāo)進(jìn)階和分步實(shí)施等特征。

在教學(xué)中采用研究性教學(xué)這一路徑，不但將教學(xué)與研究進(jìn)行有機(jī)融合，還要將不同專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容、交叉學(xué)科教師和同學(xué)以及高校和業(yè)界有機(jī)地融入整個(gè)教學(xué)中，促進(jìn)“五融合”課程理念的落地。表1以旅游專業(yè)“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”課程中的大數(shù)據(jù)可視分析模塊為例，具體介紹了如何通過采用P-MASE模型進(jìn)行研究性教學(xué)，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的課程目標(biāo)和“五融合”特性。

四、結(jié)語

融合課程是推動(dòng)“四新”專業(yè)建設(shè)的有力抓手。與大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)相關(guān)融合課程不是一門孤立的課程，而是需要與專業(yè)深度且有機(jī)融合。南開大學(xué)基于“五融合”理念構(gòu)建了三個(gè)層次的新技術(shù)與專業(yè)知識(shí)深度深入融合的融合課程框架。在對(duì)位于融合課程框架最底層的專業(yè)通識(shí)融合課程“新文科智能計(jì)算基礎(chǔ)”的建設(shè)中，以“從能力培養(yǎng)到知識(shí)傳遞再到素養(yǎng)養(yǎng)成”為課程目標(biāo)，不僅注重了交叉學(xué)科課程內(nèi)容的融合，還注重了不同專業(yè)教師之間和師生之間的融合、教學(xué)與科研的融合以及高校和業(yè)界的融合。教學(xué)過程采用了P-MASE研究性學(xué)習(xí)路徑。從初步的教學(xué)實(shí)踐中我們明顯看到，在“五融合”的理念下，通過引入問題、尋找方法、科學(xué)分析、有效解決和效果評(píng)價(jià)5個(gè)研究性教學(xué)步驟，有效地體現(xiàn)了“五融合”，激發(fā)了學(xué)生的問題意識(shí)和探究興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，促進(jìn)了師生、生生、師師、校內(nèi)和校外之間多維度、多層次的互動(dòng)與交流，學(xué)生在思維和創(chuàng)新方面都有明顯提升。

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[本文得到了教育部新文科研究與改革實(shí)踐項(xiàng)目（2021020001）、天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃項(xiàng)目（B201005507）、教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2020新時(shí)代大學(xué)計(jì)算機(jī)賦能教育改革項(xiàng)目（2020-JZW-CT-A02）及教育部2020年產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（202002021004、202002021001）的支持]

[責(zé)任編輯：余大品]

趙 宏，南開大學(xué)融合課程建設(shè)校級(jí)團(tuán)隊(duì)帶頭人，教授。5B4A74C4-3A56-428B-B0CB-E589E66BDC92