關于道路工程專業人才數據處理能力提升的思考

韋 慧 袁梓楊

長沙理工大學交通運輸工程學院 湖南長沙 410114

習近平總書記曾在講話中強調高等教育的重要性，指出了對高等教育需求的迫切性，對科學知識、卓越人才渴求的強烈性。目前教育背景下訓練出來的工程專業學生不論是在綜合素質還是結構知識方面與工程實際需求仍有一定差距，工科學生教育仍存在較多不足。為此，對接新興產業培養，順應行業發展，既是第一要務，也是關鍵之舉。當前迅猛崛起的大數據、云計算、物聯網應用、人工智能、虛擬現實、智能建造等新技術沖擊著各行各業的發展，這些新技術對數據處理分析能力的要求越來越高，而相關的專業技術人才卻面臨嚴重的供給不足。重視科研創新能力的培養，對研究生的培養教育極為重要。研究生是高校科研創新的主力軍之一，數據處理相關的能力不僅是他們參與科學研究的必要素養，也是研究生教育的重要組成部分。數據處理相關課程教學內容的改革成為關系工科專業人才培養特色持續引領的關鍵，也是專業一流課程體系改革的要點和核心。如何整合數據處理交叉課程資源建立完整課程內容體系，使學生及時地了解和掌握數據處理理論的現狀和發展動向，使數據處理理論的教學內容與現代觀測技術發展趨勢相適應，是工程教學內容改革的重要內容。

1 道路工程專業研究生的數學能力素養現狀

道路工程專業是一個工程實踐應用較強的專業，其數據處理具有專業特性，一些常用的模型如路面使用性能數學模型、路面疲勞損傷模型、路基邊坡力學模型、統計模型等均涉及數據的分析處理。目前，道路工程專業涉及數學的課程主要由“矩陣論”“數值分析”“數理統計”“彈塑性力學”“道路工程結構數值分析方法”“隨機過程”等組成。這些課程大多是一些“通識”課程，目前高校中極少有開設針對專業方向特點的數據處理的課程，更談不上有專門的教材，這無疑給教學及學生實踐帶來了一定的困難。

良好的數據素養對科研能力的提升有錦上添花的作用。有學者通過分析學生的課程學習情況發現：數據能力培養相關課程在提高學生數據素養方面發揮了較大作用；不同學科對數據素養的需求具有差異性，數據素養教育與學生需求對接存在偏差。目前研究生教學中還缺乏對新觀測技術和對應新數據處理理論的內容，如多傳感器數據融合技術、智能決策技術、動態數據處理技術、大數據處理技術、優化算法等，更談不上與學科特點相關的數據處理應用的實踐。工科教學過程中不及時與實際工程相聯系，就會使教學內容落后。目前道路工程專業在培養數據處理能力這一方面有明顯不足，缺少系統地、有針對性地開展數據處理能力培養活動，難以滿足學生對提升數據能力的需求，這也不同程度地影響了學生對專業基礎課學習的積極性，有時甚至會影響學生的專業思想。我國研究生教育普遍實行導師制，研究生導師主要負責引導學生進行創造性學習、提高科研能力。但有學者調查發現，導師對研究生數據素養的重視程度整體還不算高，這對于提升研究生的教學質量極為不利。

近年來，一種不同于傳統的教育理念OBE(Outcome Based Education，是一種以學生的學習成果為導向的教育方式)得到推崇。成果導向教育亦稱為能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育。美國工程教育認證協會(A-BET)在其工程認證教育中引入了OBE的理念，并將OBE作為其人才培養準則。該理念立足社會需要和人的全面發展，注重學生發展成果，聚焦于學生所學以及畢業后對社會的貢獻，反過來對課程體系和教學環節進行及時調整，配置師資和教學資源，評估人才培養質量。成果導向教育正漸漸受到教育改革的重視，國內大學紛紛嘗試建立與規劃成果導向的教育模式，推動以成果為評價基準的課程與教學。

在OBE教育模式中，重點強調的是學生所學到的內容，而不是強調所用的學習方法和投入的學習時間。其核心問題是：想讓學生取得的學習成果是什么？如何有效幫助學生獲得相應的學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？OBE所奉行的教育理念以學生的能力培養、能力訓練作為教學的首要目標，不會過分強調教學內容，而是根據學生學習的情況來推動教學進程。在OBE教育模式下，教師對學習成果的定位極為重要，在關注學生學習成果的基礎上，有針對性地對設計教學活動和評價標準進行適當調整，以利于學生的學習。其優點可以概括為：①教育目標明確，學生可以通過觀察課程內容而了解到學習活動需要達到的明確目的。②評價標準明確，一方面評價標準可以作為校方用來評價學生的學習成績的重要指標，同時學生也可以通過對評價標準的認知與了解把握自身在學習活動上應當注意的方向。③評價指標多元化，通過不同的指標來對學生的能力素質進行綜合評價，以避免評價主體對于教育對象的主觀認識導致評價結果跟教育對象實際才能的偏差。

如何培養創新人才并使其發揮價值值得我們深思。近年來，我國培養的研究生人才數量逐年增多，但質量卻與國際水準有著較大的差距。道路工程專業面對新形勢，必須以道路工程新技術為導向，加強研究生發現問題、解決問題的能力。工程專業問題基本都來自實際工程應用，數據處理分析是解決工程實際問題的重要手段。OBE的最終目的在于能力的培養，為此，教學過程中強調數據處理相關知識與實際工程問題相結合，重視學生發現問題、提煉問題、分析問題和解決問題的能力培養是極為重要的。在此背景下，與數據處理能力相關的課程受到了廣泛關注，道路工程專業課程體系設計也必須將能力培養作為首位，而非僅僅包含學術知識體系。否則，有可能會出現許多學生在科研中不會運用所學知識進行數據處理的情況，所以要在以提高學生能力的基礎上，讓學生學會合理設計監測、觀測方案，并能從大量實測數據中獲取有用信息，并掌握數據處理的基本理論與方法，這樣才能使學生在遇到實際工程問題時能夠合理地運用，最終具備一定工程計算及設計能力。

2 道路工程專業數據處理能力培養策略

2.1 強化研究生導師數據處理能力建設

導師是研究生學習生涯中的“引路人”，也是研究生在開展學術研究中的第一個“典范”，會在各方面對學生造成潛移默化的影響。要想培養研究生將專業和數學理論相結合的能力，首先導師在思想上要提高認識，充分認識數據能力提升對研究生學習以及自身在科研、工作和生活中的重要性。同時加強導師指導，強化研究生對數據處理能力的培養，有意識地培養其對自身數據能力提高的自覺性和主動性，了解和掌握其在科學研究中的作用。

其次在行動上，導師要加強自身多學科交叉學習，如夯實基礎數學理論知識，加強人工智能、深度學習、Python、Origin、Matlab等相關技術和軟件的學習。加強對數據處理能力相關知識研究，不斷豐富自身知識，多走入工程一線，發現工程問題，并積極運用專業和數學理論知識解決問題，形成工程案例庫，作為日常培養研究生數據能力提升的教材。通過生動的工程案例，讓研究生在學習工程數據處理分析方法時想學、會學、會用。

2.2 道路專業數學素養課程改革

目前，大多數研究生多采用Excel、Matlab等軟件進行數據整理和誤差分析，如果學生缺乏一定的數學素養則會導致對實驗結果進行誤判，從而降低實驗效率或者得出錯誤結論。高校對于研究生能力的培養也往往停留在數值計算、論文撰寫、實驗操作能力等方面，而在主動學習、數學理論運用、理論結合實際能力等方面的培養有所欠缺。課程體系上，道路工程專業涉及數學的課程主要由矩陣論、數值分析、數理統計、彈塑性力學、道路工程結構數值分析方法、隨機過程等組成。這些課程大多是一些“通識”課程，是進行工程數據分析的基礎。當前，多傳感器數據融合技術、動態數據處理技術、大數據處理技術、人工智能、深度學習等技術在道路工程領域逐步得到了應用，通過引入新技術的算法來解決傳統觀測數據處理的問題。為此，在新一輪的研究生培養方案的制訂過程中，應增加數據處理能力類課程的比例，尤其是當前一些熱點如人工智能、深度學習等課程的學習。同時，授課教師隊伍的配置也應進行相應的改革，不僅要包括數學類的理論老師，還應增加數學功底強的專業老師，在課程體系改革中引入工程案例教學，通過工程案例中的數學應用，充分發揮學生積極主動性，將理論聯系實際，有效提升研究生分析解決實際問題的能力。通過案例分析，讓研究生能夠深刻感受到數據處理在實際應用中的重要性，引發他們對自身能力和實際應用需求之間差異的思考，從而產生對數學理論學習的動力，并積極運用所學理論知識分析具體案例，使個人的思維能力和數據分析以及處理能力都得到提升。

此外，還可以增設一些實驗操作課程，通過實際的實驗操作，調動學生自主思考的能力，啟發學生主動思考如何將已學理論知識與實驗有機結合，并深度思考如何有效采集數據和進行處理數據，讓學生在動手的過程中對所學知識進行融會貫通，加深對實驗的理解，提高研究效率。

2.3 充分發揮網絡教育資源平臺的優勢

現在網絡學習平臺眾多，知名高校數據處理能力教學資源的開放共享，讓更多的研究生得到了鍛煉學習。目前，線上學習的重要性逐步提高，網絡教育也日漸成為獲取知識的新途徑。目前市面上有眾多平臺可供選擇，例如超星學習通的網絡教學平臺，上面不僅有知名高校發布的數字資源，本校老師也可以在平臺建立資源庫，上傳教學視頻和資料，增加討論主題，利用網絡平臺的便捷性開展形式多樣的在線交流、主題討論以及師生互動答疑等。憑借教學信息化，充分加強老師與學生、學生與學生之間的互動和交流更加便捷，學生討論與探索的積極性也得到提升。通過網絡教育平臺，學生不僅能夠同校內老師和學生進行交流，還可以同校外甚至國外的老師和專家進行探討。對于研究生來說，相互交流以及互換意見能夠有效地提高研究能力，形成一種良好的科研氛圍。此外，通過知名高校的數據處理能力教學資源的開放共享，就算是普通高校的研究生也能夠獲取到這些高質量學習資料，這無疑是對研究生學習的巨大幫助和支持，使其獲得更多學習與鍛煉的機會。

但網絡教育也有其短板，平臺功能太多太雜、教學設計結構不合理、學習資源參差不齊等對研究生學習的主動性和專注度提高了要求，學習的深度也有可能不夠。通過將網絡教育平臺同導師自我提升以及教育改革的有機結合，能夠發揮各自的優勢，提高數據處理能力教學效率，降低研究生獲取資源的難度，提高學習主動性和積極性，從而提高研究效率，起到1+1+1>3的效果。但是想要將其落實并發揮出應有的作用不僅僅需要得到各方的重視，而且要充分合作并為此付出一定的努力。

3 總結

數據處理是研究生完成科研的一個重要過程，也是研究生教育不可或缺的一部分，能夠正確處理數據應該是每一位工科研究生的基本素養。在高等工程教育推動成果導向教育的過程中，一致強調能力本位。時至今日，我國在校研究生數據素養參差不齊，國內各大高校在數據能力培養方面還有很長一段路要走。科學研究離不開數據分析，數據是大部分科研活動的事實依據，大多數科學結論都建立在數據的基礎上。隨著交通大數據、物聯網、人工智能、5G網絡、北斗技術等相關技術和理念的出現，道路工程中數據處理技術與現有教學內容都將發生深刻的變化，重新定位道路工程核心課程教學目標，以研究生培養目標為導向，梳理道路專業核心課程的教學內容，完善數據處理技術相關課題的設置是極其必要的。對于優化研究生教學體系，提升研究生的科技創新能力，增強科研成果的說服力有著重要意義。