基于OBE的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐

曹 峰，張 虎，曹付元，高嘉偉，張 婧

（1.山西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006；2.太原學(xué)院 數(shù)學(xué)系，山西 太原 030032）

0 引言

大數(shù)據(jù)已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)生機(jī)蓬勃，已對人類社會和生產(chǎn)生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響［1］。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的迅猛擴(kuò)展，社會、市場面臨著大數(shù)據(jù)人才嚴(yán)重匱乏的態(tài)勢［2］。2011年后，哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院等知名高校面向本科生開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)、大數(shù)據(jù)相關(guān)課程；中國人民大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)等高等院校最早啟動數(shù)據(jù)科學(xué)課程的建設(shè)工作。然而，數(shù)據(jù)科學(xué)課程的目標(biāo)學(xué)生群體主要為研究生。隨著大數(shù)據(jù)在我國各領(lǐng)域和行業(yè)迅速滲透，數(shù)據(jù)科學(xué)研究生的培養(yǎng)已無法滿足社會對大數(shù)據(jù)人才的需求。因此，通過培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)本科生來提供大量優(yōu)質(zhì)的大數(shù)據(jù)人才，解決大數(shù)據(jù)人才短缺的困境勢在必行。

在此背景下，2016年后我國設(shè)立數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)本科專業(yè)，開啟了全國范圍內(nèi)大數(shù)據(jù)本科人才培養(yǎng)之路。高校作為創(chuàng)新型人才的主要培養(yǎng)基地，積極增設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，率先開始培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)人才。北京大學(xué)、中南大學(xué)和對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)成為首批建立該專業(yè)的3所高校，隨后中國人民大學(xué)等多所院校相繼增設(shè)該專業(yè)。截至2022年，已有600余所高校設(shè)立了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)本科專業(yè)。

隨著設(shè)有數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)本科專業(yè)的高校數(shù)量增加，如何進(jìn)行專業(yè)建設(shè)、培養(yǎng)高素質(zhì)大數(shù)據(jù)人才便成為各高校需要共同解決的難點(diǎn)問題［3-4］。成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念源于美國，目前已被世界范圍內(nèi)的眾多教育工作者所接受并推廣。該理念重視學(xué)生學(xué)習(xí)成果，被認(rèn)為是一種教育理念的革新，目前已被廣泛應(yīng)用于理論課程教學(xué)改革、實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建、人才培養(yǎng)模式探索等教學(xué)改革研究領(lǐng)域，取得了一系列豐富的應(yīng)用成果［5-9］。因此，針對國家、地方對大數(shù)據(jù)人才的迫切需求，應(yīng)結(jié)合專業(yè)特色，探索基于OBE的專業(yè)建設(shè)與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式，對推動專業(yè)蓬勃發(fā)展，培養(yǎng)優(yōu)秀大數(shù)據(jù)人才，深入實(shí)施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略具有積極意義。

1 相關(guān)研究

自數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)技術(shù)專業(yè)設(shè)立以來，學(xué)者們積極開展專業(yè)建設(shè)探索與改革。桂勁松等［10］針對新工科背景下數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的建設(shè)問題，遵循國際工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，從專業(yè)培養(yǎng)方案與培養(yǎng)角度出發(fā)，對專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、培養(yǎng)模式等方面進(jìn)行探討。張小松等［11］探索并構(gòu)建符合新工科要求，培養(yǎng)能從事大數(shù)據(jù)相關(guān)工作的應(yīng)用型和創(chuàng)新型大數(shù)據(jù)專業(yè)技術(shù)人才為目標(biāo)的課程體系。賈蓓［12］提出培養(yǎng)跨學(xué)科思維與專業(yè)能力為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的核心要求，給出了人才培養(yǎng)中所涉及的知識能力要求，為其他新建該專業(yè)的高校在人才培養(yǎng)提供了參考。石兵等［13］在調(diào)研國內(nèi)外數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)上，探討了如何構(gòu)建多層次、多類型、健全的卓越大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)體系。史夢安等［14］圍繞應(yīng)用型本科院校的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)開展研究，圍繞專業(yè)特點(diǎn)與人才培養(yǎng)定位，分析與該專業(yè)相關(guān)專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，提出了該專業(yè)知識體系架構(gòu)和課程信息化建設(shè)策略。

隨著OBE理念在國內(nèi)迅速推廣，基于OBE的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)受到了越來越多學(xué)者的普遍關(guān)注，成為當(dāng)前專業(yè)革新的一種新模式。李衛(wèi)強(qiáng)等［15］基于OBE理念從培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)、課程體系、實(shí)施評價(jià)方面闡述地方高校大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設(shè)方案。張曉明等［16］針對大數(shù)據(jù)技術(shù)課程教學(xué)存在的典型問題，基于OBE理念提出教學(xué)目標(biāo)和評價(jià)方案，詳細(xì)闡述了大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)踐架構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。張俊麗等［17］針對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)中存在的問題，基于OBE教育理念從學(xué)科人才培養(yǎng)方法與培養(yǎng)模式角度，系統(tǒng)研究了學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生畢業(yè)條件、課程體系的構(gòu)建思想。然而，我國數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)仍處于初級階段，因此基于OBE理念的專業(yè)建設(shè)還處于探索階段。

2018年山西大學(xué)成為第三批設(shè)立數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的高校之一，開始培養(yǎng)本科生。近4年間該專業(yè)所有任課教師通過不斷探索、改進(jìn)教學(xué)理念與方法，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)［18］。但由于該專業(yè)仍處于建設(shè)初期，因此存在以下問題尚待解決：①課程體系無法較好體現(xiàn)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院在智能信息處理、人工智能等方面的學(xué)科特色，培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系有待進(jìn)一步優(yōu)化；②理論與實(shí)踐課程資源相對欠缺，需要進(jìn)一步完善與充實(shí)；③從事大數(shù)據(jù)科研和教學(xué)工作的教師數(shù)量不足；④大數(shù)據(jù)實(shí)踐環(huán)節(jié)無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求，需進(jìn)一步深入研究，加強(qiáng)實(shí)踐設(shè)計(jì)。

因此，本文將OBE理念引入山西大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)，改革現(xiàn)有專業(yè)建設(shè)的不足之處，以產(chǎn)出高質(zhì)量大數(shù)據(jù)人才為導(dǎo)向，立足于山西，服務(wù)于全國，探索一套特色鮮明、可擴(kuò)展且涵蓋面更廣的專業(yè)建設(shè)模式。該模式的構(gòu)建將為其他同類院校的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)起到積極的示范和帶動作用。

2 OBE專業(yè)建設(shè)模式

本文立足于山西省數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)發(fā)展，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，構(gòu)建OBE學(xué)習(xí)成果評價(jià)、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、師資隊(duì)伍和實(shí)踐平臺“五位一體”的專業(yè)建設(shè)模式，如圖1所示。

Fig.1 Five-in-one pattern for the major construction based on OBE concept圖1 基于OBE的“五位一體”專業(yè)建設(shè)模式

2.1 基于OBE的學(xué)習(xí)成果評價(jià)體系

OBE的核心概念包括學(xué)生中心、成果產(chǎn)出和持續(xù)改進(jìn)，三者的關(guān)系如圖2所示。該模式相較于其他教育理念的不同之處在于從學(xué)生角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的中心性，同時(shí)注重目標(biāo)性和學(xué)習(xí)產(chǎn)出成果。

Fig.2 OBE concept connotation圖2 OBE理念內(nèi)涵

OBE重視學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出，因此如何評價(jià)被教育者的學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出是專業(yè)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)成果評價(jià)體系是評價(jià)教學(xué)活動成效、持續(xù)改進(jìn)教學(xué)理論與教學(xué)方法的重要依據(jù)。因此，本文對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，基于OBE的學(xué)習(xí)成果評價(jià)主要從專業(yè)知識、專業(yè)技能兩個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建多視角評價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

Table 1 OBE based learning achievement evaluation system表1 基于OBE的學(xué)習(xí)成果評價(jià)體系

2.2 制定定位清晰的人才培養(yǎng)目標(biāo)

圍繞國家、地方、高校、企業(yè)、行業(yè)等大數(shù)據(jù)人才需求，兼顧學(xué)生內(nèi)在和長遠(yuǎn)發(fā)展需求，結(jié)合學(xué)校、學(xué)院特色，制定定位清晰的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)優(yōu)秀的大數(shù)據(jù)人才，滿足國內(nèi)尤其是山西省及周邊區(qū)域大數(shù)據(jù)人才需求。

具體培養(yǎng)目標(biāo)包括：①適應(yīng)國家現(xiàn)代化、信息化建設(shè)需要，具有良好的專業(yè)素質(zhì)、職業(yè)道德和社會責(zé)任感；②系統(tǒng)掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)知識、前沿方法和先進(jìn)技能；③大數(shù)據(jù)工程能力強(qiáng)，畢業(yè)后能從事大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、大數(shù)據(jù)可視化等工作；④具有良好的團(tuán)隊(duì)合作和組織、溝通能力，能成為團(tuán)隊(duì)核心成員或負(fù)責(zé)人；⑤具有終身學(xué)習(xí)意識、創(chuàng)新意識和國際視野。

2.3 構(gòu)建特色鮮明的核心課程體系

OBE以學(xué)生為中心，課程體系的合理性是OBE保障學(xué)生成為專業(yè)人才的關(guān)鍵要素。專業(yè)課程體系包括大數(shù)據(jù)的收集、處理、分析、應(yīng)用等核心技術(shù)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，旨在培養(yǎng)社會亟需的大數(shù)據(jù)處理與分析的高級復(fù)合型人才［19］。

為此，本文參考國內(nèi)一流大學(xué)課程體系設(shè)置，結(jié)合山西省本土特色和山西大學(xué)學(xué)科特色，設(shè)置基于OBE且特色鮮明的課程體系，以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生具備該專業(yè)所必需的基礎(chǔ)能力、分析展示能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力等。同時(shí)，專業(yè)課程體系設(shè)置應(yīng)與學(xué)生多方位能力培養(yǎng)相匹配，圖3展示了基于OBE的專業(yè)課程遞進(jìn)式金字塔結(jié)構(gòu)。

Fig.3 Progressive pyramid structure of professional core courses based on OBE圖3 基于OBE的專業(yè)核心課程遞進(jìn)式金字塔結(jié)構(gòu)

由圖3可見，在大數(shù)據(jù)分析展示能力培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)緊緊圍繞學(xué)科特色，選擇在數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域取得較好科研成果的教師開設(shè)相關(guān)課程，將科研與教學(xué)融為一體；在大數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)依托實(shí)訓(xùn)基地與科技創(chuàng)新平臺，開設(shè)大數(shù)據(jù)行業(yè)應(yīng)用案例等具有一定應(yīng)用背景的大數(shù)據(jù)課程，使學(xué)生深入理解課程內(nèi)容。

2.4 培養(yǎng)多元化的師資隊(duì)伍

培養(yǎng)一支在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)方面經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)知識扎實(shí)、專業(yè)素質(zhì)全面的多元化師資隊(duì)伍，是基于OBE的專業(yè)建設(shè)的基本保障。建設(shè)多元化師資隊(duì)伍主要采用“走出去”和“引進(jìn)來”策略。具體的，“走出去”指鼓勵(lì)教師赴國內(nèi)外優(yōu)秀大學(xué)訪學(xué)，參加國內(nèi)外學(xué)術(shù)研討會、專業(yè)技能交流會、專業(yè)知識培訓(xùn)會等，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)先進(jìn)的理論與方法，豐富知識儲備；“引進(jìn)來”指提供良好的工作環(huán)境，大力引進(jìn)在大數(shù)據(jù)方面取得突出成果的優(yōu)秀青年教師，為教師隊(duì)伍注入新鮮血液，為專業(yè)建設(shè)長遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

同時(shí)，引入在企業(yè)中具有豐富工程背景的工程師作為企業(yè)導(dǎo)師，充實(shí)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的師資隊(duì)伍，提升實(shí)踐教學(xué)能力。此外，為了適應(yīng)專業(yè)發(fā)展的國際化趨勢，聘請專業(yè)化水平高的國際導(dǎo)師，國際化師資隊(duì)伍，進(jìn)一步提升師資隊(duì)伍建設(shè)的整體格局。總之，構(gòu)建多元化的師資隊(duì)伍將極大提升數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的教育水平。

2.5 建設(shè)提升綜合能力的實(shí)踐平臺

實(shí)踐性強(qiáng)是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的重要特點(diǎn)之一［20］。為了通過強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，加深學(xué)生對大數(shù)據(jù)基本框架、基礎(chǔ)理論、核心方法的理解，提高學(xué)生動手能力，全面提升學(xué)生在大數(shù)據(jù)創(chuàng)新和應(yīng)用中的綜合素質(zhì)，基于OBE教學(xué)理念的專業(yè)建設(shè)對實(shí)踐平臺具有更高要求。

為此，本文搭建了多樣化的大數(shù)據(jù)實(shí)踐平臺，主要包括大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺和學(xué)校企業(yè)聯(lián)合設(shè)立的實(shí)踐教學(xué)基地。其中，前者為學(xué)院結(jié)合自身軟硬件條件、學(xué)生能力、師資隊(duì)伍及所在學(xué)科的特色“量體裁衣”，打造合適的大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺；后者主要以高校學(xué)科特色為導(dǎo)向，結(jié)合企業(yè)優(yōu)勢資源，構(gòu)建具有學(xué)科特色的實(shí)踐教學(xué)基地或以企業(yè)實(shí)際問題為導(dǎo)向，校企合作辦學(xué)，構(gòu)建具有大數(shù)據(jù)應(yīng)用背景的實(shí)踐教學(xué)基地。

3 OBE專業(yè)建設(shè)成效

目前，山西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院實(shí)施OBE專業(yè)建設(shè)成效如下：

（1）打造了一支由高校教師、企業(yè)導(dǎo)師、國際導(dǎo)師構(gòu)成的多元化且具有一定特色的師資隊(duì)伍。柔性引進(jìn)教育部海外特聘教授2人、山西省海外特聘教授7人，主要從事暑期授課、合作研究、學(xué)生聯(lián)合培養(yǎng)、共建國際實(shí)驗(yàn)室等工作。此外，聘請省內(nèi)外IT企業(yè)高級工程師19人作為校外導(dǎo)師。

（2）實(shí)踐平臺建設(shè)已形成一定規(guī)模，依托現(xiàn)有教育部和山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立了虛擬仿真與數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)工程與安全等實(shí)驗(yàn)室。新增GPU服務(wù)器集群高性能計(jì)算平臺、大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺、專業(yè)課一體化平臺開展專業(yè)課實(shí)驗(yàn)、本科科研訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。建設(shè)青島軟件園、北京中軟國際、北京千峰、上海杰普、山西思軟等8家實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，每年約有100余人赴各基地完成企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。依托省級協(xié)同創(chuàng)新中心及重點(diǎn)科技創(chuàng)新平臺，圍繞地方產(chǎn)業(yè)重大需求，積極開展課外創(chuàng)新訓(xùn)練與就業(yè)創(chuàng)業(yè)拓展。

（3）依托已建立的實(shí)踐平臺，學(xué)生實(shí)踐能力得到顯著提升，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在國家級競賽中獲獎(jiǎng)數(shù)量明顯增加，尤其在2020、2021年連續(xù)獲得世界大學(xué)生超級計(jì)算機(jī)競賽一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語

當(dāng)前，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的建設(shè)正在全國范圍內(nèi)如火如荼的開展。雖然，開設(shè)該專業(yè)的高校數(shù)量不斷增多，但部分高校對其定位和認(rèn)識仍然較為模糊，對如何進(jìn)行專業(yè)建設(shè)并未存在明確認(rèn)知。

為此，本文針對山西大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問題，探索和研究了基于OBE的“五位一體”的專業(yè)建設(shè)模式，取得了良好的專業(yè)建設(shè)成效，為該專業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在未來專業(yè)建設(shè)中，將從以下3個(gè)方面繼續(xù)推進(jìn)：①融入更多思政元素，強(qiáng)調(diào)立德樹人的重要性，注重培養(yǎng)學(xué)生良好的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，積極引導(dǎo)學(xué)生投身國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略；②在課程建設(shè)方面，將專業(yè)核心課程打造成基于OBE理念的省級、國家級精品課程，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)與社會需求的緊密結(jié)合；③繼續(xù)大力推進(jìn)大數(shù)據(jù)實(shí)踐平臺和實(shí)踐基地建設(shè)，開展大數(shù)據(jù)和人工智能相融合的實(shí)踐教學(xué)，全力拓展實(shí)踐教學(xué)的深度和廣度。