基于OBE的數據科學與大數據技術專業建設與實踐

曹 峰，張 虎，曹付元，高嘉偉，張 婧

（1.山西大學 計算機與信息技術學院，山西 太原 030006；2.太原學院 數學系，山西 太原 030032）

0 引言

大數據已成為全球關注的熱點，產業生機蓬勃，已對人類社會和生產生活產生了深遠影響［1］。隨著大數據技術快速發展和大數據應用領域的迅猛擴展，社會、市場面臨著大數據人才嚴重匱乏的態勢［2］。2011年后，哈佛大學、麻省理工學院等知名高校面向本科生開設數據科學、大數據相關課程；中國人民大學、清華大學、北京大學等高等院校最早啟動數據科學課程的建設工作。然而，數據科學課程的目標學生群體主要為研究生。隨著大數據在我國各領域和行業迅速滲透，數據科學研究生的培養已無法滿足社會對大數據人才的需求。因此，通過培養數據科學本科生來提供大量優質的大數據人才，解決大數據人才短缺的困境勢在必行。

在此背景下，2016年后我國設立數據科學與大數據技術本科專業，開啟了全國范圍內大數據本科人才培養之路。高校作為創新型人才的主要培養基地，積極增設數據科學與大數據技術專業，率先開始培養數據科學與大數據人才。北京大學、中南大學和對外經濟貿易大學成為首批建立該專業的3所高校，隨后中國人民大學等多所院校相繼增設該專業。截至2022年，已有600余所高校設立了數據科學與大數據技術本科專業。

隨著設有數據科學與大數據技術本科專業的高校數量增加，如何進行專業建設、培養高素質大數據人才便成為各高校需要共同解決的難點問題［3-4］。成果導向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念源于美國，目前已被世界范圍內的眾多教育工作者所接受并推廣。該理念重視學生學習成果，被認為是一種教育理念的革新，目前已被廣泛應用于理論課程教學改革、實踐教學體系構建、人才培養模式探索等教學改革研究領域，取得了一系列豐富的應用成果［5-9］。因此，針對國家、地方對大數據人才的迫切需求，應結合專業特色，探索基于OBE的專業建設與大數據創新人才培養的新模式，對推動專業蓬勃發展，培養優秀大數據人才，深入實施國家大數據戰略具有積極意義。

1 相關研究

自數據科學與大數技術專業設立以來，學者們積極開展專業建設探索與改革。桂勁松等［10］針對新工科背景下數據科學與大數據技術專業的建設問題，遵循國際工程教育認證標準，從專業培養方案與培養角度出發，對專業的培養目標、畢業要求、課程體系、培養模式等方面進行探討。張小松等［11］探索并構建符合新工科要求，培養能從事大數據相關工作的應用型和創新型大數據專業技術人才為目標的課程體系。賈蓓［12］提出培養跨學科思維與專業能力為數據科學與大數據技術專業人才培養的核心要求，給出了人才培養中所涉及的知識能力要求，為其他新建該專業的高校在人才培養提供了參考。石兵等［13］在調研國內外數據科學與大數據技術專業建設基礎上，探討了如何構建多層次、多類型、健全的卓越大數據人才培養體系。史夢安等［14］圍繞應用型本科院校的數據科學與大數據技術專業建設開展研究，圍繞專業特點與人才培養定位，分析與該專業相關專業的內在聯系，提出了該專業知識體系架構和課程信息化建設策略。

隨著OBE理念在國內迅速推廣，基于OBE的數據科學與大數據技術專業建設受到了越來越多學者的普遍關注，成為當前專業革新的一種新模式。李衛強等［15］基于OBE理念從培養目標、畢業指標點、課程體系、實施評價方面闡述地方高校大數據專業課程體系建設方案。張曉明等［16］針對大數據技術課程教學存在的典型問題，基于OBE理念提出教學目標和評價方案，詳細闡述了大數據技術實踐架構的創新設計。張俊麗等［17］針對數據科學與大數據技術專業建設中存在的問題，基于OBE教育理念從學科人才培養方法與培養模式角度，系統研究了學科培養目標、學生畢業條件、課程體系的構建思想。然而，我國數據科學與大數據技術專業建設仍處于初級階段，因此基于OBE理念的專業建設還處于探索階段。

2018年山西大學成為第三批設立數據科學與大數據技術專業的高校之一，開始培養本科生。近4年間該專業所有任課教師通過不斷探索、改進教學理念與方法，積累了一定的教學經驗［18］。但由于該專業仍處于建設初期，因此存在以下問題尚待解決：①課程體系無法較好體現計算機與信息技術學院在智能信息處理、人工智能等方面的學科特色，培養目標與課程體系有待進一步優化；②理論與實踐課程資源相對欠缺，需要進一步完善與充實；③從事大數據科研和教學工作的教師數量不足；④大數據實踐環節無法滿足實際應用需求，需進一步深入研究，加強實踐設計。

因此，本文將OBE理念引入山西大學數據科學與大數據技術專業建設，改革現有專業建設的不足之處，以產出高質量大數據人才為導向，立足于山西，服務于全國，探索一套特色鮮明、可擴展且涵蓋面更廣的專業建設模式。該模式的構建將為其他同類院校的數據科學與大數據技術專業建設起到積極的示范和帶動作用。

2 OBE專業建設模式

本文立足于山西省數據科學與大數據技術專業發展，結合專業特點，構建OBE學習成果評價、培養目標、課程體系、師資隊伍和實踐平臺“五位一體”的專業建設模式，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”專業建設模式

2.1 基于OBE的學習成果評價體系

OBE的核心概念包括學生中心、成果產出和持續改進，三者的關系如圖2所示。該模式相較于其他教育理念的不同之處在于從學生角度出發，強調學生的中心性，同時注重目標性和學習產出成果。

Fig.2 OBE concept connotation圖2 OBE理念內涵

OBE重視學習成果產出，因此如何評價被教育者的學習成果產出是專業建設中的重要環節。學習成果評價體系是評價教學活動成效、持續改進教學理論與教學方法的重要依據。因此，本文對數據科學與大數據技術專業的學生，基于OBE的學習成果評價主要從專業知識、專業技能兩個方面出發，構建多視角評價指標體系，如表1所示。

Table 1 OBE based learning achievement evaluation system表1 基于OBE的學習成果評價體系

2.2 制定定位清晰的人才培養目標

圍繞國家、地方、高校、企業、行業等大數據人才需求，兼顧學生內在和長遠發展需求，結合學校、學院特色，制定定位清晰的專業培養目標，培養優秀的大數據人才，滿足國內尤其是山西省及周邊區域大數據人才需求。

具體培養目標包括：①適應國家現代化、信息化建設需要，具有良好的專業素質、職業道德和社會責任感；②系統掌握大數據技術的基礎知識、前沿方法和先進技能；③大數據工程能力強，畢業后能從事大數據分析、大數據應用系統開發、大數據可視化等工作；④具有良好的團隊合作和組織、溝通能力，能成為團隊核心成員或負責人；⑤具有終身學習意識、創新意識和國際視野。

2.3 構建特色鮮明的核心課程體系

OBE以學生為中心，課程體系的合理性是OBE保障學生成為專業人才的關鍵要素。專業課程體系包括大數據的收集、處理、分析、應用等核心技術，強調培養學生的實踐應用能力和創新能力，旨在培養社會亟需的大數據處理與分析的高級復合型人才［19］。

為此，本文參考國內一流大學課程體系設置，結合山西省本土特色和山西大學學科特色，設置基于OBE且特色鮮明的課程體系，以重點培養學生具備該專業所必需的基礎能力、分析展示能力、應用創新能力等。同時，專業課程體系設置應與學生多方位能力培養相匹配，圖3展示了基于OBE的專業課程遞進式金字塔結構。

Fig.3 Progressive pyramid structure of professional core courses based on OBE圖3 基于OBE的專業核心課程遞進式金字塔結構

由圖3可見，在大數據分析展示能力培養的課程設計中，應緊緊圍繞學科特色，選擇在數據挖掘與機器學習、深度學習、數字圖像處理、數據可視化等領域取得較好科研成果的教師開設相關課程，將科研與教學融為一體；在大數據應用創新能力培養的課程設計中，應依托實訓基地與科技創新平臺，開設大數據行業應用案例等具有一定應用背景的大數據課程，使學生深入理解課程內容。

2.4 培養多元化的師資隊伍

培養一支在數據科學與大數據技術專業方面經驗豐富、專業知識扎實、專業素質全面的多元化師資隊伍，是基于OBE的專業建設的基本保障。建設多元化師資隊伍主要采用“走出去”和“引進來”策略。具體的，“走出去”指鼓勵教師赴國內外優秀大學訪學，參加國內外學術研討會、專業技能交流會、專業知識培訓會等，學習數據科學與大數據專業先進的理論與方法，豐富知識儲備；“引進來”指提供良好的工作環境，大力引進在大數據方面取得突出成果的優秀青年教師，為教師隊伍注入新鮮血液，為專業建設長遠發展奠定基礎。

同時，引入在企業中具有豐富工程背景的工程師作為企業導師，充實數據科學與大數據專業的師資隊伍，提升實踐教學能力。此外，為了適應專業發展的國際化趨勢，聘請專業化水平高的國際導師，國際化師資隊伍，進一步提升師資隊伍建設的整體格局。總之，構建多元化的師資隊伍將極大提升數據科學與大數據技術專業學生的教育水平。

2.5 建設提升綜合能力的實踐平臺

實踐性強是數據科學與大數據技術專業的重要特點之一［20］。為了通過強化實踐教學，加深學生對大數據基本框架、基礎理論、核心方法的理解，提高學生動手能力，全面提升學生在大數據創新和應用中的綜合素質，基于OBE教學理念的專業建設對實踐平臺具有更高要求。

為此，本文搭建了多樣化的大數據實踐平臺，主要包括大數據實訓平臺和學校企業聯合設立的實踐教學基地。其中，前者為學院結合自身軟硬件條件、學生能力、師資隊伍及所在學科的特色“量體裁衣”，打造合適的大數據實訓平臺；后者主要以高校學科特色為導向，結合企業優勢資源，構建具有學科特色的實踐教學基地或以企業實際問題為導向，校企合作辦學，構建具有大數據應用背景的實踐教學基地。

3 OBE專業建設成效

目前，山西大學計算機與信息技術學院實施OBE專業建設成效如下：

（1）打造了一支由高校教師、企業導師、國際導師構成的多元化且具有一定特色的師資隊伍。柔性引進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、學生聯合培養、共建國際實驗室等工作。此外，聘請省內外IT企業高級工程師19人作為校外導師。

（2）實踐平臺建設已形成一定規模，依托現有教育部和山西省重點實驗室建立了虛擬仿真與數據庫、網絡工程與安全等實驗室。新增GPU服務器集群高性能計算平臺、大數據實訓平臺、專業課一體化平臺開展專業課實驗、本科科研訓練和畢業設計相關實驗。建設青島軟件園、北京中軟國際、北京千峰、上海杰普、山西思軟等8家實習實踐基地，每年約有100余人赴各基地完成企業實習實訓。依托省級協同創新中心及重點科技創新平臺，圍繞地方產業重大需求，積極開展課外創新訓練與就業創業拓展。

（3）依托已建立的實踐平臺，學生實踐能力得到顯著提升，主要體現在數據科學與大數據技術專業的學生在國家級競賽中獲獎數量明顯增加，尤其在2020、2021年連續獲得世界大學生超級計算機競賽一等獎。

4 結語

當前，數據科學與大數據技術專業的建設正在全國范圍內如火如荼的開展。雖然，開設該專業的高校數量不斷增多，但部分高校對其定位和認識仍然較為模糊，對如何進行專業建設并未存在明確認知。

為此，本文針對山西大學數據科學與大數據技術專業發展亟需解決的關鍵問題，探索和研究了基于OBE的“五位一體”的專業建設模式，取得了良好的專業建設成效，為該專業的長遠發展奠定了堅實基礎。

在未來專業建設中，將從以下3個方面繼續推進：①融入更多思政元素，強調立德樹人的重要性，注重培養學生良好的世界觀、人生觀和價值觀，積極引導學生投身國家大數據戰略；②在課程建設方面，將專業核心課程打造成基于OBE理念的省級、國家級精品課程，持續改進課程教學內容，實現課程建設與社會需求的緊密結合；③繼續大力推進大數據實踐平臺和實踐基地建設，開展大數據和人工智能相融合的實踐教學，全力拓展實踐教學的深度和廣度。