數據科學新工科專業“12345”課外實踐教學改革探索

鐘茂生 吳水秀 曾雪強 羅瑋

摘要 數據科學與大數據技術作為高校近幾年開設的新工科專業，如何培養學生的創新意識，提高學生解決實際問題的能力，是當前專業建設中面臨的迫切問題。文章提出了“項目驅動、競賽激勵、教師指導、學研結合”的課外實踐教學改革總體思路和“12345”課外實踐教學改革方案，并提出以“搭平臺、建機制、抓活動（項目+競賽）、出成果”邏輯思路，通過強化平臺和機制建設，抓項目研發和學科競賽活動等措施，培養學生的創新意識和提高學生解決實際問題的能力。為新工科專業課外實踐教學提供了有益參考。

關鍵詞 數據科學；新工科；課外實踐教學；項目驅動；競賽激勵

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.021

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”[1-2]，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗。新工科基本要求是培養多元化、創新型卓越工程人才，以適應當今的新科技、新工業和新經濟時代的人才需求。

數據科學與大數據技術專業，屬于典型的新工科專業[3]，旨在培養學生具有大數據思維、掌握計算機理論、數據科學理論和大數據處理技術，并能針對大數據應用（即數據管理、系統開發、海量數據分析與挖掘）中各種典型問題提出解決辦法，具有將領域知識與計算機技術和大數據技術融合、創新和解決實際問題的能力，能從事大數據研究和應用系統開發工作。

鑒于“數據科學與大數據技術”是國內剛開設不久的新專業，需要大數據真實環境才有助于學生的培養。這對于很多以文理見長、無大數據實踐環境的非工科類大學，如何在新工科背景下，切實有效做好專業實踐教學[4]，培養學生將領域知識與計算機技術和大數據技術融合、創新和解決實際問題的能力，是當前專業建設中面臨的迫切問題。

論文提出了“項目驅動[5-10]、競賽激勵[11-13]、教師指導、學研結合”的課外實踐教學改革總體思路和“12345”的實踐教學改革方案。該方案在本校經過三年多的探索實踐，本校數據科學專業學生的培養質量明顯提升，具有顯著的效果。

1課外實踐教學改革總體思路

針對“數據科學與大數據技術”新工科專業現狀和特點，借鑒現有計算機大類專業在培養實踐能力方面的先進經驗，本專業提出以培養學生的創新精神、拼搏精神和團隊意識為根本目標，充分發揮現有科創平臺和獎勵激勵機制、科教融合[13-17]、產教融合[17-22]協同育人機制，實行“項目驅動、競賽激勵、教師指導、學研結合”為總體思路的“12345”實踐教學改革實施方案，調動教師指導和學生參與的積極性、主動性，切實提升課外實踐教學活動的質量和水平，培養學生的創新意識和提高學生解決實際問題的能力。專業實踐教學改革的總體思路如圖1所示。

基于上述總體思路，作者制定了“12345”實踐教學改革實施方案，整個實施方案的具體內容如下：

①確定“1”個目標，即：培養學生的實踐能力、創新精神、拼搏精神和團隊意識；

②探索“2”條新途徑，即：在現有課程實驗、課程綜合訓練、畢業設計基礎上，新增加：項目研發、學科競賽兩條課外實踐途徑；

③利用“3”類平臺，即：學校大學生雙創中心、學院大學生科技創新平臺、學院省級科研平臺（含導師實驗室）；

④培養“4”個層次的實踐能力，即：提出問題能力→分析設計能力→組織實施能力→實踐創新能力；

⑤實行“5”個一培養標準，即學生在大學四年至少有下面的經歷或成果：參加一次計算機信息技術競賽（如ACM、計算機大數據類設計大賽、藍橋杯等等）、參與一個項目的研發、獲一項科技成果（論文、專利和軟著）、有一次不少于一個月的企業實習經歷、獲一個職業資格證書（如軟考證）。

2課外實踐教學改革主要措施

根據上述課外實踐教學改革思路和改革實施方案，課題組以“搭平臺、建機制、抓活動（項目+競賽）、出成果”為邏輯思路，從平臺、機制兩方面提出具體的建設和改革方法，推出相應的改革舉措，并對平臺和機制建設進行評價反饋和改進，整個課外實踐教學改革實施的邏輯流程如下圖2所示。

2.1強化科創平臺與培管機制建設

為提高學生科技創新意識和能力，培養創新型卓越工程人才，首先需要強化科創平臺和培管機制建設。從以下幾個方面來強化科創平臺建設：①與省內外企業和科研院所進行產教合作和科教合作共建實習基地；②利用學校的大學生雙創中心；③利用現有的省部級科研平臺；④搭建“大學生科技創新平臺”。科創平臺以培養學生的創新意識、創新思維、創新精神和創新能力為目標，開展有組織、有保障、有激勵、有支撐和開放式的活動和項目研發，使學生有興趣學、有項目做，掌握方法、鍛煉能力、提高水平、取得成果。進入科創平臺的活動與項目將第一課堂和第二課堂對接，思政教育和創新培養融合，校內活動和校外參與貫通。

科創平臺除硬件建設外，還要加強人才培養、成果認定、支撐保障和考核激勵等機制建設。人才培養機制遵循分層指導原則，包括普及教育、能力訓練和重點培養三個層級；成果認定機制是對學生獲得的成果進行水平認定、獎勵標準和學分認定；支撐保障機制是規定科創平臺的組織保障和支撐服務；考核激勵機制需要規定科創平臺如何進行考核和獎勵激勵，推進平臺建設提質量上水平。通過構建人才培養、成果認定、支撐保障和考核激勵為內容的培管機制，有助于調動科創平臺師生的積極性和主動性，有利于通過科創平臺培養創新型卓越工程人才，同時也鞭策指導教師不斷學習，更好地指導和培養學生，形成人才培養和教學科研的良性循環。

2.2落實項目驅動與競賽激勵機制

項目驅動是將專業教學與科研項目研發有機地結合起來，為學生更好地利用專業知識、解決實際問題提供抓手的一種形式。指導教師以自己承擔的科研項目為邏輯起點，組建本科生項目研發小組，實行項目（任務）驅動機制。通過項目驅動，使本科生進入科創平臺或科研實驗室后，能夠在專業教師指導下，學生開展項目討論、設計和項目的研發，在研發過程中提出解決問題的新思路、新方法和新技術，并將創新成果撰寫成論文予以投稿發表，或申請專利、軟件著作權，以培養學生的自主學習能力、實踐動手能力、創新創造能力及獨立思考的能力，并促進指導教師教研相長、以教助研。

學科競賽對培養大學生的創新意識、實踐動手能力和團隊合作精神具有重要的促進作用。專業教師可以在科創平臺支持下，選拔學生開展數學建模競賽、計算機電子設計大賽、計算機程序設計大賽（如ICPC、CCPC、天梯賽、藍橋杯等）、大數據競賽等等，并通過“一中心三階段”競賽培養機制和“雙主體多形式”競賽激勵機制，來有效促進大學生的創新意識和實踐能力的培養。

“一中心三階段”競賽培養機制中的“一中心”是指以學生創新能力培養為中心，“三階段”是按照不同階段學生的特點，將學生從新生入校開始的培養全過程，由淺入深地劃分為基礎普及、進階訓練和競賽實戰3個階段；“雙主體多形式”競賽激勵機制中的“雙主體”是指對參與競賽的學生和指導教師同時進行獎勵激勵；“多形式”是指對學生進行學分認定、評優評先、物質獎勵、碩士推免加分等多形式獎勵激勵，對參與指導學生競賽的教師作為業績評價、年度考核和聘期考核、評優評先、職稱晉升等獎勵激勵的依據。通過“雙主體多形式”競賽激勵機制，既可引導學生積極主動認真參與各種競賽，激發學生的學習動機，促使學生不斷提高自主學習能力，有助于培養大學生的創新精神和實踐動手能力，提高人才培養質量，也讓指導教師能全身心投入到學生指導過程中，通過獎勵激勵提升指導教師的獲得感和成就感。

2.3深化科教融合與產教融合機制

針對數據科學與大數據技術專業的多學科交叉、面向行業應用的特點，專業提出“項目聯合開發、學生聯合培養、科技成果共享、多方合作共贏”的科教融合機制，與省內科研院所（如省計算技術研究所、氣象科學研究所、交通運輸研究院）緊密合作，開展面向氣象水文、交通運輸、水利電力行業的大數據應用研究和項目研發，將科研院所的平臺設施作為數據科學專業學生的學習平臺與實踐環境，落實“聯合互補、共享共贏”的科教融合機制，用于培養學生的科研創新能力和工程實踐能力。

數據科學與大數據技術專業必須與企業和行業加強合作，否則專業課程的教學缺乏大數據應用和實踐案例，課程教學停留在書本、停留在教室，與實踐脫節，難以讓學生深入理解專業知識，更談不上提高實踐動手能力和培養科研創新能力。產教合作的內容包括：校企聯合制定培養目標和培養方案、優化課程體系和教學內容、建設一流課程與開發在線課程、建設實驗實踐條件，推進大數據領域項目合作研發，安排技術人員來校做大數據領域的專題技術報告，假期派遣學生進企業實習，企業技術人員對學生進行技術指導等等，通過細化內容，實施產學合作、協同育人，真正推動社會優質資源向育人資源轉化。

3實踐教學改革成效

為驗證上述課外實踐教學改革總體思路和“12345”的實踐教學改革方案的可行性和效果，作者將整個方案和改革措施用于我校的數據科學與大數據技術專業進行試點實踐。經過2018～2021四級學生4年實踐表明，本專業學生在課題申報和研究、項目開發、競賽獲獎、論文發表、軟件著作權/專利申報等方面取得了可喜的成績，具有顯著的效果，尤其是本專業2018、2019級學生保研數量上取得了領先學院其他所有專業（學院2018級有計算機科學與技術、物聯網工程、網絡工程、數據科學與大數據技術4個專業共計356人，2019級四個專業共計403人）的好成績，表1是本專業每個年級到目前為止在上述各項任務中的參與人數（和獲得成果的人次）。

從表1可以看出，通過實行課外實踐教學改革措施，本專業很多學生積極參與學術課題研究和項目研發，參與學科競賽和競賽獲獎的人次顯著增加，彭龍同學本科期間即在SCI二區期刊發表學術論文（見表2），該同學已經推免保送到中國科學技術大學攻讀碩士研究生。

表3是計算機學院2018級、2019級各專業學生數及學生推免保研人數和占比。從表3可以看出，數據科學專業的推免保研學生人數比例明顯超過其他專業。

4結語

數據科學與大數據技術作為近幾年開設的新工科專業，由于校內缺少行業大數據的實際現狀，如何在新工科背景要求下，切實有效地做好專業實踐教學，培養學生將領域知識與計算機技術和大數據技術融合、創新和解決實際工程問題的能力，是當前專業建設中面臨的迫切問題。本文在省級教改課題支持下，提出“項目驅動、競賽激勵、教師指導、學研結合”的課外實踐教學總思路，制定了“12345”實踐教學改革實施方案，以“搭平臺、建機制、抓活動（項目+競賽）、出成果”為工作邏輯，提出從平臺、機制兩方面進行建設和改革，并推出相應的改革舉措，在本專業學生培養過程中進行探索和實踐，取得了顯著的效果。本文的工作為培養適應新科技、新工業和新經濟時代的創新型卓越工程人才提供科學可行的新方案，為新工科專業的課外實踐教學提供有益的參考模式。

基金項目：江西省高等學校教學改革研究課題（JXJG-18-2-24，JXJG-21-2-27）；江西師范大學教學改革課題（JXSDJG1766，JXSDJG2043，JXSDJG1945）。

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