基于融合思維的計(jì)算機(jī)學(xué)科大數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)

王蒙，高曉娟，王峰萍

（西安工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710048）

有研究指出，三分之二的企業(yè)已將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境或正著手構(gòu)建業(yè)務(wù)相關(guān)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)[1]，大數(shù)據(jù)與行業(yè)融合的步伐逐步加速。“充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的引擎作用，以大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)千行百業(yè)整體提升[2]”是國(guó)家“十四五”規(guī)劃從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁進(jìn)過(guò)程中對(duì)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出的新要求。

以王元卓等[3]為代表的大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)思路均以計(jì)算機(jī)和大數(shù)據(jù)技術(shù)課程為主，補(bǔ)充某一交叉學(xué)科專業(yè)課（如經(jīng)濟(jì)學(xué)[3]和教育學(xué)[4]等）來(lái)構(gòu)建培養(yǎng)體系。但交叉課程不系統(tǒng)、不同知識(shí)銜接不科學(xué)[5]，導(dǎo)致學(xué)生大數(shù)據(jù)技術(shù)與行業(yè)知識(shí)間缺乏有機(jī)聯(lián)系，難以形成對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析認(rèn)識(shí)，勢(shì)必限制學(xué)生在行業(yè)實(shí)施大數(shù)據(jù)技術(shù)落地的有效性。教育部新增的12個(gè)大數(shù)據(jù)新工科和新文科專業(yè)，針對(duì)行業(yè)進(jìn)行差異化培養(yǎng)，但鑒于大數(shù)據(jù)知識(shí)體系特點(diǎn)，需要學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)類課程選修知識(shí)，導(dǎo)致交叉學(xué)科體系的學(xué)習(xí)任務(wù)過(guò)于繁重且理解計(jì)算機(jī)思維內(nèi)涵相對(duì)薄弱，學(xué)生難以在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)選擇契合的技術(shù)路線。

一、面向計(jì)算機(jī)學(xué)科的大數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)目標(biāo)與挑戰(zhàn)

針對(duì)上述大數(shù)據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的局限，結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科人才受大數(shù)據(jù)發(fā)展的吸引進(jìn)入大數(shù)據(jù)行業(yè)強(qiáng)烈意愿的客觀現(xiàn)狀[5]，本文以培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)融合思維的應(yīng)用型計(jì)算機(jī)人才為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)面向計(jì)算機(jī)學(xué)科的大數(shù)據(jù)課程及教學(xué)模式，探索培養(yǎng)符合大數(shù)據(jù)行業(yè)需求的計(jì)算機(jī)人才規(guī)律，作為大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)的優(yōu)化補(bǔ)充，以期在一定程度上收窄大數(shù)據(jù)應(yīng)用型人才缺口。

（一）大數(shù)據(jù)課程存在的問(wèn)題

大數(shù)據(jù)是多學(xué)科交叉和面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“新工科”課程，傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和教學(xué)模式不能很好適應(yīng)培養(yǎng)需要：其一，計(jì)算機(jī)專業(yè)的大數(shù)據(jù)課程相對(duì)獨(dú)立，課程間、學(xué)科間知識(shí)較為割裂，這與大數(shù)據(jù)多行業(yè)、多知識(shí)融合的特征相矛盾；其二，課程各環(huán)節(jié)設(shè)置同一化，難以適應(yīng)學(xué)生能力、興趣和個(gè)人發(fā)展目標(biāo)差異，無(wú)法根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)有意識(shí)地優(yōu)化大數(shù)據(jù)思維培養(yǎng)，與學(xué)生為中心的理念相背離；其三，教學(xué)模式偏重知識(shí)性考核，忽視階段性成果評(píng)價(jià)，這與大數(shù)據(jù)注重實(shí)踐理論結(jié)合的要求不匹配；其四，大數(shù)據(jù)是典型的工科課程，側(cè)重知識(shí)目標(biāo)和技能目標(biāo)達(dá)成，課程思政元素挖掘不足，難以體現(xiàn)“理想信念教育放在應(yīng)用型人才培養(yǎng)首位[6]”的教育方針。

（二）大數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

面向計(jì)算機(jī)學(xué)科大數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)主要來(lái)自知識(shí)結(jié)構(gòu)、師資力量和思維培養(yǎng)三方面：首先，根據(jù)業(yè)界對(duì)大數(shù)據(jù)人才技能的需求，課程須涵蓋大數(shù)據(jù)技術(shù)生態(tài)的核心要素，但目前尚無(wú)整合大數(shù)據(jù)全鏈路的教材或教學(xué)內(nèi)容體系；其次，大數(shù)據(jù)專業(yè)師資力量相對(duì)缺乏，教師個(gè)體擅長(zhǎng)的研究和教學(xué)領(lǐng)域難以覆蓋大數(shù)據(jù)知識(shí)體系[7]，面對(duì)學(xué)科交叉時(shí)問(wèn)題尤為明顯；最后，應(yīng)用型人才培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)踐，需要讓學(xué)生理解只有具備大數(shù)據(jù)思維能力，才能幫助企業(yè)挖掘數(shù)據(jù)的隱含價(jià)值[8]。

二、基于融合思維的大數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)

課程立足于新工科和“兩性一度”課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將大數(shù)據(jù)全鏈路、多學(xué)科、全過(guò)程融合思維作為切入點(diǎn)，采用虛擬教研室模式，以行業(yè)應(yīng)用與大數(shù)據(jù)思維融合為導(dǎo)向，挖掘契合的思政元素，設(shè)計(jì)符合大數(shù)據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程內(nèi)容。

（一）融合知識(shí)結(jié)構(gòu)

大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論是人才培養(yǎng)的根本，是運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維認(rèn)識(shí)和分析問(wèn)題、利用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決問(wèn)題的前提。國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)學(xué)科培養(yǎng)方案均覆蓋程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)等先修知識(shí)，具備系統(tǒng)掌握大數(shù)據(jù)理論的素質(zhì)。課程知識(shí)結(jié)構(gòu)依據(jù)業(yè)界對(duì)大數(shù)據(jù)人才的技能要求，凝練了全鏈路（包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化）核心基礎(chǔ)要素。一方面，將學(xué)科交叉的行業(yè)問(wèn)題穿插到理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生通過(guò)認(rèn)識(shí)、分析和解決問(wèn)題的完整路徑逐步領(lǐng)會(huì)大數(shù)據(jù)思維方式，體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的“高階性”。另一方面，設(shè)計(jì)多技術(shù)結(jié)合的解決方案，擺脫大數(shù)據(jù)相關(guān)課程獨(dú)立設(shè)課、缺乏結(jié)合的局限，適應(yīng)學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界“數(shù)智”融合的趨勢(shì)，使學(xué)生能將不同技術(shù)融會(huì)貫通，體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的“創(chuàng)新性”。

典型的，融合不同行業(yè)背景、結(jié)合不同技術(shù)進(jìn)行能力培養(yǎng)，例如，數(shù)據(jù)采集階段，以文化旅游行業(yè)游客意見(jiàn)促進(jìn)服務(wù)質(zhì)量提升為背景，融合Web爬蟲(chóng)和文本分析技術(shù)；數(shù)據(jù)清洗階段，以采購(gòu)和制造部門數(shù)據(jù)治理打通數(shù)據(jù)孤島為背景，融合數(shù)據(jù)ETL和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；數(shù)據(jù)管理階段，以汽車制造成本收益數(shù)據(jù)分析為背景，融合HBase數(shù)據(jù)庫(kù)、Hive數(shù)倉(cāng)和數(shù)據(jù)降維技術(shù)；數(shù)據(jù)處理階段，以紡織工程中各加工環(huán)節(jié)對(duì)質(zhì)量影響為背景，融合MapReduce批處理和聚類算法；數(shù)據(jù)分析階段，以銀行反洗錢問(wèn)題理解金融犯罪防范策略，融合結(jié)構(gòu)分析算法和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

（二）融合師資力量

師資水平和知識(shí)結(jié)構(gòu)支撐著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，是大數(shù)據(jù)課程建設(shè)和教學(xué)的核心。考慮教師的學(xué)科專長(zhǎng)和能力側(cè)重有所差異，從知識(shí)、年齡和隊(duì)伍三方面綜合考慮搭建師資團(tuán)隊(duì)。首先，采用交叉學(xué)科虛擬教研室建設(shè)思路，吸收了數(shù)據(jù)科學(xué)、計(jì)算機(jī)、管理學(xué)、機(jī)電工程等學(xué)科一線骨干教師，以各行業(yè)實(shí)際問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，發(fā)掘大數(shù)據(jù)與智慧城市、金融管理、智能制造等產(chǎn)業(yè)的結(jié)合點(diǎn)，形成學(xué)科交叉、知識(shí)融合的師資結(jié)構(gòu)。其次，由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師更好地把握課程設(shè)計(jì)思路，合理安排進(jìn)度和深度，年輕教師則承擔(dān)技術(shù)前沿的探索和實(shí)踐，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)能有力保證課程建設(shè)質(zhì)量。最后，通過(guò)引入大數(shù)據(jù)企業(yè)導(dǎo)師，深化校企育人思路，從產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)角度設(shè)計(jì)課程技術(shù)路線并遴選行業(yè)真實(shí)背景案例。

（三）融合思政元素

中國(guó)進(jìn)入新發(fā)展階段，各種社會(huì)思潮包括大數(shù)據(jù)倫理都對(duì)學(xué)生價(jià)值觀產(chǎn)生沖擊，因此更應(yīng)發(fā)揮思政育人的引領(lǐng)作用。結(jié)合課程內(nèi)容，挖掘貼近學(xué)生情感、具備親和力的育人元素，建立以知識(shí)和現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為載體的價(jià)值觀塑造、科學(xué)精神培養(yǎng)、教師言傳身教的“三位一體”融合思政路徑，將正確思想、意識(shí)滲透給學(xué)生，讓學(xué)生在求知過(guò)程中領(lǐng)會(huì)家國(guó)情懷、道德倫理和科學(xué)精神等。

具體地，將“卡脖子”技術(shù)事件、中國(guó)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)隱私竊取等現(xiàn)實(shí)情景恰當(dāng)融入知識(shí)載體，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的社會(huì)主義核心價(jià)值觀和職業(yè)倫理道德；實(shí)踐教學(xué)中通過(guò)自主探索、小組協(xié)作等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和工匠精神；教師加強(qiáng)自身修養(yǎng)，發(fā)揮思政教育中言傳身教的主動(dòng)性，以正確的表率作用和人格魅力感染影響學(xué)生。

三、基于融合思維的大數(shù)據(jù)教學(xué)模式設(shè)計(jì)

課程教學(xué)以學(xué)生個(gè)性化發(fā)展目標(biāo)為導(dǎo)向，立足大數(shù)據(jù)融合思維優(yōu)化過(guò)程實(shí)踐和評(píng)價(jià)機(jī)制，設(shè)計(jì)符合OBE理念的教學(xué)模式。

（一）融入個(gè)性的教學(xué)方法

采用以學(xué)生為中心的“三步”教學(xué)方法，即情景化“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，師生共同體結(jié)合“問(wèn)題遞進(jìn)”引導(dǎo)學(xué)生自主探究，面向個(gè)性化“目標(biāo)達(dá)成”的開(kāi)放式題目設(shè)置。

1.問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

學(xué)生具備就業(yè)、深造和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等不同發(fā)展需求，挑選支撐不同目標(biāo)的案例融入教學(xué)能夠引發(fā)學(xué)生結(jié)合自身進(jìn)行思考。結(jié)合PBL問(wèn)題導(dǎo)向的情景化教學(xué)模式設(shè)置到產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景或研究領(lǐng)域中，對(duì)激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)能起到事半功倍的作用。

2.問(wèn)題遞進(jìn)

以師生共同體模式為基礎(chǔ)，采用師生間、同學(xué)間的對(duì)話、討論等方式共同剖析問(wèn)題的關(guān)鍵因素，通過(guò)指導(dǎo)和協(xié)作以問(wèn)題遞進(jìn)方式使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)解決問(wèn)題的思路，并能舉一反三地將大數(shù)據(jù)思維推廣到不同行業(yè)場(chǎng)景，推動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在能力提升的主觀需要。

3.目標(biāo)達(dá)成

傳統(tǒng)教學(xué)千篇一律的實(shí)驗(yàn)和大作業(yè)題目無(wú)法適應(yīng)學(xué)生能力和發(fā)展目標(biāo)差異，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。課程設(shè)計(jì)開(kāi)放式、差異化題目，讓學(xué)生根據(jù)能力和偏好自主選擇所要達(dá)成的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探究的創(chuàng)新思維和利用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合素質(zhì)。

（二）“四維”融合的教學(xué)模式

設(shè)計(jì)以產(chǎn)教融合為抓手、“數(shù)智”融合為支撐、“教-研”融合為拓展、“賽-教”融合為挑戰(zhàn)的“四維”融合教學(xué)模式。

1.產(chǎn)教融合

應(yīng)用型人才培養(yǎng)面向企業(yè)實(shí)際需求，專注理論的方式并不完全適用大數(shù)據(jù)教學(xué)[9]，課程內(nèi)容設(shè)置須遵循與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐相結(jié)合的原則。企業(yè)導(dǎo)師熟悉當(dāng)前大數(shù)據(jù)崗位技能需求和業(yè)界主流技術(shù)，其深度參與課程知識(shí)內(nèi)容遴選，從真實(shí)項(xiàng)目背景提取案例，搭建起教學(xué)和產(chǎn)業(yè)間的橋梁。

2.“數(shù)智”融合

大數(shù)據(jù)與人工智能融合已成為學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的顯著趨勢(shì)，在構(gòu)建教學(xué)案例的大數(shù)據(jù)解決方案過(guò)程中，通過(guò)融入數(shù)據(jù)分析方法將二者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)課程的高階性，有利于培養(yǎng)大數(shù)據(jù)完整的生態(tài)思維方式。

3.“教-研”融合

以“基于大綱、高于大綱”的教學(xué)原則，持續(xù)關(guān)注大數(shù)據(jù)前沿以更新或補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)課程的創(chuàng)新性。一方面融入新興知識(shí)內(nèi)容，如Kafka（數(shù)據(jù)采集）、區(qū)塊鏈（數(shù)據(jù)管理）、Flink（數(shù)據(jù)處理）等，另一方面融入教師在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域研究成果以實(shí)現(xiàn)“科研反哺教學(xué)”，開(kāi)闊學(xué)生知識(shí)視野。

4.“賽-教”融合

以各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽和項(xiàng)目為背景，如學(xué)科交叉融合代表性“華為ICT大賽”“天池大數(shù)據(jù)競(jìng)賽”等，立足課程知識(shí)進(jìn)行延伸性教學(xué)，通過(guò)直面競(jìng)賽消除學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的畏難情緒，鼓勵(lì)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐中理解大數(shù)據(jù)融合思維。

（三）融入過(guò)程的評(píng)價(jià)機(jī)制

大數(shù)據(jù)理論和技術(shù)龐雜且具深度，采用網(wǎng)絡(luò)MOOC和大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)課程等資源，推動(dòng)線上線下混合式教學(xué)，形成線上資源與線下教學(xué)實(shí)踐的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。圍繞培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成設(shè)計(jì)過(guò)程性考核指標(biāo)，根據(jù)課前、課堂、課后、實(shí)驗(yàn)和大作業(yè)等教學(xué)環(huán)節(jié)特點(diǎn)設(shè)置針對(duì)性的多元化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。課前評(píng)估線上自學(xué)的態(tài)度和付出；課堂結(jié)合在線實(shí)時(shí)投稿、答題與線下交互、討論形成綜合表現(xiàn)評(píng)分；課后通過(guò)作業(yè)考查知識(shí)掌握程度；實(shí)驗(yàn)和大作業(yè)按照多維度教學(xué)要求進(jìn)行考核，包括技術(shù)調(diào)研、解決方案設(shè)計(jì)、論文撰寫(xiě)等。多階段、多元化的過(guò)程性評(píng)價(jià)便于教師了解學(xué)情，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，發(fā)揮過(guò)程管理優(yōu)勢(shì)的人才培養(yǎng)質(zhì)量保障和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

四、結(jié)束語(yǔ)

在大數(shù)據(jù)與行業(yè)融合步伐加快、現(xiàn)有大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)體系尚不完善的時(shí)代背景下，面向計(jì)算機(jī)學(xué)科的大數(shù)據(jù)課程改革，是應(yīng)用型大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的必要補(bǔ)充，有助于快速收窄人才供需缺口。結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科特點(diǎn)，將學(xué)科、產(chǎn)教、“數(shù)智”等多元融合理念融入大數(shù)據(jù)全鏈路要素及真實(shí)行業(yè)背景，能夠具體化大數(shù)據(jù)融合思維的培養(yǎng)。此外，課程設(shè)計(jì)思路對(duì)推動(dòng)計(jì)算機(jī)復(fù)合型人才培養(yǎng)同樣具有借鑒和參考價(jià)值。