“新工科”背景下大數據專業教學模式改革與研究

鄭藝峰 周豫蘋 張文杰 魏葆雅

摘要：智能應用已深入社會生活的各個方面，從而帶動物聯網、大數據、人工智能行業的發展，使大數據專業建設及人才培養面臨重大挑戰及機遇。如何有效地結合互聯網企業的行業特點，將其融入“新工科”背景下的大數據專業人才培養中已成為研究熱點。為此，針對大數據專業新工科建設中的問題和困難，以專業教師教學模式改革作為切入點，從課程教學和畢業設計兩方面探討人才培養新模式。

關鍵詞： 新工科教育；大數據專業；教學模式；教學改革；實踐改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2023）29-0178-03

0 引言

隨著信息技術的發展，國家正逐步增加大數據信息產業投入。在大數據背景下，行業應用呈現大交叉、大綜合和大集成的發展趨勢，其表現為兩大特征：1） 科研創新與產業緊密結合，推動相關產業的快速發展；2） 實現跨行業合作，突破行業壁壘，成為相關產業新的經濟增長點。近年來，福建省大力扶持大數據信息技術相關企業，并于2016年發布《福建省人民政府關于印發福建省促進大數據發展實施方案（2016-2020） 的通知》，將大數據產業發展落到實處。如何探索工程教育改革，培養高層次復合型人才以支持國家戰略發展迫在眉睫。自2017年以來新工科建設經歷“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》（教高司函〔2017〕6 號）和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》（教高廳函〔2017〕33 號）。其主要從工程教育、學科專業、人才培養、教育教學和分類發展等方面入手，探索適合“新工科”教育的新理念、新結構、新模式、新質量和新體系。由此可見，“新工科”教育應具備多元性，應更注重于多學科交叉，將行業的前沿知識與學校學科發展相結合，從而實現產教融合，以培養更適合于行業需求的復合型人才[1]。

隨著“后疫情”時代的到來，數據科學與大數據技術專業備受關注，其涉及多學科交叉融合，主要包括數據科學、計算機科學、大數據技術和行業領域知識等。相對于傳統的工科人才培養，數據科學與大數據技術作為新興專業，應更注重與行業需求相結合，將產教融合落實到專業建設過程中。由此可見，在新工科大數據背景下，更需要具有較強實踐能力和創新能力，并具有行業應用專業知識的復合型人才[2]。

現階段，數據科學與大數據專業人才培養核心問題在于培養理念和方法的改革，其主要包括：

1） 多學科交叉融合人才培養目標

大數據專業需圍繞企業的人才需求，綜合考慮學生的內在和長遠發展。大數據專業人才培養涉及多學科的交叉融合（包括：計算機科學與技術、軟件工程和數學等），學生需要具備數據科學、大數據技術和行業應用等多種專業知識。

2） 鮮明的課程體系

對于大數據專業，在培養學生的計算思維和數據思維的同時，需具備建模能力，求解能力和數據分析能力等，用以解決大數據行業的各種復雜問題。因此，數據科學與大數據專業課程體系的合理性是專業教學理念改革的關鍵。

3） 工程實踐教學

大數據相關技術與行業緊密結合，具有較強的實踐性，應考慮將企業的實際案例與教學相結合，更注重于學生工程實踐能力的培養。

現今，隨著智能應用的普及，大數據技術已深入社會生活的各個方面，主要涉及工業制造、供銷物流、農業生產、交通運輸、生物、醫療、金融和氣象等?？梢姡绾斡行囵B適合行業要求的大數據相關專業人才是亟須解決的問題。在此背景下，大數據專業教學的核心思想是面向工程驅動的計算思維與應用驅動工程能力的培養，教師在教學過程中應重點培養學生的工程實踐能力、大數據科學研究能力和應用創新能力。

1 教學改革思路

現階段，傳統教學模式僅僅從知識層面出發，注重于對課本知識的掌握，其結果將導致學生無法學以致用，將所學知識與實際的應用工程場景相結合。傳統教學過程中問題可歸納為：

1） 教學過程往往過于注重知識的灌輸，任課教師通常根據教學大綱進行課程教授。實驗實踐課程主要目的是讓學生對所學知識進行驗證。由于大數據開發技術與行業應用緊密相關，在高校教學過程中缺乏豐富的數據資源，使得實驗實踐的教學活動無法與具體應用場景相結合。

2） 對于理論知識，學生感到深奧難懂，無法真正將所學知識點與具體應用場景相結合。

3） 實驗的驗收主要側重檢查學生作業是否完成，在課程實踐過程中存在學習興趣不足、實驗報告存在雷同等現象，從而影響部分同學的學習積極性，使得實驗實踐課程達不到預期的目標，無法有效提升學生的實踐能力。

4） 實踐實驗課程設置在一定程度上缺乏實用性，學生無法將課堂上所學的知識與實際應用相結合，不利于學生對知識的掌握。

為了培養適合“新工科”大數據行業需求的復合型人才，將主要從課程教學（以大數據開發技術課程為例）和畢業設計兩個方面對教學改革思路進行剖析。

1.1 課程教學改革

數據科學與大數據專業是一個跨學科、領域交叉、與行業應用緊密結合的復合型專業，大數據開發技術課程是其專業核心課程。如何有效地融合跨學科、交叉領域的知識是大數據開發技術課程教學過程中所面臨的主要問題。現階段，互聯網公司尤為重視學生的實踐能力，如果課堂教學僅停留在基礎知識的灌輸，則無法滿足新工科背景下復合型大數據人才培養的要求。因此，大數據教學改革的任務是將大數據專業課程教學與實際應用場景相結合，讓學生在課程學習過程中真正掌握知識，能將所學的知識真正地運用起來，學以致用[3]。

在新工科背景下，專業教師在大數據開發技術課程的教學過程中，應該擴展視野，要“走出去”，也要“請進來”，融入企業行業需求中。目前，許多互聯網企業將其行業數據進行脫敏，舉辦大數據比賽，以選拔培養大數據人才。例如：Kaggle比賽、百度飛槳、滴滴、字節跳動等。可見，應主要考慮將互聯網企業行業數據與大數據教學相結合，從行業背景出發，可根據不同的比賽提供的數據資源設計更貼近行業應用的課程教學內容，使得教學過程能真正與實際應用場景融合。

以2018級計算機科學與技術專業（大數據方向）和2020級數據科學與大數據技術專業大數據技術架構為例，課程相關實驗如表1所示。從表中可以看出2018級課程實驗設置主要以知識灌輸為主，并未體現大數據相關行業需求。而對于2020級，其實驗設置從行業實際需求出發，更側重培養學生的實踐能力和解決復雜工程問題的能力。從教學過程中發現，大數據開發技術需要依托于實際的行業數據，在大數據開發技術課程教學中，應采用將采用小組方式（團隊協作），讓學生在掌握基礎知識的同時也能將知識與實際的應用場景相結合，真正做到學以致用，將所學知識融會貫通。

與此同時，亦可將課程所學內容進行綜合參與大學生創新實訓項目，具體如表2所示。從表中可知，在融入企業行業應用之后，教學成效顯著，共獲國家級立項3項、省級立項4項。可見，融入企業行業應用更有助于提升學生的實踐動手能力，更有助于復合型人才的培養。

1.2 畢業設計改革

畢業設計可視為本科階段所學知識的綜合實踐過程，其選題要符合人才培養方案的基本要求。例如：計算機科學與技術專業側重培養學生掌握計算機軟件開發、計算機設備和計算機網絡的管理 與維護等相關知識；軟件工程專業側重培養學生掌握軟件項目的分析、設計、開發、測試、運維和管理等相關知識 [4]?，F階段，計算機相關專業的本科畢業設計選題根據專業知識理論和技術可分為工程實踐和軟件開發（例如：Web、App、游戲等）。傳統畢業設計題目中約90% 屬于管理系統的設計與實現（關鍵詞如表3所示）。然而，上述畢業設計題目無法體現各專業的特點，并不能體現不同專業的區分度。

對于數據科學與大數據技術專業，其目標在于培養具有將各領域知識與計算機技術和大數據技術融合、創新的能力，能夠從事大數據研究和開發應用的高層次人才，使學生掌握大數據應用中各種典型問題的解決方法，從而提升解決實際問題的能力[5]。畢業設計題目更應符合行業需求，從行業的實際需求出發，解決行業的痛點難點問題，因此將行業應用具體融入大數據專業課程體系是極其重要的。在畢業設計的題目設計過程中，應以企業行業數據作為應用背景，從而更好地培養學生的綜合實踐能力。此外，畢業設計選題亦可依托于指導教師的科研項目、校企合作項目和大學生創新實訓項目開展。

以大數據相關方向19名畢業生畢業題目為例（如表4所示），從中可以看出，題目選題均結合行業背景（包括：垃圾分類、姿態檢測、災難檢測和個性化推薦等），題目關鍵詞主要涉及深度學習、機器學習、自然語言處理、目標檢測、計算機視覺等（如圖1所示），并以微信小程序作為應用平臺，選題更符合大數據人才培養的基本要求。

此外，在畢業設計過程中，需要從源頭抓起，規范選題管理，以更好地符合專業培養的目標，主要包括：選題階段、需求分析階段、開題階段、中期檢查階段和答辯階段等。選題階段則和開題階段是最為重要的，其主要是對畢業設計選題進行評審，使設計題目能滿足數據科學與大數據技術的專業特點。開題階段則側重設計內容進行評審，檢查學生對于課題的理解和前期準備工作的完成情況。

2 教學改革難點

值得注意的是，大數據需要依托于行業應用具有行業背景，但高校本科教學與企業培訓存在本質的區別。因此，改革的難點主要包括：

1） 從課程教學改革角度出發本科教學更側重基于教材傳授知識，而本科實驗實踐教學則是對所學知識進行實踐。在不偏離本科教學主要目標的前提下，將互聯網大數據行業應用需求與本科教學模式相結合，并將其融入本科實踐實驗教學過程，貫穿整個數據科學與大數據技術專業培養教學過程。

2） 從畢業設計改革角度出發畢業設計作為一項綜合實踐，其需要學生和教師合作進行。這意味著在整個畢業設計階段，應以學生作為項目主要完成人，教師則起到引導作用，配合完成。此外，數據科學與大數據專業以行業應用緊密相關，高校教師所學與行業領域實際應用還是存在一定差別。因此，高校教師需要進一步考慮如何提升自身能力，采用“走出去、請進來”的模型“（ 走出去”指教師走出高校，定期參與企業行業項目；“請進來”則為引入企業行業導師，對教師進行培訓）與行業相接軌，以建設多元化師資隊伍。

3 結論

“新工科”背景下的教學更注重于多學科的交叉融合，探索企業與高校的深入融合，注重實踐教學，其以培養具有創新能力和實踐能力的復合型人才為最終目標。數據科學與大數據專業是新興專業，如何將行業特色融入專業培養過程，進而改革教學模式以符合“新工科”專業建設的要求是值得進一步思考。此外，探索適合“新工科”人才培養模式的教學方法改革過程中，還可進一步探索融入地方社會經濟發展，使得所培養的人才可直接服務于地方經濟建設過程中。

參考文獻：

[1] 郭文忠，張浩，董晨“. 新工科”背景下數據科學與大數據技術專業建設探索與實踐——以福州大學為例[J].電腦知識與技術，2020，16（25）：121-123.

[2] 吳舒展，潘保國，曾梅蘭，等.普通地方高校數據科學與大數據技術專業人才培養探索——以湖北工程學院為例[J].中國現代教育裝備，2023（7）：135-137，144.

[3] 陳可華，張世良.新工科背景下大數據專業課程定位與改進

[4] 張磊.吉林民農辦業本科科技計學算院機學類報專，2022，31（6）：65-6.現狀與對策[J]. 計算機教育，2022（3）：6-10.

[5] 許安見，鄒楊.數據科學與大數據專業培養方案探討[J].教育教學論壇，2019（5）：45-46.

【通聯編輯：王力】