數(shù)據(jù)分析與可視化課程教學(xué)體系建設(shè)實(shí)踐探究

何婷婷　胡杰　張璐　李凡

摘要：針對在“新工科”背景下，數(shù)據(jù)分析與可視化課程存在教學(xué)模式單一、知識(shí)點(diǎn)零散、學(xué)生主動(dòng)性不足、課程思政教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng)問題對課程進(jìn)行優(yōu)化。以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，主要從教學(xué)內(nèi)容、課程思政、教學(xué)方法三個(gè)方面完成優(yōu)化。教學(xué)實(shí)踐表明，該建設(shè)方法有明顯成效。

關(guān)鍵詞：課程思政；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)可視化；教學(xué)目標(biāo)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）13-0144-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0 引言

大數(shù)據(jù)時(shí)代下如何從龐大的數(shù)據(jù)量中提取出有價(jià)值的信息關(guān)乎各企業(yè)未來的發(fā)展，同時(shí)也是開展科學(xué)研究的基石。以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)為例，該專業(yè)在2022年首次開設(shè)了數(shù)據(jù)分析與可視化課程。該課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的專業(yè)必修課程，致力于使學(xué)生了解數(shù)據(jù)分析與可視化的流程，要求學(xué)生能夠利用輔助工具挖掘出海量數(shù)據(jù)背后隱藏的信息，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新精神、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真等職業(yè)素養(yǎng)，提高學(xué)生的專業(yè)自信和文化自信。因此，對于該門課程的建設(shè)關(guān)乎大數(shù)據(jù)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

該門課程雖然開設(shè)時(shí)間較短，但是有很多研究者對其進(jìn)行了探索。例如：王婧娟[1]等人提出了分層次教學(xué)模式，以認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理與分析、數(shù)據(jù)可視化四個(gè)層面為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)。楊艷霞[2]等人采用案例教學(xué)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與可視化的教學(xué)，使學(xué)生對數(shù)據(jù)分析與可視化的流程有進(jìn)一步的理解。楊菲菲[3]等人從工程教育專業(yè)認(rèn)證角度探討了Python數(shù)據(jù)分析與可視化的課程大綱，為講授該課程的教師提供了參考。周黎鳴[4]等人針對數(shù)據(jù)分析與可視化課程提出了能力導(dǎo)向和案例驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的教學(xué)方法。徐婷[5]等人對氣象數(shù)據(jù)分析與可視化課程的理論內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，并結(jié)合專業(yè)熱點(diǎn)問題設(shè)計(jì)實(shí)踐提高學(xué)生的實(shí)踐能力。2020年教育部發(fā)布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求專業(yè)課程要以“潤物細(xì)無聲”的形式融入課程思政，專業(yè)教育與思政教育同向而行[6]。由于數(shù)據(jù)分析與可視化是新開課程，體系結(jié)構(gòu)不完整，思政元素探索較少。本文針對山西農(nóng)業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的該門課程進(jìn)行研究，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程思政對其進(jìn)行優(yōu)化。

1 課程分析

1.1 課程介紹

數(shù)據(jù)分析與可視化課程可分為數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)可視化兩方面，目前已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)、金融、醫(yī)學(xué)、電商等學(xué)科的重要工具。管理者可通過分析與可視化技術(shù)歸納出歷史數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律，在瞬息萬變的大數(shù)據(jù)時(shí)代占得先機(jī)。由于每個(gè)學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)方案的不同，課時(shí)與學(xué)分等信息也有所差別。本文以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)為例，課程的基本信息（如表1） 。

1.2 學(xué)情分析

目前，大數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，各種大數(shù)據(jù)技術(shù)也如春筍般涌現(xiàn)[7]。然而，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)在各高校成立時(shí)間短，數(shù)據(jù)分析與可視化課程仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，還未能建立自己的課程思政與教學(xué)體系，無法適應(yīng)當(dāng)下的教育需求。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1） 教學(xué)內(nèi)容。數(shù)據(jù)分析與可視化課程以Python 語言為基礎(chǔ)，利用Numpy、Pandas、Matplotlib、Seaborn 等第三方庫處理和可視化數(shù)據(jù)。由于課程涉及大量函數(shù)，理論知識(shí)枯燥，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容未形成系統(tǒng)性框架等問題導(dǎo)致學(xué)生參與性不強(qiáng)。

2） 學(xué)生特征。本門課程授課對象為大三學(xué)生且均為00后，通過授課發(fā)現(xiàn)該類學(xué)生具有以下特點(diǎn)：一是思想較為成熟，具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，解決問題的意識(shí)，但是知識(shí)碎片化，未能形成整體性框架。二是未來規(guī)劃逐漸清晰，所學(xué)習(xí)知識(shí)更加傾向于實(shí)用性和針對性。三是自我意識(shí)較強(qiáng)，缺乏一定的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和集體榮譽(yù)感。

3） 五育失衡。習(xí)近平總書記提出教育要“德智體美勞”五育共舉，五美缺一不可。長期以來，數(shù)據(jù)分析與可視化與金融、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行融合，鮮少有人強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)與美的結(jié)合。對于工科學(xué)生來說，發(fā)現(xiàn)美，欣賞美，創(chuàng)造美的能力較差，而本門課程最終呈現(xiàn)的可視化界面需要符合大多數(shù)用戶的審美。因此，美育也是本門課程至關(guān)重要的一環(huán)。

1.3 課程目標(biāo)

工程教育專業(yè)認(rèn)證的教育理念核心為“學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”[8]。專業(yè)人才培養(yǎng)方案中詳細(xì)羅列了該專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求以及與課程目標(biāo)的對應(yīng)矩陣。該課程團(tuán)隊(duì)圍繞數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程性質(zhì)以及授課對象特點(diǎn)，形成了三維教學(xué)目標(biāo)即知識(shí)與技能目標(biāo)、過程與方法目標(biāo)、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)，每個(gè)目標(biāo)分為基本目標(biāo)和進(jìn)階目標(biāo)。

1） 知識(shí)與技能目標(biāo)。基本目標(biāo)為理解數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化的概念，掌握數(shù)據(jù)分析與可視化的基本流程，熟悉Python第三方庫：Numpy、Pandas、Matplot?lib、Seaborn等。進(jìn)階目標(biāo)為利用Python工具、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)知識(shí)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化，從中找到有價(jià)值的信息和規(guī)律，并能夠?qū)?shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行合理分析、解釋。

2） 過程與方法目標(biāo)。基本目標(biāo)為熟悉數(shù)據(jù)分析與可視化流程，熟練代碼編寫與調(diào)試的過程，具備查找資料、自主學(xué)習(xí)、自主探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美和創(chuàng)造美的能力。進(jìn)階目標(biāo)為能夠分析和研究數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；能夠根據(jù)已知數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化或建立模型，從中發(fā)現(xiàn)問題并找到解決問題的方法；能夠?qū)ξ粗獢?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；能夠在多學(xué)科背景的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)核心成員或負(fù)責(zé)人的角色。

3） 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。基本目標(biāo)為培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、邏輯縝密、數(shù)據(jù)真實(shí)、具有創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的職業(yè)素養(yǎng)；培養(yǎng)品德優(yōu)良、專業(yè)知識(shí)扎實(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才；培養(yǎng)學(xué)生科技報(bào)國的情懷。進(jìn)階目標(biāo)為增強(qiáng)對中國特色社會(huì)主義制度的認(rèn)識(shí)，在增強(qiáng)“四個(gè)自信”的同時(shí)提高專業(yè)自信。