計算機本科教育中大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的實踐教學體系設計

摘要：數(shù)字經(jīng)濟時代對大數(shù)據(jù)處理人才的迫切需求推動計算機本科教育急需構(gòu)建完整的實踐教學體系。基于基礎技能訓練模塊、專業(yè)技術(shù)實踐模塊及綜合應用創(chuàng)新模塊的三層遞進式結(jié)構(gòu)設計實踐教學內(nèi)容，重點培養(yǎng)學生在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)、分布式計算框架應用、機器學習模型開發(fā)等方面的技術(shù)能力。將校企協(xié)同貫穿實踐教學全過程，通過企業(yè)項目驅(qū)動機制培養(yǎng)學生的工程實踐能力，實踐教學體系的運行引入多維度考核標準，整合高校優(yōu)質(zhì)師資與企業(yè)技術(shù)資源，構(gòu)建起理論學習與工程實踐深度融合的人才培養(yǎng)新模式。經(jīng)過教學實踐驗證，學生在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)應用與創(chuàng)新實踐能力方面得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：計算機本科教育；大數(shù)據(jù)處理；實踐教學體系；校企協(xié)同；項目驅(qū)動

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）18-0119-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

數(shù)字經(jīng)濟時代推動大數(shù)據(jù)技術(shù)深度融入各行各業(yè)，催生對大數(shù)據(jù)處理人才的巨大需求，計算機本科教育必須加強實踐教學環(huán)節(jié)建設。當前計算機本科教育中大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的實踐教學面臨教學內(nèi)容體系碎片化、教學過程脫離產(chǎn)業(yè)實際及考核評價方式單一等問題，制約了計算機專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。基于產(chǎn)教融合理念，從價值導向、結(jié)構(gòu)設計及運行保障三個維度出發(fā)設計大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系，對提升學生實踐創(chuàng)新能力具有重要意義，將為推動計算機本科教育改革創(chuàng)新提供理論依據(jù)與實踐參考。

1 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系的價值導向

數(shù)字經(jīng)濟時代正在重塑計算機本科教育的實踐教學方向，各行業(yè)對大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度應用推動高等教育急需在人才培養(yǎng)過程中強化實踐教學環(huán)節(jié)。面對數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展趨勢，計算機本科教育需要構(gòu)建系統(tǒng)化的實踐技能培養(yǎng)鏈條，整合數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)、分析挖掘方法以及可視化呈現(xiàn)工具。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系立足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，重點培養(yǎng)學生掌握分布式存儲架構(gòu)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘算法開發(fā)能力以及機器學習模型應用水平。研究表明，項目驅(qū)動模式能夠有效提升學生的工程實踐思維，深化技術(shù)原理理解并增強創(chuàng)新應用能力，該體系的價值導向聚焦于大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，在云計算平臺支撐下探索分布式計算技術(shù)的實踐教學模式，引導學生系統(tǒng)掌握海量數(shù)據(jù)處理方法。通過在技術(shù)基礎、實踐創(chuàng)新及應用轉(zhuǎn)化等層面的系統(tǒng)化教學設計，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的深度對接，構(gòu)建以價值導向為核心、技術(shù)應用為基礎及創(chuàng)新能力為引領(lǐng)的實踐教學體系，從而全面提升計算機專業(yè)學生的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)水平。

2 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系的結(jié)構(gòu)設計

數(shù)字經(jīng)濟時代對大數(shù)據(jù)技術(shù)人才的專業(yè)素養(yǎng)提出新要求，推動實踐教學體系從單一技能培養(yǎng)向系統(tǒng)化能力構(gòu)建轉(zhuǎn)變。實踐教學體系結(jié)構(gòu)設計聚焦工程應用能力培養(yǎng)，注重技術(shù)深度應用以及創(chuàng)新思維開發(fā)。通過系統(tǒng)化設計建立基礎能力培養(yǎng)與專業(yè)技術(shù)應用，綜合創(chuàng)新提升為一體的遞進式教學架構(gòu)，實現(xiàn)學生技術(shù)能力全面發(fā)展。

2.1 多層級實踐教學模塊的構(gòu)建

實踐教學模塊構(gòu)建基于基礎技能訓練、專業(yè)技術(shù)實踐與綜合應用創(chuàng)新三個層次的遞進式結(jié)構(gòu)開展。基礎技能訓練模塊著重培養(yǎng)學生掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)技術(shù)，通過算法設計訓練提升編程基礎能力，并加深對核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理的理解。專業(yè)技術(shù)實踐模塊重點開展分布式計算框架應用實踐，引導學生系統(tǒng)學習Hadoop生態(tài)系統(tǒng)核心組件技術(shù)，掌握深度學習框架使用方法，并強化數(shù)據(jù)預處理技術(shù)實現(xiàn)能力。綜合應用創(chuàng)新模塊將真實數(shù)據(jù)處理場景引入課程設計，學生通過搭建分布式存儲系統(tǒng)與實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理計算框架、開發(fā)數(shù)據(jù)分析可視化平臺等項目實踐提升解決復雜問題的能力。實踐教學過程注重培養(yǎng)學生工程實踐思維，強化對數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析與可視化全流程技術(shù)的掌握，確保學生深入理解大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)。實踐教學模塊設計重視學生在項目實踐中的主動探索，通過設置不同難度等級的任務推動學生逐步提升技術(shù)應用水平，引導學生將專業(yè)理論知識應用于實際問題解決中，培養(yǎng)學生的技術(shù)創(chuàng)新意識與工程實踐能力。在實踐教學模塊實施過程中，采用線上線下混合教學模式，建立數(shù)據(jù)處理實驗平臺以支持學生遠程訪問計算資源，配置專門的項目管理系統(tǒng)跟蹤記錄學生實踐過程，構(gòu)建微服務架構(gòu)案例庫展示經(jīng)典項目實現(xiàn)方案，通過每周技術(shù)研討會形式推動學生交流分享實踐經(jīng)驗，營造積極向上的技術(shù)創(chuàng)新氛圍。

2.2 實踐教學過程的迭代優(yōu)化

實踐教學過程采用項目任務驅(qū)動模式開展教學活動，將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)應用能力培養(yǎng)貫穿始終。教學內(nèi)容設計精選金融數(shù)據(jù)分析平臺開發(fā)、用戶行為智能推薦系統(tǒng)構(gòu)建、社交網(wǎng)絡輿情監(jiān)測系統(tǒng)等典型項目作為實踐案例，將分布式計算技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘方法以及機器學習模型等核心技術(shù)融入實踐任務中。在實踐任務設置上劃分基礎訓練、提高訓練和拓展訓練三個層次，基礎訓練重點培養(yǎng)學生掌握分布式計算框架的基本應用能力，提高訓練著重鍛煉學生運用深度學習框架解決數(shù)據(jù)分析問題的能力，拓展訓練引導學生探索新技術(shù)、新方法解決復雜數(shù)據(jù)處理問題。教學評價體系中，過程性評價重點考查學生的問題分析能力、系統(tǒng)設計水平以及代碼編寫規(guī)范性，結(jié)果性評價則著重考核項目實現(xiàn)完整度、技術(shù)創(chuàng)新性以及系統(tǒng)可擴展性。實踐教學內(nèi)容通過組織行業(yè)專家研討會、開展企業(yè)實訓項目、參與技術(shù)研發(fā)合作等方式保持與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步更新，實現(xiàn)教學過程的精準指導與持續(xù)改進。近期實踐課程新增區(qū)塊鏈技術(shù)應用開發(fā)專題，引入智能合約設計實例培養(yǎng)學生掌握Web 3.0技術(shù)應用能力，開設數(shù)據(jù)安全隱私保護主題項目引導學生關(guān)注數(shù)據(jù)治理規(guī)范，通過定期更新教學案例確保培養(yǎng)方向緊跟行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢。

2.3 校企聯(lián)動的實踐教學機制

如圖1所示，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系構(gòu)建了一個自上而下的產(chǎn)教融合培養(yǎng)鏈條，該體系的首層為多層級實踐教學模塊，包含基礎技能訓練、專業(yè)技術(shù)實踐與綜合應用創(chuàng)新三個遞進層次，其中基礎技能訓練聚焦于編程基礎與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，專業(yè)技術(shù)實踐著重于分布式框架應用開發(fā)，綜合應用創(chuàng)新則側(cè)重大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計。第二層為實踐教學過程的迭代優(yōu)化，通過項目任務驅(qū)動與分階次實踐任務以及動態(tài)評價機制實現(xiàn)教學過程的持續(xù)改進。項目任務基于企業(yè)真實場景設計，通過循序漸進的難度設置培養(yǎng)學生的工程實踐能力。校企聯(lián)動的實踐教學機制作為第三層核心支撐，通過建立校企合作平臺、聯(lián)合實訓基地以及企業(yè)參與評價三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將產(chǎn)業(yè)資源深度融入教學過程。校企合作平臺負責統(tǒng)籌項目資源與技術(shù)指導，實訓基地提供實踐環(huán)境與硬件支持，企業(yè)評價確保培養(yǎng)質(zhì)量符合行業(yè)標準。目前已與多家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建立穩(wěn)定合作關(guān)系，通過產(chǎn)教深度融合實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，校企雙方定期開展技術(shù)交流研討，持續(xù)優(yōu)化實踐教學內(nèi)容，形成了校企資源共享及互利共贏的人才培養(yǎng)生態(tài)。該體系通過多層遞進的結(jié)構(gòu)設計，有效實現(xiàn)了人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求的深度對接，為大數(shù)據(jù)處理技術(shù)人才培養(yǎng)提供了完整的實踐教學保障。

3 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實踐教學體系的運行保障

大數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展日新月異，實踐教學體系運行需建立動態(tài)響應機制。實踐教學保障體系著重打造專業(yè)化師資隊伍，構(gòu)建智能化教學平臺，形成科學的質(zhì)量評價機制。通過建立靈活高效的運行機制，確保教學體系持續(xù)適應產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展需求，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標。

3.1 實踐教學師資團隊的組織架構(gòu)

實踐教學師資團隊構(gòu)建采用多元化人才結(jié)構(gòu)設計，以高學歷專職教師作為教學科研主導力量。學校通過持續(xù)引進博士學位人才充實教師隊伍核心力量，建立專業(yè)技術(shù)帶頭人培養(yǎng)機制，專職教師團隊配備專門的實驗技術(shù)人員以維護實踐教學環(huán)境，確保實驗實訓設施穩(wěn)定運行。團隊建設注重從業(yè)界引入資深工程師擔任兼職教師，將行業(yè)實踐經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容。學校定期選派教師參與企業(yè)實踐項目，組織技術(shù)培訓提升教學團隊專業(yè)水平，支持教師參與行業(yè)技術(shù)認證以深化專業(yè)素養(yǎng)。實踐教學團隊鼓勵教師開展課程建設研究，圍繞實踐教學模式創(chuàng)新開展深入探索，師資隊伍建設著重強化分布式計算架構(gòu)設計、數(shù)據(jù)挖掘算法開發(fā)及機器學習模型應用等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的人才儲備，形成梯隊合理的專業(yè)結(jié)構(gòu)布局。通過建立教師企業(yè)實踐制度，推動專業(yè)教師深入產(chǎn)業(yè)一線，掌握技術(shù)發(fā)展動態(tài)，提高教學針對性，打造理論扎實、實踐經(jīng)驗豐富的高水平師資團隊。近期已選派多名教師赴頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進行為期三個月的技術(shù)實踐輪訓，實現(xiàn)教師工程能力顯著提升。

3.2 實踐教學資源的集成建設

實踐教學資源建設立足于大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)應用需求，構(gòu)建了完整的實踐教學支撐環(huán)境。基礎設施配置強大的服務器集群系統(tǒng)，部署Hadoop分布式計算框架支持海量數(shù)據(jù)處理任務，配備多塊高性能GPU服務器以支持深度學習模型訓練。實驗室空間規(guī)劃設置數(shù)據(jù)采集預處理實驗區(qū)，搭建分布式計算訓練平臺，建立數(shù)據(jù)可視化展示中心。軟件環(huán)境部署涵蓋數(shù)據(jù)處理全流程的主流技術(shù)框架，包括數(shù)據(jù)預處理工具鏈、分布式計算組件庫以及機器學習算法包。項目案例庫采用模塊化組織方式構(gòu)建，精選金融數(shù)據(jù)分析平臺、電商推薦系統(tǒng)及智慧城市監(jiān)測等典型應用場景，完整記錄系統(tǒng)需求分析及架構(gòu)設計方案、核心代碼實現(xiàn)以及測試用例規(guī)范。教學資源庫設計開放共享機制，支持學生遠程訪問計算資源，提供在線技術(shù)文檔指導。實踐教學平臺采用動態(tài)更新機制，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢持續(xù)優(yōu)化軟硬件配置，定期更新技術(shù)框架版本，確保教學環(huán)境始終保持先進性。最新引入基于Docker容器技術(shù)的云原生實驗環(huán)境，為學生提供標準化開發(fā)測試平臺。

3.3 實踐教學質(zhì)量的評估反饋

實踐教學質(zhì)量評估體系構(gòu)建采用過程監(jiān)控與效果評價相結(jié)合的方式。系統(tǒng)建立了涵蓋知識掌握程度、技術(shù)應用能力、工程實踐水平以及創(chuàng)新思維表現(xiàn)的多維度考核指標。過程監(jiān)控環(huán)節(jié)重點關(guān)注項目開發(fā)文檔規(guī)范性、代碼質(zhì)量達標情況以及系統(tǒng)功能實現(xiàn)完整度。教學效果評價采用項目答辯匯報、技術(shù)分析報告撰寫以及系統(tǒng)功能測試等綜合考核方式，邀請行業(yè)專家全程參與評估工作。質(zhì)量評估系統(tǒng)開發(fā)了完整的數(shù)據(jù)分析功能，通過多維度分析發(fā)現(xiàn)教學過程中存在的問題，為持續(xù)改進提供數(shù)據(jù)支撐。教學評價機制建立了學生線上反饋平臺、教師教研活動記錄以及企業(yè)評審會議等多元化反饋渠道，每月組織項目研討會交流教學經(jīng)驗，每學期開展綜合能力評估考核。校企合作單位深度參與人才培養(yǎng)質(zhì)量評價，采用雙元制評價模式對學生工程實踐能力進行專業(yè)評估。通過定期收集整理各方反饋意見持續(xù)優(yōu)化教學內(nèi)容與方法，近期引入基于區(qū)塊鏈技術(shù)的教學過程記錄系統(tǒng)，實現(xiàn)教學質(zhì)量評估全過程可追溯。

4 結(jié)束語

數(shù)字經(jīng)濟時代對大數(shù)據(jù)處理技術(shù)人才的需求推動計算機本科教育深化實踐教學改革。基于基礎技能訓練模塊夯實理論基礎，依托專業(yè)技術(shù)實踐模塊提升核心能力，通過綜合應用創(chuàng)新模塊強化工程實踐水平，形成了一套完整的實踐教學體系。校企深度協(xié)同機制為學生提供真實項目環(huán)境，分層遞進的模塊設計激發(fā)學習主動性，項目驅(qū)動教學培養(yǎng)工程問題解決能力。未來將深入探索元宇宙環(huán)境下的沉浸式教學模式，完善智能化實踐平臺建設，構(gòu)建產(chǎn)教融合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)生態(tài)，為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】