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數(shù)據(jù)科學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)

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數(shù)據(jù)科學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)

摘要:自2016年以來(lái),全國(guó)共283所高校獲批數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè),針對(duì)該專業(yè)課程體系中涉及的程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了背景研究、課程教學(xué)目標(biāo)及以C程序設(shè)計(jì)為例的教學(xué)實(shí)踐的探討.分析了程序設(shè)計(jì)課程對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)其他課程的支撐關(guān)系,探討了如何結(jié)合專業(yè)重構(gòu)課程及課程教學(xué)方法改革.

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)科學(xué);大數(shù)據(jù);程序設(shè)計(jì);課程教學(xué)

2016年,教育部的《2015年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果》中,首次增設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè),北京大學(xué)、對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)、中南大學(xué)成為第1批成功申請(qǐng)到“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)”的學(xué)校[1].2017年3月,第2批32所高校獲批[2].而在2018年《教育部關(guān)于公布2017年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》中,第3批有248所學(xué)校獲批[3],是過(guò)去2次審批通過(guò)總數(shù)的近8倍.由于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)是新開設(shè)的本科專業(yè),不同高校根據(jù)自身教學(xué)資源與辦學(xué)條件制訂相應(yīng)的人才培養(yǎng)目標(biāo),雖然有各自特點(diǎn),但總的來(lái)說(shuō),該專業(yè)主要培養(yǎng)具有信息科學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能,掌握大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術(shù),具備一定的數(shù)據(jù)科學(xué)研究能力以及數(shù)據(jù)科學(xué)家崗位的基本素養(yǎng),能勝任數(shù)據(jù)分析與挖掘算法研究和數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才.文獻(xiàn)[4]對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)進(jìn)行了研究,從課程體系、師資力量和實(shí)踐平臺(tái)3各方面進(jìn)行了建議,在課程體系建設(shè)中提到,基礎(chǔ)能力培養(yǎng)涉及課程包括程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程.文獻(xiàn)[5]針對(duì)新工科背景下數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)問題進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分解,給出了指標(biāo)點(diǎn)與支撐課程的關(guān)系,這些課程中涉及大數(shù)據(jù)編程、深度學(xué)校編程、數(shù)據(jù)處理編程、數(shù)據(jù)分析編程以及算法分析與設(shè)計(jì)等課程.文獻(xiàn)[6]則對(duì)目前我國(guó)開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的高校為研究對(duì)象,對(duì)各高校的開設(shè)情況、課程數(shù)量、類型、特點(diǎn)等進(jìn)行了全方位分析,文中指出,數(shù)據(jù)工具類課程中,編程語(yǔ)言類課程所占比重最大.文獻(xiàn)[7]對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)核心課程建設(shè)進(jìn)行了探索與研究,文章以北京大學(xué)、中南大學(xué)以及福建工程學(xué)院的培養(yǎng)方案為例進(jìn)行分析,指出3所學(xué)校都開設(shè)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析等計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)課程.文獻(xiàn)[8]對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)特色課程進(jìn)行研究,在系統(tǒng)調(diào)研世界一流大學(xué)該專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了國(guó)外8所大學(xué)的數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)特色課程,提出了該專業(yè)應(yīng)重視的10門特色課程,其中涉及Python語(yǔ)言課程;文章還重點(diǎn)分析了我國(guó)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)存在的不足及普遍存在的8種曲解現(xiàn)象,其中之一是照搬傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)課.從上述文獻(xiàn)可以看出,程序設(shè)計(jì)能力是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的基本能力,然而該專業(yè)的主要目標(biāo)是對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析應(yīng)用,因此對(duì)程序設(shè)計(jì)能力的要求應(yīng)該與計(jì)算機(jī)類其它專業(yè)的有所不同,應(yīng)根據(jù)專業(yè)需求制定程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)目標(biāo).目前尚未看到探討該問題的相關(guān)文獻(xiàn),本文針對(duì)該問題,首先分析數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的程序設(shè)計(jì)能力,針對(duì)能力要求制定程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo),以《C程序設(shè)計(jì)》課程為例,對(duì)該課程教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了探討.

1程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)

從數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)可見,畢業(yè)生只有掌握大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術(shù),才能勝任數(shù)據(jù)分析與挖掘算法研究和數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)專業(yè)工作.這一系列技術(shù)都需要學(xué)生需要有扎實(shí)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ).因此,程序設(shè)計(jì)課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)最終歸要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一.通常,只要專業(yè)課程涉及嵌入式編程相關(guān)的,程序設(shè)計(jì)課程通常開設(shè)《C程序設(shè)計(jì)》,需要學(xué)生理解和掌握指針技術(shù).?dāng)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程主要圍繞數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析這幾個(gè)技術(shù)層面,應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)處理相關(guān)的編程技術(shù),不需要關(guān)注硬件相關(guān)的嵌入式編程技術(shù),因此,可以弱化指針之類的相關(guān)編程技術(shù).以云南民族大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)為例,該專業(yè)學(xué)生需修讀完人才培養(yǎng)方案規(guī)定的160學(xué)分方可畢業(yè),其中專業(yè)基礎(chǔ)課57學(xué)分.程序設(shè)計(jì)課主要涉及C程序設(shè)計(jì)、Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)(Java),共9學(xué)分.程序設(shè)計(jì)課程對(duì)后續(xù)課程的支撐關(guān)系如圖1所示.

2C程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)踐

2.1課程知識(shí)模塊

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生畢業(yè)后,能在健康醫(yī)療、扶貧大數(shù)據(jù)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)從事數(shù)據(jù)科學(xué)研究、大數(shù)據(jù)相關(guān)工程分析開發(fā)、測(cè)試、運(yùn)維、管理和咨詢等工作.針對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)C程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了知識(shí)重構(gòu),強(qiáng)調(diào)以計(jì)算思維訓(xùn)練為目的,循序漸進(jìn)地融入后續(xù)課程.課程知識(shí)點(diǎn)及要求如表1.在表1中,1~5項(xiàng)屬于基本程序設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生基本編程的能力,是所有專業(yè)共同的知識(shí)點(diǎn),其中計(jì)算機(jī)類專業(yè)更強(qiáng)調(diào)內(nèi)存的使用,而數(shù)學(xué)類、統(tǒng)計(jì)類則一般不單獨(dú)提及,數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)對(duì)內(nèi)存使用要求理解程序運(yùn)行過(guò)程.6~9項(xiàng)屬于高級(jí)程序設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)類因后續(xù)課程涉及嵌入式編程相關(guān)課程,會(huì)重點(diǎn)講解指針部分的內(nèi)容.而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)這部分內(nèi)容可以弱化,甚至不講.而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)因后續(xù)課程的需求,應(yīng)該對(duì)文件部分內(nèi)容進(jìn)行講解,使學(xué)生熟悉文件基本操作的方法.另外,在表中未列的內(nèi)容,比如位運(yùn)算,對(duì)于電子信息類專業(yè)是重點(diǎn)講解的內(nèi)容,對(duì)于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)則可以不講.

2.2課程教學(xué)方法

課程教學(xué)采用線上線下相融合的教學(xué)模式,使教學(xué)活動(dòng)不受時(shí)空限制,隨時(shí)隨地進(jìn)行.1)線上學(xué)習(xí)融合的教學(xué)模式通過(guò)慕課平臺(tái),培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力.課程采用學(xué)堂在線網(wǎng)絡(luò)課程,通過(guò)布置學(xué)生完成相關(guān)視頻的觀看,對(duì)課程進(jìn)行預(yù)習(xí).在教學(xué)中,教師主要針對(duì)具體問題進(jìn)行分析講解,將課程重心放在計(jì)算思維、程序分析與調(diào)試等實(shí)踐訓(xùn)練.慕課平臺(tái)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況,教師可以隨時(shí)進(jìn)行跟蹤、督促,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程.2)學(xué)習(xí)社區(qū)構(gòu)建構(gòu)建學(xué)習(xí)社區(qū),一是將學(xué)生分組,按小組建立微信群,高年級(jí)的助教同學(xué)擔(dān)任小組長(zhǎng),對(duì)學(xué)生平時(shí)作業(yè)進(jìn)行檢查、批改,任課老師與各組長(zhǎng)進(jìn)行定期交流,掌握學(xué)生學(xué)習(xí)和作業(yè)情況.二是使用微信小程序“小打卡”,由老師在打卡圈里布置學(xué)習(xí)、討論任務(wù),學(xué)生在打卡圈內(nèi)打卡反饋.學(xué)習(xí)社區(qū)的建立,營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍,同學(xué)之間既有競(jìng)爭(zhēng)的激勵(lì),也有同伴的鼓勵(lì).3)雨課堂輔助教學(xué)課堂教學(xué)采用雨課堂,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性.教師可以將帶有MOOC視頻、習(xí)題、語(yǔ)音的課前預(yù)習(xí)課件推送到學(xué)生手機(jī),師生溝通及時(shí)反饋;課堂上實(shí)時(shí)答題、彈幕互動(dòng),有效實(shí)現(xiàn)了師生互動(dòng).雨課堂教學(xué)模式,一方面提高了同學(xué)上課的積極性,另一方面,使學(xué)生在教學(xué)中參與度得到提高.

2.3課后實(shí)踐

課后實(shí)踐是C程序設(shè)計(jì)課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié).通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié),是學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的方法、步驟,鞏固課堂教學(xué)中所學(xué)知識(shí).該課程的課后實(shí)踐環(huán)節(jié)共分為3部分.1)線上作業(yè)線上作業(yè)主要采用學(xué)堂在線慕課課程布置相關(guān)知識(shí)點(diǎn)作業(yè),重點(diǎn)是隨堂知識(shí)點(diǎn)鞏固練習(xí).該部分作業(yè)包括視頻學(xué)習(xí)、課后知識(shí)點(diǎn)練習(xí),通過(guò)學(xué)堂在線后臺(tái)管理,教師可以及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)完成情況、知識(shí)點(diǎn)掌握程度.2)平時(shí)上機(jī)作業(yè)平時(shí)上機(jī)作業(yè)采用CG一體化教學(xué)平臺(tái),老師布置隨堂上機(jī)程序設(shè)計(jì)練習(xí),學(xué)生在線提交,由助教學(xué)生和老師共同完成作業(yè)批改.3)大作業(yè)大作業(yè)是小組共同完成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè).一學(xué)期開展2次,分別將一段時(shí)間內(nèi)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目課題中,由小組進(jìn)行討論,分工完成,形成項(xiàng)目報(bào)告并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示講解.一方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,另一方面培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力.

3結(jié)語(yǔ)

程序設(shè)計(jì)課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的基礎(chǔ)課,是貫穿整個(gè)人才培養(yǎng)的一系列課程.C程序設(shè)計(jì)課程是高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科的必修課,作為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐只有一年.在此過(guò)程中,結(jié)合該專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)C程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了重構(gòu),以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和支撐后續(xù)課程的學(xué)習(xí)為目標(biāo),對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合.在教學(xué)過(guò)程中,采取形式多樣的教學(xué)策略,構(gòu)筑線上線下相融合的教學(xué)模式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.C程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革,對(duì)后續(xù)程序設(shè)計(jì)課程的啟發(fā)是,要以產(chǎn)出為導(dǎo)向,對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行重構(gòu)整合,走出照搬傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的誤區(qū).

作者:趙艷芳 潘文林 單位:云南民族大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院