基礎(chǔ)課程線上教學(xué)改革實踐淺析
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摘要:對大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)基礎(chǔ)課程的線上教學(xué)改革實踐進行研究。在開課前要進行一系列的準備:對學(xué)生進行調(diào)查，明確教學(xué)目標，制訂教學(xué)方案，選擇教學(xué)平臺。從調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)生前期均學(xué)過C語言、統(tǒng)計學(xué)等課程，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和相關(guān)專業(yè)知識基礎(chǔ)，并且對大數(shù)據(jù)處理技術(shù)具有較高的學(xué)習(xí)欲望，比較熱衷于大數(shù)據(jù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用?？紤]到單獨使用一種教學(xué)平臺或方式可能存在一定局限性，課程組決定采用“錄播+直播+研討”的方式進行線上授課，錄播課以千聊為主，直播課以釘釘為主。在教學(xué)過程中，要始終圍繞課程目標來預(yù)設(shè)講授的重點內(nèi)容框架，選擇適合學(xué)生的教學(xué)方法，結(jié)合實際案例形象生動地闡述現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)、平臺及框架。在教學(xué)方法的改革過程中，教師要把握好對課程內(nèi)容的調(diào)整力度，加深對課程的探索，不斷優(yōu)化教學(xué)方法。
關(guān)鍵詞:大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)基礎(chǔ)課程;線上教學(xué)改革
“互聯(lián)網(wǎng)+”時代為高等教育的混合式教學(xué)發(fā)展提供了機遇，線上教學(xué)成為了高校教學(xué)改革的方向，線上線下融合教學(xué)將成為未來高校教學(xué)的主流［1－4］。2020年，海軍航空大學(xué)航空作戰(zhàn)勤務(wù)學(xué)院研究生選修課程大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)基礎(chǔ)課程組組長負責(zé)組織成員進行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的培訓(xùn)，要快速適應(yīng)從傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式到線上教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過一周的討論和研究，課程組最終確定了“錄播+直播+研討”的教學(xué)模式，并圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)計了合理可行的教學(xué)方法和手段，積極開展線上教學(xué)改革實踐，幫助課程組成員對線上教學(xué)管理有一個全新的認識［5－9］。
1課程簡介
大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)基礎(chǔ)是一門新興的交叉學(xué)科課程，屬于數(shù)據(jù)科學(xué)范疇，授課對象為電子信息專業(yè)、信息與通信工程及其他學(xué)科專業(yè)的碩士研究生;課程地位是專業(yè)選修課，是大數(shù)據(jù)技術(shù)的入門課程;先修課程有概率論、編程語言(C語言、JAVA)、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ);后續(xù)課程有人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。該課程內(nèi)容涉及廣泛，除了編程的相關(guān)知識，還涉及數(shù)學(xué)、通信方面的知識，需要學(xué)生具有一定專業(yè)背景。目前，大數(shù)據(jù)專業(yè)普遍存在以下問題:(1)部分教師是計算機、電子信息、通信等專業(yè)畢業(yè)的，對大數(shù)據(jù)的理論雖然有一定研究，但在實踐方面缺乏經(jīng)驗和創(chuàng)新;(2)一些高校對于該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)體系還沒有一套成熟的規(guī)劃方案;(3)一些高校缺少可以用于學(xué)術(shù)研究方面的高品質(zhì)數(shù)據(jù);(4)進行大數(shù)據(jù)技術(shù)研究所需要的資源配置條件較高，需要投入大量的資金和場地，但一些高校在這方面沒有投入太多預(yù)算。海軍航空大學(xué)航空作戰(zhàn)勤務(wù)學(xué)院自2017年開設(shè)了大數(shù)據(jù)理論及技術(shù)基礎(chǔ)這門碩士研究生課程，設(shè)立這門課程的基本目標就是為了給同學(xué)們搭建起通向大數(shù)據(jù)知識空間的橋梁和紐帶。整個課程在設(shè)計和安排上遵循以下原則:構(gòu)建知識體系、闡明基本原理、引導(dǎo)初級實踐、了解相關(guān)應(yīng)用。通過對課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)框架和前沿技術(shù)，把握大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展動向，提升數(shù)據(jù)分析能力。課程主要內(nèi)容包括:(1)大數(shù)據(jù)概述。主要講大數(shù)據(jù)的基本概念、主要影響、應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)、計算模式，還有云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的概念及其與大數(shù)據(jù)之間的緊密關(guān)系;(2)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理。這是大數(shù)據(jù)分析全流程中的關(guān)鍵一環(huán)，直接決定了后續(xù)環(huán)節(jié)分析結(jié)果的質(zhì)量，主要介紹了數(shù)據(jù)采集方法、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)脫敏的方法;(3)大數(shù)據(jù)計算框架。主要講Hadoop的發(fā)展歷史、重要特性、應(yīng)用現(xiàn)狀、項目結(jié)構(gòu)及其各個組件、平臺的安裝;NoSQL數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的差異以及NoSQL數(shù)據(jù)庫的四大類型;Spark的基本概念、相比Hadoop的優(yōu)勢、生態(tài)系統(tǒng)和設(shè)計架構(gòu);流計算、圖計算、云數(shù)據(jù)庫及可視化技術(shù);(4)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。主要講數(shù)據(jù)挖掘概述、數(shù)據(jù)預(yù)處理、關(guān)聯(lián)、分類、聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)、深度信念網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容;(5)大數(shù)據(jù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。重點講大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、軍事和工業(yè)方面的應(yīng)用。
2開課前的準備
2.1對學(xué)生進行調(diào)查
課前準備是課堂教學(xué)較為重要的環(huán)節(jié)，課前調(diào)研有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，會決定教學(xué)效果，要做好課前資料的準備工作。課前階段，教師以問卷調(diào)查的方式對某班次學(xué)生的教育背景和研究方向進行了調(diào)研，并收集學(xué)生對課程教授內(nèi)容的要求和期望，讓學(xué)生帶著問題進課堂，結(jié)合學(xué)生的畢業(yè)方向在師生之間實現(xiàn)經(jīng)驗共享、多向交流，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。調(diào)研結(jié)果顯示:(1)該班次學(xué)生全部是碩士研究生，具有較高的學(xué)識基礎(chǔ);(2)該班次學(xué)生前期均學(xué)過C語言、統(tǒng)計學(xué)等課程，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和相關(guān)專業(yè)知識基礎(chǔ)，并且對大數(shù)據(jù)處理技術(shù)具有較高的學(xué)習(xí)欲望，比較熱衷于大數(shù)據(jù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用;(3)對每一個學(xué)生的科研方向進行了調(diào)研，決定選取幾種通用性大數(shù)據(jù)前沿技術(shù)來作為直播授課的內(nèi)容;(4)學(xué)生遵循課程知識體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了大數(shù)據(jù)的基本框架、機理和算法，注重理論與實踐，強調(diào)在科研中提出問題、分析問題、解決問題的能力。
2.2明確教學(xué)目標
理解大數(shù)據(jù)基本框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)挖掘的基本概念，掌握大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中分析問題和解決問題的方法，能夠運用聚類、分類、關(guān)聯(lián)等數(shù)據(jù)挖掘算法解決實際問題，掌握大數(shù)據(jù)處理的前沿理論和技術(shù)，把握大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展動向，提升數(shù)據(jù)分析能力。
2.3制訂教學(xué)方案
開課前，課程組組長組織全體課程組成員通過釘釘平臺研討教學(xué)方案和方式，并根據(jù)教材內(nèi)容和教學(xué)基本要求，在開課前針對包括教學(xué)內(nèi)容的教案和PPT按照適應(yīng)網(wǎng)上教學(xué)的方式進行了詳細整改。考慮到單獨使用一種教學(xué)平臺或方式可能存在一定局限性，而錄播和直播混合的授課方式正好可以節(jié)省學(xué)生時間，學(xué)習(xí)時間可以由學(xué)生自由分配(錄播)，又能增強學(xué)生之間的互動(直播)。因此，課程組決定采用“錄播+直播+研討”的方式進行線上授課，并為課程組成員分配任務(wù)，分別完成電子教材的制作、視頻資源的錄制、文檔編輯、課件制作、課后實驗素材匯總、教學(xué)平臺軟件篩選等工作。
2.4選擇教學(xué)平臺
課程組對現(xiàn)階段主流的教學(xué)平臺進行了考察，包括智慧樹、超星、雨課堂、中國大學(xué)慕課、釘釘、騰訊視頻等，經(jīng)過反復(fù)實驗、篩選、對比，發(fā)現(xiàn)釘釘平臺的空中課堂功能非常多，有強大的技術(shù)和資源支持，交互性強，具有很強的擴展能力，最終確定直播課程以釘釘平臺為主，并建立釘釘群與學(xué)生進行實時交流，為學(xué)生答疑解惑。千聊平臺由騰訊眾創(chuàng)空間孵化，是微信上領(lǐng)先的221直播平臺，是國內(nèi)領(lǐng)先的在線知識社區(qū)，各領(lǐng)域人才每天直播分享彼此的專業(yè)知識和經(jīng)驗，可實時進行互動交流。該平臺支持現(xiàn)場在線，可聽課，可和學(xué)友討論，可向講師提問，使用較為方便。它的錄播功能簡單易操作，學(xué)生通過微信就可以隨時隨地進行學(xué)習(xí)，因此，課程組選擇以千聊和釘釘為在線教學(xué)主平臺，其中，錄播課以千聊為主，直播課以釘釘為主。
3線上教學(xué)實施過程
(1)在大數(shù)據(jù)理論與技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，始終圍繞課程目標來預(yù)設(shè)講授的重點內(nèi)容框架，選擇適合學(xué)生的教學(xué)方法，結(jié)合實際案例形象生動地闡述現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)、平臺及框架。課程中部分數(shù)據(jù)挖掘算法具有基礎(chǔ)理論性強、推導(dǎo)過程繁瑣等特點，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，教師在講的同時要將理論知識和實際應(yīng)用相融合，引導(dǎo)學(xué)生盡快步入自主性、學(xué)導(dǎo)式學(xué)習(xí)的軌道，使學(xué)生能夠用所學(xué)方法分析解決實際問題;(2)在替代式教學(xué)策略的基礎(chǔ)上，教師要將主動參與教學(xué)策略和合作教學(xué)策略相結(jié)合，提倡學(xué)生主動思考、主動參與、主動實踐，提高學(xué)生的搜索能力、自學(xué)能力、合作溝通能力。在實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)過程中，要求學(xué)生開拓思路，大膽嘗試，根據(jù)自己的體會寫出實驗報告，包括實驗?zāi)康摹⑷蝿?wù)、原理、實現(xiàn)思路、結(jié)果分析及感想等內(nèi)容，幫助學(xué)生進一步領(lǐng)會和掌握在課堂上學(xué)到的與數(shù)據(jù)挖掘算法相關(guān)的基本概念、基本原理及分析方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，使他們樂于實踐并深化理論，為今后智能計算的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ);(3)在教學(xué)手段上，對于理論性通用性強、沒有太大理解難度的內(nèi)容(如大數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)框架)，可通過千聊錄播的形式發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可以自由選擇學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)內(nèi)容，大大提高了學(xué)習(xí)效率;對于互動性較強的內(nèi)容(如數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)前沿技術(shù))，可采用直播課的形式，通過探討式、啟發(fā)式的教學(xué)方式將理論知識介紹給學(xué)生，同時將一些優(yōu)質(zhì)的大數(shù)據(jù)方面的網(wǎng)絡(luò)視頻推送給學(xué)生，使學(xué)生既掌握了必備的知識和技能，又提高了自身能力和素質(zhì);(4)在直播課上，根據(jù)每個學(xué)生的研究方向與學(xué)生進行針對性交流和溝通，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高直播課堂的互動效果，這樣能夠達到預(yù)期的教學(xué)目標，順利完成教學(xué)任務(wù);(5)課程組對一系列大數(shù)據(jù)處理方面的科研項目數(shù)據(jù)和實驗成果進行總結(jié)提煉，直接應(yīng)用于大數(shù)據(jù)課程的教學(xué)中，其中先進的算法能夠幫助學(xué)生了解現(xiàn)在大數(shù)據(jù)技術(shù)在實際中的應(yīng)用情況，以最先進的科研成果促進課程建設(shè)，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。
4教學(xué)總結(jié)
課前，對學(xué)生的組成、學(xué)習(xí)興趣和遇到的困難進行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)少數(shù)學(xué)生對與自己研究方向無關(guān)的講授內(nèi)容興趣不夠，接下來將進一步加強與學(xué)生的溝通。通過這次網(wǎng)絡(luò)授課，讓任課教師積累了一定的經(jīng)驗，在發(fā)現(xiàn)問題的同時也找到了一些好方法。網(wǎng)絡(luò)授課比傳統(tǒng)線下授課模式更加多樣化，方式更加靈活，互動頻率更高，可作為線下授課的有益補充，教師也可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺不斷更新自己的知識體系，提高教學(xué)能力。目前，一些網(wǎng)絡(luò)平臺已經(jīng)上線了一些關(guān)于提升教學(xué)水平的課程，如比較熱門的“邏輯鏈”“思維鏈”“高效教學(xué)”等新理念教學(xué)方法，這些對于教師的專業(yè)素養(yǎng)提升具有較大幫助［10］。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺涉及的領(lǐng)域很廣，教師不但可以對各類專業(yè)知識進行多次反復(fù)學(xué)習(xí)，還可以通過國內(nèi)外訪學(xué)、跟產(chǎn)跟研、專家講學(xué)、高校調(diào)研等多項舉措及途徑來提高自身的能力素質(zhì)。在線上教學(xué)的討論環(huán)節(jié)中，由于學(xué)生思維的發(fā)散性，可能出現(xiàn)一些突發(fā)情況，這也對教師的應(yīng)變能力和對課堂的掌控能力提出了更高要求，教師不僅要對授課內(nèi)容了如指掌，還要拓展一些課外的知識背景。另外，在教學(xué)方法的改革過程中，教師要把握好對課程內(nèi)容的調(diào)整力度，加深對課程的探索，不斷優(yōu)化教學(xué)方法。
作者:賈舒宜 王海鵬 毛忠陽 唐田田 單位:海軍航空大學(xué)航空作戰(zhàn)勤務(wù)學(xué)院
