呂品　陳年生　王淮亭

摘要：針對(duì)軟件工程試點(diǎn)專業(yè)本科生理論與實(shí)踐結(jié)合能力薄弱以及系統(tǒng)能力培養(yǎng)沒(méi)有引起教師足夠重視的問(wèn)題，提出計(jì)算思維能力是高層次數(shù)據(jù)分析人才必備的重要素質(zhì)，并闡述如何在算法類課程的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展輸送合格的應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析人才；軟件工程專業(yè)；計(jì)算思維能力；正情緒

0引言

Web技術(shù)的飛速發(fā)展產(chǎn)生了海量的用戶生成內(nèi)容，大量信息蘊(yùn)藏其中，是潛在用戶決策支持的有價(jià)值資源。如何挖掘海量用戶生成內(nèi)容催生了數(shù)據(jù)分析人才的市場(chǎng)需求。麥肯錫全球研究院報(bào)告預(yù)計(jì)，美國(guó)在2018年數(shù)據(jù)分析人才缺口將達(dá)到50%～60%，甚至可能更大。我國(guó)政府提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，使得數(shù)據(jù)幾乎滲透到每一個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析人才需求倍增。

1數(shù)據(jù)分析人才必備的重要素質(zhì)

數(shù)據(jù)分析人才能對(duì)行業(yè)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)，能為企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策提供科學(xué)量化的分析依據(jù)。2007年，復(fù)旦大學(xué)首先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析人才，隨后香港中文大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高等院校也相繼開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程。分析上述高校人才培養(yǎng)計(jì)劃可知，數(shù)據(jù)分析人才應(yīng)該系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)分析相關(guān)技能（主要包括數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)分析、商業(yè)分析和自然語(yǔ)言處理等），應(yīng)具有較寬的知識(shí)面、獨(dú)立獲取知識(shí)的能力及較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，是一種復(fù)合型專業(yè)人才。《中國(guó)大數(shù)據(jù)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》在數(shù)據(jù)人才一章中明確指出，數(shù)據(jù)分析人才的培養(yǎng)要從本科階段開(kāi)始，要注重運(yùn)用算法分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，由此可見(jiàn)，計(jì)算思維能力是數(shù)據(jù)分析人才必須具備的重要素質(zhì)之一。

2計(jì)算思維能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

自2002年以來(lái)，我國(guó)計(jì)算機(jī)教育專家將計(jì)算思維能力歸結(jié)為計(jì)算機(jī)專業(yè)人才必備的4大專業(yè)基本能力，并且強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維能力是其他3項(xiàng)能力（算法設(shè)計(jì)與分析、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)能力）的基石。那么，如何在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，依托應(yīng)用型本科軟件工程試點(diǎn)專業(yè)建設(shè)，培養(yǎng)軟件工程專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力，為社會(huì)輸送高質(zhì)量數(shù)據(jù)分析人才？計(jì)算思維能力的強(qiáng)弱主要表現(xiàn)為學(xué)生能否正確運(yùn)用抽象與分解、遞歸、啟發(fā)式等方法解決計(jì)算求解問(wèn)題。訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維能力可在算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法設(shè)計(jì)與分析課程（以下簡(jiǎn)稱算法類課程）的教學(xué)中進(jìn)行，因而算法類課程是本科階段培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析人才的重要課程。

然而，在算法類課程的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，存在兩個(gè)較為常見(jiàn)的問(wèn)題：

（1）學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力薄弱。學(xué)生要達(dá)到靈活運(yùn)用算法解決實(shí)際問(wèn)題，必須掌握算法的核心思想，但由于算法類課程中許多概念抽象，一些經(jīng)典算法較為復(fù)雜，在這兩門課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，能體會(huì)到理論學(xué)習(xí)意義和動(dòng)手實(shí)踐樂(lè)趣的學(xué)生很少。

（2）系統(tǒng)能力培養(yǎng)沒(méi)有受到教師的足夠重視。由于算法類課程相關(guān)的綜合設(shè)計(jì)課內(nèi)學(xué)時(shí)少，教師無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)的角度認(rèn)知綜合設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行分析、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

由此可見(jiàn)，在算法類課程的現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)中，訓(xùn)練學(xué)生計(jì)算思維能力的機(jī)會(huì)較少，必須結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)分析人才市場(chǎng)需求的發(fā)展趨勢(shì)，重新審視算法類課程的定位和內(nèi)容，以達(dá)到夯實(shí)學(xué)生計(jì)算思維能力的目的。

3在算法類課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的方法

從整體上，一個(gè)較高層次的數(shù)據(jù)分析人才應(yīng)該掌握7大版塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展現(xiàn)以及數(shù)據(jù)應(yīng)用。以數(shù)據(jù)分析人才驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，培養(yǎng)軟件工程專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維能力的算法類教學(xué)方法主要是把算法類課程中算法分析與設(shè)計(jì)的思想融入數(shù)據(jù)分析中，用數(shù)據(jù)分析中的實(shí)際需求驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)書本上抽象的理論知識(shí)。以7大版塊中最重要的數(shù)據(jù)挖掘版塊作為載體，在算法類課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

3.1基于實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

目前，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)組織IEEE International Conference on Data Mining（ICDM）已評(píng)選出數(shù)據(jù)挖掘的10大經(jīng)典算法：C4.5、k-means、SVM、Apriori、EM、PageRank、AdaBoost、kNN、Navie Bayes和CART。在教學(xué)過(guò)程中，可以根據(jù)不同類型的應(yīng)用問(wèn)題，結(jié)合這些經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘算法布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，對(duì)每一實(shí)驗(yàn)任務(wù)制定實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生清晰地理解并實(shí)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

以2013級(jí)軟件工程專業(yè)學(xué)生參加中國(guó)好創(chuàng)意的“互聯(lián)網(wǎng)情緒指標(biāo)和生豬價(jià)格的關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘和預(yù)測(cè)”為例，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模横槍?duì)來(lái)自國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)的生豬歷年消費(fèi)者情緒數(shù)據(jù)，挖掘消費(fèi)者情緒指標(biāo)和生豬價(jià)格之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（2）實(shí)驗(yàn)要求：采用Apriori算法，對(duì)近期國(guó)內(nèi)五花肉價(jià)格及生豬價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：首先，對(duì)原始的生豬數(shù)據(jù)清洗是分析消費(fèi)者情緒與生豬價(jià)格之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的第一個(gè)階段，其目的是刪除無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)；其次，統(tǒng)計(jì)與消費(fèi)者正面情緒或消費(fèi)者負(fù)面情緒同時(shí)出現(xiàn)的相關(guān)指標(biāo)，并根據(jù)自定義的最小支持度閾值獲得正面情緒或負(fù)面情緒的頻繁項(xiàng)集；最后，根據(jù)自定義的置信度對(duì)獲得的頻繁項(xiàng)集進(jìn)行篩選，得到有意義的頻繁項(xiàng)集。

（4）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：解讀最終得到的頻繁項(xiàng)集，將挖掘的結(jié)果反饋到生豬養(yǎng)殖戶，讓其掌握生豬市場(chǎng)的供求關(guān)系。

個(gè)別有能力的學(xué)生還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行拓展，從互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)中找出其他一些具有參考價(jià)值的生豬價(jià)格預(yù)測(cè)先導(dǎo)指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)的編碼完成后，還要求學(xué)生從軟件開(kāi)發(fā)的角度撰寫規(guī)范的項(xiàng)目報(bào)告，內(nèi)容包括項(xiàng)目的需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼與測(cè)試等。教師可通過(guò)報(bào)告清楚了解學(xué)生是否有良好的計(jì)算思維能力。針對(duì)計(jì)算思維能力薄弱的學(xué)生，教師可以再布置另外的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓其訓(xùn)練。例如，在“互聯(lián)網(wǎng)情緒指標(biāo)和生豬價(jià)格的關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘和預(yù)測(cè)”實(shí)踐項(xiàng)目中，要求項(xiàng)目報(bào)告中有目標(biāo)場(chǎng)景、需求理解、方案創(chuàng)意說(shuō)明、模型數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)分析、算法設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析、原型系統(tǒng)介紹等。

3.2算法類課程教學(xué)內(nèi)容拓展

由于本科階段算法類課程的教學(xué)內(nèi)容只涉及完成基于實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的基礎(chǔ)知識(shí)，不包括數(shù)據(jù)挖掘算法，這就需要教師在算法類課程中拓展教學(xué)內(nèi)容。因此，在教學(xué)過(guò)程中需要將經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘算法與算法類課程的理論知識(shí)巧妙融合。為此，教師需要詳細(xì)分析實(shí)現(xiàn)每個(gè)數(shù)據(jù)分析任務(wù)需要的基本理論知識(shí)，然后按照書本相關(guān)內(nèi)容的先后順序串聯(lián)起來(lái)并編寫授課計(jì)劃，體現(xiàn)算法類課程精華內(nèi)容與實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的融合。為了保證學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘算法的深入理解，需要鼓勵(lì)其利用課余時(shí)間廣泛查閱相關(guān)資料，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

在2013級(jí)軟件工程專業(yè)學(xué)生參加中國(guó)好創(chuàng)意的“互聯(lián)網(wǎng)情緒指標(biāo)和生豬價(jià)格的關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘和預(yù)測(cè)”競(jìng)賽中，指導(dǎo)教師們利用課外時(shí)間給學(xué)生講解關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法的思想、原理、特點(diǎn)等。學(xué)生在學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法的過(guò)程中進(jìn)一步掌握了遞歸與分治思想、回溯法思想；理解了樹型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法性能的改進(jìn)。通過(guò)這樣的實(shí)踐，參賽學(xué)生完成的作品清晰展示了他們?cè)趯W(xué)習(xí)算法類課程中培養(yǎng)的計(jì)算思維能力。

3.3計(jì)算思維能力培養(yǎng)的跟蹤

為了改進(jìn)軟件工程學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)中可能存在的問(wèn)題，收集應(yīng)用于13級(jí)軟件工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、授課計(jì)劃、項(xiàng)目報(bào)告、算法類課程的理論成績(jī)與實(shí)踐成績(jī)。通過(guò)跟蹤他們畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成情況，分析曾在算法類課程上得到較好計(jì)算思維能力培養(yǎng)的學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，檢驗(yàn)提出的方法。由于本研究的對(duì)象還沒(méi)有進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，故只進(jìn)行算法類課程的理論成績(jī)與基于實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況的分析。通過(guò)兩門課程期末考試成績(jī)可以看出，認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)生理論考試成績(jī)普遍高于不認(rèn)真的學(xué)生，這充分說(shuō)明基于實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能有效改進(jìn)目前算法類教學(xué)課程中存在的問(wèn)題。

此外，還準(zhǔn)備通過(guò)學(xué)院學(xué)生管理部門跟蹤2013級(jí)軟件工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)情況和用人單位的反饋意見(jiàn)，了解學(xué)生的專業(yè)能力，及時(shí)修改計(jì)算思維能力的培養(yǎng)方法，為探索應(yīng)用型本科軟件工程試點(diǎn)專業(yè)建設(shè)提供有力支撐。

3.4充分利用移動(dòng)平臺(tái)

為了讓學(xué)生充分體驗(yàn)到算法類課程學(xué)習(xí)的成就感，在算法類教學(xué)過(guò)程中，要求學(xué)生以3～5人一組，形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)算法類課程教學(xué)App。該App的功能模塊主要有算法類課程的教學(xué)資源、10種經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘算法講解教案、基于數(shù)據(jù)分析任務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、學(xué)生作品展示區(qū)和交流區(qū)。課程結(jié)束后，學(xué)生對(duì)每一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的App進(jìn)行互評(píng)，最終選用得分最高的課程教學(xué)App為下屆的學(xué)生使用。由于有了這樣的平臺(tái)，教師和學(xué)生的溝通變得更加方便與及時(shí)，學(xué)生對(duì)算法類課程的學(xué)習(xí)不再受時(shí)空的限制。在移動(dòng)終端普及的情況下，這種教學(xué)模式一方面能讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間，另一方面能營(yíng)造一種學(xué)生之間良性競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)氛圍。盡管教學(xué)App的開(kāi)發(fā)是學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的副產(chǎn)品，但也正是這種副產(chǎn)品給學(xué)生帶來(lái)的成就感讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中充滿了正情緒，讓計(jì)算思維能力的培養(yǎng)成為一個(gè)潛移默化的過(guò)程。

4結(jié)語(yǔ)

以數(shù)據(jù)挖掘?yàn)檩d體的本科生計(jì)算思維能力培養(yǎng)涵蓋了算法類課程中理論知識(shí)的拓展學(xué)習(xí)、實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)的項(xiàng)目實(shí)踐以及課堂之外學(xué)生對(duì)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。這種以數(shù)據(jù)分析人才驅(qū)動(dòng)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)方法重在以實(shí)際數(shù)據(jù)分析任務(wù)為主線，依托算法類課程教學(xué)內(nèi)容的拓展，通過(guò)實(shí)踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，通過(guò)人才的實(shí)際需求充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在正情緒的狀態(tài)下快樂(lè)地享受計(jì)算思維能力培養(yǎng)的過(guò)程，以達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的目的。

（編輯：郭田珍）