張翔+潘國艷+陳華+高仕春+任杰宇

1.武漢大學水利水電學院，湖北 武漢 430072；

2.水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢大學，湖北 武漢 430072）

摘要：在當前大數(shù)據(jù)時代，高校教學中應能充分體現(xiàn)時代的變化與需求，將先進理念與技術帶頭引入實踐教學中。本文結(jié)合國內(nèi)外實踐教學的特點，依據(jù)如今大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，討論將大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢充分運用到二元實踐教學中來，使傳統(tǒng)的教學方法發(fā)生改變，并更加適應學生的個性化發(fā)展，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才?；诖髷?shù)據(jù)的二元實踐教學體系能夠打破傳統(tǒng)教學體系固有的短板，更加適應時代與社會發(fā)展的需要。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；二元；實踐教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0001-03

隨著網(wǎng)絡信息技術的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)對社會的各個領域產(chǎn)生重要影響，并且掀起了新的變革。在大數(shù)據(jù)的影響下，傳統(tǒng)教學模式存在的各類阻礙將被突破——與以往的“被動式”、“填鴨式”教學不同，進入高校學習的大部分學生具有學習自主性、偏好性的特點，同時由于大數(shù)據(jù)時代知識資源的易得性，來源渠道的多元性，導致傳統(tǒng)的教學方式受到極大的沖擊與挑戰(zhàn)。同時，國內(nèi)高校教育正日益普及，如何提高教學質(zhì)量成為高等教育界廣泛關注的問題。經(jīng)過多年的教學實踐證明，實踐教學環(huán)節(jié)的質(zhì)量是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關鍵。由于高等學校大多具有學生眾多、教育層次多元和學生學習能力差異大等特點，高校實踐教學呈現(xiàn)教學資源不平衡、利用效率較低、創(chuàng)新性和針對性不強等問題，迫切需要采用現(xiàn)代化的教學手段，為提高實踐教學質(zhì)量探索新的途徑。大數(shù)據(jù)分析技術的運用為探索以學生為中心的、使學生獲取知識、提高能力、掌握學習方法的新的教學方式成為可能。本文基于大數(shù)據(jù)分析技術，結(jié)合筆者提出的“二元實踐教學體系”，探索大數(shù)據(jù)環(huán)境下的實踐教學體系，創(chuàng)新教學理念、豐富教學內(nèi)容、改變教學方式，為提高教學質(zhì)量和復合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供基礎。

一、大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵

大數(shù)據(jù)是IT界繼云計算和物聯(lián)網(wǎng)之后的又一場技術革命，維克托·邁爾-舍恩伯格是最早洞見大數(shù)據(jù)時代發(fā)展趨勢的數(shù)據(jù)科學家之一，隨后學術界、政府機構(gòu)和工業(yè)界等各行各業(yè)開始密切關注大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)也終將引起教育界的新革命?！禢ature》和《Science》等就相繼出版?？瘉硖接懘髷?shù)據(jù)帶來的機遇和挑戰(zhàn)；世界著名管理咨詢公司麥肯錫于2011年6月發(fā)表了關于大數(shù)據(jù)的報告，詳盡描述和分析了大數(shù)據(jù)的關鍵技術和應用環(huán)境；2012年初美國奧巴馬政府已啟動了“大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃”，將大數(shù)據(jù)比作“未來的新石油”，對數(shù)據(jù)的占有和控制將成為國家間和企業(yè)間新的爭奪焦點，“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)來臨。高等教育必須緊跟時代的腳步，高等教育工作者也應該積極把握大數(shù)據(jù)時代的機遇與挑戰(zhàn)，開創(chuàng)新型的教學模式。大數(shù)據(jù)也可理解為需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)具有4V特點，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）。大數(shù)據(jù)的基本特征具體體現(xiàn)在：（1）要求較高的時效性，對于數(shù)據(jù)的及時分析與有效分析要求較高；（2）龐大的數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)從TB級別躍升到PB級別；（3）數(shù)據(jù)價值密度低，因此需要通過合適的算法從中抽取有用的信息；（4）數(shù)據(jù)類型繁多，要求對數(shù)據(jù)的分類處理能力較高。

二、大數(shù)據(jù)處理模式與一般流程

由于大數(shù)據(jù)有其自身的特性，因此其處理模式與傳統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)的理念有所不同。對大數(shù)據(jù)的處理形式目前主要包括：對靜態(tài)數(shù)據(jù)的批量處理，對在線數(shù)據(jù)的實時處理，以及對圖數(shù)據(jù)的綜合處理，而在線數(shù)據(jù)的實時處理又包括對流式數(shù)據(jù)的處理和實時交互計算兩種。其中，批量數(shù)據(jù)處理適合大型的相對比較成熟的數(shù)據(jù)操作，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián)網(wǎng)中均有應用。大數(shù)據(jù)的處理流程與一般的數(shù)據(jù)處理流程相類似，可以定義為：應用合適的工具對大量的、廣泛異構(gòu)的數(shù)據(jù)源進行抽取和集成，并遵循既定的標準，將得到的結(jié)果統(tǒng)一存儲，選用數(shù)據(jù)分析技術分析并存儲數(shù)據(jù)從而獲取有價值的知識，并且將這些知識以可視化的方式展示給終端用戶。總之，大數(shù)據(jù)處理的一般流程為數(shù)據(jù)的抽取與集成、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示。

三、二元實踐教學體系

實踐教學體系研究是高等教育教學改革研究的重要內(nèi)容之一，如何應用系統(tǒng)科學的理論和方法，通過整體設計，對實踐教學的各個要素進行組合優(yōu)化，形成結(jié)構(gòu)和功能最有效的實踐教學系統(tǒng)，成為實踐教學體系研究的熱點問題。實踐教學體系根據(jù)內(nèi)容和范圍，可分為廣義實踐教學體系和狹義實踐教學體系。廣義實踐教學體系一般包括實踐教學目標的設定、實踐教學內(nèi)容與范圍的劃定、實踐教學過程的管理和實踐教學條件的保障等要素，是由實踐教學活動的各要素構(gòu)成的有機聯(lián)系整體，具有指導作用。狹義實踐教學體系則指圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)目標，在制定教學計劃時，通過合理設置課程數(shù)量和類型，合理配置實驗、實習、實訓、課程設計、畢業(yè)設計、創(chuàng)新制作、社會實踐等各實踐教學環(huán)節(jié)，建立與理論教學體系相輔相成的具體的實踐教學內(nèi)容體系。廣義實踐教學體系和狹義實踐教學體系均包括軟件和硬件兩個方面。軟件方面是指為適應課堂理論教學和學生動手能力、創(chuàng)造能力培養(yǎng)而制定的相對完善的實踐性教學計劃或方案、實習指導書、實驗室管理規(guī)章制度等。硬件方面是指為完成實踐性教學計劃而配套的實習場所、儀器設備、實驗裝置、生產(chǎn)工藝流程、實驗材料和相關輔助設施等，包括教學實驗室、科研實驗室、野外實習地區(qū)等。文獻采用系統(tǒng)論和邏輯分析的方法，研究了實踐教學的系統(tǒng)性與系列性，提出了由相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)組成的“二元實踐教學體系”，該體系包括相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。相關實踐教學子系統(tǒng)以上機實踐、課程實驗、課程設計、實習、畢業(yè)設計等與理論教學緊密結(jié)合的環(huán)節(jié)構(gòu)成；獨立實踐教學子系統(tǒng)則由小組討論與案例教學、競賽（如全國水利設計大賽等）、結(jié)合科研項目獨立設計實驗方案和提供多實習方案等多種創(chuàng)新性和設計性實踐教學方式組成。“二元實踐教學體系”中的相關實踐教學子系統(tǒng)的教學內(nèi)容一般在理論教學之后進行，作為對理論教學內(nèi)容的實踐和探索，加深對理論教學內(nèi)容的理解和掌握，與理論教學關系緊密相關；獨立實踐教學子系統(tǒng)具有獨立性、多選擇性、多方案等特點，獨立實踐教學子系統(tǒng)的教學內(nèi)容和方式不局限于理論教學的內(nèi)容，更注重培養(yǎng)學生獨立思考、團隊合作、綜合運用知識和創(chuàng)新研究的能力?！岸獙嵺`教學體系”充分體現(xiàn)了實踐教學的系統(tǒng)性、系列性和獨立性，加深了對實踐教學體系的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、各環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系和如何發(fā)揮實踐教學在培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力中的作用等問題的認識。研究表明，在實踐教學過程中，相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)存在交叉和互補，不是兩個相互獨立的子系統(tǒng)，兩者是相輔相成的。相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)是實踐教學體系的重要組成部分，相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)的有機結(jié)合，對改革現(xiàn)有實踐教學體系，提高實踐教學質(zhì)量具有重要的理論和實際意義。例如，在課程設計中引入討論課和案例教學，能夠充分發(fā)揮學生的主觀能動性和團隊合作精神，既達到通過課程設計擴展對已有理論的實際應用訓練的目的，又能加深對理論教學的理解，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的目的；另外，還可以根據(jù)“二元實踐教學體系”，對畢業(yè)設計從時間、內(nèi)容、形式等多方面進行改革，提高畢業(yè)設計的深度和廣度。

四、基于大數(shù)據(jù)的二元實踐教學體系實例

從以上論述可知，大數(shù)據(jù)的應用，可以幫助教學工作者快速、準確和全面地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，更好地為教學服務?！岸獙嵺`教學體系”更注重理論與實踐的結(jié)合、教學與科研的結(jié)合，更強調(diào)學生學習上的差異性，對在實踐教學過程中如何根據(jù)學生的學習特點，有目的性和針對性地設置不同的實踐教學內(nèi)容，提出了更高的要求，大數(shù)據(jù)則為“二元實踐教學體系”提供了方法支撐。大數(shù)據(jù)分析在教學領域中的應用表明，通過廣泛收集每個學生的學習特點和需求，采用數(shù)據(jù)分析技術分析獲取關于學生學習特點的有價值的信息，并及時反饋給教師，形成針對性強的實踐教學內(nèi)容。本文結(jié)合《工程水文學》課程，具體探討大數(shù)據(jù)分析在實踐教學中的應用?！豆こ趟膶W》在武漢大學本科教學中已有近60年歷史，在繼承優(yōu)良傳統(tǒng)的基礎上，在二元實踐教學新體系的理論指導和大數(shù)據(jù)的環(huán)境背景下，應用先進的信息化技術，建設《工程水文學》精品資源共享課，該課程于2013年獲批國家精品資源共享課程建設資助，2016年建設成果通過了驗收審核，正式獲得國家精品資源共享課程稱號。課程建設在教學模式和方法手段方面具有創(chuàng)新性，對推動教學資源開放共享、提高教學質(zhì)量、拓展實踐教學、推廣網(wǎng)絡在線教育具有重要意義，課程關系見圖1。基于大數(shù)據(jù)分析的《工程水文學》二元實踐教學體系的構(gòu)建主要包括兩個方面，一是通過大數(shù)據(jù)可以收集學生的學習習慣和偏好性等信息；另一方面通過對數(shù)據(jù)的分析，改革教學方法，針對不同的學生制定不同的培養(yǎng)目標，給予不同的引導。以學生為本，根據(jù)學生自身的特性和特長，培養(yǎng)適應不同需要的人才。最后，通過因材施教的反饋，再不斷地改進方法，教學相長。

五、結(jié)論

教學是一個教師與學生互動、相長的過程，需要激發(fā)學生積極參與的熱情，才能取得良好的教學效果和教學質(zhì)量。本文基于大數(shù)據(jù)理論和分析技術，通過教學實踐，在廣泛征詢學生對實踐教學新體系的意見和建議的基礎上，提出了大數(shù)據(jù)環(huán)境下的“二元實踐教學體系”，是對過去“二元實踐教學體系”的進一步發(fā)展和完善。實際分析表明，在大數(shù)據(jù)理論與分析技術的支撐下，“二元實踐教學體系”更能有針對性地滿足學生對實踐教學的需求，而更開放、更靈活的科研與教學相結(jié)合的實踐教學模式為提高實踐教學質(zhì)量提供了新的途徑。

參考文獻：

[1]程學旗，靳小龍，王元卓，郭嘉豐，張鐵贏，李國杰.大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分析技術綜述[J].軟件學報，2014，25（9）：1889-1908.

[2]維克托·邁爾·舍恩伯格，肯尼思·庫克耶.大數(shù)據(jù)時代：生活、工作與思維的大變革[M].杭州：浙江人民出版社，2013.

[3]郭鑫.大數(shù)據(jù)教學資源共享系統(tǒng)的研究[J].電腦知識與技術，2014，10（3）：446-447.

[4]李國杰，程學旗.大數(shù)據(jù)研究：未來科技及經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略領域[J].中國科學院院刊，2012，27（6）：647-657.

[5]王元卓，靳小龍，程學旗.網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望[J].計算機學報，2013，36（6）：1125-1138.

[6]張超，盛紹頂，汪曉華.淺談大數(shù)據(jù)在高校教學中的應用[J].安徽化工，2015，41（2）：97-99.

[7]黃晉.關于大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的思考與探索[J].教育教學論壇，2014，（45）：201-203.

[8]徐瑋.大數(shù)據(jù)對高等教育的影響和挑戰(zhàn)[J].教育教學論壇，2013，（37）：4-5.

[9]屈莉莉，陳燕.大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)挖掘課程的教學改革與探索[J].教育教學論壇，2014，（16）：57-58.

[10]袁露，肖志勇，王映龍.論大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展研究[J].教育教學論壇，2014，（44）：86-87.

[11]馮惠敏，胡勇華.教育質(zhì)量與教育創(chuàng)新[M].蘭州大學出版社，2008：163-167.

[12]王壯，王瑟，周宏倉，高桂枝，劉藝文.大數(shù)據(jù)時代環(huán)境科學與工程教學的機遇與挑戰(zhàn)[J].就教育與教學研究，2015，29（3）：85-87.