肖建力 沈昱明 尚麗輝 蘇湛

摘 ?要 以上海理工大學(xué)統(tǒng)一門戶提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)可視化作為技術(shù)手段，對教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，對師資水平、畢業(yè)生能力、課程安排的合理性進(jìn)行深入分析，并就如何提高本科生的培養(yǎng)質(zhì)量提供一些建議。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)可視化;本科生;測控技術(shù)與儀器專業(yè)

中圖分類號：G645 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）02-0029-04

1 引言

伴隨著大數(shù)據(jù)[1]理念和技術(shù)的逐漸滲透應(yīng)用，教育大數(shù)據(jù)的研究和發(fā)展越來越成為學(xué)校、教育研究者以及教育管理機(jī)構(gòu)關(guān)注的焦點(diǎn)。所謂教育大數(shù)據(jù)，是指在教育產(chǎn)業(yè)中的人與人之間、人與物之間以及物與物之間進(jìn)行溝通、交互、互聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在教育大數(shù)據(jù)的發(fā)展中，高校充當(dāng)了重要角色，不但是大數(shù)據(jù)的參與者，而且是大數(shù)據(jù)的推動者。高校為了提高各部門的工作效率，方便師生的生活，大力采用各種信息技術(shù)構(gòu)建信息平臺。通過構(gòu)建的信息平臺，高校積累了關(guān)于教師、學(xué)生以及課程等方面的多種多樣的海量數(shù)據(jù)，形成所謂的教育大數(shù)據(jù)。從某種意義上講，高校是數(shù)據(jù)生產(chǎn)大戶，是掌握數(shù)據(jù)和信息資源最豐富的地方，比如學(xué)生信息門戶中的基本信息、學(xué)習(xí)成績、網(wǎng)上選課信息，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)PPT課件和視頻資料、遠(yuǎn)程教學(xué)的多媒體資源，學(xué)生及教師在微博及論壇上等產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，校內(nèi)連接無線網(wǎng)而獲取的位置信息，等等。這些各種各樣的數(shù)據(jù)和信息聚合成教育大數(shù)據(jù)[2-3]。教育大數(shù)據(jù)是一座巨大的寶藏，既可以為專業(yè)認(rèn)證和評估提供重要的數(shù)據(jù)支撐，也可以為學(xué)校師資儲備、學(xué)生發(fā)展以及課程建設(shè)提供正確指導(dǎo)，指明前進(jìn)的方向。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的發(fā)展呈現(xiàn)一種爆炸性的增長，到2020年，預(yù)計(jì)全球的數(shù)據(jù)總量可以達(dá)到35.2 ZB。面對如此海量的數(shù)據(jù)，并不是單純的記錄、積累和儲存那么簡單，挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理就變得尤其重要。Google首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家、UC Berkeley大學(xué)Hal Varian教授指出：“數(shù)據(jù)正在變得無處不在、觸手可及;而數(shù)據(jù)創(chuàng)造的真正價(jià)值，在于我們能否提供進(jìn)一步的稀缺的附加服務(wù)。這種增值服務(wù)就是數(shù)據(jù)分析。”可視化分析[4]作為大數(shù)據(jù)分析中一種重要的方法，借助于圖像和圖示的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，讓分析者直觀地了解數(shù)據(jù)本身，分析數(shù)據(jù)中隱藏的信息和規(guī)律[5]。

一圖勝千言，人類從外部世界獲取的信息有80%以上是通過視覺系統(tǒng)，當(dāng)大數(shù)據(jù)以可視化的形式展示在人們面前時(shí)，人們便可以很快速地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中所包含的客觀規(guī)律。對教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，既可以使教育管理者及時(shí)調(diào)整教學(xué)模式，又可以使學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和不足[6]。比如：通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、就業(yè)等方面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分析，能夠從一定程度上對傳統(tǒng)授課和學(xué)習(xí)模式的變革給予一定的指導(dǎo)和建議;通過對網(wǎng)上選課和圖書借閱歷史的查閱，可以分析學(xué)生的興趣愛好。本文以上海理工大學(xué)統(tǒng)一門戶提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)可視化作為技術(shù)手段，對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，對師資水平、畢業(yè)生的能力、課程安排的合理性進(jìn)行深入分析，并就如何提高本科生的培養(yǎng)質(zhì)量提供一些合理建議。

2 學(xué)生數(shù)據(jù)可視化

在高等教育中，以“滿堂灌”“死記硬背”方式取得高分得以升學(xué)甚至是獲得體面工作的比比皆是，這樣的一個(gè)結(jié)果是高分低能、缺乏創(chuàng)新成為當(dāng)代本科畢業(yè)生的“病癥”，也成為制約研究生創(chuàng)新的“短板”。如圖1所示，描述了上海理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科畢業(yè)生近三年的去向分布情況，其中選擇到企業(yè)就職的比例最高且在逐年增加，在2015年達(dá)到80%;相比之下，其他都不足10%，國家地方項(xiàng)目就業(yè)幾乎接近于零。這表明學(xué)生的就業(yè)方向過于單一，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生多元化發(fā)展，投身到政府機(jī)構(gòu)、事業(yè)單位、科研院所等關(guān)系到國家發(fā)展的核心部門就業(yè)。此外，學(xué)校還要重視培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，普遍提高每一個(gè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和在國際上的競爭力。

為了提高本科科研創(chuàng)新能力，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面著手[7]。

1）將科研訓(xùn)練載入教學(xué)平臺。其實(shí)每一門課程都有對應(yīng)的學(xué)科作為支撐，找到課程與某一學(xué)科的關(guān)聯(lián)性，在教學(xué)中重視將課程內(nèi)容和科研的大背景緊密結(jié)合，即在理論知識講授過程中穿插一些已被證實(shí)的科研成果以及科學(xué)研究實(shí)際案例。除此之外，在日程教學(xué)中還有必要增加一些類似科技前沿講座、數(shù)據(jù)分析與整理等課程。

2）實(shí)行全程科研導(dǎo)師制[8]。導(dǎo)師制是一種來源于英國牛津大學(xué)的新型教育管理模式。從大一入學(xué)開始就為每位學(xué)生配備相應(yīng)的導(dǎo)師，導(dǎo)師的主要任務(wù)是開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生早期參與自己的項(xiàng)目，積極組織和動員學(xué)生參加“數(shù)學(xué)建模”“挑戰(zhàn)杯”“軟件設(shè)計(jì)大賽”以及各種科技活動。

3）對學(xué)生的創(chuàng)新成果應(yīng)當(dāng)給予鼓勵(lì)與獎(jiǎng)勵(lì)。學(xué)校應(yīng)該劃撥給科研導(dǎo)師一定的經(jīng)費(fèi)，以便導(dǎo)師能夠?qū)Τ龀晒膶W(xué)生予以相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。同時(shí)，資金問題也是本科生科研訓(xùn)練實(shí)施困難的原因之一，為了解決這一問題，高?？梢酝ㄟ^吸引社會人士進(jìn)行投資。

通過參與科研項(xiàng)目，本科生在知識層面上了解學(xué)科前沿，掌握探索問題、分析問題、解決問題的方法，提升自身的創(chuàng)新能力，從而學(xué)習(xí)上目的性更強(qiáng);在教學(xué)安排上，本科生早期科研訓(xùn)練促進(jìn)課堂體系按照社會發(fā)展和科技進(jìn)步的方向逐步改進(jìn)和完善;在以后的生涯中，一些人會更愿意從事科研工作，從一定程度上講，本科生期間接受一定的科研訓(xùn)練，才能在研究生階段脫穎而出。

3 教師數(shù)據(jù)可視化

優(yōu)化學(xué)緣結(jié)構(gòu) ?教育是強(qiáng)國的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的教師隊(duì)伍是提升教育質(zhì)量的前提。一個(gè)學(xué)校的教育質(zhì)量很大程度上依賴于高數(shù)量以及高質(zhì)量的教師隊(duì)伍。近年來，上海理工大學(xué)不斷引進(jìn)人才，一大批年輕的博士生、留學(xué)生加入高等教育團(tuán)隊(duì)，不斷壯大學(xué)校的教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)。2016年，該校本專業(yè)具有教師53名和學(xué)生180人，教師和學(xué)生的比例達(dá)到接近1：3的關(guān)系;在專任教師團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)中，具有高級職稱的達(dá)到51%，博士學(xué)位達(dá)到67.4%，年齡主要集中在36～45歲，逐漸形成“三高一低”即高學(xué)位、高職稱、高水平、低年齡的教師隊(duì)伍。然而，如圖2所示，學(xué)緣結(jié)構(gòu)不盡合理，“近親繁殖”（本校畢業(yè)的學(xué)生直接在本校任職），多樣性偏小。

高校發(fā)展依賴于豐富的學(xué)術(shù)資源，教師隊(duì)伍學(xué)緣結(jié)構(gòu)的多樣性有助于形成百家爭鳴、百花齊放的情形，學(xué)緣結(jié)構(gòu)的高層次性有助于學(xué)生靠近學(xué)術(shù)前沿、拓寬視野[9]。一些歐美發(fā)達(dá)國家很早就意識到“近親繁殖”這一問題的危害性，反對“近親繁殖”，鼓勵(lì)學(xué)生畢業(yè)之后到別的學(xué)校就職，從而吸收更多的新資源。其次，高校要十分重視引進(jìn)世界范圍內(nèi)的高潛質(zhì)的教師。目前，本專業(yè)教師學(xué)緣結(jié)構(gòu)存在境外教師偏小的現(xiàn)象，可以從兩個(gè)途徑來解決這一問題：一方面是花重金招收全球范圍內(nèi)的優(yōu)秀教師，逐步提升國外教師的比重;另一方面是每年選派青年骨干教師到國外知名大學(xué)進(jìn)修學(xué)習(xí)，從而形成全球性的學(xué)術(shù)視野和國際化的學(xué)術(shù)資源。

提高師資隊(duì)伍的實(shí)踐能力 ?以前，國內(nèi)高校的教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)比較單一，大部分新招的教師由應(yīng)屆生組成。他們的經(jīng)歷普遍是從小學(xué)到研究生，活動范圍主要是由學(xué)校和家庭構(gòu)成的循環(huán)圈，雖然有很高的理論水平和專業(yè)知識，但是缺乏實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，造成傳授給學(xué)生的知識或多或少會脫離實(shí)際。學(xué)生對知識的記憶不深刻，就業(yè)之后并不能做到理論知識與實(shí)際相結(jié)合，同時(shí)制約其創(chuàng)新能力的提高。意識到這一問題的嚴(yán)重性之后，一些高校紛紛引進(jìn)一批具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、高學(xué)歷的工程技術(shù)人員參與教師隊(duì)伍。如表1所示，上海理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)2016年的專任教師中具有企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的教師為30.2%，承擔(dān)相應(yīng)項(xiàng)目的教師占總?cè)藬?shù)的72.1%。

具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師是高校的稀缺人才，因此，為了改善這一局面，相應(yīng)措施有：

1）推進(jìn)高校教師到企業(yè)進(jìn)行掛職，定期安排部分教師到一些聲譽(yù)高或是引領(lǐng)行業(yè)走向的公司單位進(jìn)行實(shí)訓(xùn);

2）企業(yè)參與本科生教學(xué)和培養(yǎng)，在學(xué)生的課程和教學(xué)內(nèi)容設(shè)置中可以邀請和學(xué)生專業(yè)就業(yè)比較對口的企業(yè)參與其中;

3）定期邀請公司的高層人員來進(jìn)行一些指導(dǎo)交流，讓教師、學(xué)生了解企業(yè)的發(fā)展和需求。

建設(shè)高水平的專職科研隊(duì)伍 ?隨著高校在國家對高校科研水平要求的不斷提高，教師承擔(dān)的科研任務(wù)和科研工作越來越重。教師兼有教書育人和開展科研雙重身份，從時(shí)間、精力兩個(gè)方面上講是較為分散的，因此嚴(yán)重影響研究的質(zhì)量，使得科研成果較少，研究成績不突出。就2016年上海理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)近三年專任教師的科學(xué)研究項(xiàng)目、獲獎(jiǎng)以及成果情況匯總顯示：專任教師承擔(dān)科學(xué)研究項(xiàng)目總數(shù)168項(xiàng)，其中國家級九項(xiàng)，省部級25項(xiàng)，其他為橫向;專任教師科學(xué)獲獎(jiǎng)數(shù)兩個(gè)，均為省部級;專任教師科學(xué)研究成果446個(gè)，出版著作兩部，發(fā)表論文數(shù)量為272篇。通過這些數(shù)據(jù)，可以看出在科研方面尚且存在一定差距，而解決這一問題的方法是建設(shè)高水平的專職科研隊(duì)伍。

美國高校的專職科研隊(duì)伍建設(shè)起步較早，從幾十年甚至是幾百年前就開始加強(qiáng)專職科研隊(duì)伍建設(shè)?？v觀歷史，諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者也大多數(shù)來自美國。周剛和陳華榮的研究結(jié)果[10]表明，哈佛大學(xué)等10所美國知名大學(xué)專職科研人員與專任教師的比例達(dá)到3.483：1。我國一些“985”學(xué)校遵循國外先進(jìn)大學(xué)這種教師隊(duì)伍建設(shè)模式，實(shí)施教師科研隊(duì)伍建設(shè)。到2011年，教育部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[10]顯示，清華大學(xué)等國內(nèi)一流大學(xué)的科研專職人員和教師人員的比例為0.802：1。由此可見，我國高校專職隊(duì)伍建設(shè)還有待加強(qiáng)。

建設(shè)穩(wěn)定、強(qiáng)大的專職科研隊(duì)伍，形成高水平、高質(zhì)量的研究實(shí)力，是一個(gè)學(xué)校得以發(fā)展、躋身于世界名牌大學(xué)的奠基石。

1）人員結(jié)構(gòu)要層次分明。專職科研人員是科研工作的主力軍，主要任務(wù)是全身心投入科研工作中，不應(yīng)該再承擔(dān)教學(xué)任務(wù);同時(shí)，科研隊(duì)伍按照聘用崗位的不同，可以分為研究員、副研究員、研究助理以及其他研究人員，職務(wù)從高到低形成科研活動的“金字塔體系”。

2）制定具有吸引力的薪酬福利政策。按照不同的工作性質(zhì)設(shè)置不同的薪資標(biāo)準(zhǔn)，對研究人員實(shí)行年終獎(jiǎng)制，并給予一定的補(bǔ)貼;同時(shí)要提高對專職科研人員的服務(wù)質(zhì)量，使他們盡量享受到和學(xué)校專任教師同樣的待遇。

3）優(yōu)化科研環(huán)境，沒有良好的環(huán)境，人的大腦中的潛力無法得到完全有效激發(fā)。不僅如此，硬件設(shè)施還要跟上。

4）實(shí)施晉升和考核制度。根據(jù)高校發(fā)展的要求和科學(xué)事業(yè)的發(fā)展情況，制定相應(yīng)的考核制度和晉升政策?？己酥贫瓤梢园杲K考核和聘用考核，根據(jù)實(shí)際完成的工作成果確定考核的等級，并給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。

4 課程數(shù)據(jù)可視化

調(diào)整通識課程比例，提高通識課程質(zhì)量 ?為避免本科生出現(xiàn)過分“專業(yè)化”的弊病，高校大力開展人文社會科學(xué)通識教育。通識教育[11]也被稱為普通教育或通才教育，其主要是以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生人文素養(yǎng)、創(chuàng)新思維為目標(biāo)，而專業(yè)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)具有深層次知識以及技術(shù)的專門型人才。如果把專業(yè)教育比作求職的敲門磚，那么通識教育則是適者生存的保障。密西根大學(xué)原校長詹姆斯·杜德斯達(dá)博士曾說過：“盡管難以給通識教育下定義，它的實(shí)現(xiàn)也極具挑戰(zhàn)性，但這難以捉摸的通識教育的目標(biāo)可能依然是使學(xué)生為終身學(xué)習(xí)和變化的世界做好準(zhǔn)備的最好途徑?！?/p>

圖3所示為上海理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的課程類別比例。其中，人文社會科學(xué)（如中國近代史、馬克思主義基本原理、大學(xué)英語、法律基礎(chǔ)與實(shí)務(wù)等）通識教育占39.71%，工程基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)與專業(yè)課占29.73%，比通識教育低約10%。雖然該專業(yè)通識類課程的比例已經(jīng)高達(dá)39.71%，但對學(xué)生的問卷調(diào)查表明：通識類課程過多且過于繁雜，學(xué)生并未對這些課程產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣，也沒有從這些課程中學(xué)到自己想要的知識。通識課程注重形式而不注重內(nèi)容，注重課時(shí)數(shù)而不注重質(zhì)量，課程定位、要求不準(zhǔn)確，課程的管理工作混亂等，已經(jīng)成為亟待解決的問題。

此外，在一些學(xué)校還普遍存在這樣的現(xiàn)象：許多通識課程的上課時(shí)間一般安排在周末或是晚上。這些時(shí)間進(jìn)行上課，無形給了學(xué)生一種補(bǔ)課的感覺，導(dǎo)致他們產(chǎn)生不認(rèn)真的態(tài)度、厭學(xué)的情緒。因此，高校既要保證通識課程的數(shù)量，更要注重通識課程的質(zhì)量。首先，讓學(xué)生意識到通識教育的重要性，改善學(xué)習(xí)態(tài)度;其次，上課模式不再單純是教師在上面講、學(xué)生在下面聽，最后以成績考核的形式，而是轉(zhuǎn)向討論形式，并以課堂表現(xiàn)、小組討論、辯論賽以及上交小作業(yè)或是小論文的形式進(jìn)行綜合評分。

通過畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實(shí)踐能力 ?畢業(yè)設(shè)計(jì)作為本科教育教學(xué)中最后一個(gè)重大而主要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是對學(xué)生四年學(xué)到知識的檢測與評估[12]。學(xué)生通過做畢業(yè)設(shè)計(jì)，將自己學(xué)到的知識進(jìn)行融會貫通，再以畢業(yè)答辯的方式向教師進(jìn)行匯報(bào)，加強(qiáng)學(xué)生的動手實(shí)踐與創(chuàng)新思維能力、解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)校到社會、大學(xué)到研究生的過渡。

圖4顯示了上海理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)近三年畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）類別比例分布。學(xué)生的畢業(yè)論文主要分為工程研究型（理論為主）與工程設(shè)計(jì)型（工程實(shí)踐為主）。圖4表明，學(xué)校在安排畢業(yè)論文時(shí)加大了工程實(shí)踐類型的比例，力爭提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。學(xué)校將畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目與畢業(yè)實(shí)習(xí)的內(nèi)容相結(jié)合、畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目與導(dǎo)師所帶研究生的研究方向相結(jié)合，并以此為契機(jī)，將畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容安排得更為合理，使畢業(yè)后進(jìn)入工作的學(xué)生在畢業(yè)前就練就從事未來工作所必須具備的實(shí)踐能力，同時(shí)使畢業(yè)后升學(xué)的學(xué)生能夠更快地進(jìn)入研究生導(dǎo)師的研究方向。

5 結(jié)論

大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展將教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用推上“快車道”，教育大數(shù)據(jù)猶如一座可以無限開采的優(yōu)質(zhì)“礦山”，對教育大數(shù)據(jù)的充分挖掘，可以對教育實(shí)現(xiàn)類似于治病一樣的望聞問切?？梢暬鳛閿?shù)據(jù)分析處理的一種手段，將教育大數(shù)據(jù)以圖像、動畫等形式進(jìn)行展示，可以發(fā)掘當(dāng)前教育中存在的客觀規(guī)律，找出當(dāng)前教育中亟待解決的問題，促進(jìn)教育健康發(fā)展。

本文以上海理工大學(xué)統(tǒng)一門戶提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)可視化作為技術(shù)手段，對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，對師資水平、畢業(yè)生能力、課程安排的合理性進(jìn)行深入分析，并給出相關(guān)建議。

1）關(guān)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：將科研訓(xùn)練載入教學(xué)平臺;實(shí)行全程科研導(dǎo)師制;對學(xué)生的創(chuàng)新成果應(yīng)當(dāng)給予鼓勵(lì)與獎(jiǎng)勵(lì)。

2）關(guān)于加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)的建議：優(yōu)化教師的學(xué)緣結(jié)構(gòu);提高師資隊(duì)伍的實(shí)踐能力;建設(shè)高水平的專職科研隊(duì)伍。

3）關(guān)于課程建設(shè)的建議：調(diào)整通識課程比例，提高通識課程質(zhì)量;通過畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

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