戴君　杜江　謝俐　張忠占

摘? 要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)分析能力受到各專業(yè)領(lǐng)域的重視，以大數(shù)據(jù)背景下培養(yǎng)和提高研究生數(shù)據(jù)分析能力作為目標(biāo)，文章對(duì)研究生數(shù)理統(tǒng)計(jì)類公共課程的改革進(jìn)行了分析和探討，從設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式和改革考核方式等方面提出了改革方案，為培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新人才提供參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)分析能力;課程改革;創(chuàng)新能力;數(shù)據(jù)科學(xué)倫理

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2019）26-0133-03

Abstract： With the development of big data industry， the capability of analyzing data becomes a most important requirement for graduate students in various majors. To meet the requirement and focus the promotion of ability of understanding and analyzing data， in this article， we discuss the teaching reform of applied mathematical statistics， which has been a common course for most majors of graduate students in many universities. Suggestions on the design of instructional contents， teaching method and examination style have been proposed for the education of innovative talents in the Big Data Era.

Keywords： big data; ability of analyzing data; reform of course teaching; innovative ability; ethics of data science

一、問(wèn)題的提出

2012年聯(lián)合國(guó)發(fā)布《大數(shù)據(jù)促發(fā)展：挑戰(zhàn)與機(jī)遇》報(bào)告提出，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)職能領(lǐng)域，成為重要的生產(chǎn)因素。2015年9月國(guó)務(wù)院發(fā)布《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，系統(tǒng)部署大數(shù)據(jù)發(fā)展工作，2016年3月《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》發(fā)布，“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”一章提出把大數(shù)據(jù)作為國(guó)家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，全面實(shí)施促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)。

大數(shù)據(jù)的核心特征被概括為“4V”，即數(shù)據(jù)量大（Volume）、類型多樣（Variety）、價(jià)值密度低（Value）、高速高效（Velocity）[1]。大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，利用海量數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，可以挖掘事物的變化規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)事物的發(fā)展趨勢(shì)，并進(jìn)行及時(shí)有效的干預(yù)[2]。近年來(lái)，隨著各行業(yè)邁入大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)分析實(shí)踐能力和數(shù)據(jù)科學(xué)思維驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新能力受到各專業(yè)領(lǐng)域的重視，能熟練利用相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析軟件、具備大數(shù)據(jù)分析挖掘的能力，是大數(shù)據(jù)時(shí)代下必須具備的能力;而善于利用數(shù)據(jù)科學(xué)思維的洞察力成為新時(shí)代創(chuàng)新的重要驅(qū)動(dòng)力。

2015年9月全球領(lǐng)導(dǎo)戰(zhàn)略峰會(huì)發(fā)布《全球研究生教育行動(dòng)指南》，為大數(shù)據(jù)時(shí)代研究生教育的有效變革提供了指導(dǎo)框架[3]。將大數(shù)據(jù)的收集、加工、處理使用能力列入研究生培養(yǎng)目標(biāo)體系，使之成為現(xiàn)代研究生的核心技能，在課程體系中增加數(shù)據(jù)分析技術(shù)，使研究生能快速高效地提供和使用數(shù)據(jù)[4]。人才培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)符合大數(shù)據(jù)人才標(biāo)準(zhǔn)的研究生，提高研究生利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行跨學(xué)科研究的能力[4][5]。

從各專業(yè)研究生的發(fā)展和需求看，具備數(shù)據(jù)科學(xué)思維、掌握數(shù)據(jù)處理技術(shù)是適應(yīng)、引領(lǐng)社會(huì)發(fā)展必備的能力之一。首先，在課程思政的要求下，科學(xué)道德和數(shù)據(jù)科學(xué)倫理的教育急需加強(qiáng);其次，研究人員在數(shù)據(jù)科學(xué)指導(dǎo)下可以產(chǎn)生高水平的、深刻的創(chuàng)新成果;第三，大數(shù)據(jù)時(shí)代各行業(yè)都會(huì)涉及數(shù)據(jù)分析相關(guān)的工作，眾多專業(yè)的研究生未來(lái)所從事的工作離不開數(shù)據(jù)處理知識(shí)和統(tǒng)計(jì)軟件。面對(duì)新形勢(shì)新要求，傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究生公共課需要相應(yīng)時(shí)代的新要求。

另一方面，從課程本身來(lái)看，傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)類課程普遍是作為數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課開設(shè)的，過(guò)度重視理論教學(xué)和數(shù)學(xué)邏輯推導(dǎo)，忽視了數(shù)學(xué)公式后面隱含的統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，與實(shí)踐應(yīng)用關(guān)聯(lián)較少，更不提用于指導(dǎo)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)學(xué)倫理，以期末考試成績(jī)作為考核指標(biāo)。導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中只注重考試分?jǐn)?shù)，不能將所學(xué)知識(shí)與專業(yè)研究有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)[5]。傳統(tǒng)的知識(shí)傳授型課程難以培養(yǎng)具有核心素質(zhì)的創(chuàng)新型人才，迫切需要對(duì)課程做出相應(yīng)的調(diào)整和改革[6]。

二、課程改革的基本思路

基于大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)研究生能力培養(yǎng)的需求，我們對(duì)研究生的數(shù)理統(tǒng)計(jì)公共課程進(jìn)行了改革。以時(shí)代需求的能力培養(yǎng)為核心，著重兩個(gè)能力和一種技術(shù)的教育，并把數(shù)據(jù)科學(xué)倫理貫穿始終：認(rèn)識(shí)和理解統(tǒng)計(jì)學(xué)思想和原理的能力，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)思想和原理分析收集和分析實(shí)際數(shù)據(jù)、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，熟練使用統(tǒng)計(jì)分析軟件的技術(shù)。

數(shù)據(jù)科學(xué)是統(tǒng)計(jì)學(xué)在信息時(shí)代的新發(fā)展。盡管現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)的歷史不長(zhǎng)，但在長(zhǎng)期的人類實(shí)踐中，形成了豐厚的統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，如著名統(tǒng)計(jì)學(xué)家C.R.Rao所說(shuō)，“在終極的分析中，一切知識(shí)都是歷史;在抽象的意義下，一切科學(xué)都是數(shù)學(xué);在理性的世界里，所有的判斷都是統(tǒng)計(jì)學(xué)”[8]。統(tǒng)計(jì)學(xué)原理是指導(dǎo)數(shù)據(jù)收集和分析的基本原理，而統(tǒng)計(jì)學(xué)思想是從數(shù)據(jù)到發(fā)現(xiàn)和知識(shí)的指引。要達(dá)到大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)人才的要求，就必須把公式后面的統(tǒng)計(jì)學(xué)思想和原理提到前臺(tái)。另一方面，隨著大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，原來(lái)比較潛在的統(tǒng)計(jì)學(xué)倫理，比如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的客觀真實(shí)性、科學(xué)性要求，收集數(shù)據(jù)的倫理性要求等也急需面向廣大的領(lǐng)域，變得更加深遠(yuǎn)和大眾化[9-10]。

三、課程改革的基本內(nèi)容

新的課程以數(shù)據(jù)分析為主展開，結(jié)合數(shù)據(jù)分析方法和R軟件來(lái)講述如何正確有效地處理和分析實(shí)際數(shù)據(jù)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法，在研究實(shí)踐中正確應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法，得出合理的統(tǒng)計(jì)結(jié)論，并能對(duì)所獲得的結(jié)論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)解釋。數(shù)據(jù)科學(xué)倫理和統(tǒng)計(jì)學(xué)思想、原理則是貫穿始終的主線。在為學(xué)校各專業(yè)研究生進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)模擬仿真提供必要知識(shí)和訓(xùn)練的同時(shí)，加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想對(duì)學(xué)生的浸潤(rùn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)科學(xué)的倫理進(jìn)行科學(xué)道德教育。

課程改革的內(nèi)容具體包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式等方面。

（一） 側(cè)重統(tǒng)計(jì)知識(shí)的應(yīng)用——統(tǒng)計(jì)理論和案例應(yīng)用相結(jié)合

新的《數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)軟件》課程要求研究生具備一定的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，本科的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程作為該課程的先修課程。為了能夠使研究生有足夠的能力適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們將課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整為多元分布及多元正態(tài)分布、回歸分析與變量選擇、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方差分析、主成分分析與數(shù)據(jù)降維、因子分析與結(jié)構(gòu)方程模型、聚類分析、判別分析與統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、相關(guān)分析與數(shù)據(jù)挖掘等。這些知識(shí)在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)有迅速的發(fā)展，教學(xué)時(shí)要結(jié)合現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn)，融入新的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和理念。比如試驗(yàn)設(shè)計(jì)與因果推斷的關(guān)系、因子分析與結(jié)構(gòu)方程模型的聯(lián)系，判別分析延伸到人工智能中的模式識(shí)別和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)等等。調(diào)整的教學(xué)內(nèi)容基本涵蓋了統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)在工程和經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域應(yīng)用的基本內(nèi)容，因此在教學(xué)方法上也做出了相應(yīng)的調(diào)整。在課程教學(xué)過(guò)程中理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，深入淺出，重點(diǎn)在統(tǒng)計(jì)思想和統(tǒng)計(jì)方法的運(yùn)用， 既要強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計(jì)思想的建立，又要在統(tǒng)計(jì)方法的操作步驟上進(jìn)行嚴(yán)格地訓(xùn)練，有針對(duì)性地滿足理工類、社科類人才的學(xué)習(xí)需要。參考國(guó)外優(yōu)秀教材結(jié)合國(guó)內(nèi)研究生培養(yǎng)需求，進(jìn)一步加強(qiáng)課程的實(shí)用性，增加不同專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H數(shù)據(jù)分析的案例教學(xué)。結(jié)合案例，講解統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和統(tǒng)計(jì)學(xué)思想如何被用于解決實(shí)際問(wèn)題，講解數(shù)據(jù)科學(xué)倫理對(duì)于科學(xué)研究的規(guī)范和指導(dǎo)作用，倡導(dǎo)實(shí)事求是的優(yōu)良學(xué)風(fēng)。

（二）提高統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用能力——課程教學(xué)和上機(jī)

實(shí)踐相結(jié)合

傳統(tǒng)的課程要求學(xué)生記憶大量繁瑣的公式，進(jìn)行大量的計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，統(tǒng)計(jì)軟件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各領(lǐng)域，并且很好的解決統(tǒng)計(jì)計(jì)算問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)軟件的使用也使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握并應(yīng)用復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)方法。

在新的課程內(nèi)容中重點(diǎn)介紹了R軟件的基本操作技能：包括R的基本語(yǔ)法;R軟件的基本統(tǒng)計(jì)分析功能;R軟件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析流程;R軟件統(tǒng)計(jì)模擬初步;統(tǒng)計(jì)分析方法的R軟件實(shí)現(xiàn);實(shí)際數(shù)據(jù)的案例分析等，結(jié)合實(shí)例，增加了統(tǒng)計(jì)實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于數(shù)據(jù)的診斷、方法的對(duì)比、結(jié)果的解釋等方面的教學(xué)，使學(xué)生在熟悉統(tǒng)計(jì)軟件的過(guò)程中能夠更深入地學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)方法。

結(jié)合課程教學(xué)，我們安排上機(jī)實(shí)踐課程以提高學(xué)生的統(tǒng)計(jì)軟件能力：1. 運(yùn)用R軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，調(diào)用函數(shù)、編寫復(fù)雜程序、仿真、模擬實(shí)驗(yàn)等。2. 運(yùn)用R軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行驗(yàn)證。一方面提高學(xué)生統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用能力，另一方面加深學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)理論的理解。3. 研究生結(jié)合自己專業(yè)特點(diǎn)，搜集數(shù)據(jù)分析案例，匯集專業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用交流活動(dòng)。學(xué)生的軟件應(yīng)用能力及數(shù)據(jù)分析水平在較短的時(shí)間內(nèi)都得到了很大的提高。4. 考核方式包括限時(shí)完成的上機(jī)考試和大作業(yè)兩部分。上機(jī)考試涵蓋課程教學(xué)的核心內(nèi)容;而大作業(yè)擬采用靈活的方式，要求研究生與自己專業(yè)相結(jié)合，編程建模分析，對(duì)所得結(jié)果給出合理的解釋。進(jìn)一步布置較為開放性的命題，將學(xué)生分成若干組，要求結(jié)合自己的專業(yè)查找有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，然后利用R軟件完成相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)合各組上交的作業(yè)情況和各組講解作業(yè)完成思路的表現(xiàn)綜合打分。

（三）充分利用在線教學(xué)平臺(tái)——課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教

學(xué)相結(jié)合

目前該課程教學(xué)時(shí)數(shù)為54學(xué)時(shí)，僅靠課堂教學(xué)難以滿足要求。因此我們利用在線教學(xué)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的教學(xué)目標(biāo)。在線課程教學(xué)作為對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的重要補(bǔ)充，在教育上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的開放、自由、平等和高效[11]。

在線教學(xué)課程不同于課堂教學(xué)部分，更加強(qiáng)調(diào)實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力的提升，尤其是R軟件的學(xué)習(xí)和操作，更有針對(duì)性地介紹R軟件在數(shù)據(jù)分析方法中的應(yīng)用。教學(xué)平臺(tái)可以包括課外閱讀材料，軟件知識(shí)講座，課后習(xí)題，實(shí)際案例分析，外部數(shù)據(jù)鏈接等。充分利用MOOC等在線教育資源，推薦學(xué)生選學(xué)有關(guān)課程。制作講課視頻，方便學(xué)生復(fù)習(xí)回顧或自學(xué)，分享教學(xué)內(nèi)容。學(xué)習(xí)時(shí)間更加靈活，通過(guò)反復(fù)觀看，有利于鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，強(qiáng)化了學(xué)習(xí)效果。

在線教學(xué)能夠拓展老師和學(xué)生的交流方式。教師可以通過(guò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)更加充分的了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，找到學(xué)生的知識(shí)難點(diǎn)，可以根據(jù)這些難點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)，將課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)充分結(jié)合。

四、課程改革中的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略

《數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)軟件》作為研究生的公共課程，上述改革受到各個(gè)學(xué)科的歡迎，課程被納入很多學(xué)科學(xué)位課程，選修研究生大增，成為學(xué)校研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一。但改革同時(shí)也遇到多個(gè)挑戰(zhàn)。

首先是對(duì)教師的挑戰(zhàn)。不僅需要的教師數(shù)量增加，同時(shí)對(duì)于教師的統(tǒng)計(jì)學(xué)和現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學(xué)素養(yǎng)也有更高的要求。需要教師不斷學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的新理論、新方法、新算法，同時(shí)要結(jié)合案例講好統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，就要摒棄傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)講授習(xí)慣，增加知識(shí)面。對(duì)此，一是堅(jiān)持集體備課和學(xué)習(xí)制度，二是建立教師進(jìn)修制度，三是常時(shí)交流制度，把個(gè)人學(xué)習(xí)的新內(nèi)容新認(rèn)識(shí)隨時(shí)納入團(tuán)隊(duì)。

其次是對(duì)研究生的挑戰(zhàn)。研究生需要改變把該課程作為一般數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的想法，不僅需要大量的課外練習(xí)，還需要大量的課外閱讀和思考，以提高對(duì)于數(shù)據(jù)科學(xué)的覺悟水平。這是學(xué)習(xí)方式的改變，研究生需要積極主動(dòng)配合。教師從一開始就需要做好引導(dǎo)工作，師生共同利用好在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，增加交互與交流，相互促進(jìn)。

大數(shù)據(jù)背景下的《數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)軟件》課程教學(xué)，是新時(shí)代高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要渠道。通過(guò)課程改革推動(dòng)眾多學(xué)科研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提升研究生科學(xué)素養(yǎng)和對(duì)于科學(xué)研究倫理的認(rèn)識(shí)，具有重要意義。本課程團(tuán)隊(duì)基于多年的統(tǒng)計(jì)學(xué)研究和教學(xué)工作的積累，面向大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展需求，從設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式和改革考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革，收到了初步教學(xué)實(shí)效。今后還將在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)一步深化，發(fā)揮各種新媒體和網(wǎng)絡(luò)資源的作用，以適應(yīng)多種專業(yè)類別研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求。

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