李志杰

（湖南理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，岳陽 414006）

1 大數(shù)據(jù)類課程教學(xué)現(xiàn)狀

新工科建設(shè)背景下，不少高校新增了大數(shù)據(jù)專業(yè)，如數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)。同時(shí)，高校已辦的許多信息類相關(guān)專業(yè)，也陸續(xù)開設(shè)了一些大數(shù)據(jù)相關(guān)課程，如大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析等。這些大數(shù)據(jù)教育的目的是教導(dǎo)學(xué)生熟悉數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠熟練使用知識發(fā)掘方法，擁有堅(jiān)實(shí)的并行與分布式計(jì)算知識，具備數(shù)據(jù)科學(xué)行業(yè)的應(yīng)用能力。

大數(shù)據(jù)教育開設(shè)的大數(shù)據(jù)類課程，綜合了信息論、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科知識，理論性較強(qiáng)，內(nèi)容相對較新。大數(shù)據(jù)適用的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋商業(yè)智能、物聯(lián)網(wǎng)、社會大數(shù)據(jù)分析、金融、醫(yī)療、通信等行業(yè)。因此，大數(shù)據(jù)相對于其他工科課程，教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)難度更大，大數(shù)據(jù)課程建設(shè)與教學(xué)改革的重要性更加突出。

眾所周知，大數(shù)據(jù)教育是大數(shù)據(jù)時(shí)代的產(chǎn)物。高校大數(shù)據(jù)教育的辦學(xué)目標(biāo)，是要培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代要求的、能夠幫助企業(yè)解決大數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用問題的合格數(shù)據(jù)科學(xué)人才。大數(shù)據(jù)教育設(shè)置的課程，主要來源于數(shù)據(jù)管理、海量數(shù)據(jù)分析與挖掘、系統(tǒng)開發(fā)等大數(shù)據(jù)應(yīng)用的三個(gè)主要層面。

新工科建設(shè)需要新的教育理念和新的教學(xué)方法作為支撐。然而，目前國內(nèi)高校的大數(shù)據(jù)教育，教育理念陳舊、仍然使用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行大數(shù)據(jù)課程教學(xué)的現(xiàn)象，依然不同程度地存在。

（1）大數(shù)據(jù)既有基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，更有專業(yè)背景的要求。在大數(shù)據(jù)課程教學(xué)過程中，部分教師過于偏重知識的講解與傳授，單純地認(rèn)為講解完相關(guān)的知識點(diǎn)，課程的基本任務(wù)就算完成了。并且，知識傳授的方式往往是“滿堂灌”、“一堂言”，教師主導(dǎo)課堂教學(xué)的全過程。

（2）大數(shù)據(jù)的實(shí)踐性特征要求課程教學(xué)要由實(shí)際項(xiàng)目來驅(qū)動。在項(xiàng)目驅(qū)動的大數(shù)據(jù)教學(xué)過程中，學(xué)生是主體，應(yīng)當(dāng)是知識的主動建構(gòu)者，而教師應(yīng)該充當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和促進(jìn)者。這就要求大數(shù)據(jù)教學(xué)要有意識地培養(yǎng)學(xué)生自動思考、互動討論、自主學(xué)習(xí)的能力，鼓勵(lì)學(xué)生主動探究、主動學(xué)習(xí)的精神，而不能把課堂教學(xué)變成學(xué)生片面依賴的場所。

（3）大數(shù)據(jù)隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展而快速發(fā)展，具有較強(qiáng)的時(shí)效性。大數(shù)據(jù)技術(shù)的新穎性、動態(tài)性、交叉性對大數(shù)據(jù)教學(xué)的實(shí)時(shí)跟蹤、互動反饋過程提出了更高的要求。傳統(tǒng)的課堂傳授知識與行業(yè)背景脫節(jié)，課堂教學(xué)過程師生基本無互動、要等到課后作業(yè)甚至考試后教師才大致了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，這些現(xiàn)象必須及時(shí)做出有針對性的教學(xué)調(diào)整，回到大數(shù)據(jù)教學(xué)科學(xué)合理的軌道。

顯然，要體現(xiàn)大數(shù)據(jù)教學(xué)的專業(yè)背景要求、實(shí)踐性特征、時(shí)效性特征等需求，傳統(tǒng)的教學(xué)方式與方法是無法達(dá)成的。以大數(shù)據(jù)項(xiàng)目驅(qū)動的三階段式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式，則可以較好地滿足大數(shù)據(jù)課程教學(xué)的要求，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動翻轉(zhuǎn)課堂

2 大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂

大數(shù)據(jù)項(xiàng)目驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂由課前自主學(xué)習(xí)、課內(nèi)教學(xué)、課后拓展三階段組成，整個(gè)過程由大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動。

2.1 課前自主學(xué)習(xí)

（1）在線開放學(xué)習(xí)平臺

建設(shè)在線學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)平臺，給學(xué)生創(chuàng)造隨時(shí)能夠?qū)W習(xí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，一臺筆記本就可以開始實(shí)驗(yàn)，有網(wǎng)時(shí)用網(wǎng)絡(luò)上的大平臺實(shí)驗(yàn)，無網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用我們開發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也能實(shí)驗(yàn)。隨時(shí)隨地，沉浸式學(xué)習(xí)。

（2）教師設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例

開發(fā)一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，教師精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，向?qū)W生免費(fèi)開放。

（3）學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)踐

學(xué)生觀看慕課上的教學(xué)短視頻，查閱學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資料。學(xué)生組隊(duì)（3～5人一組）完成按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求完成初步實(shí)驗(yàn)，并可在線進(jìn)行交互式測試。

2.2 課內(nèi)教學(xué)

（1）項(xiàng)目小組長匯報(bào)

經(jīng)過課前在線自主學(xué)習(xí)階段以后，擁有了一定的親身實(shí)踐經(jīng)歷，由項(xiàng)目小組長簡明匯報(bào)他們的經(jīng)驗(yàn)、收獲與遇到的問題。

（2）討論與評價(jià)

教師根據(jù)學(xué)生遇到的典型問題，組織學(xué)生主題討論與交流，相互解答并進(jìn)行評價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生探究問題、解決問題的能力。

（3）以項(xiàng)目案例組織教學(xué)

針對學(xué)生初步實(shí)驗(yàn)與在線交互式測試中面臨的共同問題，由教師在理論教學(xué)中，以案例應(yīng)用為載體，采用以點(diǎn)帶面的思路進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的組織，細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，編寫教學(xué)講義，并完成學(xué)生實(shí)驗(yàn)案例中相關(guān)問題的解答。

2.3 課后拓展

與課前自主學(xué)習(xí)和課內(nèi)教學(xué)階段一樣，課后拓展階段需要教師與學(xué)生共同參與。

（1）教師

①整理發(fā)布課堂總結(jié)

教師要在課內(nèi)教學(xué)階段結(jié)束后，歸納整理課堂教學(xué)知識內(nèi)容，總結(jié)課堂探究中學(xué)生容易出現(xiàn)的問題，并向?qū)W生在線發(fā)布。

②分析在線學(xué)習(xí)行為

根據(jù)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)日志數(shù)據(jù)，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)行為與偏好，有針對性地引導(dǎo)和監(jiān)管學(xué)生的課后學(xué)習(xí)。

③指導(dǎo)學(xué)習(xí)實(shí)操活動

輔導(dǎo)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)學(xué)生課后進(jìn)行知識拓展，參加技術(shù)競賽，并提供指導(dǎo)。

（2）學(xué)生

①完成課程設(shè)計(jì)

只靠10幾個(gè)課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，只能完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境及基本技能訓(xùn)練。還要通過工程實(shí)訓(xùn)與課后學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)完成課程設(shè)計(jì)。

②參加技術(shù)競賽

數(shù)據(jù)科學(xué)人才僅僅在課堂上的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要通過實(shí)操的方式來學(xué)習(xí)知識。技術(shù)競賽是最好的實(shí)操，考驗(yàn)著參與者全方位的技能，也能在短期內(nèi)最大程度地激發(fā)人的潛力。

③鞏固與分享知識

學(xué)生通過查閱課堂總結(jié)、完成工程實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)、參加技術(shù)競賽等方式，課堂教學(xué)獲得的知識得到鞏固、內(nèi)化與提升。通過小組論壇，學(xué)生也可以分享學(xué)習(xí)體會和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的關(guān)鍵問題

大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂要想取得成功，有三個(gè)關(guān)鍵問題先要得到解決：如何解決大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例少的問題，教師應(yīng)對教育革新的能力儲備問題，以及如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力問題。

3.1 如何解決大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例少的問題？

以大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動大數(shù)據(jù)類課程教學(xué)，項(xiàng)目案例是很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然而，圍繞大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例問題，存在不少挑戰(zhàn)。

首先，現(xiàn)有的可用于教學(xué)的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例太少。一般來說，大數(shù)據(jù)項(xiàng)目對計(jì)算資源的需求大、實(shí)驗(yàn)門檻高、需要完善的平臺支持、課件以及教師的知識結(jié)構(gòu)都需要更新等，使得尋找合適的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例困難重重。

針對大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例少的問題，我們可以考慮以下應(yīng)對策略：

（1）將科研中的項(xiàng)目引入教學(xué)。要想盡辦法讓相關(guān)教師多申請大數(shù)據(jù)項(xiàng)目方面的課題。

（2）任課教師去企業(yè)考察、調(diào)研和學(xué)習(xí)，參與大公司的實(shí)際項(xiàng)目。

（3）發(fā)動團(tuán)隊(duì)一起來開發(fā)新的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目教學(xué)案例。

（4）引入工業(yè)界廣泛應(yīng)用的框架和平臺，如Spark、TensorFlow等，縮短教育界和產(chǎn)業(yè)界的距離。

3.2 合格的師資哪里來？

大數(shù)據(jù)教育對教師提出了更高的要求。教師既要對計(jì)算機(jī)等信息類學(xué)科有較深的認(rèn)識和理解，又要熟悉大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)，特別是要有大數(shù)據(jù)實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

目前相當(dāng)多的高校，盡管已開設(shè)了大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)或課程，卻存在著師資嚴(yán)重缺乏的現(xiàn)象。由于數(shù)據(jù)科學(xué)人才需求旺盛，愿意進(jìn)入高校從事大數(shù)據(jù)教育的人才非常少?，F(xiàn)有的師資大多來源于計(jì)算機(jī)等與大數(shù)據(jù)相近的學(xué)科，匆忙上陣，多數(shù)教師并無大數(shù)據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。由于時(shí)間緊迫以及經(jīng)費(fèi)不足等原因，培訓(xùn)機(jī)會也不多。

合格的師資哪里來？

（1）大數(shù)據(jù)教學(xué)不是單純的課堂理論教學(xué)，它的實(shí)踐性要求由項(xiàng)目案例驅(qū)動教學(xué)。教師需要科學(xué)研究的積累，才能設(shè)計(jì)出好的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例。教師要想盡辦法多申請或參與大數(shù)據(jù)方面的課題。

（2）加強(qiáng)與企業(yè)的交流與合作，參與大公司的實(shí)際項(xiàng)目。大數(shù)據(jù)教育工作者最缺乏的就是易于理解與操作的實(shí)例，而這些實(shí)例恰恰不在高校，而在企業(yè)中。

（3）有計(jì)劃地選派教師參加大數(shù)據(jù)師資培訓(xùn)。由于大數(shù)據(jù)與行業(yè)結(jié)合緊密，培訓(xùn)最好結(jié)合企業(yè)實(shí)際案例，切實(shí)提高教師對應(yīng)用層面項(xiàng)目的實(shí)戰(zhàn)教學(xué)能力。

（4）鼓勵(lì)教師申請MOOC，積極采用現(xiàn)代教育技術(shù)，建設(shè)大數(shù)據(jù)精品課程。在項(xiàng)目案例驅(qū)動的MOOC建設(shè)中，引入工業(yè)界廣泛應(yīng)用的框架和項(xiàng)目案例，開發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，開放在線學(xué)習(xí)與交流平臺，大數(shù)據(jù)MOOC建設(shè)過程也是教師教學(xué)能力與水平的一次全方位的提高。

3.3 學(xué)生的創(chuàng)造力如何激發(fā)？

大數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革的關(guān)鍵點(diǎn)，是如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，“先做后學(xué)”，有了親身經(jīng)歷的初步實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就會自發(fā)產(chǎn)生學(xué)習(xí)未知知識以及進(jìn)一步探索的欲望，有利于培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)、主動探究的精神。

課中教學(xué)階段，教師根據(jù)學(xué)生遇到的典型問題，組織學(xué)生主題討論與交流，相互解答并進(jìn)行評價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生探究問題、解決問題的能力。

優(yōu)秀的數(shù)據(jù)科學(xué)人才，僅僅在課堂上的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。社會需要的是真正能發(fā)揮作用的人才，而不是僅僅紙上談兵的學(xué)霸。為了破解這個(gè)難題，大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生通過實(shí)操的方式來學(xué)習(xí)知識，將社會需求和深度知識融合到一起。

讓學(xué)生通過實(shí)操的方式來學(xué)習(xí)知識，這才是培養(yǎng)新型復(fù)合型數(shù)據(jù)科學(xué)人才的關(guān)鍵。而最好的實(shí)操，就是技術(shù)競賽，讓初出茅廬的“嫩芽”通過真刀真槍的比拼來顯露鋒芒。技術(shù)競賽創(chuàng)造了一個(gè)平臺，考驗(yàn)著學(xué)生理論儲備、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神等全方位的技能，促進(jìn)學(xué)生跟技術(shù)的發(fā)展建立更加緊密的聯(lián)系，也在短期內(nèi)最大程度地激發(fā)學(xué)生的潛力。

4 結(jié)語

翻轉(zhuǎn)課堂是一個(gè)跨越虛擬在線與實(shí)時(shí)交流、涉及多要素（教師、學(xué)習(xí)者、主題、學(xué)習(xí)材料和情境）協(xié)同的混合式課堂結(jié)構(gòu)。借大數(shù)據(jù)類課程教學(xué)建設(shè)的契機(jī)，我們借用翻轉(zhuǎn)課堂的理念，設(shè)計(jì)以案例為載體、重互動的教學(xué)方法，同時(shí)充分發(fā)展現(xiàn)代MOOC教學(xué)手段，保障教學(xué)計(jì)劃實(shí)施。實(shí)踐表明，大數(shù)據(jù)項(xiàng)目案例驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對理論的理解，是高校大數(shù)據(jù)類課程教學(xué)改革實(shí)踐的一次有益嘗試。