尹波

摘? 要： 數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)是一門典型的新工科專業(yè)，課程體系是該專業(yè)建設的核心。文章分析了該專業(yè)建設存在的主要問題，針對目前該專業(yè)的課程體系缺少統(tǒng)一標準的現(xiàn)狀，依據(jù)新工科建設的要求，制定了該專業(yè)的課程體系。以長沙理工大學為例，著重介紹其在培養(yǎng)目標、課程設置、培養(yǎng)方向、實踐教學等方面的教學改革和實踐，為數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)的建設提供參考。

關鍵詞： 新工科; 大數(shù)據(jù); 課程體系; 實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）07-98-03

Research and practice on the curriculum system of big data specialty in the

context of New Engineering Education

Yin Bo

（School of Computer and Communication Engineering，Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan 410014， China）

Abstract： Data science and big data technology specialty is a typical specialty in New Engineering Education. The curriculum system is the core of the specialty construction. This paper analyzes the main problems existing in the construction of the specialty. Because the curriculum system of the specialty lacks unified standards currently， a curriculum system has been formulated according to the requirements of New Engineering Accreditation. Taking Changsha University of Science and Technology as an example， the teaching reform and practice on the training objectives， curriculum， training direction， and practical teaching are introduced in detail， which provides reference for the construction of data science and big data specialty.

Key words： New Engineering Education; big data; curriculum systems; practice

0 引言

大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為國家的戰(zhàn)略資源和無形資產(chǎn)，已經(jīng)應用于各行各業(yè)。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)已成為戰(zhàn)略意義的前沿性、高端性新興產(chǎn)業(yè)，受到社會各界高度關注[1-2]。大數(shù)據(jù)相關人才的培養(yǎng)是我國成功實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的關鍵。國家“十三五”規(guī)劃綱要中提出，要“實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推進數(shù)據(jù)資源開放共享”，在此背景下，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)市場進入新一輪高速增長，這對大數(shù)據(jù)相關領域的專業(yè)人才需求更加迫切。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，新工科專業(yè)是主要指針對新興產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟、和新服務需求的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心[3-4]。

數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)（以下簡稱“大數(shù)據(jù)專業(yè)”）是典型的新工科專業(yè)，專業(yè)代碼為080910T，學位授予門類為工學、理學。大數(shù)據(jù)專業(yè)以大數(shù)據(jù)為研究和分析對象，是以計算機科學、數(shù)學和統(tǒng)計學作為基礎的多學科交叉融合專業(yè)，培養(yǎng)大數(shù)據(jù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應用的復合型人才。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)對大數(shù)據(jù)人才的需求以及新工科專業(yè)建設背景，使得大數(shù)據(jù)專業(yè)建設在各高校如火如荼地開展，設立大數(shù)據(jù)專業(yè)的學校數(shù)量飛速增長。2016年北京大學、對外經(jīng)濟貿(mào)易大學、中南大學這三所院校第一批試辦大數(shù)據(jù)專業(yè);2017到2019年分別新增32、250、196所高校獲批第二批到第四批大數(shù)據(jù)專業(yè)。2020年第五批新增138所高校。目前全國共有619所高校開設該專業(yè)，獲批高校呈井噴式增長并將持續(xù)下去，地方高校競相開設大數(shù)據(jù)專業(yè)。長沙理工大學依托計算機學院，于2019年第四批獲批開設大數(shù)據(jù)專業(yè)，從地方產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，為大數(shù)據(jù)所催生的新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟培養(yǎng)具備扎實數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)建構(gòu)能力的高級技術人才。

課程體系是專業(yè)建設實施的關鍵，是當前開辦大數(shù)據(jù)專業(yè)的高校都在思考和探討的問題。目前大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系缺少統(tǒng)一標準，缺少適合教學的優(yōu)秀教材，實踐環(huán)節(jié)與企業(yè)需求脫鉤，師資力量也嚴重不足，這些問題使得大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐和研究滯后于產(chǎn)業(yè)需求。新工科分類建設要求地方高校能夠主動對接地方經(jīng)濟與社會的發(fā)展需要，加強應用型人才培養(yǎng)。因此如何按照新工科對人才培養(yǎng)的要求，從專業(yè)特點和技術發(fā)展的角度建設大數(shù)據(jù)專業(yè)值得探索和研究。

1 大數(shù)據(jù)專業(yè)建設現(xiàn)狀

缺少標準統(tǒng)一的課程體系 盡管開設大數(shù)據(jù)專業(yè)的高校數(shù)量急速增長，目前大數(shù)據(jù)專業(yè)建設還在探索和發(fā)展的過程，人才培養(yǎng)體系尚未健全;沒有形成標準統(tǒng)一的課程體系，缺少成熟的案例和經(jīng)驗參考[5]。高校根據(jù)自身特色和優(yōu)勢，選擇開設該專業(yè)的學院（主要是計算機學院、數(shù)學學院、以及經(jīng)管學院），開設的課程也會有一些差別。

缺少好的教材 大數(shù)據(jù)專業(yè)的教材建設處于起步階段，符合高校教學實施的教材較少，尤其缺少權(quán)威優(yōu)秀教材。任何成熟的專業(yè)都有1-2門系統(tǒng)闡述本專業(yè)基礎理論的課程，這些課程在內(nèi)容上有統(tǒng)一標準，也有權(quán)威教材。但是目前大數(shù)據(jù)專業(yè)缺少這樣的課程和相應的教材。

實踐平臺亟待建設 大數(shù)據(jù)專業(yè)具有較強的實踐性，實踐平臺不僅要提供開發(fā)環(huán)境，還需要提供真實的行業(yè)數(shù)據(jù)供學生分析與操作[6]。目前平臺建設滯后于教學需求和產(chǎn)業(yè)需求，實踐課程缺少行業(yè)案例。許多院校尚未和企業(yè)建立有效的合作培養(yǎng)方式，不利于進行工程實踐教學。

此外，大數(shù)據(jù)專業(yè)也存在師資力量不足的問題。大數(shù)據(jù)專業(yè)是一門多學科交叉融合的專業(yè)。大數(shù)據(jù)人才需要掌握大數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、可視化的基礎理論和實踐技能。大數(shù)據(jù)專業(yè)教學難度大，對教師的要求較高，需要兼具理論知識和實踐能力的師資隊伍。目前新建院系還在發(fā)展中，缺少專業(yè)化的教師團隊。主要以年輕教師為主，缺乏工程教育實踐經(jīng)驗;能夠指導學生實驗和實訓的教師不足。

2 大數(shù)據(jù)專業(yè)課程建設探索

2.1 培養(yǎng)目標的設定

新工科旨在培養(yǎng)具有良好人文素養(yǎng)、協(xié)作精神、可持續(xù)發(fā)展、終身學習能力，以及實踐、創(chuàng)新能力強的高素質(zhì)復合型人才。長沙理工大學大數(shù)據(jù)專業(yè)，對接地方區(qū)域經(jīng)濟的需求，緊跟大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需要，謀求“特色”“精準”的人才培養(yǎng)模式，建設面向大數(shù)據(jù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應用的復合型人才培養(yǎng)體系。

大數(shù)據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標是讓學生掌握面向大數(shù)據(jù)應用的計算機科學、統(tǒng)計學、數(shù)學基礎知識，系統(tǒng)學習數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析的基本理論方法和技能;同時具備自然科學和社會科學等領域中大數(shù)據(jù)的應用分析技能。本專業(yè)學生在系統(tǒng)的專業(yè)技術訓練基礎上，具備廣泛的數(shù)據(jù)應用視野。學生畢業(yè)以后將能從事交通大數(shù)據(jù)、金融大數(shù)據(jù)、能源大數(shù)據(jù)等各類應用領域大數(shù)據(jù)分析挖掘、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)等技術工作。

2.2 課程體系的構(gòu)建

長沙理工大學大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系，圍繞大數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、分析四個方面，并且結(jié)合工程認證的要求進行課程設置。前兩年主要開設通識課程和計算機類基礎課程，保證學生能夠掌握計算機組成原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與應用、程序設計能力和大數(shù)據(jù)初步處理技術，達到寬口徑目的。其中第一年按照信息大類進行培養(yǎng)，夯實基礎，加強通識教育和數(shù)學知識學習。第二年進行專業(yè)基礎能力的培養(yǎng)，包括統(tǒng)計學、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析基礎知識和方法的學習。第三年強化專業(yè)能力，提升系統(tǒng)開發(fā)和大數(shù)據(jù)分析挖掘的能力，理論聯(lián)系實際，加強實習、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)等實踐教學。第四年問題驅(qū)動，圍繞大數(shù)據(jù)的整個生命周期，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力。為了培養(yǎng)學生的程序設計能力和算法思想，依托計算機學院的特色課程“程序設計算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”;該課程以C語言作為基本語言，結(jié)合面向?qū)ο缶幊?，重點講授算法思想;采用小班教學，跨度為三個學期。

大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系包含核心課程、選修課程、實踐環(huán)節(jié)三個方面（如圖1所示）。

⑴ 核心課程是本專業(yè)學生必修的重要課程，包括公共基礎課、學科基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)核心課四個部分，課程深度逐步遞進。開課順序是從公共基礎課到專業(yè)核心課，公共基礎課和學科基礎課在大一和大二學年開設，專業(yè)基礎課和專業(yè)核心課在大三和大四學年開設。這個課程體系涵蓋大數(shù)據(jù)的獲取、存儲、管理、挖掘到可視化的整個生命周期的相關技術。

⑵ 實踐環(huán)節(jié)包含實驗和實習實訓，分為專業(yè)基礎實踐、專業(yè)課程實踐、綜合實訓、綜合應用實踐四個部分。對于重要的專業(yè)課程，均開設獨立的實驗課程。專業(yè)基礎實踐針對學科基礎課程;專業(yè)課程實踐針對專業(yè)課程，以培養(yǎng)學生搭建大數(shù)據(jù)平臺和進行大數(shù)據(jù)分析為主。綜合實訓則是針對行業(yè)應用的綜合性實踐，針對大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)設置了“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能力綜合實訓”課程，針對大數(shù)據(jù)分析設置了“數(shù)據(jù)挖掘與人工智能綜合應用實訓”課程。

⑶ 專業(yè)選修課用于擴展學生的專業(yè)能力，專業(yè)選修課包括：“數(shù)據(jù)挖掘技術基礎”、“數(shù)學建?！薄ⅰ按髷?shù)據(jù)可視化”、“虛擬化技術”、“地理信息大數(shù)據(jù)處理技術”、“ETL技術及應用”、“數(shù)據(jù)科學新技術”等課程。大數(shù)據(jù)技術在物聯(lián)網(wǎng)、金融等眾多領域得到了廣泛應用，大數(shù)據(jù)技術與應用領域結(jié)合才能發(fā)揮出價值。因此，在課程體系中設置了“地理信息大數(shù)據(jù)處理”、“金融大數(shù)據(jù)”等領域選修課，從而培養(yǎng)學生在實際應用背景中分析和發(fā)現(xiàn)領域問題，解決領域問題。

根據(jù)行業(yè)技術發(fā)展和企業(yè)崗位需求，設置了“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)技術”、“大數(shù)據(jù)處理與分析技術”兩個特色培養(yǎng)方向?！按髷?shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)”方向以構(gòu)建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)為目標，以Java作為主要的程序設計語言，以“大數(shù)據(jù)存儲與管理”、“并行與分布式計算”作為主要課程?！按髷?shù)據(jù)處理與分析”方向以分析和挖掘大數(shù)據(jù)知識為目標，以Python作為主要的程序設計語言，以統(tǒng)計學統(tǒng)計分析理論作為基礎，以“機器學習”和“深度學習”作為主要課程。課程群包含的課程如下。

⑴ 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)技術：“操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)庫原理與技術”、“Linux操作系統(tǒng)”、“Java程序設計”、“計算機網(wǎng)絡”、“數(shù)據(jù)采集與預處理”、“大數(shù)據(jù)存儲與管理”、“并行與分布式計算”、“軟件工程概論”。

⑵ 大數(shù)據(jù)處理與分析技術：“Python程序設計”、“離散數(shù)學”、“程序設計算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“數(shù)據(jù)采集與預處理”、“機器學習”、“深度學習”、“多元統(tǒng)計分析與R語言建?！?、“行業(yè)大數(shù)據(jù)分析”、“應用統(tǒng)計學”。

2.3 重視實踐環(huán)節(jié)

搭建面向行業(yè)應用的大數(shù)據(jù)實踐平臺，包括“計算機基礎訓練”、“大數(shù)據(jù)專業(yè)技能訓練”、“企業(yè)工作實踐訓練”、“科技創(chuàng)新實踐訓練”四個模塊。以大學生創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)為核心，推進產(chǎn)業(yè)與教學的緊密結(jié)合、深度融合。整合學校優(yōu)勢與特色專業(yè)（如能源、交通、水利、金融等專業(yè)）的大數(shù)據(jù)資源至統(tǒng)一平臺，進行開放共享。分析各個學科大數(shù)據(jù)特征，細化各個學科和對應行業(yè)的大數(shù)據(jù)處理需求，培養(yǎng)學生面向能源、交通、水利、金融等行業(yè)的大數(shù)據(jù)處理和分析能力。

通過基礎實訓、校企合作實訓、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)，達到提高學生創(chuàng)新精神和綜合解決實際問題能力的目的。實訓課程包括校內(nèi)外實訓，從企業(yè)引進具有大數(shù)據(jù)項目經(jīng)驗的工程師參與實訓教學，將真實的大數(shù)據(jù)案例進行知識分解，讓學生進行分組，分步驟合作進行項目開發(fā)。選派教師到技術培訓基地或者大數(shù)據(jù)企業(yè)進行專業(yè)技能培訓，組織教師到企業(yè)進行專業(yè)實踐鍛煉，以提高大數(shù)據(jù)專業(yè)教師的項目實踐能力。實施問題驅(qū)動的畢業(yè)設計。組織實踐能力強的教師構(gòu)建創(chuàng)新團隊，帶領學生參加大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽等相關競賽。

3 總結(jié)與展望

大數(shù)據(jù)專業(yè)是新工科背景下的新建專業(yè)。大數(shù)據(jù)專業(yè)建設應該根據(jù)新工科和工程認證的需求，并結(jié)合學校特色和實際情況。本文以長沙理工大學大數(shù)據(jù)專業(yè)建設為例，從培養(yǎng)目標、課程設置、培養(yǎng)方向、實踐教學等方面進行探索和實踐，以“大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)技術”、“大數(shù)據(jù)處理與分析技術”作為兩個特色培養(yǎng)方向，制定大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系。推進教學與產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合，通過校企合作、問題驅(qū)動的畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)和措施來提升學生的實踐能力。目前大數(shù)據(jù)專業(yè)還處于探索階段，需要精確定位行業(yè)需要，將產(chǎn)教融合落實到位，在教學實踐中積累經(jīng)驗，反饋和完善課程體系，培養(yǎng)適應時代需求的大數(shù)據(jù)人才。

參考文獻（References）：

[1] 張燕，劉鵬，趙海峰，潘永東.大數(shù)據(jù)專業(yè)建設的思考與探索[J].中國大學教學，2019.4：38-41

[2] 王國仁，金福生，劉馳，王樹良.面向國際化的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程體系建設[J].中國大學教學，2018.12：43-44

[3] 吳賀俊，饒洋輝.面向新工科的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程建設[J].中國大學教學，2019.4：34-37

[4] 張鵬，張暉，楊學南. 新工科背景下地方院校大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)探索與實踐[J].當代教育實踐與教學研究，2019.23：202-204

[5] 王元卓，隋京言.新工科背景下的大數(shù)據(jù)專業(yè)建設與人才培養(yǎng)[J].中國大學教學，2018.12：35-37

[6] 劉穎，王愛蓮，宣齊娜，何媛源，新工科背景下數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)建設探析[J]，吉林工商學院學報，2019.35（6）：106-109