魏凌華，徐成振，胡國亮

（淮北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

0 引言

相對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)有容量大、類型多、存取速度快和應(yīng)用價(jià)值高等特征［1］.使用新方法對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和分析，可以從中發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)點(diǎn)和創(chuàng)造新的應(yīng)用價(jià)值［2］.對(duì)大數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用的過程中，人們的生活方式和社會(huì)的發(fā)展也有著翻天覆地的變化.為盡快適應(yīng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢［3-4］，2015年國務(wù)院印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，其中重點(diǎn)提出大數(shù)據(jù)技術(shù)人才培養(yǎng)的問題［5-8］，作為培養(yǎng)人才的基地，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)在高校中迅速展開.

專業(yè)的開設(shè)僅僅是開始，如何建設(shè)好數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)才是重點(diǎn)，尤其是大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)更是重中之重［9-12］.當(dāng)前教學(xué)模式經(jīng)歷灌輸式、啟發(fā)式、體驗(yàn)式3個(gè)過程，而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為實(shí)踐和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，也經(jīng)歷這3個(gè)過程.該專業(yè)不僅需要豐富的理論知識(shí)，還需要具備更強(qiáng)的實(shí)踐操作能力，而達(dá)到這些要求僅僅靠理論教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要實(shí)踐教學(xué)的支持才能達(dá)到專業(yè)人才的標(biāo)準(zhǔn).要提高實(shí)踐教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，目的是增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力.重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)大數(shù)據(jù)專業(yè)的必然要求；完善實(shí)踐教學(xué)體系，是培養(yǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用型專業(yè)人才的基本要求.因此，為辦好數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，需要高校教師能夠掌握大數(shù)據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)和大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)規(guī)律.

1 數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系分析

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)作為一門新興學(xué)科，它以計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)等為基礎(chǔ)，以生物科學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理和經(jīng)濟(jì)等學(xué)科應(yīng)用為拓展，以分析數(shù)據(jù)和挖掘其中的價(jià)值為目標(biāo)［13］.所以該專業(yè)對(duì)人才的專業(yè)技能要求較高，既要有計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)，又要有較強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)分析能力，同時(shí)還需要掌握不同應(yīng)用場景的相關(guān)背景知識(shí)［14］.

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)由基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程和實(shí)踐課程3大模塊組成［15-16］，其中實(shí)踐課程是大數(shù)據(jù)整個(gè)教學(xué)體系中的重點(diǎn)，它不僅是對(duì)理論課程的有益補(bǔ)充，還是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié).現(xiàn)有流行的大數(shù)據(jù)技術(shù)以Hadoop為主，且形成以Hadoop為基礎(chǔ)的生態(tài)圈［17-18］，如圖1所示.

圖1 Hadoop生態(tài)系統(tǒng)

由圖1中可以看出，Hadoop生態(tài)系統(tǒng)不僅涉及的框架多，而且軟件前后關(guān)聯(lián)性較強(qiáng).大數(shù)據(jù)的基本處理流程主要包括：數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)管理、處理分析、結(jié)果呈現(xiàn)等環(huán)節(jié).其中大數(shù)據(jù)技術(shù)的層面、功能和涉及的軟件如表1和表2所示.

表1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的不同層面和功能

表2 大數(shù)據(jù)技術(shù)涉及的軟件

從大數(shù)據(jù)涉及的軟件、框架和數(shù)據(jù)分析流程可以看出，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程在建設(shè)的過程中，不僅要夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，而且要提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力.

2 實(shí)踐課程特點(diǎn)

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)具有編程技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析能力的復(fù)合型人才.在傳統(tǒng)的教學(xué)觀念中，實(shí)踐教學(xué)附屬于理論教學(xué)，是理論教學(xué)的輔助.但實(shí)際上該專業(yè)不僅需要豐富的理論知識(shí)，還需要具備更強(qiáng)的實(shí)踐操作能力.因此，如何建設(shè)好實(shí)踐教學(xué)體系已經(jīng)成為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)研究的熱點(diǎn)問題之一.目前我國高校教學(xué)基本模式是：大一和大二學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程；大三學(xué)習(xí)專業(yè)課程；大四進(jìn)行實(shí)習(xí).結(jié)果是實(shí)踐環(huán)節(jié)占總學(xué)時(shí)比例過低，造成學(xué)生動(dòng)手能力嚴(yán)重不足.

高校增設(shè)大數(shù)據(jù)專業(yè)之后，在實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)上同樣面臨著很多問題.大數(shù)據(jù)的實(shí)踐課程主要分為2大類，第一類是理論課程的附屬實(shí)踐課程；第二類是獨(dú)立的實(shí)踐課程.形式上和其他專業(yè)并無太大區(qū)別，但從圖1中可以看出，大數(shù)據(jù)專業(yè)的實(shí)踐課程特點(diǎn)是涉及的軟件數(shù)量多、體系復(fù)雜、不同軟件的關(guān)聯(lián)性強(qiáng).數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的實(shí)踐課程有別于傳統(tǒng)專業(yè)的實(shí)踐課程，主要有以下2個(gè)方面.

首先，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程涉及的軟件數(shù)量多.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和工作量有別于傳統(tǒng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程，傳統(tǒng)專業(yè)的教學(xué)方式已經(jīng)不適應(yīng)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的課程，特別是對(duì)該專業(yè)的實(shí)踐課程.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)涉及的軟件有：Hadoop、HDFS、HBase、NoSQL、MapReduce、Hive、Spark、可視化工具（Easely.ly、D3、Tableau、ECharts等）和數(shù)據(jù)采集工具（Flume、Kafka、Sqoop等）.相比傳統(tǒng)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)涉及的軟件多、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容工作量大.

其次，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)課程的先后關(guān)聯(lián)性強(qiáng).傳統(tǒng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程基本上是理論課程的補(bǔ)充和實(shí)踐，通過對(duì)該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐就能夠掌握相應(yīng)的知識(shí).而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)課程比較復(fù)雜，除掌握本課程的知識(shí)點(diǎn)，還需要掌握相關(guān)聯(lián)課程的知識(shí)點(diǎn).例如大數(shù)據(jù)專業(yè)所有的軟件搭建都在Linux操作系統(tǒng)上（包括debian系、redhat系和其他自由發(fā)布的版本），這就需要學(xué)生掌握Linux的基本命令，否則無法實(shí)現(xiàn)所學(xué)課程軟件的安裝和維護(hù).在大數(shù)據(jù)專業(yè)中，MapReduce是一種并行編程模型，而在編程時(shí)需要用到Java，因此學(xué)生還要提前掌握J(rèn)ava的知識(shí).其中關(guān)聯(lián)如圖2所示.

圖2 大數(shù)據(jù)課程及軟件的先后關(guān)聯(lián)圖

從圖2可以看出以下3點(diǎn)：

（1）Linux和Windows操作系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)專業(yè)課程和軟件的基礎(chǔ)；

（2）除Tableau只有Windows版本，其他軟件都支持Linux；

（3）其中Java、R、Spark、Linux均為獨(dú)立課程，其他軟件可以單獨(dú)成為一門課程，也可以綜合為一門課程.

3 實(shí)踐課程體系的構(gòu)建

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)系統(tǒng)中的重中之重.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)作為一個(gè)新興專業(yè)，有其他專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，但又因?yàn)閷I(yè)自身的特點(diǎn)，決定著該專業(yè)必須有適合自身的教學(xué)特色.

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，不僅能夠提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，而且還能提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，有益于學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展.

但在實(shí)際的教學(xué)中，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)存在以下問題：

（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，相對(duì)獨(dú)立，不能構(gòu)成體系.不論是理論課程附帶的實(shí)驗(yàn)，還是專業(yè)實(shí)訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前后缺乏關(guān)聯(lián)，不能有效形成完整的體系.

（2）實(shí)踐教材不完善.由于是新開設(shè)的專業(yè)，存在教材不足的問題.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的綜合學(xué)科，但由于計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)已經(jīng)形成復(fù)雜的學(xué)科系統(tǒng)，如何從這些學(xué)科中選擇合適的內(nèi)容，平衡其中的深度和廣度問題還有沒有明確的參考標(biāo)準(zhǔn).

（3）考核機(jī)制不健全.當(dāng)前大部分高校對(duì)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)以及各類競賽，給予高度認(rèn)可，但基本都是物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)，缺乏整體的考核機(jī)制.對(duì)于參賽的指導(dǎo)教師和學(xué)生而言，由于參賽影響平時(shí)的工作和學(xué)習(xí)，因此造成師生的參賽動(dòng)力不足，也從客觀上降低學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新的積極性.

基于當(dāng)前環(huán)境和以上面臨的問題，對(duì)于數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，主要從實(shí)踐課程特點(diǎn)、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性和考核評(píng)價(jià)機(jī)制3個(gè)方面進(jìn)行研究.

（1）分層次實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐素質(zhì).實(shí)驗(yàn)是理論課程的加深和強(qiáng)化，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作，可以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和解決實(shí)際的能力，是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系的基礎(chǔ).在構(gòu)建數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系時(shí)，實(shí)踐教學(xué)可以分為3個(gè)層次.課程附屬實(shí)驗(yàn)是第1層次，是對(duì)理論課程知識(shí)的加深和強(qiáng)化.專業(yè)實(shí)訓(xùn)是第2層次，是一種以實(shí)訓(xùn)為主、理論為輔的階段性綜合實(shí)訓(xùn)，通過對(duì)項(xiàng)目的完成，可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的程度和提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力.企業(yè)實(shí)踐是為讓學(xué)生提前了解企業(yè)的實(shí)際需求，為學(xué)生提前進(jìn)入社會(huì)打下基礎(chǔ).

（2）分階段實(shí)踐教學(xué)，提高實(shí)踐內(nèi)容的前后關(guān)聯(lián)性.學(xué)生能力培養(yǎng)過程是由不同階段構(gòu)成的，每個(gè)階段都是由一系列的理論和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)來形成，而且不同階段的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)前后關(guān)聯(lián).加強(qiáng)不同課程教學(xué)內(nèi)容的銜接，順利完成大數(shù)據(jù)的不同實(shí)踐課程知識(shí)點(diǎn)的過度.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程涉及的軟件和知識(shí)點(diǎn)較多，因此在實(shí)踐課程安排時(shí)，不僅要照顧到本課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還要增加為完成實(shí)驗(yàn)所需其他課程的知識(shí)，如圖2所示.例如在Hadoop課程中，實(shí)踐課程中首先是安裝hadoop 2.7版本的軟件，在Linux操作系統(tǒng)下創(chuàng)建hadoop用戶、更新APT、安裝SSH和安裝Java環(huán)境，其中需要學(xué)生提前掌握useradd、tar、update等Linux命令.如果學(xué)生不具備相應(yīng)的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課程的后續(xù)內(nèi)容則無法完成.

（3）完善實(shí)踐教學(xué)的考核評(píng)價(jià)機(jī)制.合理的考核評(píng)價(jià)機(jī)制，可以確保實(shí)踐教學(xué)的效果和持久發(fā)展.通過參加大數(shù)據(jù)專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學(xué)科競賽，學(xué)生不僅可以提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，而且還可以培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力.把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科競賽、平臺(tái)訓(xùn)練等引入到實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，對(duì)原有教學(xué)體系進(jìn)行調(diào)整和完善.增加學(xué)生獲得學(xué)分的途徑，可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的意識(shí).

合理的考核評(píng)價(jià)機(jī)制提高教師的教學(xué)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)，從根本上解決教師不愿指導(dǎo)學(xué)生和學(xué)生不愿參加競賽的現(xiàn)狀，確保實(shí)踐課程的教學(xué)效果和良性發(fā)展.

4 結(jié)論

大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)不可能一蹴而就，它是一個(gè)循序漸進(jìn)、逐步加深的過程.重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是提高大數(shù)據(jù)專業(yè)人才水平的必然要求；完善實(shí)踐教學(xué)體系，是培養(yǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用型專業(yè)人才的基本要求.大數(shù)據(jù)實(shí)踐教學(xué)體系應(yīng)該分層次和分階段來完成相應(yīng)的目標(biāo)任務(wù).構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的生態(tài)系統(tǒng)，滿足課程實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)訓(xùn)的需求，從學(xué)生的實(shí)際情況和企業(yè)的需求著眼，探索適合數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐課程的教學(xué)模式.數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建還有很多問題有待解決，未來數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的人才應(yīng)該是懂理論、能動(dòng)手且能融合到不同應(yīng)用場景中的復(fù)合型人才，因此在構(gòu)建數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系時(shí)應(yīng)以培養(yǎng)符合社會(huì)需求的人才為核心，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，提高該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量.