張志偉，汪劉送，崔 琳，余曉永，談成訪，丁士杰

宿州學院信息工程學院，安徽宿州，234000

1 概 述

新冠肺炎疫情嚴重阻礙國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的同時，也影響著全國各類學校的正常教學秩序。全國各高校積極響應和貫徹“停課不停教，停課不停學”的號召，利用在線教學平臺開通網(wǎng)絡課堂，結(jié)合豐富多樣、可供選擇和覆蓋面廣的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)上教學資源，開拓教育教學、課程學習與疫情防控相結(jié)合的線上教與學新模式[1-3]。當今大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)技術及其應用已廣泛服務于社會和國民經(jīng)濟的各行業(yè)。中國順應時代發(fā)展潮流，國民經(jīng)濟加速轉(zhuǎn)型升級，實施科教興國戰(zhàn)略，對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行改革創(chuàng)新，大力發(fā)展一批適應時代發(fā)展的新型工科專業(yè)，為“中國制造2025”與“工業(yè)4.0”的落地實施注入源源不斷的人才動力，助力以新技術、新業(yè)態(tài)和新產(chǎn)業(yè)為特征的新經(jīng)濟形態(tài)可持續(xù)發(fā)展[4-8]。

宿州學院因時因地制宜，以國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需求為導向，圍繞“地方性、應用型”辦學定位，重視理論聯(lián)系實際、技能培訓和工程應用能力的培養(yǎng)，與大數(shù)據(jù)企業(yè)聯(lián)合開展校企合作與實習實訓基地建設，創(chuàng)新提出“2+1+1”多維校企聯(lián)合教學培養(yǎng)模式，將課堂理論教學、實驗室課程設計、實習實訓、社會需求與行業(yè)理念進行無縫對接。然而，大數(shù)據(jù)專業(yè)及課程教學所涉及的項目設計、數(shù)據(jù)采集與存儲、數(shù)據(jù)檢索與挖掘和分析結(jié)果可視化等方面，課堂教學與MOOC教學無法全方位覆蓋，尤其是新冠疫情背景下全方位線上教學模式與手段要進一步拓寬。

針對此次新冠疫情，宿州學院以培養(yǎng)合格的社會主義建設者為根本，以優(yōu)勢學科與優(yōu)勢專業(yè)建設為龍頭，以依法治校、師資隊伍、基礎設施、制度建設為關鍵，以改革創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展為動力[9]，積極制定和完善線上教學規(guī)劃，統(tǒng)籌安排新冠疫情期間各種線上教學所需的教學資源與平臺，穩(wěn)步開展大規(guī)模線上教育教學活動，本文在此背景下，深入探討大數(shù)據(jù)專業(yè)課程《Spark編程基礎》的線上教學改革與實施，結(jié)合筆者實際線上教學活動對線上教學的經(jīng)驗進行總結(jié)。

2 研究現(xiàn)狀

線上教學的開展早已有之，比如流行于各大高校的MOOC，但其主要作為線下教學活動一種輔助和補充，并沒有作為主要教學手段，大規(guī)模線上教學亦未全面展開。學術界結(jié)合傳統(tǒng)教學模式與課程特點，正積極進行線上教學的各種探索。

章文偉等[10]充分利用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡資源和教學立方平臺，為配位化學專業(yè)的線上教學進行助力，廣泛采用“智慧樹”平臺中的MOOC資源，并利用QQ直播和“騰訊會議”作為在線授課和輔導答疑的工具，取得良好的教學效果與學生反饋。全面線上教學作為一種新的教學模式，為教師教學能力多樣化的提升帶來新機遇，同時對教師角色也提出新挑戰(zhàn)。汪磊等[11]針對線上教學教師角色的轉(zhuǎn)變進行探究，并結(jié)合實際線上課程《大學生心理健康》，從學生需求、教師角色定位、線上教學評價與反饋等方面進行研究。

袁耀峰等[12]基于MOOC、QQ群和“騰訊課堂”三種教學平臺，充分探討了即時通訊工具在線上教學環(huán)節(jié)中的線上討論和師生互動等方面的應用，為線上教學模式的全面開展提出了建設性的意見和思路。郭宏曦[13]基于《大數(shù)據(jù)導論》課程，對大數(shù)據(jù)導論的線上教學模式與具體實施，提出了新的建設性思路。蔡榮江[14]針對線上教學的實施、考核與評價給出了詳細的實施方案。

綜上，線上教學模式與方案還需進一步完善和加強。針對目前關于新興專業(yè)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術的線上教學方案較少的情況，本文以新冠疫情期間的大數(shù)據(jù)課程《Spark編程基礎》的線上教學為例，對大數(shù)據(jù)課程的線上教學涉及的遠程協(xié)助、授課組織和教學互動等方面進行深入探究。

3 大數(shù)據(jù)課程線上教學模式

《Spark編程基礎》作為數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)的核心課程，以“新工科”“工程教育”以及“應用型”本科高校人才培養(yǎng)定位為出發(fā)點和落腳點，教師在充分調(diào)研學生線下學習狀況的前提下，動態(tài)調(diào)整《Spark編程基礎》理論教學與實踐操作配比，使學生掌握Spark大數(shù)據(jù)處理平臺的基本理論與方法，具備分析、設計和解決實際生產(chǎn)過程中遇到的大數(shù)據(jù)問題的能力。在前期Hadoop編程學習的基礎之上，通過《Spark編程基礎》的學習，不僅使學生掌握離線數(shù)據(jù)分析與處理技術，而且掌握大數(shù)據(jù)的實時分析與處理方法，同時能夠?qū)I(yè)界主流大數(shù)據(jù)平臺及其生態(tài)組件進行有機協(xié)調(diào)，從而制定滿足實際應用需求的方案。

本文依托宿州學院大數(shù)據(jù)應用教研室，該教研室2019年榮獲“安徽省基礎示范教研室”，在學科發(fā)展與專業(yè)建設、教學研究與改革、科研創(chuàng)新以及學生專業(yè)能力培養(yǎng)等方面取得一系列成果。文本依托中國大學MOOC國家精品在線課程、廈門大學林子雨主講的《Spark編程基礎》，針對宿州學院大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，制定相應的線上教學計劃與方案，并輔以“騰訊課堂”“騰訊會議”“QQ遠程協(xié)助”等工具，開展《Spark編程基礎》課程的線上教學與學習。主要涉及“線上教學過程與實施”和“線上教學考核與評價”。

3.1 線上教學過程與實施

在線上教學實施過程中，充分利用中國大學MOOC、“超星學習通”和QQ群等優(yōu)質(zhì)教學資源和即時通訊工具，提高線上教學師生互動性與協(xié)作性，提升學生線上學習參與性的同時，實現(xiàn)對線上教學的監(jiān)督與監(jiān)管。在開展《Spark編程基礎》線上教學過程中，課前積極動員、認真準備教學材料并熟練使用各種線上教學設備；線上教學期間，翻轉(zhuǎn)線上課堂，教師的教與學生的學有機結(jié)合，充分以學生為本；課后結(jié)合《Spark編程基礎》線上課堂特點，充分利用線上教學設備進行課后輔導與答疑。線上教學過程具體實施如圖1所示。

圖1 線上教學過程與實施

(1)課前任務布置，知識點復習：按照宿州學院數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案和《Spark編程基礎》教學大綱制定線上教學方案，并按照教學計劃編排線上教學，提前布置課前預習內(nèi)容；

(2)學生課前預習與準備：要求學生提前觀看與《Spark編程基礎》教材配套的由廈門大學林子雨老師主講的MOOC，按照實驗教學規(guī)劃與章節(jié)要求，提前準備好完全分布式Hadoop和Spark實驗環(huán)境；

(3)課間知識講解(重點、難點)：利用“騰訊課堂”和“騰訊會議”相結(jié)合的方式進行在線直播授課并隨機對學生進行考勤，在學生觀看相應學習內(nèi)容的基礎之上，結(jié)合教學大綱和講授內(nèi)容的重難點進行逐一講解，并且針對實驗注意事項進行剖析；

(4)師生互動，遠程實驗協(xié)助：計劃內(nèi)容講解完后，詢問學生們的學習與實驗情況，在線答疑，并利用QQ遠程協(xié)助工具，在線示范Spark分布式編程操作與數(shù)據(jù)處理；

(5)課后作業(yè)，線上題庫練習：章節(jié)內(nèi)容學習結(jié)束后，根據(jù)章節(jié)內(nèi)容與階段性學習計劃，進行線上題庫練習，對知識點進行鞏固，線上練習題庫采用中國大學MOOC上《Spark編程基礎》配套的題庫。除此之外，根據(jù)章節(jié)內(nèi)容和實際應用需求設置課程設計，從數(shù)據(jù)的采集、分布式存儲、分布式計算與結(jié)果可視化展示等方面系統(tǒng)地進行訓練；

(6)專題輔導，問題收集，遠程協(xié)作：線上教學本著“一個都不能少”的原則，對學生反應比較多的問題，進行專題輔導；對于個別同學，采取一對一的方式進行講解。同時，對涉及的實驗操作，利用QQ遠程協(xié)助，進行在線演示，最大程度上爭取每個學生都能完成學習計劃，并達到預期學習效果。

3.2 工程教育模式融入線上教學

工程教育模式讓學生主動參與到工程項目設計、開發(fā)到運維的整個生命周期，是一種倡導“教、學、做”一體的新型教學模式?！禨park編程基礎》作為數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)的核心課程，對各大數(shù)據(jù)生態(tài)組件的綜合應用起著承上啟下的作用。傳統(tǒng)的《Spark編程基礎》課堂教學，理論教學相對豐富，雖涉及真實項目實踐，但項目案例的開發(fā)及運維講解較少，使得學生欠缺大數(shù)據(jù)項目設計及研發(fā)方面的能力。針對上述問題，宿州學院信息工程學院《Spark編程基礎》課程組結(jié)合新冠疫情期間線上教學的特點，把工程教育模式融入線上教學，取得了良好教學效果。

(1)工程教育模式融入《Spark編程基礎》線上教學。選擇業(yè)界比較流行且學生比較熟悉的大數(shù)據(jù)開發(fā)框架構建了項目案例庫，包含“大數(shù)據(jù)采集與存儲”“大數(shù)據(jù)分析與處理”和“大數(shù)據(jù)可視化與人工智能”應用三個案例。從事先構建的《Spark編程基礎》項目庫中選擇具有代表性的大數(shù)據(jù)分析與處理案例，選擇的案例涵蓋了大數(shù)據(jù)項目設計與開發(fā)涉及的需求分析、概要設計、詳細設計、編碼實現(xiàn)以及運維等流程。既輔助每一章的理論教學，又能通過案例講解大數(shù)據(jù)分析與處理相關的知識點在實際中的應用。教師通過對大數(shù)據(jù)分析與處理真實案例進行講解，使學生更加深刻地掌握大數(shù)據(jù)分析與處理過程中涉及的技術原理，并進一步掌握相關技術背后的基礎理論。

(2)結(jié)合《Spark編程基礎》實驗教學大綱與選用教材內(nèi)容框架，以章節(jié)實驗項目為單位開展線上實踐教學。學生根據(jù)興趣與特長按照5～6人的標準進行自由組隊并選出一個組長，教師為每組分配具體的章節(jié)項目，每組的組長根據(jù)學生的特長分配具體的項目設計與開發(fā)子任務。上述章節(jié)實驗項目是來源于案例庫中“大數(shù)據(jù)采集與存儲”或“大數(shù)據(jù)可視化與人工智能應用”開發(fā)過程的子項目，當把所有章節(jié)學完之后，學生就完成了大數(shù)據(jù)采集與存儲或大數(shù)據(jù)可視化與人工智能應用的所有子項目的學習。通過讓學生動手進行項目設計，既提高了學生的項目實踐能力，也鍛煉了學生之間的團隊協(xié)作能力。

(3)上述兩個過程不僅鞏固了《Spark編程基礎》的理論教學，而且拓展了線上實踐教學的思路。既加深了學生對《Spark編程基礎》基礎知識的理解，又鍛煉了學生線上協(xié)作實踐的能力。學生把所有章節(jié)學完之后，也是按照5～6人的標準進行分組開展線上協(xié)作的綜合課程設計。課程設計的案例主要來源于大學生科研立項課題以及指導教師主持的科研項目。另外，《Spark編程基礎》課程組充分運用校企合作實訓基地，積極協(xié)調(diào)合作企業(yè)為學生開展線上項目實訓，讓學生在真實的大數(shù)據(jù)項目開發(fā)中得到訓練。同時，結(jié)合項目設計與開發(fā)的流程和環(huán)節(jié)，讓學生在課程設計中扮演不同的角色(如客戶、產(chǎn)品經(jīng)理、項目經(jīng)理、系統(tǒng)架構師和程序員等)，不僅使學生親身參與到大數(shù)據(jù)項目開發(fā)的整個周期，而且能充分調(diào)動學生的積極性并熟悉企業(yè)項目開發(fā)規(guī)范，大力推動學生的綜合應用能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，從而使得學生畢業(yè)后可以直接進入IT企業(yè)工作。

3.3 線上教學考核與評價

借鑒傳統(tǒng)的線下教學考核與評價，結(jié)合線上教學的特殊性，以多元化的考核評價方法，綜合考核并評價《Spark編程基礎》線上教學效果。本文以人才培養(yǎng)方案中確立的目標和定位為指導，結(jié)合教學大綱確立的教學計劃、知識目標、能力培養(yǎng)與評價機制，制定相應的線上教學考核與評價方案?！禨park編程基礎》課程成績考核與評估方式為：綜合成績=平時成績×30%+期末成績×70%。其中，平時成績包括學習通在線簽到、章節(jié)題庫練習成績和階段性課程涉及成績；末考成績包括課程項目設計成績和學習通線上考試成績?！禨park編程基礎》線上考核與評價方案如圖2所示。

(1)學習過程考核與評價：《Spark編程基礎》課程，實驗和理論全部以線上教學的方式進行，與線下課堂教學隨時可以了解學生的課堂表現(xiàn)，線上教學過程中的學生狀態(tài)監(jiān)管比較困難，學生學習的自覺性與自律性尤為重要，因而采用“超星學習通”進行拍照簽到，并輔以“騰訊會議”實時觀看學生的學習狀況和隨機點名提問；利用中國大學MOOC與《Spark編程基礎》相配套的題庫，進行限時章節(jié)測試，并把測試分數(shù)作為章節(jié)考核成績。

圖2 線上教學考核與評價

(2)知識綜合運用考核與評價：學以致用，理論聯(lián)系實際項目實踐。根據(jù)學習內(nèi)容與行業(yè)需求，階段性進行課程設計考核，并在學期結(jié)束進行綜合運用考核，主要從數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分布式存儲、Spark分布式并行離線處理與流處理、結(jié)果可視化展示與機器學習，從而把大數(shù)據(jù)專業(yè)的其他課程進行有機融合與綜合運用。

(3)結(jié)果性考核與評價：《Spark編程基礎》期末考試線上考核，主要考查學生對Spark編程所涉及的基本概念、理論和框架組件等知識點。結(jié)合線上考試的特殊性，設置的題型包括單項選擇題、多項選擇題、觀點判斷題、簡述題和程序設計(主要考察編程思想與解題思路)，利用“超星學習通”平臺，對每道題設置答題時限，并在后臺監(jiān)控學生的答題實況，盡最大可能地保證線上答題的公平性與公正性。

最后，按照圖2設置的成績比例，對上述學習過程考核、綜合運用考核以及結(jié)果性考核結(jié)果進行加權計算，獲得每個學生線上學習的最終成績。

4 線上教學實施與反饋

結(jié)合線上教學的優(yōu)勢與《Spark編程基礎》課程的特點，線上教學的具體實施如下：

(1)突破時空界限，充分利用在線視頻回放功能。Spark編程框架及大數(shù)據(jù)處理組件是由Scala語言編寫，但包括林子雨老師編著的教材在內(nèi)，現(xiàn)有教材對Scala編程語言的講解相對較少，只有一到兩章的篇幅，與傳統(tǒng)的諸如C/C++、Java和Python編程動輒一本教材的教學量相比，Scala編程知識的講解偏少，針對此情形，我們就Scala編程的各個知識點按序分別錄制時長15～20分鐘的視頻，上傳至宿州學院“清華教學平臺”。同時，對于Spark框架中的Spark Core、Spark SQL、Streaming以及MLlib等組件的重難點，針對性的錄制講解視頻，學生既可以系統(tǒng)地進行學習，也可以結(jié)合自身情況針對某些知識點各個擊破，突破時空限制，通過PC和移動端隨時隨地學習，并對相關知識點進行回放，溫故知新。

(2)線上教學，教師對學生關注更多。線上教學教師很難做到與每位學生實時地面對面，但卻對每個學生的關注比傳統(tǒng)的課堂更多。通過線上教學，教師不僅在線批改每位同學提交的電子作業(yè)，而且通過在線學習平臺統(tǒng)計、分析和跟蹤每位同學的學習情況，為因材施教提供科學依據(jù)。相比于傳統(tǒng)的課堂教學，涉及Spark編程技術與大數(shù)據(jù)分析問題，同學們時常在在線教學平臺發(fā)布技術博客，同學們和教師們踴躍參加探討，通過分析同學們的跟帖與回復，教師們可以及時掌握同學們對Spark知識點的掌握程度，進一步促進師生之間的互動。

(3)優(yōu)秀資源均衡分配。線下課堂教學，同學們很難做到注意力都集中，任課教師也很難做到兼顧到每位同學，造成了同一個老師授課，同學們的學習效果卻不盡相同。因而，充分利用線上教學資源共享優(yōu)勢，部分或全部引入業(yè)界名師授課，不僅可以讓宿州學院大數(shù)據(jù)專業(yè)的學生在新冠疫情期間學習到優(yōu)質(zhì)的課程資源，而且可以把自建資源與名師資源打包共享至在線課堂，使不同地區(qū)的大數(shù)據(jù)專業(yè)學生享受到同樣的優(yōu)質(zhì)教學資源。

(4)家長更好地參與到課程學習中。在線教學平臺開通家長服務，讓每位學生家長通過在線教學平臺隨時隨地了解并掌握孩子的學習情況，孩子線上學習Spark編程課程時，有家長的監(jiān)督和線上巡查，更能督促同學們積極努力地學習，同時也是一種對教師線上教學質(zhì)量和效果的監(jiān)督與評估，真正做到教育合力。

針對大數(shù)據(jù)專業(yè)的線上教學，宿州學院信息工程學院大數(shù)據(jù)應用教研室，統(tǒng)籌數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)各專業(yè)課的線上教學活動。Spark編程基礎作為大數(shù)據(jù)專業(yè)核心課程，總計48學時，其中理論與實踐各24學時，每周理論講授與實驗各2課時，按照線上教學既定課表，理論教學與實驗教學等教學活動全部轉(zhuǎn)移到線上進行，充分利用騰訊課堂、超星學習通、釘釘與中國大學MOOC等即時通訊工具和優(yōu)質(zhì)線上教學資源，在探索中前進，師生友好溝通和互動，排憂解難，在理論知識與專業(yè)技能方面積極指導，取得了良好的教學效果和教學反饋。

表1 《Spark編程基礎》線上教學調(diào)查 %

由表1中的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，認可Spark編程基礎線上教學模式的同學和課程組教學督導占絕大多數(shù)，只有極少數(shù)同學和教學督導表現(xiàn)出對線上教學模式的不適應，通過師生互動與課程組教師交流，主要是由于缺乏相關的網(wǎng)上學習設備和網(wǎng)絡通訊條件，無法有效地根據(jù)教學安排進行實驗與學習。通過師生友好溝通，采用租借學習設備和網(wǎng)絡通訊設備，并對實驗所需的數(shù)據(jù)資源、存儲與計算資源進行動態(tài)調(diào)配，很大程度上解決了相關問題。

5 結(jié) 語

本文針對新冠疫情期間大數(shù)據(jù)課程的線上教學模式與實施進行探究。在借鑒傳統(tǒng)線下教學模式的基礎上，結(jié)合疫情期間線上教學的現(xiàn)實需求與特殊要求，以傳統(tǒng)線下教學與考核方式為依托，對現(xiàn)有線下課堂教學模式進行補充與完善，豐富了大數(shù)據(jù)課程的線上理論教學與實驗指導。同時，本文以《Spark編程基礎》課程的線上教學為例，對本文提出的線上教學模式與方法進行實施，并對線上教學考核與評價等方面進行研究，為同類高校大數(shù)據(jù)課程在線教學的實施提供了借鑒經(jīng)驗。