數(shù)據(jù)科學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)

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摘要:自2016年以來，全國共283所高校獲批數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)，針對該專業(yè)課程體系中涉及的程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了背景研究、課程教學(xué)目標(biāo)及以C程序設(shè)計(jì)為例的教學(xué)實(shí)踐的探討．分析了程序設(shè)計(jì)課程對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)其他課程的支撐關(guān)系，探討了如何結(jié)合專業(yè)重構(gòu)課程及課程教學(xué)方法改革．

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)科學(xué);大數(shù)據(jù);程序設(shè)計(jì);課程教學(xué)

2016年，教育部的《2015年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果》中，首次增設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，北京大學(xué)、對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)、中南大學(xué)成為第1批成功申請到“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)”的學(xué)校［1］．2017年3月，第2批32所高校獲批［2］．而在2018年《教育部關(guān)于公布2017年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》中，第3批有248所學(xué)校獲批［3］，是過去2次審批通過總數(shù)的近8倍．由于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)是新開設(shè)的本科專業(yè)，不同高校根據(jù)自身教學(xué)資源與辦學(xué)條件制訂相應(yīng)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，雖然有各自特點(diǎn)，但總的來說，該專業(yè)主要培養(yǎng)具有信息科學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基礎(chǔ)知識與基本技能，掌握大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術(shù)，具備一定的數(shù)據(jù)科學(xué)研究能力以及數(shù)據(jù)科學(xué)家崗位的基本素養(yǎng)，能勝任數(shù)據(jù)分析與挖掘算法研究和數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才．文獻(xiàn)［4］對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)進(jìn)行了研究，從課程體系、師資力量和實(shí)踐平臺3各方面進(jìn)行了建議，在課程體系建設(shè)中提到，基礎(chǔ)能力培養(yǎng)涉及課程包括程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程．文獻(xiàn)［5］針對新工科背景下數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)建設(shè)問題進(jìn)行了研究，通過對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分解，給出了指標(biāo)點(diǎn)與支撐課程的關(guān)系，這些課程中涉及大數(shù)據(jù)編程、深度學(xué)校編程、數(shù)據(jù)處理編程、數(shù)據(jù)分析編程以及算法分析與設(shè)計(jì)等課程．文獻(xiàn)［6］則對目前我國開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的高校為研究對象，對各高校的開設(shè)情況、課程數(shù)量、類型、特點(diǎn)等進(jìn)行了全方位分析，文中指出，數(shù)據(jù)工具類課程中，編程語言類課程所占比重最大．文獻(xiàn)［7］對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)核心課程建設(shè)進(jìn)行了探索與研究，文章以北京大學(xué)、中南大學(xué)以及福建工程學(xué)院的培養(yǎng)方案為例進(jìn)行分析，指出3所學(xué)校都開設(shè)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析等計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)課程．文獻(xiàn)［8］對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)特色課程進(jìn)行研究，在系統(tǒng)調(diào)研世界一流大學(xué)該專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了國外8所大學(xué)的數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)特色課程，提出了該專業(yè)應(yīng)重視的10門特色課程，其中涉及Python語言課程;文章還重點(diǎn)分析了我國數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)存在的不足及普遍存在的8種曲解現(xiàn)象，其中之一是照搬傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)課．從上述文獻(xiàn)可以看出，程序設(shè)計(jì)能力是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的基本能力，然而該專業(yè)的主要目標(biāo)是對數(shù)據(jù)的采集、處理和分析應(yīng)用，因此對程序設(shè)計(jì)能力的要求應(yīng)該與計(jì)算機(jī)類其它專業(yè)的有所不同，應(yīng)根據(jù)專業(yè)需求制定程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)目標(biāo)．目前尚未看到探討該問題的相關(guān)文獻(xiàn)，本文針對該問題，首先分析數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的程序設(shè)計(jì)能力，針對能力要求制定程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)，以《C程序設(shè)計(jì)》課程為例，對該課程教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了探討．

1程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)

從數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)可見，畢業(yè)生只有掌握大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術(shù)，才能勝任數(shù)據(jù)分析與挖掘算法研究和數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)專業(yè)工作．這一系列技術(shù)都需要學(xué)生需要有扎實(shí)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．因此，程序設(shè)計(jì)課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)最終歸要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一．通常，只要專業(yè)課程涉及嵌入式編程相關(guān)的，程序設(shè)計(jì)課程通常開設(shè)《C程序設(shè)計(jì)》，需要學(xué)生理解和掌握指針技術(shù)．?dāng)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程主要圍繞數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析這幾個技術(shù)層面，應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)處理相關(guān)的編程技術(shù)，不需要關(guān)注硬件相關(guān)的嵌入式編程技術(shù)，因此，可以弱化指針之類的相關(guān)編程技術(shù)．以云南民族大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)為例，該專業(yè)學(xué)生需修讀完人才培養(yǎng)方案規(guī)定的160學(xué)分方可畢業(yè)，其中專業(yè)基礎(chǔ)課57學(xué)分．程序設(shè)計(jì)課主要涉及C程序設(shè)計(jì)、Python語言程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)(Java)，共9學(xué)分．程序設(shè)計(jì)課程對后續(xù)課程的支撐關(guān)系如圖1所示．

2C程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)踐

2.1課程知識模塊

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生畢業(yè)后，能在健康醫(yī)療、扶貧大數(shù)據(jù)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)從事數(shù)據(jù)科學(xué)研究、大數(shù)據(jù)相關(guān)工程分析開發(fā)、測試、運(yùn)維、管理和咨詢等工作．針對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，對C程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了知識重構(gòu)，強(qiáng)調(diào)以計(jì)算思維訓(xùn)練為目的，循序漸進(jìn)地融入后續(xù)課程．課程知識點(diǎn)及要求如表1．在表1中，1～5項(xiàng)屬于基本程序設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生基本編程的能力，是所有專業(yè)共同的知識點(diǎn)，其中計(jì)算機(jī)類專業(yè)更強(qiáng)調(diào)內(nèi)存的使用，而數(shù)學(xué)類、統(tǒng)計(jì)類則一般不單獨(dú)提及，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)對內(nèi)存使用要求理解程序運(yùn)行過程．6～9項(xiàng)屬于高級程序設(shè)計(jì)．計(jì)算機(jī)類因后續(xù)課程涉及嵌入式編程相關(guān)課程，會重點(diǎn)講解指針部分的內(nèi)容．而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)這部分內(nèi)容可以弱化，甚至不講．而數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)因后續(xù)課程的需求，應(yīng)該對文件部分內(nèi)容進(jìn)行講解，使學(xué)生熟悉文件基本操作的方法．另外，在表中未列的內(nèi)容，比如位運(yùn)算，對于電子信息類專業(yè)是重點(diǎn)講解的內(nèi)容，對于數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)則可以不講．

2.2課程教學(xué)方法

課程教學(xué)采用線上線下相融合的教學(xué)模式，使教學(xué)活動不受時空限制，隨時隨地進(jìn)行．1)線上學(xué)習(xí)融合的教學(xué)模式通過慕課平臺，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力．課程采用學(xué)堂在線網(wǎng)絡(luò)課程，通過布置學(xué)生完成相關(guān)視頻的觀看，對課程進(jìn)行預(yù)習(xí)．在教學(xué)中，教師主要針對具體問題進(jìn)行分析講解，將課程重心放在計(jì)算思維、程序分析與調(diào)試等實(shí)踐訓(xùn)練．慕課平臺記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師可以隨時進(jìn)行跟蹤、督促，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程．2)學(xué)習(xí)社區(qū)構(gòu)建構(gòu)建學(xué)習(xí)社區(qū)，一是將學(xué)生分組，按小組建立微信群，高年級的助教同學(xué)擔(dān)任小組長，對學(xué)生平時作業(yè)進(jìn)行檢查、批改，任課老師與各組長進(jìn)行定期交流，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)和作業(yè)情況．二是使用微信小程序“小打卡”，由老師在打卡圈里布置學(xué)習(xí)、討論任務(wù)，學(xué)生在打卡圈內(nèi)打卡反饋．學(xué)習(xí)社區(qū)的建立，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，同學(xué)之間既有競爭的激勵，也有同伴的鼓勵．3)雨課堂輔助教學(xué)課堂教學(xué)采用雨課堂，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性．教師可以將帶有MOOC視頻、習(xí)題、語音的課前預(yù)習(xí)課件推送到學(xué)生手機(jī)，師生溝通及時反饋;課堂上實(shí)時答題、彈幕互動，有效實(shí)現(xiàn)了師生互動．雨課堂教學(xué)模式，一方面提高了同學(xué)上課的積極性，另一方面，使學(xué)生在教學(xué)中參與度得到提高．

2.3課后實(shí)踐

課后實(shí)踐是C程序設(shè)計(jì)課程的一個重要環(huán)節(jié)．通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的方法、步驟，鞏固課堂教學(xué)中所學(xué)知識．該課程的課后實(shí)踐環(huán)節(jié)共分為3部分．1)線上作業(yè)線上作業(yè)主要采用學(xué)堂在線慕課課程布置相關(guān)知識點(diǎn)作業(yè)，重點(diǎn)是隨堂知識點(diǎn)鞏固練習(xí)．該部分作業(yè)包括視頻學(xué)習(xí)、課后知識點(diǎn)練習(xí)，通過學(xué)堂在線后臺管理，教師可以及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)完成情況、知識點(diǎn)掌握程度．2)平時上機(jī)作業(yè)平時上機(jī)作業(yè)采用CG一體化教學(xué)平臺，老師布置隨堂上機(jī)程序設(shè)計(jì)練習(xí)，學(xué)生在線提交，由助教學(xué)生和老師共同完成作業(yè)批改．3)大作業(yè)大作業(yè)是小組共同完成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè)．一學(xué)期開展2次，分別將一段時間內(nèi)所學(xué)知識點(diǎn)融入到項(xiàng)目課題中，由小組進(jìn)行討論，分工完成，形成項(xiàng)目報告并進(jìn)行現(xiàn)場演示講解．一方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動手實(shí)踐能力，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力．

3結(jié)語

程序設(shè)計(jì)課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的基礎(chǔ)課，是貫穿整個人才培養(yǎng)的一系列課程．C程序設(shè)計(jì)課程是高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科的必修課，作為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐只有一年．在此過程中，結(jié)合該專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，對C程序設(shè)計(jì)課程知識點(diǎn)進(jìn)行了重構(gòu)，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和支撐后續(xù)課程的學(xué)習(xí)為目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合．在教學(xué)過程中，采取形式多樣的教學(xué)策略，構(gòu)筑線上線下相融合的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力．C程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，對后續(xù)程序設(shè)計(jì)課程的啟發(fā)是，要以產(chǎn)出為導(dǎo)向，對課程知識進(jìn)行重構(gòu)整合，走出照搬傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的誤區(qū)．

作者：趙艷芳 潘文林 單位：云南民族大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院