數(shù)據(jù)科學大數(shù)據(jù)技術程序設計課程教學

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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計課程進行了背景研究、課程教學目標及以C程序設計為例的教學實踐的探討．分析了程序設計課程對數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)科學專業(yè)其他課程的支撐關系，探討了如何結合專業(yè)重構課程及課程教學方法改革．

關鍵詞:數(shù)據(jù)科學;大數(shù)據(jù);程序設計;課程教學

2016年，教育部的《2015年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果》中，首次增設數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)，北京大學、對外經(jīng)濟貿(mào)易大學、中南大學成為第1批成功申請到“數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)”的學校［1］．2017年3月，第2批32所高校獲批［2］．而在2018年《教育部關于公布2017年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果的通知》中，第3批有248所學校獲批［3］，是過去2次審批通過總數(shù)的近8倍．由于數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)是新開設的本科專業(yè)，不同高校根據(jù)自身教學資源與辦學條件制訂相應的人才培養(yǎng)目標，雖然有各自特點，但總的來說，該專業(yè)主要培養(yǎng)具有信息科學、數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)據(jù)科學的基礎知識與基本技能，掌握大數(shù)據(jù)采集、預處理、存儲、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術，具備一定的數(shù)據(jù)科學研究能力以及數(shù)據(jù)科學家崗位的基本素養(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)的應用型和創(chuàng)新型人才．文獻［4］對數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)建設進行了研究，從課程體系、師資力量和實踐平臺3各方面進行了建議，在課程體系建設中提到，基礎能力培養(yǎng)涉及課程包括程序設計、數(shù)據(jù)結構等課程．文獻［5］針對新工科背景下數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)建設問題進行了研究，通過對畢業(yè)要求指標點進行分解，給出了指標點與支撐課程的關系，這些課程中涉及大數(shù)據(jù)編程、深度學校編程、數(shù)據(jù)處理編程、數(shù)據(jù)分析編程以及算法分析與設計等課程．文獻［6］則對目前我國開設數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)的高校為研究對象，對各高校的開設情況、課程數(shù)量、類型、特點等進行了全方位分析，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［7］對數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)核心課程建設進行了探索與研究，文章以北京大學、中南大學以及福建工程學院的培養(yǎng)方案為例進行分析，指出3所學校都開設程序設計、數(shù)據(jù)結構、算法設計與分析等計算機學科相關課程．文獻［8］對數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)特色課程進行研究，在系統(tǒng)調(diào)研世界一流大學該專業(yè)建設現(xiàn)狀的基礎上，分析了國外8所大學的數(shù)據(jù)科學專業(yè)特色課程，提出了該專業(yè)應重視的10門特色課程，其中涉及Python語言課程;文章還重點分析了我國數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)課程體系設計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)計學和計算機科學專業(yè)課．從上述文獻可以看出，程序設計能力是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)畢業(yè)生應具備的基本能力，然而該專業(yè)的主要目標是對數(shù)據(jù)的采集、處理和分析應用，因此對程序設計能力的要求應該與計算機類其它專業(yè)的有所不同，應根據(jù)專業(yè)需求制定程序設計類課程的教學目標．目前尚未看到探討該問題的相關文獻，本文針對該問題，首先分析數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)畢業(yè)生應具備的程序設計能力，針對能力要求制定程序設計課程的教學目標，以《C程序設計》課程為例，對該課程教學實踐進行了探討．

1程序設計課程教學目標

從數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)培養(yǎng)目標可見，畢業(yè)生只有掌握大數(shù)據(jù)采集、預處理、存儲、處理、分析、可視化和數(shù)據(jù)安全等技術，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)相關專業(yè)工作．這一系列技術都需要學生需要有扎實的程序設計基礎．因此，程序設計課程是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術最終歸要的專業(yè)基礎課之一．通常，只要專業(yè)課程涉及嵌入式編程相關的，程序設計課程通常開設《C程序設計》，需要學生理解和掌握指針技術．數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(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)分析這幾個技術層面，應關注數(shù)據(jù)處理相關的編程技術，不需要關注硬件相關的嵌入式編程技術，因此，可以弱化指針之類的相關編程技術．以云南民族大學數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)為例，該專業(yè)學生需修讀完人才培養(yǎng)方案規(guī)定的160學分方可畢業(yè)，其中專業(yè)基礎課57學分．程序設計課主要涉及C程序設計、Python語言程序設計和面向對象程序設計(Java)，共9學分．程序設計課程對后續(xù)課程的支撐關系如圖1所示．

2C程序設計課程的教學實踐

2.1課程知識模塊

數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標是學生畢業(yè)后，能在健康醫(yī)療、扶貧大數(shù)據(jù)等相關產(chǎn)業(yè)從事數(shù)據(jù)科學研究、大數(shù)據(jù)相關工程分析開發(fā)、測試、運維、管理和咨詢等工作．針對數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，對C程序設計課程進行了知識重構，強調(diào)以計算思維訓練為目的，循序漸進地融入后續(xù)課程．課程知識點及要求如表1．在表1中，1～5項屬于基本程序設計，培養(yǎng)學生基本編程的能力，是所有專業(yè)共同的知識點，其中計算機類專業(yè)更強調(diào)內(nèi)存的使用，而數(shù)學類、統(tǒng)計類則一般不單獨提及，數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)對內(nèi)存使用要求理解程序運行過程．6～9項屬于高級程序設計．計算機類因后續(xù)課程涉及嵌入式編程相關課程，會重點講解指針部分的內(nèi)容．而數(shù)據(jù)科學與大數(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)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)因后續(xù)課程的需求，應該對文件部分內(nèi)容進行講解，使學生熟悉文件基本操作的方法．另外，在表中未列的內(nèi)容，比如位運算，對于電子信息類專業(yè)是重點講解的內(nèi)容，對于數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)則可以不講．

2.2課程教學方法

課程教學采用線上線下相融合的教學模式，使教學活動不受時空限制，隨時隨地進行．1)線上學習融合的教學模式通過慕課平臺，培養(yǎng)學生自主學習的能力．課程采用學堂在線網(wǎng)絡課程，通過布置學生完成相關視頻的觀看，對課程進行預習．在教學中，教師主要針對具體問題進行分析講解，將課程重心放在計算思維、程序分析與調(diào)試等實踐訓練．慕課平臺記錄學生學習情況，教師可以隨時進行跟蹤、督促，強調(diào)學生的學習過程．2)學習社區(qū)構建構建學習社區(qū)，一是將學生分組，按小組建立微信群，高年級的助教同學擔任小組長，對學生平時作業(yè)進行檢查、批改，任課老師與各組長進行定期交流，掌握學生學習和作業(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習、討論任務，學生在打卡圈內(nèi)打卡反饋．學習社區(qū)的建立，營造了良好的學習氛圍，同學之間既有競爭的激勵，也有同伴的鼓勵．3)雨課堂輔助教學課堂教學采用雨課堂，充分調(diào)動了學生的積極性．教師可以將帶有MOOC視頻、習題、語音的課前預習課件推送到學生手機，師生溝通及時反饋;課堂上實時答題、彈幕互動，有效實現(xiàn)了師生互動．雨課堂教學模式，一方面提高了同學上課的積極性，另一方面，使學生在教學中參與度得到提高．

2.3課后實踐

課后實踐是C程序設計課程的一個重要環(huán)節(jié)．通過實踐環(huán)節(jié)，是學生掌握程序設計的方法、步驟，鞏固課堂教學中所學知識．該課程的課后實踐環(huán)節(jié)共分為3部分．1)線上作業(yè)線上作業(yè)主要采用學堂在線慕課課程布置相關知識點作業(yè)，重點是隨堂知識點鞏固練習．該部分作業(yè)包括視頻學習、課后知識點練習，通過學堂在線后臺管理，教師可以及時掌握學生學習進度、作業(yè)完成情況、知識點掌握程度．2)平時上機作業(yè)平時上機作業(yè)采用CG一體化教學平臺，老師布置隨堂上機程序設計練習，學生在線提交，由助教學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目設計作業(yè)．一學期開展2次，分別將一段時間內(nèi)所學知識點融入到項目課題中，由小組進行討論，分工完成，形成項目報告并進行現(xiàn)場演示講解．一方面強調(diào)學生的動手實踐能力，另一方面培養(yǎng)學生的協(xié)作能力．

3結語

程序設計課程是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)的基礎課，是貫穿整個人才培養(yǎng)的一系列課程．C程序設計課程是高校計算機類專業(yè)本科的必修課，作為數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)教學實踐只有一年．在此過程中，結合該專業(yè)學生的培養(yǎng)目標，對C程序設計課程知識點進行了重構，以培養(yǎng)學生計算思維和支撐后續(xù)課程的學習為目標，對教學內(nèi)容進行了整合．在教學過程中，采取形式多樣的教學策略，構筑線上線下相融合的教學模式，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，提高學生的自主學習能力和團隊協(xié)作能力．C程序設計課程的教學改革，對后續(xù)程序設計課程的啟發(fā)是，要以產(chǎn)出為導向，對課程知識進行重構整合，走出照搬傳統(tǒng)計算機專業(yè)課程的誤區(qū)．

作者：趙艷芳 潘文林 單位：云南民族大學 數(shù)學與計算機科學學院