面向大數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實踐課程教學探討

1、    面向大數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實踐課程教學探討    摘要：創(chuàng)新實踐課程是順應當前高等工程教育深入改革與發(fā)展所提出的一門新型課程，關注于訓練學生的科學思維和創(chuàng)新能力。本文研究面向計算機專業(yè)的創(chuàng)新實踐課程教學，以數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)為切入點，詳細討論課程理論授課內(nèi)容的設置和以項目為驅(qū)動的實踐環(huán)節(jié)實施方案。在杭州電子科技大學計算機學院實踐后，取得良好的效果。關鍵詞：創(chuàng)新實踐課程，項目驅(qū)動，大數(shù)據(jù)基金項目：杭州電子科技大學2016年高等教育研究資助項目(yb201625)，浙江省公益技術應用研究計劃項目(2016c33g1290001)。一、引言隨著

2、高等學校工科教學改革的深入，各大高校高度重視培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新實踐課程是順應當前高等工程教育改革與發(fā)展所提出的一門新型課程，關注于訓練學生的科學和創(chuàng)新思維，增強解決工程實際問題的能力。全國各大高校針對不同的專業(yè)，開設了多門創(chuàng)新實踐課程123。不同于傳統(tǒng)課程，它具有形式靈活、小班化教學等特點，要根據(jù)實際需求靈活設置授課內(nèi)容。為了加強學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，杭州電子科技大學在計算機專業(yè)面向大二學生開設了創(chuàng)新實踐課程。任課教師根據(jù)自身的學科背景，基于社會熱點需求問題，申報課程要完成的課題內(nèi)容，再通過師生間的雙向選擇，組建授課班級。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)

3、展對培養(yǎng)高層次的數(shù)據(jù)科學人才提出了新的需求4。在未來3-5年內(nèi)，我國數(shù)據(jù)分析師的缺口將達100萬人左右5。但是，目前國內(nèi)高校對數(shù)據(jù)型人才的培養(yǎng)規(guī)模和質(zhì)量還遠遠達不到要求。本文研究了在創(chuàng)新實踐課的教學過程中，以培養(yǎng)大數(shù)據(jù)可視分析人才為目的，探討如何設置理論授課與項目實踐環(huán)節(jié)，通過解決實際問題，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。二、創(chuàng)新實踐課題的選擇大數(shù)據(jù)可視化與可視分析是大數(shù)據(jù)分析中重要的組成部分，通過有機融合人的智能與計算機的處理能力，幫助人們洞悉大數(shù)據(jù)背后的知識與智慧，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)分析和科學決策的有效手段?；趥€人的專業(yè)背景和研究方向，筆者選定以大數(shù)據(jù)可視分析作為創(chuàng)新實踐課題，主要基于如下考慮：

4、(1)對于本科學生來說，可視分析中采用直觀的圖形化表示、所見即所得的交互方法，更容易激發(fā)他們的學習興趣，不會覺得枯燥難懂。(2)該課題與社會熱點緊密結(jié)合，社會對該類人才需求較大。學生若能掌握并運用相關知識來解決實際問題，對更好地就業(yè)有很大幫助。(3)數(shù)據(jù)分析與實際項目緊密結(jié)合，而尋找數(shù)據(jù)內(nèi)部蘊含的特征又具有未知性，需要學生具有創(chuàng)新意識和探索精神，正好和創(chuàng)新實踐課程的設置宗旨不謀而合。三、課程教學內(nèi)容與實踐形式設置與傳統(tǒng)的僅采用理論教學的授課模式不同，筆者將創(chuàng)新實踐課程劃分為理論授課和項目化實踐兩個部分。首先講解基礎理論，讓學生了解課程目的及課程實施過程。然后通過項目化的課程設計培養(yǎng)學生工程意識

5、，提高綜合運用知識來解決實際應用問題的能力。1.理論授課內(nèi)容理論授課是讓學生了解和熟悉課題的前提?；诳梢暬治龃髷?shù)據(jù)的各個步驟，細分授課內(nèi)容，將數(shù)據(jù)分析過程拆解并貫穿于整個教學中，為解決實際問題提供理論保證。具體來說，包括如下幾個方面：(a)大數(shù)據(jù)的概念：包括大數(shù)據(jù)出現(xiàn)的歷史；大數(shù)據(jù)的特征；大數(shù)據(jù)與其他學科的關聯(lián)；大數(shù)據(jù)時代面臨的挑戰(zhàn)等。(b)數(shù)據(jù)可視分析的案例介紹：介紹數(shù)據(jù)可視分析成功用于解決實際問題的典型案例，從案例的實際需求出發(fā)，通過描述案例的主要目的和設計思想，介紹案例采用的具體方法，指出完成過程中遇到的關鍵問題，幫助學生理解課程學習的價值所在。(c)數(shù)據(jù)可視分析所要掌握的關鍵技術：

6、包括數(shù)據(jù)存儲和管理技術，數(shù)據(jù)可視化展示語言、人機交互技術等。由于課程學時所限，在授課過程中，需要不斷引導學生利用課外時間，進一步學習和鞏固相關編程技術，為實施項目化的課程設計打好基礎。2.以項目為驅(qū)動的實踐環(huán)節(jié)實施在理論授課的基礎上，實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力最重要的步驟。只有讓學生在參與完成某一具體任務的過程中，才能深化其對數(shù)據(jù)可視分析流程的理解，主動學習相關知識，提高動手能力，不斷地探索并解決未知的問題。在實踐階段，納入項目化的教學模式，將學生組成創(chuàng)新研究小組，通過“分組選題制定和實施方案撰寫分析報告”的實踐過程，鼓勵學生開展自主式、探索式、合作研究式的學習，促進知識的遷移和科學思維的養(yǎng)成

7、，同時培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。具體來說，分為如下幾個步驟：1)合理進行人員分組。一個復雜的數(shù)據(jù)分析任務要求學生以團隊合作的形式來完成，讓學生根據(jù)各自的技術優(yōu)勢，合理分組，每個小組選出一個小組長，組員通過分工與合作實現(xiàn)既定目標。2)選取有價值的分析任務。以“交通大數(shù)據(jù)可視分析”為主要目標，通過小組討論擬定感興趣的分析子任務，由教師進行內(nèi)容把關。要求所選取的項目任務具有一定的復雜度和綜合度，可以從數(shù)據(jù)分類、趨勢預測、歷史規(guī)律挖掘等方面著手，明確要研究的主要問題和預期的分析目標。3)制定和實施分析方案。要求學生設計詳細的實施方案，考慮方案的可行性和合理性，主要包括：分析目的及內(nèi)容，方法及步驟，計劃進

8、度安排，如何分工等。在該過程中，教師指導學生檢索和閱讀科學文獻，一起討論采用何種技術或方法分析數(shù)據(jù)，引導學生逐步實現(xiàn)項目任務。在學生碰到問題和困難時，鼓勵其通過自主學習所需知識、與小組成員討論，與指導老師探討來解決問題。4)完成分析報告。以小組為單位，完成分析報告，闡述分析任務的執(zhí)行流程，人員分工情況，給出分析結(jié)果，并討論分析方法是否合理及未來的改進建議。5)課程考核。課程考核結(jié)合教師評價(50%)、小組間互評(30%)、組內(nèi)自評(20%)多種方式綜合給出課程分數(shù)。在以項目為驅(qū)動的實踐過程中，教師的任務從“傳授知識為中心”逐漸向“引導學生探索知識，有體系、有目的地應用知識”轉(zhuǎn)變，學生成為了學習

9、的主體和發(fā)展者，極大地調(diào)動了學生的積極性和參與度，培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。四、教學效果及存在問題分析本課程自開課以來，取得了一定的教學效果。授課班級共有14人，其中有2位學生在老師的指導下將項目的實施成果，整理成論文發(fā)表在計算機相關的學術會議上，有1位學生申請了發(fā)明專利。為了更好地收集大多數(shù)學生的反饋意見，在課程結(jié)束后，讓學生投票選擇自己在哪方面的能力有所提高，并撰寫一份學習心得。投票結(jié)果為：編程能力(11票)；團隊協(xié)作能力(9票)；創(chuàng)新和探索能力(8票)；自主學習新知識的能力(13票)；完成實際工程的能力(10票)。從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生認為通過課程學習能提高自己多方面的能力，

10、包括自學、編程和工程實踐能力。部分學生認為提高了自己的創(chuàng)新和探索能力、團隊協(xié)作能力，這部分學生相對基礎較好，能夠針對分析任務得出自己的結(jié)論。而其他有些學生基礎知識儲備不足，還處于不斷學習編程技術的階段，因此對問題的探索不夠深入。圖1 課程報告中文詞云圖2 課程報告英文詞云圖1和圖2分別為從學習心得中提取的中英文詞云。從圖1中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生描述了對數(shù)據(jù)可視化的學習，掌握了“技術”，得到了“信息”和“知識”，其他關鍵詞包括“分析”，“學會”，“理解”，“實現(xiàn)”，“任務”等。從圖2中可以看出學生實現(xiàn)項目時所采用的主要技術，這表明學生在上課過程中，根據(jù)實際需求自學了解決問題所用到的相關技術。下面摘取

11、了部分學生的心得。學生1：“通過課程學習，我意識到事情有很多方法去解決，一個方法不通，還有其他的解決方法”；學生2：“集體的力量是無窮的，好的隊友是成功的一半，和大家一起做事情，能從別人身上學到自己沒有的”；學生3：“在這門課程上學到的東西比其他任何課程都要多，更有用”；學生4：“在后半學期，經(jīng)過老師的提點，自己慢慢摸索，再加上同學的幫助，一個個任務難題漸漸被解決，我也逐漸有了繼續(xù)探索的動力?！睆纳鲜龇答亖砜?，正是通過項目化的實踐，潛移默化地提高了學生的自主學習能力和探索未知的精神，培養(yǎng)了學生的綜合能力。但是作為一門新型課程，課程在實施過程中遇到了一些問題，具體表現(xiàn)為：(1)由于不同學生的學習

12、效率與動手編程能力存在差異，因此部分學生進展較快，能針對項目制定方案，設計新的可視化表示來展示數(shù)據(jù)特征，探索數(shù)據(jù)規(guī)律。而部分學生始終處于編程技術的學習階段，影響到課程完成質(zhì)量。(2)本課程面向大二學生，雖然數(shù)據(jù)可視分析入門較快，但解決實際問題時涉及多種專業(yè)技術的學習與應用，部分學生感覺到知識儲備不足，項目實踐有難度。因此在今后的教學過程中，應事先做好摸底調(diào)研工作，針對不同學生進行層次化教學，同時要進一步研究如何更好地激發(fā)學生的學習熱情，鼓勵他們在遇到困難時勇于克服困難。五、結(jié)語隨著高校工科教育改革的深入進行，創(chuàng)新實踐類課程對傳統(tǒng)的理論教學進行了很好的補充。課程對培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、解決實際工程問題能力起到積極作用。本文針對作者所承擔的計算機專業(yè)的創(chuàng)新實踐課程，圍繞數(shù)據(jù)可視分析人才培養(yǎng)展開，深入研究了課程理論教學內(nèi)容的設置、項目化實踐的實施模式，同時也分析了目前課程取得的效果和存在的問題。由于該門課程開設時間較短，還處于探索階段，接下來要進一步完善目前的理論教學體系，研究層次化的教學方案，通過總結(jié)經(jīng)驗，應用于新一輪的教學。參考文獻：1黃雪梅.圍繞機電實驗平臺的創(chuàng)新實踐課程j.實驗室研究與探索，2011，30(3)：140-144.2陳妙，陳敏，余日安，等.公共衛(wèi)