大數(shù)據(jù)背景下的高校教育教學(xué)研究

大數(shù)據(jù)背景下的高校教育教學(xué)研究

0從高校、教育機構(gòu)設(shè)置的人才培養(yǎng)機制開始完善20世紀60年代以來，隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)相繼出現(xiàn)。20世紀80年代末，“通用計算”理論出現(xiàn)。20世紀90年代末，數(shù)據(jù)顯示指數(shù)逐漸升高，科學(xué)家和科學(xué)家越來越重視和關(guān)注大數(shù)據(jù)的概念。21世紀,研究人員開始深入探討大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用。2012年由英國牛津大學(xué)教授維克托·爾耶·舍恩伯格所著的《大數(shù)據(jù)時代》對促進人們生活、思維、工作變革奠定基礎(chǔ);同年,美國政府投入2億美元啟動“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃”,意味著大數(shù)據(jù)將逐漸產(chǎn)生深遠影響。近年來,我國也相繼開始對其高度關(guān)注,《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出大數(shù)據(jù)和信息處理技術(shù)的重要性。2012年,我國召開了大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究座談會,開始逐步研究大數(shù)據(jù)理論和應(yīng)用,涉及到學(xué)術(shù)界、企業(yè)界、政府部門等,相關(guān)人才需求也會急速上升,遍布各行各業(yè),如金融、保險、醫(yī)療、教育、企業(yè)等。而我國高校是培養(yǎng)人才的搖籃,從高校、教育機構(gòu)著手培養(yǎng)大數(shù)據(jù)相關(guān)人才為社會需求打下扎實基礎(chǔ),與其息息相關(guān)的計算機學(xué)科在其中也將發(fā)揮巨大推動作用。計算機學(xué)科是研究計算機的設(shè)計、制造和利用其進行信息獲取、表示、存儲、處理等的理論、原則、技術(shù)、方法的學(xué)科。計算機專業(yè)教學(xué)主要目的是讓學(xué)生對計算機學(xué)科相關(guān)基礎(chǔ)知識掌握,受到嚴格的科學(xué)研究訓(xùn)練,具有創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì),能對成熟的理論、技術(shù)和方法具有相應(yīng)的應(yīng)用分析能力。因此,從高校計算機專業(yè)教學(xué)考慮,完善符合大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的培養(yǎng)機制顯得尤為重要。本文根據(jù)大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀、特點和處理技術(shù),探索如何將計算機專業(yè)教學(xué)與大數(shù)據(jù)時代背景相結(jié)合,提高課程體系教學(xué)質(zhì)量,從教學(xué)層面探討與時俱進的人才培養(yǎng)。1大數(shù)據(jù)的總結(jié)1.1大數(shù)據(jù)rert大數(shù)據(jù)不是一種技術(shù),也不是一種產(chǎn)品,而是一個抽象的概念,近年來繼云計算、物聯(lián)網(wǎng)之后的一個技術(shù)熱點。它與傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)有著本質(zhì)區(qū)別,且定義尚未統(tǒng)一。早在2008年《Science》雜志將大數(shù)據(jù)定義為“代表著人類認知過程的進步,數(shù)據(jù)集的規(guī)模是無法在可容忍的時間內(nèi)用目前的技術(shù)、方法和理論去獲取、管理、處理的數(shù)據(jù)”。Gartner公司提出大數(shù)據(jù)是高容量、高生成速率、種類繁多的信息價值,同時需要新的處理形式確保判斷的作出、洞察力的發(fā)現(xiàn)和處理的優(yōu)化。麥肯錫將大數(shù)據(jù)定義為:無法在一定時間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。百度中大數(shù)據(jù)定義為:大數(shù)據(jù)(bigdata)或稱巨量資料,它所涉及的資料規(guī)模巨大到無法透過目前軟件工具在適當(dāng)時間內(nèi)達到管理、處理且整理為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的信息和資訊。科學(xué)家Rauser將其簡單定義為:大數(shù)據(jù)是超過了任何一個計算機處理能力的龐大數(shù)據(jù)量。大數(shù)據(jù)所涵蓋的數(shù)據(jù)類型有結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù),具有4V特點(volume,variety,velocity,value),IBM認為還應(yīng)該具有第5個V特點:真實性(veracity),有利于領(lǐng)導(dǎo)決策和信任。雖然定義尚未統(tǒng)一,但是大數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn),數(shù)據(jù)本身就是價值、資產(chǎn),現(xiàn)每年呈指數(shù)增長。據(jù)思科公司預(yù)計于2013年在互聯(lián)網(wǎng)上流動的數(shù)據(jù)量將達到每年667(Exa)字節(jié)。1.2醫(yī)療大數(shù)據(jù)分析國外來自麥肯錫2012年有關(guān)大數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)顯示,大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)為美國醫(yī)療系統(tǒng)帶來每年3000億美元的收益。谷歌公司分析處理了人們在網(wǎng)上檢索的詞條與疾病中心的數(shù)據(jù),判斷出了流感的傳播來源,為公共衛(wèi)生機構(gòu)提供了有價值的信息。吳聞新等人預(yù)測了醫(yī)療行業(yè)數(shù)據(jù)的增長。美國俄亥俄州運輸部(ODOT)利用INRIX的云計算分析處理大數(shù)據(jù)來了解和處理惡劣天氣的道路狀況,減少了冬季連環(huán)撞車發(fā)生的概率。SaaS型軟件公司Opower使用數(shù)據(jù)分析提供消費用電的能效。國內(nèi)大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用相對起步較晚,文獻利用計算機集群構(gòu)建油田勘探開發(fā)一體化解決大數(shù)據(jù)問題。文獻通過大數(shù)據(jù)分析解決智能交通問題。與教育領(lǐng)域結(jié)合,2012年北京航空航天大學(xué)首開大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè),開始為我國率先培養(yǎng)大數(shù)據(jù)人才。1.3主要的數(shù)據(jù)庫技術(shù)人才的培養(yǎng)要與大數(shù)據(jù)的市場需求和處理技術(shù)緊密聯(lián)系,為了解決這些難題需要根據(jù)大數(shù)據(jù)的特點進行新技術(shù)的變革。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括大數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、數(shù)據(jù)挖掘、安全、檢索等。在大數(shù)據(jù)采集存儲方面,Google較早開發(fā)了GFS,隨后基于Spanner服務(wù)器的F1(faulttolerantdistributedRDBMS)新型數(shù)據(jù)庫。微軟自行開發(fā)的分布式計算平臺Cosmos,主要包括存儲系統(tǒng)、執(zhí)行環(huán)境、SCOPE(structuredcomputationsoptimizedforparallelexecution),能夠存儲和分析大數(shù)據(jù)集。Facebook也相繼變革了自己的存儲技術(shù),先后推出了Haystack、Hadoop、Hive,簡化數(shù)據(jù)采集、查詢、分析等操作。在數(shù)據(jù)挖掘方面,有WEKA、RapidMiner、Dryad、Pregel技術(shù),WEKA是開源的集合大量承擔(dān)數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)的機器學(xué)習(xí)算法,RapidMiner可實現(xiàn)Excel、Access、Oracle等數(shù)據(jù)庫的訪問,Dryad用于集群處理,與MPI、PVM等緊密聯(lián)系,Pregel用于圖處理及并行計算。在大數(shù)據(jù)搜索、查詢方面,有PowerDrill、Impala、Caffeine、Nectar技術(shù),PowerDrill屬列存儲,分析搜索時可跳過不必要分區(qū)提高搜索效率,Impala屬并行處理,Caffeine屬更新搜索結(jié)構(gòu)技術(shù),Nectar可減少搜索延遲,避免對舊數(shù)據(jù)的重復(fù)計算。當(dāng)然,隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)將不斷涌現(xiàn),目前我國大數(shù)據(jù)研究還處在起步階段,未來發(fā)展涉及領(lǐng)域十分廣泛,對于人才需求將急速上升。因此,我國教育機構(gòu)特別是高校要做好培養(yǎng)人才、提升教師能力的準備。2完善教學(xué)內(nèi)容大數(shù)據(jù)技術(shù)與計算機學(xué)科息息相關(guān),對于教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、研究都起到重要作用,并且以計算機專業(yè)相關(guān)知識為依托。因此,重點應(yīng)考慮如何將大數(shù)據(jù)與計算機專業(yè)教學(xué)相結(jié)合,首先要分析大數(shù)據(jù)的教學(xué)數(shù)據(jù)來源對該專業(yè)的影響及作用,其次結(jié)合我國地方院校專業(yè)人才培養(yǎng)任務(wù)(如:安康學(xué)院)探索計算機專業(yè)教育教學(xué)方式,課程設(shè)置,教學(xué)改革等內(nèi)容,最后在實際教學(xué)過程中加以實施,完善教學(xué)策略,做好師生互動與溝通,真正做到師生相長。大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)處理不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理,例如云計算,可視化處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等需要《大數(shù)據(jù)概論》、《分布式并行處理技術(shù)》、《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》、《算法設(shè)計與分析》、《智能計算》、《數(shù)據(jù)挖掘》、《高級語言程序設(shè)計》等計算機課程做鋪墊。因此,根據(jù)社會和時代需求對現(xiàn)有相關(guān)課程強化,同時按照課程體系開設(shè)相關(guān)課程作為選修課來彌補其空缺。在教學(xué)過程中,教師不但要了解大數(shù)據(jù)概念、發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域等來拓展自身專業(yè)知識有利于深造和進修,而且還要研究其對當(dāng)今社會的需求和影響來教授學(xué)生相關(guān)技術(shù),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使其能夠順應(yīng)社會發(fā)展。在課程考核中可以改善學(xué)?？己朔绞健⒄n程考核方式、課程開展環(huán)境,使其向多樣化和多元化發(fā)展,全面評估專業(yè)設(shè)置和課程,提供更多的分析數(shù)據(jù),幫助教師改善教學(xué)質(zhì)量。大數(shù)據(jù)時代所帶來的新鮮事物和技術(shù)、新知識、新課程等的沖擊,使學(xué)生不但了解和拓寬了知識面有助于提高學(xué)習(xí)興趣并了解社會需求,通過大數(shù)據(jù)分析,制定自身學(xué)習(xí)計劃,有助于自導(dǎo)性學(xué)習(xí)的開展。3教育探索3.1課程設(shè)置,滿足重、難點、重由計算機時代過渡到當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代,計算機技術(shù)面臨著巨大挑戰(zhàn),計算機、移動設(shè)備、終端設(shè)備等將要解決結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理、存儲、通信、傳輸?shù)入y題,人才市場需要的存儲技術(shù)人才、數(shù)據(jù)分析人才、數(shù)據(jù)應(yīng)用人才等,都需要計算機相關(guān)知識為支柱。因此,專業(yè)課程體系設(shè)置可以遵循“引入-基礎(chǔ)-專業(yè)-實踐-深究”的思路,我校于2012年根據(jù)地方特色和社會需求對計算機專業(yè)課程體系和設(shè)置做了一定調(diào)整,專業(yè)培養(yǎng)目標旨在培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展,具有扎實的數(shù)理基礎(chǔ)、系統(tǒng)的計算機理論知識,掌握計算機軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),具備較突出的程序設(shè)計能力、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用能力和良好的人文素質(zhì)及創(chuàng)新精神,能在大數(shù)據(jù)時代下從事軟件設(shè)計開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)管理等工作,具有專業(yè)技能基礎(chǔ)、創(chuàng)新意識和較好綜合素質(zhì)的應(yīng)用性人才。專業(yè)課程總體設(shè)置為三類:專業(yè)基礎(chǔ)必修課、專業(yè)必修/選修課、實踐環(huán)節(jié)。專業(yè)基礎(chǔ)課程在低年級開設(shè)即大一、大二年級,旨在打好基礎(chǔ),主要包括離散數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、計算機專業(yè)導(dǎo)論、C語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Java程序設(shè)計、計算機電路基礎(chǔ)、計算機組成原理、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理與Oracle應(yīng)用等,同時開設(shè)外語,鼓勵學(xué)生閱讀外文文獻,了解國內(nèi)外最新技術(shù)和發(fā)展,培養(yǎng)自學(xué)能力。專業(yè)必修課在高年級開設(shè)即大三、大四年級,旨在方向鉆研,包括軟件工程方向、網(wǎng)絡(luò)工程方向,主要課程有面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、軟件工程、Android編程技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用技術(shù)、Linux系統(tǒng)管理與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)工程與系統(tǒng)集成等,深化基礎(chǔ)技能,提高專業(yè)水平。專業(yè)選修課在高年級開設(shè),旨在建立完善理論體系,主要包括VC++高級編程、數(shù)字圖像處理、面向?qū)ο蠓治雠c建模UML、嵌入式軟件開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)工程概論、高級路由交換技術(shù)等。同時,實踐環(huán)節(jié)包括社會實踐、課程設(shè)計、學(xué)年論文、專業(yè)實習(xí),從低年級到高年級依次開展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫原理及Oracle應(yīng)用課程設(shè)計、計算機組裝與維護、網(wǎng)絡(luò)安全課程實習(xí)等相關(guān)課程設(shè)計、實習(xí)、實踐,提高實踐動手能力,為后續(xù)學(xué)習(xí)和研究提供條件,也為數(shù)據(jù)處理、特別是數(shù)據(jù)應(yīng)用、軟件開發(fā)人才培養(yǎng)做鋪墊。3.2設(shè)置適合學(xué)生的項目單次開發(fā)設(shè)計能力計算機專業(yè)課程對實踐操作能力要求較高,教師在基本教學(xué)過程中應(yīng)該將理論與實踐相結(jié)合,由前期的理論教學(xué)為主配合實踐操作過渡到后期的專業(yè)教學(xué),以實踐教學(xué)為主配合理論講解,再到根據(jù)主題由學(xué)生自主設(shè)計與開發(fā),同時注意師生間互動與溝通。在理論教學(xué)時,教師應(yīng)該讓學(xué)生明白所學(xué)課程內(nèi)容的具體概念、原理、基本方法、應(yīng)用領(lǐng)域,結(jié)合實例、案例教學(xué),主要來驗證相關(guān)理論,使學(xué)生從例子中真正掌握理論知識并牢固記憶,除此之外穿插講解大數(shù)據(jù)相關(guān)的新技術(shù)和新方法,保持學(xué)生學(xué)習(xí)“熱度”,并積極參與從而提高整個教學(xué)質(zhì)量。以計算機導(dǎo)論、物聯(lián)網(wǎng)工程概論為例,教師在授課時可將實物、視頻、圖片和計算機結(jié)合,由計算機基礎(chǔ)知識拓展到物聯(lián)網(wǎng)中各種技術(shù)產(chǎn)品,從而引出相關(guān)數(shù)據(jù)采集、存儲技術(shù),數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。學(xué)生由被動接受向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化,積極鼓勵學(xué)生主動利用所學(xué)知識和技能去實踐解決問題。在實踐教學(xué)過程中,教師結(jié)合專業(yè)課程實驗和課程設(shè)計同步為學(xué)生制定開發(fā)主題,并講解開發(fā)實踐過程中注意事項和關(guān)鍵技術(shù),主動指導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生積極思考,認真批閱實驗報告和聆聽解決方案,避免學(xué)生出現(xiàn)抄襲、偷懶等現(xiàn)象。對于技術(shù)性較強的課程,教師可以從案例或小型項目著手講授,將重要理論和技術(shù)滲入到其中,讓學(xué)生自主開發(fā)類似案例或項目。以數(shù)據(jù)庫原理及Oracle應(yīng)用課程為例,其技術(shù)性較強,主要由教學(xué)、實踐操作、課程設(shè)計三部分教授。在課堂教學(xué)時,教師應(yīng)避免照本宣讀,課件多以圖片、案例、操作形式呈現(xiàn),對于重要知識點以課堂案例演示為主,配合實驗項目實踐提高學(xué)生動手能力。課程設(shè)計以小型項目為主,考查學(xué)生對數(shù)據(jù)庫技術(shù)掌握程度,認真指導(dǎo)并批閱課程設(shè)計報告。使得教師能更好地把握學(xué)生對新技術(shù)、新內(nèi)容的接受和掌握程度,以便教師完善其教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣和研究相關(guān)理論、技術(shù)的能力,為相關(guān)的教師或研究人員提供幫助。3.3將知識轉(zhuǎn)化為任務(wù),促進知識掌握和掌握通過收集學(xué)生的學(xué)習(xí)滿意調(diào)查問卷,分析、統(tǒng)計其表現(xiàn)數(shù)據(jù),評估計算機專業(yè)課程設(shè)置、教師教學(xué)質(zhì)量,改善課程設(shè)計、課程教學(xué)順序和科目;以學(xué)生為本,根據(jù)大數(shù)據(jù)時代需求,科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。在計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中,先要科學(xué)地引導(dǎo)學(xué)生對大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的興趣,增強學(xué)生的數(shù)據(jù)意識。在此過程中,可以先以與大數(shù)據(jù)相關(guān)的問題或者現(xiàn)象出發(fā)引起學(xué)生的注意,安排4至6個學(xué)時左右講解計算機發(fā)展及相關(guān)技術(shù),再過渡到大數(shù)據(jù)產(chǎn)生、發(fā)展、現(xiàn)狀,使學(xué)生知道大數(shù)據(jù)對人們生活的影響,理解“數(shù)據(jù)”、“大數(shù)據(jù)”含義,能夠區(qū)分數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)三者的不同。同時,通過圖片、視頻、案例講解等引導(dǎo)學(xué)生知曉數(shù)據(jù)無處不在,可以利用計算機理論和技術(shù)來挖掘、存儲、處理有用的信息,這些有用的信息對于企業(yè)、公司、機構(gòu)、學(xué)校的價值,所涉及的專業(yè)課程有數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、高級程序設(shè)計、算法設(shè)計與分析、分布式