大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

0從體制內(nèi)看,對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才的需求將增云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)等新興服務(wù)的開展極大地增加了人類社會(huì)的數(shù)據(jù)類型和規(guī)模，并帶來(lái)了大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)。大數(shù)據(jù)是繼云計(jì)算之后興起的發(fā)展方向,被學(xué)術(shù)界、工業(yè)界乃至政府機(jī)構(gòu)密切關(guān)注和廣泛研究。大數(shù)據(jù)時(shí)代產(chǎn)生對(duì)相關(guān)人才的巨大需求。目前全球每天會(huì)有數(shù)百萬(wàn)TB的新數(shù)據(jù),如此龐大的數(shù)據(jù)意味著需要大量的人力和技術(shù)對(duì)其進(jìn)行管理和分析。在此情況下,對(duì)于大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求在近年的“數(shù)據(jù)大潮”中嶄露頭角。未來(lái)對(duì)于具有大數(shù)據(jù)管理和分析能力的人才需求將逐年快速增長(zhǎng),需求職位包括大數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理員,大數(shù)據(jù)平臺(tái)開發(fā)工程師,大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)師,數(shù)據(jù)分析師等。在國(guó)內(nèi),大數(shù)據(jù)專業(yè)人才的需求幾乎遍布各行各業(yè),例如互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)、零售、保險(xiǎn)、電子商務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)及政府?dāng)?shù)據(jù)中心對(duì)大數(shù)據(jù)專業(yè)人才的需求很大。目前國(guó)內(nèi)高校人才培養(yǎng)仍然重基礎(chǔ)理論輕實(shí)踐的現(xiàn)狀,對(duì)企業(yè)前沿技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)更新緩慢的教育體制并不能完全支撐日新月異的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求。眾多的公司表示在大數(shù)據(jù)相關(guān)人員的培訓(xùn)方面存在障礙,具備利用開源大數(shù)據(jù)技術(shù)例如Hadoop等技術(shù)的人才稀缺且昂貴。在此背景下,目前國(guó)內(nèi)一些高校例如北京航空航天大學(xué)已于2012年首開大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用碩士專業(yè),力求為未來(lái)的大數(shù)據(jù)市場(chǎng)率先培養(yǎng)一批熟練掌握大數(shù)據(jù)技能,并擅長(zhǎng)海量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、挖掘與分析等經(jīng)驗(yàn)的人才。無(wú)論從課程體系還是在實(shí)踐中積極踐行前瞻教育的創(chuàng)新模式,力求貼合產(chǎn)業(yè)實(shí)際的人才需求。1大數(shù)據(jù)環(huán)境下的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)踐能力培養(yǎng)問題實(shí)驗(yàn)教學(xué)是深入理解理論知識(shí),形成知識(shí)體系,提升綜合實(shí)踐能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的有效途徑。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是與行業(yè)和科研前沿結(jié)合,培養(yǎng)具有實(shí)踐創(chuàng)新能力的人才,尤其是產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊缺人才的重要手段。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代行業(yè)發(fā)展需求,甚至出現(xiàn)脫節(jié),影響了合格的人才培養(yǎng)質(zhì)量。目前存在的問題主要表現(xiàn)在以下方面:(1)目前的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往還是處于了解基本概念階段,以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主,由于大數(shù)據(jù)分析需要以云計(jì)算平臺(tái)作為支撐,因此對(duì)于鍛煉學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的層次的實(shí)驗(yàn)往往限于實(shí)驗(yàn)條件較少涉及,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與行業(yè)和科研前沿脫節(jié),開發(fā)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力迫在眉睫。(2)大數(shù)據(jù)時(shí)代帶來(lái)巨大的人才需求,雖然目前大數(shù)據(jù)屬于前沿發(fā)展方向,隨著時(shí)間的推移,大數(shù)據(jù)人才的需求將會(huì)逐年快速增長(zhǎng),高校人才培養(yǎng)容易出現(xiàn)脫節(jié)。(3)大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在本質(zhì)區(qū)別。因?yàn)閿?shù)據(jù)類型來(lái)源不只是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)與設(shè)備,還有各種智能型手機(jī),以及不同的感測(cè)裝置,例如車用計(jì)算機(jī)的GPS定位信息、駕駛行車的各種數(shù)據(jù),或是道路影像系統(tǒng)的分析等。因此,目前系統(tǒng)可搜集的數(shù)據(jù)源,都與過往有很大的差異,而且數(shù)據(jù)型態(tài)往往含有大量非結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容,因此在這些數(shù)據(jù)的處理上,與傳統(tǒng)的做法(例如數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用)顯然有很大差異。主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)之間存在的區(qū)別。(4)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段需要改革。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常指定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生一人一機(jī),按部就班完成規(guī)定實(shí)驗(yàn)步驟。然而,大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊跟行業(yè)和科研前沿,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為主要目標(biāo),采用傳統(tǒng)教學(xué)方法不能夠適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的能力要求。特別是創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),需要根據(jù)學(xué)生興趣和能力自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,由團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此,迫切需要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法以及模式進(jìn)行探索和改革。2大數(shù)據(jù)實(shí)踐和教育改革2.1建立計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)方案驗(yàn)教體系以大數(shù)據(jù)時(shí)代為背景,結(jié)合科研和行業(yè)前沿,探索高性能計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,為計(jì)算機(jī)各專業(yè)培養(yǎng)方案提供實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇。通過開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)搭建,實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和考核評(píng)價(jià)機(jī)制改革,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注大數(shù)據(jù)發(fā)展前沿、啟迪科研思維,掌握科研方法,培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力,以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代IT行業(yè)發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求。2.2構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(1)構(gòu)建兩維度三層次大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)體系。圍繞計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、依托云平臺(tái)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革等方面開展了改革實(shí)踐,結(jié)合我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn),結(jié)合科研和行業(yè)前沿,探索高性能計(jì)算,云計(jì)算,大數(shù)據(jù)分析三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,為不同專業(yè)設(shè)計(jì)不同需求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,為計(jì)算機(jī)各專業(yè)培養(yǎng)方案提供實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇。高性能計(jì)算層次:MPI并行程序設(shè)計(jì),OpenMP多線程程序設(shè)計(jì),GPU并行程序設(shè)計(jì),并行算法分析與設(shè)計(jì),分布式計(jì)算等;云計(jì)算層次:虛擬化技術(shù),云存儲(chǔ),云安全,云服務(wù),云應(yīng)用等;大數(shù)據(jù)層次:MapReduce編程模型,Hadoop+HDFS技術(shù),NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),海量數(shù)據(jù)挖掘,大數(shù)據(jù)高級(jí)分析與建模等。(2)依托云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),為學(xué)生提供開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。Hadoop是目前公認(rèn)的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)分析平臺(tái)的優(yōu)秀工具?；贖adoop和HDFS構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析、管理、存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),為學(xué)生提供開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。依托云平臺(tái)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),建立虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,構(gòu)建虛擬化技術(shù)平臺(tái),根據(jù)用戶的不同需求生成不同配置的虛擬機(jī),并能保證在指定的時(shí)間正常使用。采用云計(jì)算技術(shù),構(gòu)建“實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源云”,構(gòu)成一個(gè)云計(jì)算的虛擬環(huán)境,供學(xué)生和教師用戶隨時(shí)訪問、分享、管理和使用,實(shí)驗(yàn)相關(guān)的應(yīng)用和資源可以通過云計(jì)算服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心來(lái)獲取。(3)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。采用自主式、團(tuán)隊(duì)式、研究式學(xué)習(xí)模式。根據(jù)“以學(xué)生為本,以能力培養(yǎng)為核心”的教學(xué)理念,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分由學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)課題,或自主擬定實(shí)驗(yàn)課題。同時(shí)開展團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,要求學(xué)生2~4人一組,共同擬定實(shí)驗(yàn)方案,集體完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并寫出總結(jié)報(bào)告。培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的能力,根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力,以及總結(jié)、歸納、撰寫、宣讀論文的能力。由于大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊跟學(xué)術(shù)前沿,研究式學(xué)習(xí)十分必要,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研進(jìn)行結(jié)合。通過以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神。(4)改革實(shí)驗(yàn)考核方法和評(píng)價(jià)機(jī)制。探索實(shí)驗(yàn)考核方式的改革,根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn),從有利于激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣,提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰槟康某霭l(fā),建立了多元化實(shí)驗(yàn)考核辦法,根據(jù)不同層次不同類型實(shí)驗(yàn)類型采取不同的考核辦法?；A(chǔ)訓(xùn)練類實(shí)驗(yàn)主要考察學(xué)生對(duì)指定技術(shù)方法的掌握程度,重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)際操作能力。綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定主要參考項(xiàng)目的任務(wù)指標(biāo),通過答辯等形式進(jìn)行考核,成績(jī)經(jīng)過答辯小組審核后可認(rèn)定為相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)分。研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),由學(xué)生自擬(或教師提出)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,方案和方法設(shè)計(jì)以及作品的制作均由學(xué)生自主完成,最后以科研論文或技術(shù)總結(jié)形式提交實(shí)訓(xùn)報(bào)告?？己艘罁?jù)是學(xué)生是否發(fā)表科技論文、申請(qǐng)專利、各類獲獎(jiǎng)等。(5)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科技競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合。隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展,相關(guān)的科技競(jìng)賽活動(dòng)也逐漸開展,例如大數(shù)據(jù)創(chuàng)意程序大賽,全國(guó)云計(jì)算設(shè)計(jì)應(yīng)用大賽等,在教師的指導(dǎo)下,鼓勵(lì)學(xué)生參與相關(guān)科技競(jìng)賽。指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等,以此鍛煉學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革特色為:(1)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展結(jié)合,適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代帶來(lái)的能力需求變化,與行業(yè)發(fā)展前沿內(nèi)容結(jié)合;(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為不同專業(yè)不同層次學(xué)生