新工科背景下大數據人才培養實踐教學體系研究

□傅冬穎 遲 劍 孫海民

一、引言

“中國制造2025”、“互聯網+”、“一帶一路”等重大發展戰略，以新技術、新業態、新產業為特征的新經濟形態繁榮發展，從而要求工程與科技人才須具備更高的創新和跨界整合能力，加快新工科建設，助力經濟轉型升級。為支持國家戰略發展，國家教育部門積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，鼓勵高等院校積極探索建設“新工科”的發展路徑。

當今社會已經全面進入大數據時代，大數據的應用已經從互聯網、金融逐漸擴展到教育、政務、醫療健康、交通物流等社會和經濟領域，正在深刻影響著中國社會和經濟的發展進程與變革。如何培養適應新工科時代要求的大數據人才需要教育界和新產業界共同實踐與探索。按新工科改革的教育理念，秉承創新工程教育人才培養“新模式”，建立以需求為導向的大數據人才培養機制。

實踐教學體系在多學科交叉的新工科專業建設中，直接關乎學生的實踐能力和創新意識。因此，探索適合大數據人才培養的實踐教學體系是新工科大數據人才培養過程中的重要研究方向。

二、新工科背景下大數據人才崗位分析

大數據專業人才的服務面向政府與各類企事業單位數據管理與數據分析部門、各類大數據開發與大數據分析相關的企業相關崗位。這些崗位需求都在強調數據的獲取、數據的組織與存儲、數據預處理、數據分析與可視化的工程實踐能力，因此大數據人才培養的實踐教學體系的建立也應緊緊扣住崗位對工程實踐能力的需求。

基于大數據專業市場需求以及具體所面向工作崗位的能力要求分析，大數據應用型人才的培養重在學生解決復雜工程問題的能力，確保畢業生適應社會發展的綜合素養要求。使畢業生能夠熟練運用大數據核心技術解決行業應用問題，具有創新創業意識，勝任以大數據系統研發工程師、大數據應用開發工程師、大數據分析師、數據可視化工程師、大數據運維工程師為典型的大數據行業的工作。因此，大數據人才的培養強調交叉學科特點，以大數據分析為核心，以統計學、計算機科學和數學為三大基礎支撐性學科，培養面向多層次研究、應用需求的高級人才。

三、新工科背景下大數據人才培養實踐教學體系設計

(一)設計理念。一是基于大數據專業人才就業服務面向，為培養適合新經濟發展所需要的大數據人才，實施“校企合作”的培養路線。通過與校企合作企業共同廣泛調研，分析崗位能力要素，了解企業崗位需求及人才規格要求，遵循“OBE”理念，吸納行業企業及教育專家參與專業人才培養方案編制，討論設計實踐教學體系，從源頭上避免應用型人才培養與企業需求的脫節。二是以崗位需求為目標，基于其對人才培養強調學科交叉性為特點，構建以數據科學與大數據技術專業為主干，以應用統計學、計算機科學與技術、軟件工程等相關專業為支撐大數據專業集群。大數據專業集群建設，有效整合校內外資源，在專業建設、人才培養、隊伍建設、平臺建設等方面實現資源共享，交叉融合，凸顯集群特色，培養具有不同學科和專業背景的交叉復合型大數據人才。三是培養目標中課程的設計要體現對能力的培養，積極踐行“教學-實踐-就業零距離”應用型人才培養模式。以四條主線為理念設計大數據人才培養的實踐教學體系，在實踐教學體系引入行業企業標準，培養學生工程應用能力和實踐創新能力。

(二)設計內容。

1.以課程教學模式改革為主線的基礎性實踐教學體系設計。應用型課程建設實施是實現人才培養質量的關鍵，實踐教學環節是應用型人才培養的核心部分。在校企合作機制下，教師與企業人員共同對專業課程與教學體系進行探討，共同研究開發適合培養學生應用型能力的課程，重構課程體系，討論實踐教學環節的構成，形成培養學生實踐能力的課程體系，真正實現課程設置是緊緊圍繞培養方案中要求的能力。一是校企合作共同建設了大數據應用創新中心，作為教學環境和實踐基地，為學生實踐實訓提供了堅實平臺和廣闊空間，提高了應用型人才培養質量。二是專業集群實施基于工作過程系統化、工作室項目化、學科競賽、校企合作開發等應用型課程建設模式。突出能力本位，行動導向，做中學、學中做、思中學、教學做一體，真學真做、用以致學和學以致用相統一。全部專業方向課程設計、評價由企業人員直接參與。積極推行基于實際應用的案例教學、項目教學和虛擬現實技術應用，專業課程運用真實任務、真實案例教學。三是基礎性實踐教學體系的設計，踐行應用型人才培養模式，使學生能扎實地掌握工程問題所需要的專業理論與知識，并具備對復雜工程問題分析與解決的能力。

2.以對接大數據崗位需求為主線的綜合性實踐教學體系設計。大數據人才的培養目標以大數據產業鏈為主線，設定為掌握大數據采集與整合、存儲與運算、分析與挖掘、應用與消費的技能與方法，具有解決大數據行業問題的能力，能在政府、企事業單位、社會組織等部門領域從事大數據采集、預處理、數據分析與挖掘、研發、測試、運維、管理和服務等工作的高素質應用型人才。

學生的專業綜合實踐課程體系設置為從第2學期至第6學期每學期末的小學期，分別為數據結構與算法綜合實訓、數據采集實訓、數據預處理實訓、行業項目綜合應用實戰。

一個典型行業大數據項目的實施分為四個步驟：第一，選定行業數據挖掘項目，對項目進行背景分析，在確定數據挖掘項目的目標的基礎上，開展數據調研，掌握數據獲取途徑，設定數據采集方案，進行數據采集與存儲；綜合實踐教學體系中的數據采集實訓與其相對應。第二，采集到的數據進行初步分析，分析數據質量，是否存在缺失值、異常值；對數據的分布、對比、統計量特征進行分析；分析后對數據的缺失值、異常值進行預處理，對需要集成、變換的數據進行預處理。綜合實踐教學體系中的數據預處理實訓與其相對應。第三，預處理后得到的數據，根據需要運用分類與預測、聚類分析、關聯規則、時序模等數據挖掘算法，對其構建模型并求解。對結果進行可視化和闡釋，對模型進行評價與改進。綜合實踐教學體系中的行業項目綜合應用實戰與其相對應。第四，行業解決方案部署。綜合實踐教學體系中的行業項目綜合應用實戰與其相對應。

綜合性實踐教學體系的設計，以大數據產業鏈為主線，結合基礎課程的教學實施，進一步打好算法基礎，以行業項目應用為主線設計層進式的專業綜合實踐課程，使學生在扎實地掌握工程所需專業理論與知識的基礎上，能夠將多學科的知識貫穿靈活運用，通過層進式的專業綜合實踐課程，掌握大數據工程實踐的項目過程，并實實在在地掌握使用數據挖掘的現代工具、資源、平臺和技術解決復雜工程問題，提高對工程問題開展研究與設計解決方案的能力。

3.以行業項目實戰為主線的創新性實踐教學體系設計。

(1)瑞翼工作坊。為全面提升學生的復合能力和創新能力，與企業人員共同建立瑞翼工作坊，作為創新性實踐模塊的主要實施手段，開展以專業實踐為導向的學生活動，打造創新應用型大數據人才培養基地。工作坊的主要建設模式與內容為：第一，全面建立企業管理模式，引入績效考核機制，設置各職能部門，優秀的學生嘗試參與并協助教師對其他學生進行興趣引導、專業培養、技術指導等工作，從而形成“高帶低”、“強帶弱”的良性循環，激勵優秀人才成長。第二，以培養學生解決復雜工程問題的能力為目標，結合企業實際用人需求，在專業學習基礎上，擴展實際應用能力，同時培養學生基本辦公、團隊協作、文檔撰寫等能力。第三，作為課堂教學的重要補充，利用課余時間，按照人才培養體系的要求，讓學生、教師以及工程師混編參與到實際科研項目當中，利用“瑞翼工坊”落地企業管理模式，固化協同科研創新模式。第四，在固化協同科研創新模式的基礎上，由教師的帶領和指導，組建行業應用服務團隊，深化團隊的大數據行業應用拓展能力，提高協作水平，形成具備行業應用能力的服務團隊。

目前工作坊成員參與了學科競賽、校園大數據、滿非遺產品展示等項目，已形成了較穩定的工作團隊。

(2)工作室建設。工作室是開展大學生能力訓練、團隊協作意識、創新精神與創新能力培養的多功能教學組織。工作室建設與管理的責任人為教師(組)，教師(組)在創新工作室中發揮引導作用。工作室以學生為本，教師與學生同等地位，以“做中學”和合作學習為特征，不僅培養學生的技術，還培養學生做人、做事，最終實現全方位、全過程人才培養。

目前已經創立并有效運行的工作室有數學建模工作室、大數據應用研發工作室、數據挖掘與分析工作室、創新創業工作室。數學建模工作室以全國大學生數學建模競賽和美國大學生數學建模競賽為主線，對學生和教師進行培訓，組織學生參賽，并成立了數學建模學生社團，吸納全校對數學建模有興趣的學生，進一步擴大學生參與規模。數據挖掘與分析工作室以“泰迪杯”全國大學生數據挖掘競賽為主線，對學生和教師進行培訓，組織學生參賽，突出學生整體作用，培養學生的團隊協作實踐能力。大數據應用研發工作室以河北省電子信息職業技能大賽為主線，對熱愛軟件開發的學生和教師，進一步培養其軟件設計能力，基于數據挖掘、數據可視化、數據分析等技術進行應用研究，并以“互聯網+”項目、移動互聯項目對學生實施企業級開發實訓。創新創業工作室以河北省“互聯網+”大學生創新創業大賽為主線，對學生進行培訓和指導參賽。打造濃厚的創新創業教育氛圍，指導學生將移動互聯網、云計算、大數據、人工智能、物聯網等新一代信息技術與經濟社會各領域緊密結合，探索基于互聯網新時代的新產品、新服務、新業態、新模式。鼓勵學生在“互聯網+”的時代浪潮中，積極投身實踐，勇于創新創業，激發學生創新創業的激情。

幾個工作室均參加了對應的學科競賽并取得了不錯的成績，工作室對于學生基本素養與實踐能力的培養有著很重要的作用。第一，激發學生自主學習的原動力。通過教師引導學生通過動腦、動手、動口積極參與教學全過程，彌補了傳統課堂教學對學生個性發揮的忽略。第二，培養學生良好的學習方法，開展“做中學”、“探中學”、“例中學”等教學模式，實現“學思結合和知行統一”的教育理念。第三，工作室環境能使學生在自由、平等、活潑的氛圍中進行交流討論、批判創新、融合，進而去尋找真理，有助于培養學生的創新思維能力。第四，有助于學生養成健康的人格、優良的品質和良好的團隊合作精神。

創新性實踐教學體系的設計，以各類學科與科技競賽為培養學生工程實踐能力、促進創新創業能力的重要基石，學生以教師工作室為載體，參加各種學科與科技競賽,將所學理論轉化為實踐所用，提高工程實踐素養，強化專業綜合運用。更多的學生以瑞翼工作坊為依托，參與地方性服務項目，體驗企業工作模式，培養職業能力，強化職業素質，提升畢業生的就業競爭能力。

(三)以就業為主線的體驗性實踐教學體系設計。實習性實踐通過學生參與教師工作室工作、參加社會實踐與專業實習，將理論知識在復雜工程問題中得到應用，提高學生的基本素質與職業素養，逐步縮小與就業的距離。

1.社會實踐。社會實踐是大學生完成社會化、實現全面發展的重要途徑，是了解民族民生、服務社會的重要手段。數據科學與大數據技術專業社會實踐緊密結合專業理論知識，以理論指導實踐，理論應用于實踐。社會調查、公益活動等形式的志愿服務類社會實踐，能夠讓學生了解社會、健康、法律以及文化知識，理解大數據工程問題的解決方案對于社會、健康、法律以及文化的影響，并能夠理解應當承擔的社會責任；“大學生創新創業”、“大學生參與科研”等專業化內容類型的社會實踐，能夠讓學生全面地接觸到大數據復雜工程問題，在專業教師的指導下，從問題的分析與研究，運用文獻和專業理論獲取和分析大數據復雜工程問題現有解決方案存在的利與弊，并通過研究確定改進方向和技術路線，基于科學原理采用科學方法設計合理的方案，并通過信息綜合分析得到合理有效的結論，對實施方案的局限性進行探究和改進，最后能夠從數據的調研、數據的預處理、數據的分析與挖掘、模型的部署等一系列的實踐過程中，扎實地鍛煉工程實踐能力，培養良好的溝通交流、書面表達、任務執行、競爭與合作的能力。

2.專業實習。第1～4學期每學期開設《準職業人導向訓練》《職業定位與發展訓練》先導課程，讓學生理解團隊合作的重要性，具有一定的團隊合作精神，培養學生的組織能力及學生遵守職業道德和行業企業行為規范。

第7學期的專業實習采取校企合作的方式，與相關企業簽訂框架式協議，打通學生校外實習渠道；實習指導教師做現場溝通與指導工作，引導學生盡快完成從學生到工作人員的角色轉換；建立完善的實習管理與考核制度。

體驗性實踐教學體系的設計，使學生實際接觸工作崗位，參與企業的真實項目，體會工作角色，了解崗位職責與職業道德規范，豐富實踐經驗，增強知識技能，加強團隊協作，建立終生學習的理念，了解自我提升的途徑，對提高畢業生的就業競爭能力有著十分重要的作用。

四、結語

新工科背景下，大數據應用領域的廣泛性、大數據人才需求的復合性、變化性，需要政府、高校、企業進一步深化合作模式，進一步打通“產學研用”的壁壘，共同探索與實踐大數據人才培養的新模式。