大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)研究

胡 軍，張 勤，夏 英

（重慶郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 400065）

1 大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)面臨新的問題

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人類社會(huì)已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時(shí)代[1]。大數(shù)據(jù)廣泛地存在于各個(gè)領(lǐng)域，形成了大量大數(shù)據(jù)相關(guān)人才的需求，而現(xiàn)有的人才儲(chǔ)備不能滿足市場需求[2]。數(shù)據(jù)顯示，目前全國的大數(shù)據(jù)人才只有46萬，未來3～5年大數(shù)據(jù)人才缺口將高達(dá)150萬，大數(shù)據(jù)行業(yè)將面臨全球性的人才荒[3]。如何培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)需求的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才是當(dāng)前計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)面臨的重要問題。大數(shù)據(jù)在給計(jì)算機(jī)專業(yè)人才提出新的能力需求的同時(shí)，也給現(xiàn)有的教育教學(xué)方法帶來了革命性的變化。在這樣的背景下，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)面臨著諸多新問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）大數(shù)據(jù)背景下的專業(yè)能力培養(yǎng)和評價(jià)體系。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為決定勝負(fù)的根本因素，成為人類至關(guān)重要的寶貴資源。計(jì)算機(jī)專業(yè)人才必須具備以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算思維和工程實(shí)踐能力。因此，設(shè)計(jì)制訂大數(shù)據(jù)背景下的計(jì)算機(jī)專業(yè)能力培養(yǎng)和評價(jià)體系是關(guān)鍵。

（2）分析和處理大數(shù)據(jù)的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。大數(shù)據(jù)時(shí)代，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才必須具備分析和處理大數(shù)據(jù)的能力。以往的實(shí)踐能力過于強(qiáng)調(diào)學(xué)生對各種應(yīng)用開發(fā)工具的掌握，很少培養(yǎng)學(xué)生分析和處理大數(shù)據(jù)的能力。因此，培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析和處理的工程實(shí)踐能力是當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)中的一個(gè)重要問題。

（3）有限的學(xué)習(xí)時(shí)間與無限增長的專業(yè)知識間的矛盾。各專業(yè)的知識總量一直在增長，特別是信息領(lǐng)域，其知識的增長速度更快。對計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)，不應(yīng)將知識的灌輸作為人才培養(yǎng)的手段，應(yīng)教育學(xué)生掌握基本的專業(yè)知識和技能并培養(yǎng)自主獲取知識的能力。

（4）多種教學(xué)形式的相互補(bǔ)充與平衡。在線學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等新的學(xué)習(xí)形式為學(xué)生獲取知識提供了新的手段。然而，這些新的學(xué)習(xí)形式由于自身限制，不可能完全替代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，只能作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充。如何將課堂教學(xué)與其他學(xué)習(xí)形式結(jié)合起來是一個(gè)有待探索的問題。

2 大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的應(yīng)對策略

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，一方面計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的能力需求發(fā)生了變化，另一方面海量的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源在云計(jì)算、智能終端和無線互聯(lián)網(wǎng)的支持下使“在線教育”“自主學(xué)習(xí)”等新的教育形式得以實(shí)現(xiàn)。這就要求計(jì)算機(jī)教育工作者必須深入思考，剖析新時(shí)期計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的能力需求，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等多個(gè)方面著手，進(jìn)行教育教學(xué)改革與實(shí)踐，使計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)跟上時(shí)代的步伐。

1）教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)增加交叉學(xué)科的課程。由于大數(shù)據(jù)本身涉及多個(gè)學(xué)科，對現(xiàn)有計(jì)算機(jī)課程進(jìn)行重組或增加交叉學(xué)科的內(nèi)容變得非常重要。只有具備跨學(xué)科基礎(chǔ)知識和學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，才能將計(jì)算機(jī)技術(shù)和各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合起來。如何體現(xiàn)其交叉學(xué)科的特點(diǎn)、如何培養(yǎng)面向大數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才是一個(gè)挑戰(zhàn)。

計(jì)算機(jī)行業(yè)正在從追求計(jì)算速度轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅卮髷?shù)據(jù)處理能力，軟件也將從編程為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心。谷歌的首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家哈爾·瓦里安（Hal Varian）預(yù)計(jì)，未來十年將出現(xiàn)一類新型的專業(yè)人才——數(shù)據(jù)科學(xué)家。面對當(dāng)前的趨勢，高等學(xué)校應(yīng)在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中逐步增加以數(shù)據(jù)為中心的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2）創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，加劇了創(chuàng)新型人才訴求的緊迫性。創(chuàng)新能力涉及一個(gè)人的多種能力，如認(rèn)識能力、觀察能力、記憶能力、判斷能力、分析能力、想象能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、自學(xué)能力、吸收知識能力、信息能力等，是一個(gè)人綜合能力的具體體現(xiàn)[4]。因此，在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力時(shí)，應(yīng)注重培養(yǎng)組成創(chuàng)新能力的各種相關(guān)能力，以全面提高人才的創(chuàng)新能力。

要落實(shí)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須和實(shí)踐聯(lián)系起來。因此，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)、建立大數(shù)據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境等，是計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中應(yīng)多設(shè)置課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、課外科技活動(dòng)等多種實(shí)踐活動(dòng)，從而擴(kuò)大實(shí)踐范圍、增強(qiáng)實(shí)踐力度。通過將實(shí)踐教學(xué)和工程教育理念融入課程教學(xué)，融基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐為一體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從高校到企業(yè)的無縫連接。

3）多種教學(xué)形式的結(jié)合。

在線學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等新的學(xué)習(xí)形式拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)渠道，也給高等學(xué)校改革傳統(tǒng)教育形式提供了手段。大規(guī)模在線課程這種全新的學(xué)習(xí)環(huán)境正隨著云端技術(shù)的發(fā)展成為現(xiàn)代教育中重要的組成部分。國外很多名校都建立了MOOC平臺，并在平臺上推出大量優(yōu)質(zhì)的教學(xué)課程。其他高校如何利用這些課程，對自身辦學(xué)條件進(jìn)行補(bǔ)充和增強(qiáng)，還需要各高校積極探索相應(yīng)的機(jī)制和方法。

4）教師角色的轉(zhuǎn)變。

與以往相比，教師的角色定位發(fā)生了顯著的變化，由從前的“傳道授業(yè)解惑者”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖虒W(xué)相長的引導(dǎo)者”，需要適時(shí)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行增減，適應(yīng)技術(shù)變化要求，結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)；充分借助和應(yīng)用各種網(wǎng)絡(luò)資源，使教學(xué)方法和教學(xué)策略多樣化、新穎化；運(yùn)用多種教學(xué)及交互方法，優(yōu)化教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5）評價(jià)體系和監(jiān)督機(jī)制的建立。

大數(shù)據(jù)時(shí)代，計(jì)算機(jī)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)條件、能力要求、教師角色等都發(fā)生了較大的變化。以往的考評體系不再適用于新的人才培養(yǎng)需求，建立新的考評體系有利于指導(dǎo)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)，相應(yīng)的考評體系包括計(jì)算機(jī)專業(yè)人才能力的指標(biāo)體系、教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的指標(biāo)體系等；同時(shí)，建立有效的教學(xué)、學(xué)習(xí)監(jiān)督機(jī)制對于人才培養(yǎng)非常關(guān)鍵，如在線學(xué)習(xí)的過程監(jiān)控等。

3 大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐

1）適應(yīng)學(xué)科和行業(yè)發(fā)展的課程體系優(yōu)化。

計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)要跟上大數(shù)據(jù)時(shí)代的腳步，必須適時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科和IT行業(yè)的發(fā)展調(diào)整課程體系。結(jié)合學(xué)校通信優(yōu)勢特色學(xué)科，筆者在原有計(jì)算機(jī)專業(yè)特色方向上，提議新增通信領(lǐng)域大數(shù)據(jù)處理特色方向。為培養(yǎng)適應(yīng)通信領(lǐng)域大數(shù)據(jù)處理相關(guān)人才的需求，優(yōu)化原有課程體系，具體包括增加了通信運(yùn)營管理、大數(shù)據(jù)的智能分析與處理等相關(guān)課程，學(xué)生通過這一系列課程的學(xué)習(xí)，不僅能設(shè)計(jì)開發(fā)通信信息管理相關(guān)軟件，也可以設(shè)計(jì)開發(fā)通信運(yùn)營相關(guān)數(shù)據(jù)的智能分析處理系統(tǒng)。

2）課程群模式下的教學(xué)內(nèi)容改革。

大數(shù)據(jù)背景下，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程內(nèi)容的更新不僅是一門課程，更涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和處理的多門課程。這些課程在內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)，是相互連接、相互配合、相互照應(yīng)的一體。筆者構(gòu)建了“大數(shù)據(jù)課程群”，在課程群模式下進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革。這有利于從整體上進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)和構(gòu)建，使各課程能有效銜接，從而獲得整體優(yōu)勢。由于大數(shù)據(jù)的跨學(xué)科特性，“大數(shù)據(jù)課程群”除整合學(xué)科內(nèi)的相關(guān)課程外，還整合了學(xué)科外的相關(guān)課程，如行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)課程。

3）以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)方法改革。

以往的課堂教學(xué)主要以內(nèi)容的灌輸為主，這在本質(zhì)上與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相違背。筆者通過選取試點(diǎn)班，以小班授課的方式，從教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的增減、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、小組討論、主題互動(dòng)等環(huán)節(jié)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，著力培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)數(shù)據(jù)下分析、分解和處理問題的能力。在課堂上，教師的作用不再是灌輸專業(yè)知識，而是引出課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生思考和討論，并提出學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方法。目前，筆者已在數(shù)據(jù)庫原理等課程中作了深入探索，課程以真實(shí)項(xiàng)目的實(shí)施為背景，將教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目結(jié)合起來，學(xué)生通過項(xiàng)目的調(diào)研、分析、討論、設(shè)計(jì)和實(shí)施，有力地促進(jìn)了創(chuàng)新能力的提高，取得了較好的教學(xué)效果。

4）以“卓越計(jì)劃”為契機(jī)的實(shí)踐教學(xué)改革。

2010年6月，教育部宣布啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，旨在培養(yǎng)一大批高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。“卓越計(jì)劃”特別強(qiáng)調(diào)人才的實(shí)踐能力，要求學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才。這需要學(xué)校和企業(yè)緊密合作，企業(yè)必須深度參與人才的培養(yǎng)。重慶郵電大學(xué)是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施單位。學(xué)院制定的“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)卓越工程師”培養(yǎng)方案采用“2+1+1”的培養(yǎng)模式，前4個(gè)學(xué)期為基礎(chǔ)課和部分專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)施階段，第5和第6學(xué)期為專業(yè)課實(shí)施階段，第7和第8學(xué)期為校企聯(lián)合培養(yǎng)階段。在方案的最后一個(gè)階段，學(xué)生直接進(jìn)入企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，有力地促進(jìn)實(shí)踐能力的提高。

目前，學(xué)院除了已與中興等通信運(yùn)營企業(yè)合作開展卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃以外，還與甲骨文、騰訊等以數(shù)據(jù)為中心的軟件和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建立密切合作，為大數(shù)據(jù)環(huán)境的人才培養(yǎng)提供了良好的實(shí)踐環(huán)境。這種校企深度合作的實(shí)踐教學(xué)模式不僅適用于“卓越計(jì)劃”，也被應(yīng)用到其他人才的培養(yǎng)中，有力地促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

5）基于MOOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和自主學(xué)習(xí)。

通過認(rèn)真分析和研究國內(nèi)外MOOC 教學(xué)模式，結(jié)合學(xué)院目前計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的實(shí)際，在計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論、C語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫原理、算法分析與設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)等課程中采用翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC、混合式教學(xué)、討論式教學(xué)等新穎的教學(xué)方法。以數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)課程為例，課程將自制的MOOC課程大數(shù)據(jù)分析與處理（http://www.gaoxiaobang.com/）引入課程，課前學(xué)生使用MOOC 預(yù)習(xí)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，課堂上采用分組討論和課堂評述的方式，教師通過研討解決學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和疑點(diǎn)。這樣既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，又促進(jìn)了師生之間的互動(dòng)，也提高了教學(xué)效率。

在基于MOOC的教學(xué)模式中，學(xué)生除了課堂這種有限的時(shí)空學(xué)習(xí)之外，還可在課后利用零碎時(shí)間安排個(gè)人的學(xué)習(xí)。自主學(xué)習(xí)、互助學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)習(xí)成為課后學(xué)習(xí)新方法，自主學(xué)習(xí)與交互學(xué)習(xí)、教師與學(xué)生或者學(xué)生與學(xué)生間的互動(dòng)、線上線下學(xué)習(xí)、理論與實(shí)踐結(jié)合等新方法充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論課程借助思科網(wǎng)院提供的IT Essentials課程，將計(jì)算機(jī)硬件以及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容放在網(wǎng)上進(jìn)行，很好地彌補(bǔ)了課堂學(xué)習(xí)時(shí)間的限制，也豐富了課程的教學(xué)內(nèi)容。

MOOP（Massive Open Online Practice，大規(guī)模在線課程實(shí)踐）是借助于云計(jì)算技術(shù)提供在線實(shí)踐的一種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。MOOP可以看成是MOOC在實(shí)踐類課程上的一種新形式。筆者根據(jù)課程類型的不同使用MOOP平臺中提供的VMware虛擬實(shí)驗(yàn)、仿真系統(tǒng)、在線真機(jī)或在線項(xiàng)目完成實(shí)踐課內(nèi)容。例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，由于實(shí)踐課要使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使用MOOP平臺提供的在線真機(jī)遠(yuǎn)程完成實(shí)踐課程所要求的內(nèi)容。MOOP保證了每個(gè)學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)擁有一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室從封閉走向開放。

4 結(jié) 語

為培養(yǎng)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代需求的計(jì)算機(jī)創(chuàng)新人才，筆者梳理了大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)人才的知識和能力要求，并基于此制定了面向大數(shù)據(jù)管理與分析的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并在課程內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)方法改革、實(shí)踐平臺建設(shè)等方面進(jìn)行了研究和探索。通過一系列教育教學(xué)改革，學(xué)生的數(shù)據(jù)思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力顯著增強(qiáng)。近年來，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題中大量結(jié)合“云計(jì)算”“大數(shù)據(jù)”等技術(shù)，并在阿里巴巴主辦的“天池大數(shù)據(jù)競賽”、人工智能國際聯(lián)合大會(huì)主辦的“數(shù)據(jù)挖掘競賽”等國內(nèi)外重要科技競賽中多次奪冠。

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