面向農(nóng)林專業(yè)學生的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學探索

何少芳 周麗

摘要：從培養(yǎng)農(nóng)林專業(yè)學生的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用能力出發(fā)，對擬開設(shè)的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學進行初步探索，具體從培養(yǎng)對象和目標、理論與實踐教學方法以及師資準備幾個方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析與處理;教學方法;農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù);基于問題學習;成果導向

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

1概述

作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型資源要素，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)不僅引領(lǐng)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，還帶動了農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的穩(wěn)步推進，而信息時代的高速發(fā)展更凸顯了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的重要社會經(jīng)濟價值，運用農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，通過利用其良好的發(fā)展基礎(chǔ)和外部條件，將其科學的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式的創(chuàng)新、農(nóng)村創(chuàng)業(yè)的創(chuàng)新、促進農(nóng)業(yè)部門科學的決策等方面，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)必將迸發(fā)強大的活力，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)前進的強勁引擎，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用創(chuàng)造大數(shù)據(jù)的價值，而隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)的成果應(yīng)用已經(jīng)融入了各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)中具體體現(xiàn)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、流通、科研以及管理的各個環(huán)節(jié)等。中科院研究員倪光南指出：生活中無時不刻在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，利用好這些數(shù)據(jù)，不僅能為生活帶來便利，還能促進生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源的高效配置。作為培養(yǎng)農(nóng)林專業(yè)人才的農(nóng)林院校，以培養(yǎng)“雙創(chuàng)復合型”合格人才為目標，如何利用自身優(yōu)勢、結(jié)合本校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)建設(shè)的實際情況，對農(nóng)林專業(yè)人才的培養(yǎng)模式和途徑加以創(chuàng)新，并對傳統(tǒng)的教學理念和方法進行改革，已是農(nóng)林院校專業(yè)改革與發(fā)展的一項重要課題。大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，我校作為農(nóng)業(yè)院校，已經(jīng)面向統(tǒng)計學專業(yè)與大數(shù)據(jù)專業(yè)學生開設(shè)了大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程，而面向農(nóng)林專業(yè)學生的課程開設(shè)還處于探索階段。一方面，與其他理工類大專院校和綜合性高校相比，農(nóng)林院校在專業(yè)設(shè)置等方面具有顯著的農(nóng)林特色，因此，開展大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的教學應(yīng)該與農(nóng)林專業(yè)學生的培養(yǎng)計劃和目標緊密結(jié)合;另一方面，考慮到各農(nóng)林高等院校設(shè)立數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的年限還不長，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程體系仍在不斷修訂和完善中;因而，面向農(nóng)林專業(yè)學生開設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程前，需對該門課程的教學方法、課程安排、教學內(nèi)容、實驗設(shè)計以及課程考核等方面進行探索。值得注意的是，作為農(nóng)林院校本科生學習的課程，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程內(nèi)容與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的結(jié)合還不夠深入，農(nóng)林院校的教學特色也沒有得到鮮明的體現(xiàn)。因此，本文結(jié)合本校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的實際情況，對面向農(nóng)林專業(yè)學生開設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程進行教學方法方面的探索，為建設(shè)具有農(nóng)林院校特色的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系做貢獻。

2課程教學方法

2.1培養(yǎng)對象和目標

對于農(nóng)林專業(yè)學生來說，要想成為一個大數(shù)據(jù)分析技能的合格人才，需要具備以下基礎(chǔ)：一是完整的數(shù)學基礎(chǔ)，比如先修高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)等課程，從而能以專業(yè)理論知識為基礎(chǔ)，理解處理數(shù)據(jù)時采用的相關(guān)模型;二是具備搜集數(shù)據(jù)的能力，包括傳統(tǒng)的抽樣調(diào)查和從互聯(lián)網(wǎng)上抓取數(shù)據(jù);三是具有基本的計算編程能力，以實現(xiàn)Hadoop、Hive等計算工具在大規(guī)模多源異構(gòu)數(shù)據(jù)上的處理，特別地，應(yīng)該掌握最兼容的腳本語言Python。通過大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的學習，使農(nóng)林專業(yè)學生不僅能利用Python進行科學計算、可視化繪圖、數(shù)據(jù)預處理，還能利用聚類、回歸、分類等算法對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)方面的實際問題進行分析與建模，將理論知識與實踐運用相結(jié)合，為將來從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析和挖掘研究工作奠定基礎(chǔ)。

2.2采用“基于問題學習”和啟發(fā)互動式理論教學

在理論部分的課堂教學過程中，如果僅采用講授式、滿堂灌式教學方法，容易導致課堂氣氛沉悶、學生學習興趣和積極性低等不良后果。興趣是最好的老師，不妨以實際問題和任務(wù)引入教學內(nèi)容，采用“基于問題學習（problem-based learning，PBL）”的教學模式，首先激發(fā)學生學習的興趣，然后再采用啟發(fā)互動式教學，讓學生積極參與到教學過程中來，實現(xiàn)“教師為主導，學生為主體”的教學理念。換句話說，課堂的理論教學首先從問題開始，創(chuàng)造問題情景、設(shè)計任務(wù)，激發(fā)學生的興趣，讓其積極主動地參與到問題的分析與思維過程中，使其不自覺地想學習與了解解決任務(wù)與問題的相關(guān)理論與算法，由此達到設(shè)疑激趣、以趣激學的良好教學效果?？偟膩碚f，以實際問題和任務(wù)引入教學內(nèi)容，在理論教學時大量采用啟發(fā)式教學方法，主要有以下三方面的優(yōu)點：1）能激發(fā)學生的學習興趣和求知欲;2）促使學生根據(jù)問題和任務(wù)主動積極地進行思考，從而充分調(diào)動學生在課堂學習過程中的主觀能動性;3）改變傳統(tǒng)的教師講學生聽的填鴨式教學方式，有效促進由教師向?qū)W生提問向?qū)W生自主提問與思考的轉(zhuǎn)變。此外，還可以針對某一具體的實際問題，采用學生上臺講課或者課堂分組討論等其它方式實施教學，進一步貫徹“教師為主導，學生為主體”的教學理念。比如，依據(jù)對地觀測（遙感）技術(shù)農(nóng)業(yè)資源研究提供的空間數(shù)據(jù)，安排學生提前進行當堂教學內(nèi)容的預習準備，在課堂教學中安排幾個學生來講授，每個學生負責講授部分內(nèi)容，而講課的學生由各討論小組推薦產(chǎn)生。通過啟發(fā)互動式理論教學方式，能有效改變不良教學現(xiàn)狀，把學生的“苦學”和“不愿學”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皹穼W”和“好學”，由教師的“單向灌輸”轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒g以及同學之間的“多向互動”，使課堂教學充滿活力與樂趣、理論教學內(nèi)容不再枯燥而變得富有吸引力。

2.3采用“成果導向”的實踐教學模式

在實踐教學過程中，實驗項目內(nèi)容的設(shè)計與理論教學內(nèi)容緊密結(jié)合，因此，結(jié)合“基于問題學習（problem-based learning，PBL）”的理論教學模式，可在實踐教學過程中采用“成果導向”教學法?！俺晒麑颉苯逃砟畹暮诵氖峭ㄟ^教學策略設(shè)計與目標執(zhí)行讓學生通過實踐教育學習后，取得有目標的學習成果。具體地，將該理念引入大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的實驗項目中，依據(jù)理論教學過程中引入的實際問題和任務(wù)設(shè)計實驗內(nèi)容與目標，讓學生通過上機編程操作實現(xiàn)理論教學中的相關(guān)算法，進而以此為基礎(chǔ)解決實際問題和任務(wù);最后評估學生的實驗完成情況，分析其與實踐教學目標之間的差距?！俺晒麑颉睂嵺`教學方法的引入有利于實現(xiàn)以知識導向為主向以成果導向為主的轉(zhuǎn)變，對應(yīng)地，將課程評價由傳統(tǒng)的單一卷面考試形式向多元考核評價方式結(jié)合的轉(zhuǎn)變。簡單地說，在“大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用”課程的實踐教學中采用“成果導向”教育模式，使學生在實驗項目的完成過程中充分掌握分析數(shù)據(jù)、解決問題以及完成相關(guān)初級研究的方法，為學生在第四學年順利完成畢業(yè)論文或設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

3提升師資

大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程一般由本校信息與智能科學技術(shù)學院的計算機相關(guān)教師授課，而面向農(nóng)林專業(yè)學生的課程內(nèi)容主要為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與處理，因而，有必要提升任課教師在農(nóng)林方面的專業(yè)知識面、加強與本校其他學院教師之間的合作交流。比如，利用寒暑假時間組織大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程的相關(guān)任課教師參加農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析、機器學習以及數(shù)據(jù)可視化等核心課程的專業(yè)師資培訓，提升專業(yè)任課教師的多元化教育背景與學習經(jīng)歷，為大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程教學提供先決條件。另外，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析與處理是大數(shù)據(jù)科學理論、技術(shù)和方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域或者相關(guān)涉農(nóng)領(lǐng)域的應(yīng)用實踐，利用農(nóng)林院校的農(nóng)業(yè)特色資源，加強任課教師與其他院系教師的交流與合作，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用，為我校農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的建設(shè)與發(fā)展做貢獻。

4結(jié)論

針對農(nóng)林院校擬為農(nóng)林專業(yè)學生開設(shè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用課程問題，本文從教學方法與師資準備方面進行了初步探索。結(jié)合農(nóng)林專業(yè)學生的學情，從理論教學與實踐教學兩方面分別給出了“基于問題學習”與啟發(fā)互動式理論教學方式和“成果導向”的實踐教學模式。最后，通過理論與實踐相結(jié)合的方式，使農(nóng)林專業(yè)學生既能理解大數(shù)據(jù)分析與處理的原理與方法，又能掌握分析解決農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中實際問題的能力。