面向一流專業(yè)的地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材建設(shè)研究

關(guān)鍵詞：地方高校；計算機(jī)一流專業(yè)建設(shè)；教材建設(shè)；大數(shù)據(jù)實踐教學(xué)；Python編程語言

0 引言

在高等教育領(lǐng)域，計算機(jī)專業(yè)一直以其前沿性、實踐性和創(chuàng)新性而備受關(guān)注。自教育部實施“雙萬計劃”以來，計算機(jī)專業(yè)在國家級一流本科專業(yè)的評選中脫穎而出，已有至少55 所高校獲得此項殊榮[1-2]。這些學(xué)校的成功不僅在于擁有雄厚的師資力量和先進(jìn)的教學(xué)設(shè)施，更在于其不斷創(chuàng)新的教學(xué)理念和教學(xué)模式。

除了國家級一流本科專業(yè)外，還有大量地方高校的計算機(jī)專業(yè)被認(rèn)定為省級一流本科專業(yè)[3]。地方高校學(xué)校雖然在知名度和資源方面可能稍遜一籌，但它們在計算機(jī)領(lǐng)域的教學(xué)和研究方面同樣表現(xiàn)出色。它們通過不斷努力，逐步提升了自身的教育教學(xué)質(zhì)量和科研水平，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的計算機(jī)人才作出了積極貢獻(xiàn)。

地方高校的計算機(jī)一流專業(yè)的建設(shè)并非一蹴而就，而是需要長期的積累和創(chuàng)新。這些一流專業(yè)不僅提升了我國計算機(jī)科學(xué)專業(yè)的整體實力，也為我國科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了有力支撐。

1 地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材的特點

地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程主要分為兩大類：一大類是對于數(shù)據(jù)科學(xué)基本算法原理的編程實現(xiàn)，例如：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘、算法設(shè)計與分析等；另一大類是掌握大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件的使用，例如：Hadoop、Spark、Storm、Hbase、Hive、Zookeeper、Sqoop、Flume、Pig等。

地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程與傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)實踐類課程相比，雖然計算機(jī)算法編程實現(xiàn)類的實踐課程基本保持一致，但是大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件的實踐類課程不僅課時量巨大而且也是傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)實踐類課程不曾包含的。為了能夠獲得足夠的大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件的實踐類課程課時，必須在本科前兩個學(xué)年提前開設(shè)計算機(jī)算法編程實現(xiàn)類的實踐課程。

上述實踐類課程的特點，導(dǎo)致學(xué)生不能像傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)學(xué)生有足夠的時間精通多門編程語言，例如：C、C++、Java等。最合理的選擇是掌握一門編程語言作為工具，把理解、掌握和實現(xiàn)數(shù)據(jù)科學(xué)基本算法思想作為首要目的。同時，被選擇作為工具的編程語言，也應(yīng)該同時能夠?qū)崿F(xiàn)對大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件的調(diào)用和操作。

地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材，應(yīng)該能夠滿足上述兩點要求。減少編程語言語法的實踐，盡早進(jìn)入大數(shù)據(jù)實踐算法原理的理解和實現(xiàn)；同時能夠覆蓋大部分計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)實踐類專業(yè)軟件的調(diào)用和操作。滿足該條件的地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材不僅可以體現(xiàn)出地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程特色，而且更能夠讓學(xué)生掌握計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)實際工程環(huán)境下專業(yè)軟件的使用，為學(xué)生盡快具有解決復(fù)雜工程問題的能力打下堅實的基礎(chǔ)。

2 大數(shù)據(jù)實踐課程教材的現(xiàn)狀與問題

為了實現(xiàn)地方高校計算機(jī)一流專業(yè)建設(shè)，計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材現(xiàn)階段仍然是亟待豐富和完善的?，F(xiàn)階段，主要存在以下幾個問題：

（1） 地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材數(shù)量和種類就非常稀少，可以選擇的余地不大，造成教師在選擇教材時難以根據(jù)地方學(xué)校學(xué)科特色選擇不同的教材。

（2） 計算機(jī)算法編程實現(xiàn)類的實踐教材，現(xiàn)階段基本上都是來自傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)，重點仍然被放在編程語言的語法掌握和熟練。這部分內(nèi)容占用的學(xué)時量較大，對于計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)的基本原理算法的實踐教學(xué)內(nèi)容仍然偏少、偏簡單，沒有體現(xiàn)出計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)的專業(yè)理論特色。

（3） 現(xiàn)階段地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類實踐課程教材大部分都是直接翻譯的英語軟件使用手冊或者國外軟件介紹書籍。對于軟件的使用和操作，仍然停留在入門手冊、功能演示和軟件說明的階段，翻譯的質(zhì)量和內(nèi)容的正確性難以滿足培養(yǎng)計劃中對于實踐類課程完成度和畢業(yè)要求達(dá)成度的需求。

（4） 現(xiàn)階段地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材涉及的計算機(jī)編程語言種類眾多，而且不同的實踐類課程要求學(xué)生掌握的不同的編程語言樣。例如：C、C++、Java、Matlab、Scale等編程語言被用于多門不同的計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程。這對學(xué)生造成了極大的學(xué)習(xí)成本。不僅浪費了大量時間學(xué)習(xí)多種不同的編程語言，而且忽視了實踐課程的根本目的，將多門實踐課程變成了多門編程語言的學(xué)習(xí)課程。

（5） 現(xiàn)階段計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材內(nèi)容大部分停留在入門和介紹的階段。學(xué)生學(xué)習(xí)完該實踐課程，仍然無法使用相關(guān)技術(shù)來解決實際工程問題。導(dǎo)致這一問題的原因在于計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材現(xiàn)階段主要來源于國外軟件手冊和幫助文檔的內(nèi)容翻譯，并不是作為實踐教材來被編寫，亟待大量的專業(yè)一線工程人員結(jié)合實際工程問題撰寫實踐教材內(nèi)容。

（6） 現(xiàn)階段計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材與培養(yǎng)方向脫節(jié)嚴(yán)重。雖然在培養(yǎng)方向中，各個實踐課程之間存在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膬?nèi)容承接和知識深化，但是各個實踐類課程教材之間卻存在大量的內(nèi)容重疊和知識割裂。這使得實踐類課程教材無法實現(xiàn)培養(yǎng)計劃中設(shè)計的培養(yǎng)目標(biāo)。造成這一點的主要原因是，大數(shù)據(jù)作為一個計算機(jī)的新興領(lǐng)域，急需要權(quán)威出版社從完整的一流專業(yè)構(gòu)建的角度來規(guī)劃一批成體系的實踐類課程教材。

（7） 電子教材作為新興的知識傳播載體已經(jīng)在計算機(jī)行業(yè)內(nèi)成為主流的復(fù)合式信息交流與實踐平臺。電子教材符合大數(shù)據(jù)實踐類課程的特點，卻缺乏足夠的重視。大數(shù)據(jù)軟件的更新迭代速度快，以Hadoop 為例，每隔1年左右就會出現(xiàn)較大改動的版本。此外，每年會有新的大數(shù)據(jù)軟件被業(yè)界推崇或者被業(yè)界淘汰[4-5]。雖然大學(xué)教學(xué)內(nèi)容不能完全由行業(yè)領(lǐng)域所決定，但是大學(xué)教學(xué)內(nèi)容也要體現(xiàn)出行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和變化趨勢，跟得上專業(yè)領(lǐng)域的潮流，才能讓學(xué)生在畢業(yè)時能夠快速融入企業(yè)的工作，從而增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力。為了滿足這個特點，地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材更新速度更快。紙質(zhì)版教材從更新成本和更新便捷性上，必然難以跟上大數(shù)據(jù)技術(shù)迭代速度。電子版的無紙化教材可以做到快速更新，完全能夠緊隨面向一流專業(yè)的地方高校計算機(jī)專業(yè)。

3 Python 語言教材對計算機(jī)專業(yè)中計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程的意義

Python語言既有優(yōu)點也有不足。但是，Python語言對計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程的兩種類型課程仍是現(xiàn)階段最優(yōu)選擇。

為了保證計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)培養(yǎng)方向的實施，計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程之間不僅要實現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膬?nèi)容承接和知識深化，而且還要保證實踐課程的目的是掌握大數(shù)據(jù)理論實現(xiàn)與工具應(yīng)用。學(xué)生掌握多門編程語言，對課程目標(biāo)的實現(xiàn)幫助小，學(xué)習(xí)成本高。

相較于傳統(tǒng)計算機(jī)方向，計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的算法理論類實踐課程會被提早開設(shè)。在這個階段，學(xué)生一般會學(xué)習(xí)C語言。C語言是一門經(jīng)典的計算機(jī)編程語言。但是C語言的特點是開發(fā)軟件系統(tǒng)和實現(xiàn)對硬件的有效控制。這些都是傳統(tǒng)計算機(jī)方向的培養(yǎng)重點。計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的培養(yǎng)內(nèi)容則應(yīng)該偏重大數(shù)據(jù)理論的掌握和應(yīng)用，例如：統(tǒng)計學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)分析和處理算法等。在上述領(lǐng)域，Python語言憑借簡單的語法、靈活的編程手段和豐富的第三方庫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于C語言。

大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件，例如：Hadoop、Spark、Storm、Hbase、Hive、Zookeeper、Sqoop、Flume、Pig 等，能夠?qū)Χ喾N不同編程語言提供API調(diào)用接口，支持的編程開發(fā)語言包括：C++、Java、Scale 和Python 等。相較于C++和Java，Python語言學(xué)習(xí)成本更低、掌握所需的時間更短，能夠留出更多的課時量分配給大數(shù)據(jù)理論的實踐；相較于Scale，Python語言能夠調(diào)用的大數(shù)據(jù)專業(yè)軟件種類和數(shù)量更多，可以用Python語言將多種大數(shù)據(jù)行業(yè)軟件構(gòu)造成一個完整的大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，更能提高計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程的兩度一性[6]。

綜上，從實現(xiàn)計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)方向培養(yǎng)計劃的角度，Python語言作為一門編程語言完全可以支持培養(yǎng)計劃中涉及的大部分實踐類課程的編程開發(fā)要求。其他編程語言課以作為選修課程，安排給有額外學(xué)習(xí)能力和興趣的同學(xué)。

4 地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材的建設(shè)的方法

地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材如果要取得良好的建設(shè)成果，應(yīng)該從以下幾個方面來進(jìn)行改進(jìn)和深化。

（1） 豐富計算機(jī)專業(yè)中計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程的種類和數(shù)量，為教師提供更多的可選方案，適應(yīng)不同地方高校對于計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)培養(yǎng)方向的不同特色需求。

（2） 對于計算機(jī)算法編程實現(xiàn)類的實踐教材，減少編程語言的語法掌握和熟練的內(nèi)容，要體現(xiàn)出計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的專業(yè)理論特色，增加并且深化計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的基本算法原理的實踐內(nèi)容，體現(xiàn)出計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向與傳統(tǒng)計算機(jī)專業(yè)方向在算法實踐課程教材的區(qū)別。

（3） 避免直接翻譯軟件的使用手冊和說明文檔，按照實踐類課教學(xué)計劃和教學(xué)大綱，重新撰寫教材。減少說明性內(nèi)容，增加操作性練習(xí)。讓學(xué)生從單純的觀察實驗結(jié)果升級為動手獨立實現(xiàn)特定的多功能、多軟件綜合實驗，以提高實踐課程的兩度一性，滿足培養(yǎng)計劃中對于課程完成度和畢業(yè)要求達(dá)成度的需求。

（4） 統(tǒng)一編程語言作為計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程編程開發(fā)工具，現(xiàn)階段最優(yōu)的選擇是Python語言。如果未來有更好的其他編程語言，也可以考慮更換。統(tǒng)一編程語言可以降低學(xué)生的學(xué)習(xí)成本，避免浪費大量時間學(xué)習(xí)多種不同的編程語言。

（5） 計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材必須包含綜合實驗，單純部分內(nèi)容的章節(jié)式實驗無法培養(yǎng)學(xué)生使用相關(guān)技術(shù)來解決復(fù)雜工程問題的能力。此外，教材的編寫必須要求企業(yè)和行業(yè)內(nèi)專家參與，實現(xiàn)校企合作，避免教學(xué)內(nèi)容落后于企業(yè)的技術(shù)需求，增強(qiáng)學(xué)生快速從學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)閱栴}的解決者，從而提高地方高校計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)方向的就業(yè)能力。

（6） 地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材必須與培養(yǎng)計劃統(tǒng)籌安排。為了建設(shè)面向一流專業(yè)的地方高校計算機(jī)專業(yè)，國內(nèi)權(quán)威出版社和專業(yè)學(xué)會可以從構(gòu)建專業(yè)知識體系的角度來規(guī)劃一批教材。一門實踐課教材要綜合考慮與其他實踐課程之間的聯(lián)系和區(qū)別，保證學(xué)生能夠完整地掌握計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)方向的全部實踐內(nèi)容，滿足畢業(yè)達(dá)成度要求。

（7） 要充分考慮電子教材可行性。電子教材不僅僅指教學(xué)內(nèi)容的電子化，更指的是類似于小程序、App、應(yīng)用程序、網(wǎng)站等可以快速更新迭代實踐教材內(nèi)容的新興載體，例如：語雀、云筆記、jupyter notebook、超星學(xué)習(xí)通等。電子化的實踐教材不僅僅是將實踐課程內(nèi)容進(jìn)行電子化的文字說明、圖片展示、視頻播放，還要包括實驗環(huán)境和編程執(zhí)行過程，從而實現(xiàn)一種復(fù)合化的云學(xué)習(xí)環(huán)境。

5 結(jié)束語

綜上所述，面向一流專業(yè)的地方高校計算機(jī)專業(yè)大數(shù)據(jù)實踐類課程教材建設(shè)是一項長期而艱巨的任務(wù)。需要不斷更新教材內(nèi)容、強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)、與一流專業(yè)對接，并克服各種挑戰(zhàn)和困難，為培養(yǎng)高素質(zhì)的地方高校計算機(jī)專業(yè)中大數(shù)據(jù)方向人才提供有力支持。