大數(shù)據(jù)背景下軟件工程專業(yè)教學(xué)改革探析

馮 驥，冉瑞生，張 揚(yáng)

(重慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，重慶401331)

1 研究背景

在如今數(shù)據(jù)化和智能化不斷深化的大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)密集型科學(xué)的發(fā)展，數(shù)據(jù)已滲透到各個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)功能中，并已成為生產(chǎn)和生活中的重要因素。近半個(gè)世紀(jì)的數(shù)字化社會(huì)使得各個(gè)行業(yè)都積攢下了大量的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，特別是近年來(lái)，社交系統(tǒng)的用戶數(shù)量急劇增加，數(shù)據(jù)的獲取和共享變得非常容易，數(shù)據(jù)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。除了數(shù)據(jù)體量大的特點(diǎn)之外，大數(shù)據(jù)還具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，數(shù)據(jù)更新速度快的特點(diǎn)[1]。因此，采用傳統(tǒng)的知識(shí)分析和決策輔助手段從這些海量數(shù)據(jù)中獲取隱藏和有用的知識(shí)越來(lái)越困難，整個(gè)社會(huì)迫切需要新的處理模型來(lái)從大數(shù)據(jù)中獲得更準(zhǔn)確的知識(shí)信息，進(jìn)而用于決策輔助支持和流程優(yōu)化等功能。

在大數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的具體表現(xiàn)形式中，最重要的元素就是數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)家、政府、行業(yè)、企業(yè)和其他機(jī)構(gòu)更為深刻地意識(shí)到，大數(shù)據(jù)正在成為組織最重要的資產(chǎn)，而數(shù)據(jù)分析能力也正在成為組織的核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前，國(guó)家、政府已經(jīng)把大數(shù)據(jù)應(yīng)用推進(jìn)了人們的具體生產(chǎn)生活中，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研究也成為了“十三五”期間的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。大數(shù)據(jù)的發(fā)展日新月異，人們應(yīng)該更深入了解大數(shù)據(jù)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，及其對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的深遠(yuǎn)影響，分析中國(guó)大數(shù)據(jù)發(fā)展的成就和問(wèn)題，推動(dòng)國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的實(shí)施，加快數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的完善，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源的整合和開(kāi)放共享，確保數(shù)據(jù)安全，加快數(shù)字中國(guó)建設(shè)，更好地服務(wù)于中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活的改善。

根據(jù)中國(guó)信息通信研究院的調(diào)查，2016年中國(guó)大數(shù)據(jù)核心產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模約為168億元，比2015年增長(zhǎng)45%。隨著國(guó)家政策激勵(lì)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用模式的逐步成熟，中國(guó)的大數(shù)據(jù)市場(chǎng)將在未來(lái)幾年繼續(xù)快速增長(zhǎng)。與當(dāng)前各個(gè)領(lǐng)域在將自身數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)相碰撞產(chǎn)生的巨大沖擊相類似，大數(shù)據(jù)也對(duì)傳統(tǒng)教育領(lǐng)域形成了顛覆性的影響，它一直與教育相結(jié)合，正在推動(dòng)教育模式的變革[2-3]。作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的核心專業(yè)之一，軟件工程專業(yè)如何通過(guò)合理的專業(yè)改革和專業(yè)調(diào)整，在大數(shù)據(jù)浪潮中培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析技能的優(yōu)秀軟件人才，已經(jīng)成為了當(dāng)前軟件工程專業(yè)的改革要點(diǎn)[4-7]。

因此，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的影響下，軟件工程領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨笠舶l(fā)生了一定的改變，企業(yè)對(duì)軟件工程專業(yè)的人才要求可以歸結(jié)為具有一定數(shù)據(jù)分析技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā)人員。根據(jù)LinkedIn最近發(fā)布的一項(xiàng)研究，在過(guò)去4年中，從事數(shù)據(jù)分析的專業(yè)人員數(shù)量翻了一番。相關(guān)工作崗位數(shù)量急劇增加，反映出對(duì)高端數(shù)據(jù)分析人才的需求不斷增長(zhǎng)。這類專業(yè)人員需要掌握以下的幾個(gè)基本技能：具有對(duì)數(shù)據(jù)本身及其中所蘊(yùn)含知識(shí)的敏銳感知；能夠使用基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析工具分析和處理數(shù)據(jù);具有將抽象的處理結(jié)果通過(guò)圖形化等方法進(jìn)行形象的描述與展示的能力；并使用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)支持決策分析并最終創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值。

因此，近年來(lái)為了應(yīng)對(duì)企業(yè)對(duì)人才的需求，高等院校也在努力探索軟件工程人才培養(yǎng)模式的改革。特別是進(jìn)一步增強(qiáng)與各大軟件公司的校企合作、校企共建實(shí)驗(yàn)室與特色專業(yè)、培養(yǎng)雙師型教學(xué)人才、加強(qiáng)地域交流和國(guó)際交流等措施，都對(duì)當(dāng)前高等學(xué)校的人才教育體系有所改良。這些針對(duì)性的措施在一定程度上緩解了企業(yè)人才需求和學(xué)校教學(xué)培養(yǎng)的不一致性，然而仍然無(wú)法與大數(shù)據(jù)思想與技術(shù)的蓬勃發(fā)展相同步。其中問(wèn)題主要集中在以下幾個(gè)方面：①當(dāng)前的軟件工程專業(yè)的教育模式與大數(shù)據(jù)時(shí)代快速變更的人才需求要求之間的矛盾；②面向大數(shù)據(jù)知識(shí)體系和思維方式的培養(yǎng)方案極度缺乏；③缺乏面向教師的系統(tǒng)化大數(shù)據(jù)專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)；④缺少大數(shù)據(jù)軟件工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，尤其是缺乏學(xué)研結(jié)合和工程化、產(chǎn)業(yè)化的實(shí)踐體系。

針對(duì)大數(shù)據(jù)背景下軟件工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)中存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)背景下軟件工程人才的需求，本文以前期軟件工程教學(xué)改革任務(wù)中提出的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和軟件工程課程體系改革為基礎(chǔ)，針對(duì)性地調(diào)整軟件工程學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，以提高學(xué)生面向大數(shù)據(jù)環(huán)境下創(chuàng)新地使用大數(shù)據(jù)工具并解決問(wèn)題的實(shí)踐能力為重點(diǎn)，培養(yǎng)復(fù)合大數(shù)據(jù)時(shí)代所需的創(chuàng)新型軟件工程人才。

2 大數(shù)據(jù)背景下軟件工程專業(yè)的模式改革

為適應(yīng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要和對(duì)軟件人才的渴求，各個(gè)大學(xué)及學(xué)院應(yīng)迅速調(diào)整和改革大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的軟件工程教學(xué)模式，并通過(guò)改革指明了軟件工程專業(yè)的發(fā)展方向。

2.1 針對(duì)大數(shù)據(jù)背景的人才培養(yǎng)模式

當(dāng)前現(xiàn)代高等教育采用的教學(xué)模式一般是標(biāo)準(zhǔn)化的課堂教學(xué)，教師按照大綱規(guī)定的學(xué)時(shí)、統(tǒng)一的教材、相同的考核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)與標(biāo)準(zhǔn)化考試。這種標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)在很大程度上忽視了學(xué)生的自身特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和需求。而大數(shù)據(jù)化的教學(xué)方法可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析找到契合學(xué)生個(gè)性的教學(xué)體系，利用學(xué)校辦學(xué)多年已有的往屆學(xué)生信息與成績(jī)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)整理后可以構(gòu)成符合本校教學(xué)特色的教學(xué)分析大數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)該大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，利用分類與聚類分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)手段，結(jié)合大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)與學(xué)校自身辦學(xué)特點(diǎn)構(gòu)建合理的體系模型。在此模型基礎(chǔ)之上，教師還可以利用已經(jīng)建立完善的模型幫助在校學(xué)生結(jié)合自身的自主意識(shí)和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，對(duì)其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力進(jìn)行量化的分析，并評(píng)估最適合該學(xué)生的個(gè)性化課程體系和學(xué)習(xí)規(guī)劃。這種獨(dú)立定制的個(gè)性化課程體系可以在更大的程度上保證學(xué)生能夠更好地發(fā)揮出自身的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。大數(shù)據(jù)手段同樣可以在教學(xué)過(guò)程中實(shí)時(shí)對(duì)課堂上的學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并利用采集到的數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時(shí)地進(jìn)行教學(xué)方法調(diào)整。此外，每學(xué)期得到的學(xué)生數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以作為學(xué)生期末考核的重要的組成部分進(jìn)行多元評(píng)價(jià)，使得平時(shí)的成績(jī)能夠更好地反應(yīng)出學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)能力，提高考試成績(jī)所反映的考核結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 大數(shù)據(jù)相關(guān)課程配置

大數(shù)據(jù)背景下的軟件工程專業(yè)教育必須適應(yīng)企業(yè)發(fā)展和大數(shù)據(jù)行業(yè)的需求?；谶@個(gè)核心思想，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)與企業(yè)崗位需求接軌，并結(jié)合學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)對(duì)軟件工程專業(yè)的課程體系進(jìn)行調(diào)整。

在理論教學(xué)部分，基礎(chǔ)課、專業(yè)課和選修課方面都增加部分大數(shù)據(jù)相關(guān)內(nèi)容：①學(xué)校在專業(yè)必選基礎(chǔ)課程中已經(jīng)設(shè)置了C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、Linux程序設(shè)計(jì)與概率論等基礎(chǔ)課程。因此，學(xué)生已經(jīng)具有大數(shù)據(jù)課程的相關(guān)基礎(chǔ)，可以增添大數(shù)據(jù)思想與方法概論、云計(jì)算概論、Python語(yǔ)言等基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)計(jì)算思維方式，使學(xué)生了解大數(shù)據(jù)行業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與常用方法，引導(dǎo)學(xué)生正確的認(rèn)識(shí)與了解大數(shù)據(jù)的基本理論框架和應(yīng)用模式；②專業(yè)課擬設(shè)置大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、模式識(shí)別等前沿科學(xué)技術(shù)相關(guān)課程，在掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)更多的強(qiáng)調(diào)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，以滿足大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的需要，培養(yǎng)更多企業(yè)需要的大數(shù)據(jù)管理分析軟件專業(yè)人才；③選修課設(shè)置上則嘗試引入多個(gè)企業(yè)的成熟開(kāi)源大數(shù)據(jù)工具，讓學(xué)生能夠根據(jù)自己的興趣對(duì)企業(yè)級(jí)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與開(kāi)源大數(shù)據(jù)平臺(tái)都有一定的了解，為學(xué)生日后從事相關(guān)大數(shù)據(jù)工作打下一定的基礎(chǔ)。

實(shí)踐教學(xué)包括校內(nèi)實(shí)踐和企業(yè)實(shí)訓(xùn)兩大部分：①校內(nèi)實(shí)踐針對(duì)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)課程設(shè)置了對(duì)應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，利用大數(shù)據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安排策劃了一系列逐步遞進(jìn)的梯度學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生熟練掌握Hadoop、HBase、Hive、Spark等大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)，使其具有獨(dú)立搭建并使用大數(shù)據(jù)平臺(tái)與開(kāi)發(fā)環(huán)境的能力;②企業(yè)實(shí)訓(xùn)是在大四學(xué)年組織大部分學(xué)生到合作企業(yè)的實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行實(shí)習(xí)，體驗(yàn)大數(shù)據(jù)企業(yè)真實(shí)的工作環(huán)境、工作流程和企業(yè)文化，學(xué)習(xí)真實(shí)的海量數(shù)據(jù)搜集、分析、存儲(chǔ)技術(shù)及在其在實(shí)際應(yīng)用中的具體方法與步驟，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目理解傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域在思想和方法、軟件與硬件等各個(gè)領(lǐng)域上的差異和取舍，引導(dǎo)學(xué)生按照軟件工程的方法完成大數(shù)據(jù)背景下的實(shí)踐內(nèi)容，規(guī)范文檔和代碼的編寫(xiě)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

2.3 大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

根據(jù)大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系設(shè)計(jì)要求，建設(shè)滿足日常教學(xué)需求、稍具超前意識(shí)的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的核心思想。具體建設(shè)應(yīng)在滿足核心思想的基礎(chǔ)上，同時(shí)充分考慮并發(fā)數(shù)、使用頻率、維護(hù)成本等眾多因素，按照課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的不同，考慮建成可進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)及集體實(shí)驗(yàn)的基于容器技術(shù)的一體化大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用容器的獨(dú)立安全特性，每個(gè)用戶可以隔離使用獨(dú)立的大數(shù)據(jù)集群中的部分資源，且相互間的操作互不影響。因此用戶既可以手動(dòng)安裝自行編排集群方案，也支持使用一鍵部署功能，快速構(gòu)筑Hadoop、Spark、Storm、Hive、Hbase等集群，更好的滿足學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)階段課程的多樣性和實(shí)驗(yàn)室的安全性。同時(shí)由服務(wù)器提供教學(xué)所需的鏡像資源，包括Hadoop、HBase、Ambari、HDFS、YARN、MapReduce、ZooKeeper、Spark、Storm、Hive、Pig、Oozie、Mahout、R語(yǔ)言等不同的大數(shù)據(jù)應(yīng)用組件，并支持Java、R和Python等多種大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中常用語(yǔ)言。

3 結(jié)語(yǔ)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代信息技術(shù)不斷創(chuàng)新、企業(yè)需求不斷變化、綜合型人才需求巨大等因素的影響下，軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式如果仍然遵循傳統(tǒng)思維的教育方式、指導(dǎo)理論及實(shí)踐教學(xué)，必定不能適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代企業(yè)對(duì)人才的需求，因此改革軟件工程專業(yè)的教學(xué)模式迫在眉睫。本文根據(jù)軟件工程專業(yè)自身課程體系的特點(diǎn)，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的特征與信息技術(shù)企業(yè)對(duì)專業(yè)人才的需求情況，從人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法、個(gè)性化學(xué)習(xí)、課程配置、實(shí)訓(xùn)體系等各方面進(jìn)行有效改革，嘗試更好的培養(yǎng)符合大數(shù)據(jù)時(shí)代需求的軟件工程專業(yè)人才。