金冉 張延紅 董晨 萬忠 鄧芳 金敏 劉翠娟 楊立春

浙江萬里學院大數(shù)據(jù)與軟件工程學院

● 引言

在新工科建設背景下，很多計算機類專業(yè)都開設了大數(shù)據(jù)相關課程，其目的是教導學生熟練掌握大數(shù)據(jù)開發(fā)技術，能基于分布式計算平臺對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行分析處理，具備一定的大數(shù)據(jù)應用程序開發(fā)能力。在面向新工科的專業(yè)和課程建設中，應遵循以成果為導向的教學模式(OBE)，提升人才培養(yǎng)水平。

筆者基于OBE理念，探索了大數(shù)據(jù)技術基礎課程的教學改革和實踐，重構了教學體系，優(yōu)化了教學內(nèi)容，改進了教學方法，規(guī)范了教學過程，完善了教學評價等，注重培養(yǎng)學生的自主學習能力、創(chuàng)新和實踐能力，全面提升了學生的工程實踐能力與技術創(chuàng)新能力。

● 課程簡介

1.課程目標

“大數(shù)據(jù)技術基礎”課程遵循校“創(chuàng)建特色鮮明的高水平應用型大學”辦學目標，努力為學生搭建起通向“大數(shù)據(jù)知識空間”的橋梁，以“構建知識體系、闡明基本原理、引導初級實踐、了解相關應用”為原則，為學生在大數(shù)據(jù)領域“深耕細作”奠定基礎、指明方向。通過本課程的學習，讓學生能夠建立對大數(shù)據(jù)知識體系的輪廓性認識，了解并掌握大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的起源及系統(tǒng)特征、大數(shù)據(jù)關鍵技術、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的架構設計及功能目標設計、入門級大數(shù)據(jù)系統(tǒng)程序開發(fā)等相關領域的內(nèi)容，使學生能具備分布式數(shù)據(jù)存儲與計算平臺搭建、基本應用程序開發(fā)、運維等相關實踐能力，為后續(xù)大數(shù)據(jù)開發(fā)模塊課程的學習與實踐奠定堅實的基礎。

2.課程現(xiàn)狀

“大數(shù)據(jù)技術基礎”課程系統(tǒng)講授大數(shù)據(jù)的基本概念，大數(shù)據(jù)處理架構Hadoop，分布式文件系統(tǒng)HDFS，分布式數(shù)據(jù)庫HBase，NoSQL數(shù)據(jù)庫，云數(shù)據(jù)庫，分布式并行編程模型MapReduce，基于內(nèi)存的大數(shù)據(jù)處理架構Spark，大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、生物醫(yī)學和物流等各個領域的應用。在Hadoop、HDFS、HBase、MapReduce、Spark等重要章節(jié)，安排了基礎的實踐操作，讓學生更好地學習和掌握大數(shù)據(jù)關鍵技術。在課程開設之初，課程組全體成員進行了大量研討，推出了很多教學舉措，但根據(jù)OBE理念，對標課程內(nèi)容，課程在教學過程中不可避免地存在以下問題：①理論教學和實踐教學課時比重協(xié)同性不夠，真正的自主學習性仍不強。②課程教學案例與應用場景領域知識融合不夠。

● 課程改革方案

基于OBE理念的“大數(shù)據(jù)技術基礎”課程改革，從教學目標、教學內(nèi)容、教學手段、教學實踐、教學評價等五個方面展開（如下圖）。改革后的課程以“構建知識體系、闡明基本原理、引導初級實踐、了解相關應用”為原則，以學生應該具備分布式數(shù)據(jù)存儲與計算平臺搭建、基本應用程序開發(fā)、運維等相關實踐能力為教學目標，以大數(shù)據(jù)Hadoop生態(tài)系統(tǒng)為主線，以實際大數(shù)據(jù)項目案例為牽引，把課程的所有知識點有機地串聯(lián)起來。通過引入真實的企業(yè)項目，對項目案例進行詳細講解，深度融入課程每一章節(jié)的知識點，學習、實踐相互協(xié)同，提升學生的工程實踐能力，為后續(xù)專業(yè)模塊課學習打下堅實基礎。

1.教學目標

教學目標是課程目標在具體教學單元的細節(jié)展示，是直面學生學習實況的即時效果表達?；贠BE理念對“大數(shù)據(jù)技術基礎”課程教學目標進行重塑是課程與時俱進的重要抓手。以課程第1章中的大數(shù)據(jù)時代為例，筆者從知識目標、能力目標和素質(zhì)目標三方面來確定課程的教學目標。其中，知識目標中涵蓋大數(shù)據(jù)的基本概念和應用領域，大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)的相互關系，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和未來趨勢等知識點；能力目標涵蓋獨立思考能力、分析問題能力、洞察能力等能力；素質(zhì)目標要求學生形成大數(shù)據(jù)工程師崗位職業(yè)判斷。

2.教學內(nèi)容

按照每一章的教學目標，以實際的企業(yè)項目案例為主線，采用大數(shù)據(jù)采集與預處理、大數(shù)據(jù)存儲與管理、大數(shù)據(jù)處理與分析、大數(shù)據(jù)可視化與決策等四個流程，對課程內(nèi)容進行教學，使學生掌握大數(shù)據(jù)關鍵技術，掌握大數(shù)據(jù)基本開發(fā)。課程內(nèi)容主要包含Hadoop的安裝和使用、HDFS操作方法和基礎編程、HBase的安裝和編程、MapReduce基礎編程、數(shù)據(jù)倉庫Hive的安裝和使用、Spark的安裝和編程、典型可視化工具的使用方法等。

同時，在課程教學中，筆者引入了寧波氣象臺、寧波疾控中心等單位的真實案例，把各章知識點有機串聯(lián)起來，其中包括金融量化交易數(shù)據(jù)分析、浙江疫情數(shù)據(jù)爬取及分析、醫(yī)院藥品銷售數(shù)據(jù)分析、浙江省氣象數(shù)據(jù)處理與分析、寧波租房信息分析與展示、網(wǎng)易云歌曲評論情感分析等。

3.教學手段

①項目案例驅(qū)動法。用一個完整的真實案例，精講其“爬存析視”全過程，串起整門課程的關鍵技術知識點，然后學生實踐。例如，金融量化交易數(shù)據(jù)分析項目案例，其完整的精講鏈是：爬取網(wǎng)易財經(jīng)數(shù)據(jù)集http://quotes.money.163.com/stock；數(shù)據(jù)清洗并上傳至HDFS；使用Hive或MapReduce或Spark對股票數(shù)據(jù)進行分析，需要分析金融類全部股票2020年的總漲跌額，并排出上漲股票前十名，分析金融類股票2020年成交量最大的前十天，成交金額分別為多少，分析2020全年股票成交量前十名，并指出成交量第一的股票最新流通市值為多少；使用Django Echarts對分析數(shù)據(jù)進行可視化。

②研究性學習法。在課程教學過程中，設置了2～3次研討課環(huán)節(jié)，把科研項目部分任務布置給每一個學生小組，通過一周小組討論，在研討課上進行匯報交流。這種方式可以讓學生用類似科學研究的方式，主動去探索、發(fā)現(xiàn)和體驗，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。另外，對學有余力的學生，鼓勵、輔導他們申請國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和浙江省新苗人才計劃，嵌入教師科研項目，更深入地開展科研工作。

③任務驅(qū)動法。將所要學習的新知識隱含在一個或多個任務中，以任務為主線、教師為主導、學生為主體，緊緊圍繞任務活動中心，在問題動機驅(qū)動下，進行自主探索和互動協(xié)作學習，完成教學任務。例如，在學習《MapReduce基礎編程》專題內(nèi)容時，由于其與Java緊密聯(lián)系，筆者設置了一個文本數(shù)據(jù)集，其中包括如何并行處理、Map雙列集合類鍵值對如何統(tǒng)計處理、Iterable接口如何實現(xiàn)數(shù)值迭代統(tǒng)計等任務，一步步引導學生過渡到MapReduce編程實現(xiàn)中，很好地建立了Java語言編程和MapReduce編程的關聯(lián)性。

4.教學實踐

筆者所在學校的大數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡安全實踐基地于2019年1月獲得中央財政資助立項，實踐基地建設包含大數(shù)據(jù)開發(fā)實驗室(升級)、網(wǎng)絡安全實驗室(重新改造)、云計算應用實驗室(重新改造)三個實驗室的改造與升級。學校以“課證結合、學科競賽引領”為目標，購置了三大成熟的實驗室方案。學生通過學習可以參加浙江省大學生軟件服務外包創(chuàng)新應用大賽，可以考取數(shù)據(jù)工程師認證、MPP認證、Python認證等。完善的大數(shù)據(jù)開發(fā)平臺，為學生的課程學習提供了強大便捷的途徑。

5.教學評價

具有完善功能的教學質(zhì)量評價體系應該具備“閉環(huán)”特征，基于OBE的教學質(zhì)量評價模式關鍵在于動態(tài)、持續(xù)改進教學過程，以學生的學習成果為導向?！按髷?shù)據(jù)技術基礎”課程考核覆蓋學生平時出勤、實驗課表現(xiàn)、Seminar研討表現(xiàn)、期末大作業(yè)報告、期末大作業(yè)答辯、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)情況等，全面考核學生的學習成效。其中，針對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)情況，如果學習期間申報了國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目或浙江省新苗人才計劃、申請了計算機軟件著作權獲登記、撰寫了學術論文、申請了專利等，根據(jù)實際情況可以免去期末大作業(yè)報告和期末大作業(yè)答辯環(huán)節(jié)，或獲得期末加分獎勵，真正兼顧學生的學習和實踐創(chuàng)新能力。

● 結語

基于OBE理念的“大數(shù)據(jù)技術基礎”課程，通過一系列教學改革措施，激發(fā)了學生學習的熱情，調(diào)動了學生自主學習和科學研究的興趣，提高了學生的表達能力及創(chuàng)造力，形成了良好的校園創(chuàng)新文化氛圍。