基于應(yīng)用型本科大數(shù)據(jù)概論課程的多元化教學(xué)實(shí)踐研究

楊軍，寧玉富，楊菲菲，王俊玲

（山東青年政治學(xué)院，山東濟(jì)南 250000)

1 大數(shù)據(jù)概論的課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)

為了讓學(xué)生更好地在學(xué)習(xí)中熟練掌握大數(shù)據(jù)的理論和技術(shù)，將課程分為理論和實(shí)驗(yàn)課，不僅能夠讓學(xué)生了解大數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容，并且可以熟練操作大數(shù)據(jù)的基本架構(gòu)和技術(shù)，讓學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)有初步的了解。

該課程重點(diǎn)讓學(xué)生理解并掌握六個(gè)方面的內(nèi)容：大數(shù)據(jù)處理架構(gòu)Hadoop、HDFS基本操作、分布式數(shù)據(jù)庫Hbase基本操作、MapReduce開發(fā)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)可視化、Storm 流計(jì)算框架、Spark、圖計(jì)算[1]。認(rèn)識(shí)大數(shù)據(jù)Hadoop 平臺(tái)的安裝、自動(dòng)化部署以及安裝配置的方法，掌握運(yùn)行和管理該集群；深入學(xué)習(xí)Hadoop 的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)和安裝方式，理解Hadoop 的運(yùn)行方式；掌握HDFS 的相關(guān)概念、體系結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)原理、常用命令、Web 界面；了解大數(shù)據(jù)讀寫過程；理解常用Java API；掌握MapReduce 的工作流程，了解MapReduce 簡單編程方法；理解MapReduce 的具體應(yīng)用；掌握HBase 的數(shù)據(jù)模型及常用的Shell 命令；了解HBase 的實(shí)現(xiàn)原理、運(yùn)行機(jī)制；理解訪問接口；掌握可視化工具；了解數(shù)據(jù)可視化的重要作用及類型；理解Spark 的工作原理和基本操作；理解Hive 的工作原理和基本操作[2]。具體課程內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配如表1所示。

表1 大數(shù)據(jù)概論課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配

大數(shù)據(jù)概論課程旨在介紹大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的基本概念、技術(shù)、應(yīng)用和挑戰(zhàn)，主要介紹大數(shù)據(jù)的基本概念、特點(diǎn)、來源以及在現(xiàn)代社會(huì)中的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域；數(shù)據(jù)的獲取、收集、存儲(chǔ)和處理，涵蓋傳感器、社交媒體、日志文件等數(shù)據(jù)來源以及數(shù)據(jù)庫、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)等存儲(chǔ)技術(shù)；數(shù)據(jù)清洗、去噪、填充缺失值等預(yù)處理技術(shù)；數(shù)據(jù)分析和挖掘的基本方法包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)可視化、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、聚類和分類等技術(shù)；分布式計(jì)算框架如Hadoop 和Spark 以及并行計(jì)算、批處理和流處理技術(shù)，用于高效處理大規(guī)模數(shù)據(jù)；探討數(shù)據(jù)可視化方法；大數(shù)據(jù)隱私保護(hù)和安全問題，討論數(shù)據(jù)泄露、身份識(shí)別等風(fēng)險(xiǎn)以及加密、訪問控制等保護(hù)方法；大數(shù)據(jù)在不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，如商業(yè)智能、金融分析、醫(yī)療保健、社交網(wǎng)絡(luò)分析等，通過案例研究幫助學(xué)生理解實(shí)際應(yīng)用場景；大數(shù)據(jù)倫理、隱私權(quán)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等法律和道德問題引導(dǎo)學(xué)生思考在數(shù)據(jù)收集和使用中的道德準(zhǔn)則；大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢討論可能的技術(shù)進(jìn)展、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展以及面臨的挑戰(zhàn)[3]。

2 課程教學(xué)中存在的問題與多元化教學(xué)實(shí)際意義

在實(shí)際教學(xué)過程中，大數(shù)據(jù)概論的教學(xué)存在諸多問題。比如枯燥的大數(shù)據(jù)入門知識(shí)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；由于不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)有效性的整體水平不一致；學(xué)生缺少學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，主動(dòng)性和積極性不高。

對(duì)于存在的問題，利用多元化教學(xué)的方式，可以提供更豐富、更有效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，滿足不同學(xué)生的需求和學(xué)習(xí)風(fēng)格。多樣化的教學(xué)方式可以從不同角度、不同途徑來呈現(xiàn)知識(shí)，幫助學(xué)生從多個(gè)維度理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，有助于培養(yǎng)深層次的理解和分析能力。通過實(shí)際案例、項(xiàng)目、討論等形式，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)問題解決和創(chuàng)新思維能力，通常涉及小組合作、討論等活動(dòng)，這有助于學(xué)生培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作、溝通和協(xié)調(diào)的能力，為將來的職業(yè)生涯做好準(zhǔn)備。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與和自主學(xué)習(xí)，學(xué)生需要根據(jù)自己的需求和興趣選擇合適的學(xué)習(xí)方式，從而培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。在增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)技能和人際關(guān)系方面，多樣化的教學(xué)可以通過小組合作、討論和交流促進(jìn)學(xué)生之間的互動(dòng)和交流，增強(qiáng)他們的社會(huì)技能和人際關(guān)系，使他們更好地適應(yīng)社會(huì)和未來的工作環(huán)境。在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力方面，多元化教學(xué)可以通過不同的教學(xué)方法和策略，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造力、溝通能力、合作精神等多種能力和素質(zhì)，使其更加具備全面、綜合的能力。

3 大數(shù)據(jù)概論多元化教學(xué)理念

1)大數(shù)據(jù)概論課程要著眼于工科學(xué)生的職業(yè)發(fā)展。在目前的云大物移智時(shí)代，大數(shù)據(jù)技術(shù)很大程度上影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展和世界格局。作為新一代的工科學(xué)生，務(wù)必要學(xué)以致用，所以課程教學(xué)理念要定位在人的綜合發(fā)展上，尤其是以信息技術(shù)素養(yǎng)能力和個(gè)性為核心的發(fā)展。而課程改革更要培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)思維，在信息采集、信息存儲(chǔ)和信息處理方面的處理問題的能力以及發(fā)現(xiàn)問題和思考問題的能力。同時(shí)，課程改革還要培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的個(gè)人品質(zhì)，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)創(chuàng)新的能力、分析處理問題的能力以及生存和發(fā)展的能力。

2)有教無類地面向每一位同學(xué)。在課程教學(xué)實(shí)施中，要保持不放棄每位同學(xué)的心態(tài)，面向全體學(xué)生綜合考慮，了解每位學(xué)生的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢，引導(dǎo)開發(fā)其信息技術(shù)潛能，力爭讓每位學(xué)生都具備一定的動(dòng)手能力和操作能力，讓每位學(xué)生踏入不同的發(fā)展領(lǐng)域，將來成為不同層次、不同規(guī)格的信息技術(shù)人才。

3) 加強(qiáng)學(xué)生在信息科技思維的全面綜合發(fā)展。該教學(xué)理念始終貫徹讓同學(xué)們?nèi)姘l(fā)展的思路，該課程提出了對(duì)大數(shù)據(jù)技能與知識(shí)、方法與原理的教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到了對(duì)目前信息技術(shù)思維的整體覆蓋，讓學(xué)生從大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)到大數(shù)據(jù)原理的整體知識(shí)的普及以及在實(shí)際生活中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用[4]。

4)全面始終貫徹素質(zhì)教育，講授專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，拓寬專業(yè)學(xué)習(xí)和交流的界面。

5)借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)為學(xué)生提供豐富的自學(xué)材料，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行多方面的訓(xùn)練，開拓學(xué)生專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域的寬度和廣度。

6)在課程中加入工程認(rèn)證思維，通過課程講授、實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)的教學(xué)手段，深化對(duì)大數(shù)據(jù)概論課程內(nèi)容的把握和理解，提升學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)知識(shí)整體的掌握。大數(shù)據(jù)概論課程以理論和實(shí)驗(yàn)為主，在實(shí)際教學(xué)中以工程認(rèn)證為背景，通過課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，在一定程度上激發(fā)鉆研精神和培養(yǎng)研究能力。

7)通過搜集教材知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的大數(shù)據(jù)案例，并且邀請(qǐng)國內(nèi)知名專家學(xué)者的大數(shù)據(jù)專題講座，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)云大物移智時(shí)代大數(shù)據(jù)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。

4 大數(shù)據(jù)概論多元化教學(xué)設(shè)計(jì)

1)課程考核方式及其創(chuàng)新點(diǎn)

大數(shù)據(jù)概論課程考核包括平時(shí)考核和期末考核。平時(shí)考核包括：作業(yè)、實(shí)踐成績等。實(shí)踐成績從操作過程、創(chuàng)新能力、操行表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等多方面進(jìn)行考核，操作過程滿分60 分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告滿分30 分，創(chuàng)新能力滿分10分，操行表現(xiàn)從考勤、安全和態(tài)度與文明三方面考核，只減分不加分，記錄實(shí)踐成績。實(shí)踐成績按加權(quán)值計(jì)入課程成績。期末考核采取筆試開卷形式，理論考核成績以百分制計(jì)，主要考核學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)的基本知識(shí)、基本理論、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等內(nèi)容的掌握情況。期末考試試題依據(jù)工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

在考核內(nèi)容與要求方面，主要包括如下方面：操作過程：學(xué)生聽課情況，操作過程中大數(shù)據(jù)平臺(tái)的獨(dú)立使用及熟練程度。完成情況：學(xué)生作業(yè)及測試的完成情況。創(chuàng)新能力：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的創(chuàng)新思維體現(xiàn)。日?？记冢哼t到、早退及曠課情況。態(tài)度與文明：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的組織紀(jì)律、操作規(guī)范、學(xué)習(xí)態(tài)度及服從管理等情況。實(shí)驗(yàn)報(bào)告：學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況。理論考核：學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)理論及應(yīng)用知識(shí)的掌握情況。

本課程的實(shí)踐教學(xué)包括課堂實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外實(shí)踐。課堂實(shí)踐包括課堂討論、小組辯論等形式，以培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和學(xué)術(shù)語言表達(dá)的嚴(yán)密性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)可視化等環(huán)節(jié)典型軟件的安裝、使用和基礎(chǔ)編程方法，內(nèi)容涵蓋操作系統(tǒng)(Linux 和Windows)、開發(fā)工具(Eclipse) 以及大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)、軟件(Hadoop、HDFS、MapReduce、HBase、Hive、Spark、MySQL、MongoDB、Redis、R、D3、ECharts)等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)。課外實(shí)踐包括教學(xué)觀摩、研究性學(xué)習(xí)、參加學(xué)科競賽等形式，目的在于使學(xué)生通過實(shí)踐性教學(xué)，學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)理論分析現(xiàn)實(shí)中的問題，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力、分析問題能力、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。

2)多元化教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

根據(jù)授課對(duì)象的特點(diǎn)和課程類型，對(duì)大數(shù)據(jù)概論課程采用多元化教學(xué)方法，如課堂講授、案例演示、問題導(dǎo)向、小組互助等多種教學(xué)方法相結(jié)合。加強(qiáng)多媒體展示、模擬實(shí)踐、上機(jī)指導(dǎo)等多種教學(xué)手段，采用引導(dǎo)式教學(xué)。在授課時(shí)以現(xiàn)實(shí)中的案例為例引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)，避免灌輸式教學(xué)，以達(dá)到更好地理解和掌握知識(shí)點(diǎn)的目的。

第一，反轉(zhuǎn)課堂。通過讓學(xué)生在課堂外預(yù)習(xí)大數(shù)據(jù)概論教材和視頻等資源，然后在課堂上對(duì)大數(shù)據(jù)概論知識(shí)進(jìn)行深入的討論和分析，提高學(xué)生的思考和理解能力。結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)和學(xué)生討論，讓學(xué)生參與問題解決和知識(shí)探討中，同時(shí)結(jié)合課堂上的提問和討論，評(píng)估學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和運(yùn)用能力。

第二，個(gè)性化學(xué)習(xí)。根據(jù)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和風(fēng)格，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃和教學(xué)資源，讓學(xué)生在自己的舒適區(qū)內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用多樣的教學(xué)方法和資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的參與度，讓學(xué)生更好地在活動(dòng)、討論、實(shí)驗(yàn)等互動(dòng)性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)境中保持專注和投入。

第三，項(xiàng)目學(xué)習(xí)。通過組織學(xué)生參與實(shí)際的項(xiàng)目活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們解決問題的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，在每個(gè)模塊中引入實(shí)際案例，展示大數(shù)據(jù)在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的興趣。

第四，課程實(shí)踐環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)中注重運(yùn)用案例教學(xué)、討論式教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等教學(xué)方法和網(wǎng)絡(luò)課程、多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段，進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生系統(tǒng)地掌握該課程的基本原理、基本原理和知識(shí)。

第五，實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和線上的大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)理論作業(yè)和實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生既能理解概念，又能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)練習(xí)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等綜合實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)式教學(xué)能夠極大地提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

第六，將學(xué)生作為課外專業(yè)實(shí)踐活動(dòng)的主體，依托本學(xué)院的大數(shù)據(jù)專業(yè)教師、學(xué)工及學(xué)生會(huì)積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生們自主開展大數(shù)據(jù)專業(yè)創(chuàng)業(yè)實(shí)踐、創(chuàng)新活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)踐能力。例如，積極組織學(xué)生參加大數(shù)據(jù)競賽、互聯(lián)網(wǎng)大賽、數(shù)據(jù)挖掘比賽等活動(dòng)以及學(xué)院和其他各部門組織的學(xué)術(shù)探討和科學(xué)研究活動(dòng)。同時(shí)，提供在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，包括課程資料、討論區(qū)、在線測試等，便于學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)和交流

大數(shù)據(jù)概論課程是大數(shù)據(jù)技術(shù)入門課程，是一門理論性和應(yīng)用性都較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。課程需要系統(tǒng)全面地介紹關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用的基本知識(shí)和技能，所以在課程設(shè)計(jì)思路上，要充分體現(xiàn)“貼近學(xué)生實(shí)際，貼近大數(shù)據(jù)工作要求，貼近后繼課程需要，貼近科技進(jìn)步”，教學(xué)內(nèi)容以實(shí)用為目標(biāo)，重點(diǎn)涵蓋最新技術(shù)。利用線上線下混合式教學(xué)方式，大數(shù)據(jù)課程教學(xué)需要大量上機(jī)實(shí)踐，這些實(shí)踐內(nèi)容的詳細(xì)步驟是無法通過課堂時(shí)間介紹清楚的，需要學(xué)生在課后摸索實(shí)踐[5]。

5 總結(jié)

基于大數(shù)據(jù)概論課程，本文討論了在應(yīng)用型本科專業(yè)核心課中使用多元化教學(xué)的方案[6]。多元化教學(xué)是一種教學(xué)方法，旨在更好地滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣，提高學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)綜合能力，增加學(xué)習(xí)樂趣，更好地適應(yīng)未來發(fā)展。