关于道路工程专业人才数据处理能力提升的思考

韦 慧 袁梓杨

长沙理工大学交通运输工程学院 湖南长沙 410114

习近平总书记曾在讲话中强调高等教育的重要性，指出了对高等教育需求的迫切性，对科学知识、卓越人才渴求的强烈性。目前教育背景下训练出来的工程专业学生不论是在综合素质还是结构知识方面与工程实际需求仍有一定差距，工科学生教育仍存在较多不足。为此，对接新兴产业培养，顺应行业发展，既是第一要务，也是关键之举。当前迅猛崛起的大数据、云计算、物联网应用、人工智能、虚拟现实、智能建造等新技术冲击着各行各业的发展，这些新技术对数据处理分析能力的要求越来越高，而相关的专业技术人才却面临严重的供给不足。重视科研创新能力的培养，对研究生的培养教育极为重要。研究生是高校科研创新的主力军之一，数据处理相关的能力不仅是他们参与科学研究的必要素养，也是研究生教育的重要组成部分。数据处理相关课程教学内容的改革成为关系工科专业人才培养特色持续引领的关键，也是专业一流课程体系改革的要点和核心。如何整合数据处理交叉课程资源建立完整课程内容体系，使学生及时地了解和掌握数据处理理论的现状和发展动向，使数据处理理论的教学内容与现代观测技术发展趋势相适应，是工程教学内容改革的重要内容。

1 道路工程专业研究生的数学能力素养现状

道路工程专业是一个工程实践应用较强的专业，其数据处理具有专业特性，一些常用的模型如路面使用性能数学模型、路面疲劳损伤模型、路基边坡力学模型、统计模型等均涉及数据的分析处理。目前，道路工程专业涉及数学的课程主要由“矩阵论”“数值分析”“数理统计”“弹塑性力学”“道路工程结构数值分析方法”“随机过程”等组成。这些课程大多是一些“通识”课程，目前高校中极少有开设针对专业方向特点的数据处理的课程，更谈不上有专门的教材，这无疑给教学及学生实践带来了一定的困难。

良好的数据素养对科研能力的提升有锦上添花的作用。有学者通过分析学生的课程学习情况发现：数据能力培养相关课程在提高学生数据素养方面发挥了较大作用；不同学科对数据素养的需求具有差异性，数据素养教育与学生需求对接存在偏差。目前研究生教学中还缺乏对新观测技术和对应新数据处理理论的内容，如多传感器数据融合技术、智能决策技术、动态数据处理技术、大数据处理技术、优化算法等，更谈不上与学科特点相关的数据处理应用的实践。工科教学过程中不及时与实际工程相联系，就会使教学内容落后。目前道路工程专业在培养数据处理能力这一方面有明显不足，缺少系统地、有针对性地开展数据处理能力培养活动，难以满足学生对提升数据能力的需求，这也不同程度地影响了学生对专业基础课学习的积极性，有时甚至会影响学生的专业思想。我国研究生教育普遍实行导师制，研究生导师主要负责引导学生进行创造性学习、提高科研能力。但有学者调查发现，导师对研究生数据素养的重视程度整体还不算高，这对于提升研究生的教学质量极为不利。

近年来，一种不同于传统的教育理念OBE(Outcome Based Education，是一种以学生的学习成果为导向的教育方式)得到推崇。成果导向教育亦称为能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。美国工程教育认证协会(A-BET)在其工程认证教育中引入了OBE的理念，并将OBE作为其人才培养准则。该理念立足社会需要和人的全面发展，注重学生发展成果，聚焦于学生所学以及毕业后对社会的贡献，反过来对课程体系和教学环节进行及时调整，配置师资和教学资源，评估人才培养质量。成果导向教育正渐渐受到教育改革的重视，国内大学纷纷尝试建立与规划成果导向的教育模式，推动以成果为评价基准的课程与教学。

在OBE教育模式中，重点强调的是学生所学到的内容，而不是强调所用的学习方法和投入的学习时间。其核心问题是：想让学生取得的学习成果是什么？如何有效帮助学生获得相应的学习成果？如何知道学生已经取得了这些学习成果？OBE所奉行的教育理念以学生的能力培养、能力训练作为教学的首要目标，不会过分强调教学内容，而是根据学生学习的情况来推动教学进程。在OBE教育模式下，教师对学习成果的定位极为重要，在关注学生学习成果的基础上，有针对性地对设计教学活动和评价标准进行适当调整，以利于学生的学习。其优点可以概括为：①教育目标明确，学生可以通过观察课程内容而了解到学习活动需要达到的明确目的。②评价标准明确，一方面评价标准可以作为校方用来评价学生的学习成绩的重要指标，同时学生也可以通过对评价标准的认知与了解把握自身在学习活动上应当注意的方向。③评价指标多元化，通过不同的指标来对学生的能力素质进行综合评价，以避免评价主体对于教育对象的主观认识导致评价结果跟教育对象实际才能的偏差。

如何培养创新人才并使其发挥价值值得我们深思。近年来，我国培养的研究生人才数量逐年增多，但质量却与国际水准有着较大的差距。道路工程专业面对新形势，必须以道路工程新技术为导向，加强研究生发现问题、解决问题的能力。工程专业问题基本都来自实际工程应用，数据处理分析是解决工程实际问题的重要手段。OBE的最终目的在于能力的培养，为此，教学过程中强调数据处理相关知识与实际工程问题相结合，重视学生发现问题、提炼问题、分析问题和解决问题的能力培养是极为重要的。在此背景下，与数据处理能力相关的课程受到了广泛关注，道路工程专业课程体系设计也必须将能力培养作为首位，而非仅仅包含学术知识体系。否则，有可能会出现许多学生在科研中不会运用所学知识进行数据处理的情况，所以要在以提高学生能力的基础上，让学生学会合理设计监测、观测方案，并能从大量实测数据中获取有用信息，并掌握数据处理的基本理论与方法，这样才能使学生在遇到实际工程问题时能够合理地运用，最终具备一定工程计算及设计能力。

2 道路工程专业数据处理能力培养策略

2.1 强化研究生导师数据处理能力建设

导师是研究生学习生涯中的“引路人”，也是研究生在开展学术研究中的第一个“典范”，会在各方面对学生造成潜移默化的影响。要想培养研究生将专业和数学理论相结合的能力，首先导师在思想上要提高认识，充分认识数据能力提升对研究生学习以及自身在科研、工作和生活中的重要性。同时加强导师指导，强化研究生对数据处理能力的培养，有意识地培养其对自身数据能力提高的自觉性和主动性，了解和掌握其在科学研究中的作用。

其次在行动上，导师要加强自身多学科交叉学习，如夯实基础数学理论知识，加强人工智能、深度学习、Python、Origin、Matlab等相关技术和软件的学习。加强对数据处理能力相关知识研究，不断丰富自身知识，多走入工程一线，发现工程问题，并积极运用专业和数学理论知识解决问题，形成工程案例库，作为日常培养研究生数据能力提升的教材。通过生动的工程案例，让研究生在学习工程数据处理分析方法时想学、会学、会用。

2.2 道路专业数学素养课程改革

目前，大多数研究生多采用Excel、Matlab等软件进行数据整理和误差分析，如果学生缺乏一定的数学素养则会导致对实验结果进行误判，从而降低实验效率或者得出错误结论。高校对于研究生能力的培养也往往停留在数值计算、论文撰写、实验操作能力等方面，而在主动学习、数学理论运用、理论结合实际能力等方面的培养有所欠缺。课程体系上，道路工程专业涉及数学的课程主要由矩阵论、数值分析、数理统计、弹塑性力学、道路工程结构数值分析方法、随机过程等组成。这些课程大多是一些“通识”课程，是进行工程数据分析的基础。当前，多传感器数据融合技术、动态数据处理技术、大数据处理技术、人工智能、深度学习等技术在道路工程领域逐步得到了应用，通过引入新技术的算法来解决传统观测数据处理的问题。为此，在新一轮的研究生培养方案的制订过程中，应增加数据处理能力类课程的比例，尤其是当前一些热点如人工智能、深度学习等课程的学习。同时，授课教师队伍的配置也应进行相应的改革，不仅要包括数学类的理论老师，还应增加数学功底强的专业老师，在课程体系改革中引入工程案例教学，通过工程案例中的数学应用，充分发挥学生积极主动性，将理论联系实际，有效提升研究生分析解决实际问题的能力。通过案例分析，让研究生能够深刻感受到数据处理在实际应用中的重要性，引发他们对自身能力和实际应用需求之间差异的思考，从而产生对数学理论学习的动力，并积极运用所学理论知识分析具体案例，使个人的思维能力和数据分析以及处理能力都得到提升。

此外，还可以增设一些实验操作课程，通过实际的实验操作，调动学生自主思考的能力，启发学生主动思考如何将已学理论知识与实验有机结合，并深度思考如何有效采集数据和进行处理数据，让学生在动手的过程中对所学知识进行融会贯通，加深对实验的理解，提高研究效率。

2.3 充分发挥网络教育资源平台的优势

现在网络学习平台众多，知名高校数据处理能力教学资源的开放共享，让更多的研究生得到了锻炼学习。目前，线上学习的重要性逐步提高，网络教育也日渐成为获取知识的新途径。目前市面上有众多平台可供选择，例如超星学习通的网络教学平台，上面不仅有知名高校发布的数字资源，本校老师也可以在平台建立资源库，上传教学视频和资料，增加讨论主题，利用网络平台的便捷性开展形式多样的在线交流、主题讨论以及师生互动答疑等。凭借教学信息化，充分加强老师与学生、学生与学生之间的互动和交流更加便捷，学生讨论与探索的积极性也得到提升。通过网络教育平台，学生不仅能够同校内老师和学生进行交流，还可以同校外甚至国外的老师和专家进行探讨。对于研究生来说，相互交流以及互换意见能够有效地提高研究能力，形成一种良好的科研氛围。此外，通过知名高校的数据处理能力教学资源的开放共享，就算是普通高校的研究生也能够获取到这些高质量学习资料，这无疑是对研究生学习的巨大帮助和支持，使其获得更多学习与锻炼的机会。

但网络教育也有其短板，平台功能太多太杂、教学设计结构不合理、学习资源参差不齐等对研究生学习的主动性和专注度提高了要求，学习的深度也有可能不够。通过将网络教育平台同导师自我提升以及教育改革的有机结合，能够发挥各自的优势，提高数据处理能力教学效率，降低研究生获取资源的难度，提高学习主动性和积极性，从而提高研究效率，起到1+1+1>3的效果。但是想要将其落实并发挥出应有的作用不仅仅需要得到各方的重视，而且要充分合作并为此付出一定的努力。

3 总结

数据处理是研究生完成科研的一个重要过程，也是研究生教育不可或缺的一部分，能够正确处理数据应该是每一位工科研究生的基本素养。在高等工程教育推动成果导向教育的过程中，一致强调能力本位。时至今日，我国在校研究生数据素养参差不齐，国内各大高校在数据能力培养方面还有很长一段路要走。科学研究离不开数据分析，数据是大部分科研活动的事实依据，大多数科学结论都建立在数据的基础上。随着交通大数据、物联网、人工智能、5G网络、北斗技术等相关技术和理念的出现，道路工程中数据处理技术与现有教学内容都将发生深刻的变化，重新定位道路工程核心课程教学目标，以研究生培养目标为导向，梳理道路专业核心课程的教学内容，完善数据处理技术相关课题的设置是极其必要的。对于优化研究生教学体系，提升研究生的科技创新能力，增强科研成果的说服力有着重要意义。