数据科学新工科专业“12345”课外实践教学改革探索

钟茂生 吴水秀 曾雪强 罗玮

摘要 数据科学与大数据技术作为高校近几年开设的新工科专业，如何培养学生的创新意识，提高学生解决实际问题的能力，是当前专业建设中面临的迫切问题。文章提出了“项目驱动、竞赛激励、教师指导、学研结合”的课外实践教学改革总体思路和“12345”课外实践教学改革方案，并提出以“搭平台、建机制、抓活动（项目+竞赛）、出成果”逻辑思路，通过强化平台和机制建设，抓项目研发和学科竞赛活动等措施，培养学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。为新工科专业课外实践教学提供了有益参考。

关键词 数据科学；新工科；课外实践教学；项目驱动；竞赛激励

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.021

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1-2]，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验。新工科基本要求是培养多元化、创新型卓越工程人才，以适应当今的新科技、新工业和新经济时代的人才需求。

数据科学与大数据技术专业，属于典型的新工科专业[3]，旨在培养学生具有大数据思维、掌握计算机理论、数据科学理论和大数据处理技术，并能针对大数据应用（即数据管理、系统开发、海量数据分析与挖掘）中各种典型问题提出解决办法，具有将领域知识与计算机技术和大数据技术融合、创新和解决实际问题的能力，能从事大数据研究和应用系统开发工作。

鉴于“数据科学与大数据技术”是国内刚开设不久的新专业，需要大数据真实环境才有助于学生的培养。这对于很多以文理见长、无大数据实践环境的非工科类大学，如何在新工科背景下，切实有效做好专业实践教学[4]，培养学生将领域知识与计算机技术和大数据技术融合、创新和解决实际问题的能力，是当前专业建设中面临的迫切问题。

论文提出了“项目驱动[5-10]、竞赛激励[11-13]、教师指导、学研结合”的课外实践教学改革总体思路和“12345”的实践教学改革方案。该方案在本校经过三年多的探索实践，本校数据科学专业学生的培养质量明显提升，具有显著的效果。

1课外实践教学改革总体思路

针对“数据科学与大数据技术”新工科专业现状和特点，借鉴现有计算机大类专业在培养实践能力方面的先进经验，本专业提出以培养学生的创新精神、拼搏精神和团队意识为根本目标，充分发挥现有科创平台和奖励激励机制、科教融合[13-17]、产教融合[17-22]协同育人机制，实行“项目驱动、竞赛激励、教师指导、学研结合”为总体思路的“12345”实践教学改革实施方案，调动教师指导和学生参与的积极性、主动性，切实提升课外实践教学活动的质量和水平，培养学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。专业实践教学改革的总体思路如图1所示。

基于上述总体思路，作者制定了“12345”实践教学改革实施方案，整个实施方案的具体内容如下：

①确定“1”个目标，即：培养学生的实践能力、创新精神、拼搏精神和团队意识；

②探索“2”条新途径，即：在现有课程实验、课程综合训练、毕业设计基础上，新增加：项目研发、学科竞赛两条课外实践途径；

③利用“3”类平台，即：学校大学生双创中心、学院大学生科技创新平台、学院省级科研平台（含导师实验室）；

④培养“4”个层次的实践能力，即：提出問题能力→分析设计能力→组织实施能力→实践创新能力；

⑤实行“5”个一培养标准，即学生在大学四年至少有下面的经历或成果：参加一次计算机信息技术竞赛（如ACM、计算机大数据类设计大赛、蓝桥杯等等）、参与一个项目的研发、获一项科技成果（论文、专利和软著）、有一次不少于一个月的企业实习经历、获一个职业资格证书（如软考证）。

2课外实践教学改革主要措施

根据上述课外实践教学改革思路和改革实施方案，课题组以“搭平台、建机制、抓活动（项目+竞赛）、出成果”为逻辑思路，从平台、机制两方面提出具体的建设和改革方法，推出相应的改革举措，并对平台和机制建设进行评价反馈和改进，整个课外实践教学改革实施的逻辑流程如下图2所示。

2.1强化科创平台与培管机制建设

为提高学生科技创新意识和能力，培养创新型卓越工程人才，首先需要强化科创平台和培管机制建设。从以下几个方面来强化科创平台建设：①与省内外企业和科研院所进行产教合作和科教合作共建实习基地；②利用学校的大学生双创中心；③利用现有的省部级科研平台；④搭建“大学生科技创新平台”。科创平台以培养学生的创新意识、创新思维、创新精神和创新能力为目标，开展有组织、有保障、有激励、有支撑和开放式的活动和项目研发，使学生有兴趣学、有项目做，掌握方法、锻炼能力、提高水平、取得成果。进入科创平台的活动与项目将第一课堂和第二课堂对接，思政教育和创新培养融合，校内活动和校外参与贯通。

科创平台除硬件建设外，还要加强人才培养、成果认定、支撑保障和考核激励等机制建设。人才培养机制遵循分层指导原则，包括普及教育、能力训练和重点培养三个层级；成果认定机制是对学生获得的成果进行水平认定、奖励标准和学分认定；支撑保障机制是规定科创平台的组织保障和支撑服务；考核激励机制需要规定科创平台如何进行考核和奖励激励，推进平台建设提质量上水平。通过构建人才培养、成果认定、支撑保障和考核激励为内容的培管机制，有助于调动科创平台师生的积极性和主动性，有利于通过科创平台培养创新型卓越工程人才，同时也鞭策指导教师不断学习，更好地指导和培养学生，形成人才培养和教学科研的良性循环。

2.2落实项目驱动与竞赛激励机制

项目驱动是将专业教学与科研项目研发有机地结合起来，为学生更好地利用专业知识、解决实际问题提供抓手的一种形式。指导教师以自己承担的科研项目为逻辑起点，组建本科生项目研发小组，实行项目（任务）驱动机制。通过项目驱动，使本科生进入科创平台或科研实验室后，能够在专业教师指导下，学生开展项目讨论、设计和项目的研发，在研发过程中提出解决问题的新思路、新方法和新技术，并将创新成果撰写成论文予以投稿发表，或申请专利、软件著作权，以培养学生的自主学习能力、实践动手能力、创新创造能力及独立思考的能力，并促进指导教师教研相长、以教助研。

学科竞赛对培养大学生的创新意识、实践动手能力和团队合作精神具有重要的促进作用。专业教师可以在科创平台支持下，选拔学生开展数学建模竞赛、计算机电子设计大赛、计算机程序设计大赛（如ICPC、CCPC、天梯赛、蓝桥杯等）、大数据竞赛等等，并通过“一中心三阶段”竞赛培养机制和“双主体多形式”竞赛激励机制，来有效促进大学生的创新意识和实践能力的培养。

“一中心三阶段”竞赛培养机制中的“一中心”是指以学生创新能力培养为中心，“三阶段”是按照不同阶段学生的特点，将学生从新生入校开始的培养全过程，由浅入深地划分为基础普及、进阶训练和竞赛实战3个阶段；“双主体多形式”竞赛激励机制中的“双主体”是指对参与竞赛的学生和指导教师同时进行奖励激励；“多形式”是指对学生进行学分认定、评优评先、物质奖励、硕士推免加分等多形式奖励激励，对参与指导学生竞赛的教师作为业绩评价、年度考核和聘期考核、评优评先、职称晋升等奖励激励的依据。通过“双主体多形式”竞赛激励机制，既可引导学生积极主动认真参与各种竞赛，激发学生的学习动机，促使学生不断提高自主学习能力，有助于培养大学生的创新精神和实践动手能力，提高人才培养质量，也让指导教师能全身心投入到学生指导过程中，通过奖励激励提升指导教师的获得感和成就感。

2.3深化科教融合与产教融合机制

针对数据科学与大数据技术专业的多学科交叉、面向行业应用的特点，专业提出“项目联合开发、学生联合培养、科技成果共享、多方合作共赢”的科教融合机制，与省内科研院所（如省计算技术研究所、气象科学研究所、交通运输研究院）紧密合作，开展面向气象水文、交通运输、水利电力行业的大数据应用研究和项目研发，将科研院所的平台设施作为数据科学专业学生的学习平台与实践环境，落实“联合互补、共享共赢”的科教融合机制，用于培养学生的科研创新能力和工程实践能力。

数据科学与大数据技术专业必须与企业和行业加强合作，否则专业课程的教学缺乏大数据应用和实践案例，课程教学停留在书本、停留在教室，与实践脱節，难以让学生深入理解专业知识，更谈不上提高实践动手能力和培养科研创新能力。产教合作的内容包括：校企联合制定培养目标和培养方案、优化课程体系和教学内容、建设一流课程与开发在线课程、建设实验实践条件，推进大数据领域项目合作研发，安排技术人员来校做大数据领域的专题技术报告，假期派遣学生进企业实习，企业技术人员对学生进行技术指导等等，通过细化内容，实施产学合作、协同育人，真正推动社会优质资源向育人资源转化。

3实践教学改革成效

为验证上述课外实践教学改革总体思路和“12345”的实践教学改革方案的可行性和效果，作者将整个方案和改革措施用于我校的数据科学与大数据技术专业进行试点实践。经过2018～2021四级学生4年实践表明，本专业学生在课题申报和研究、项目开发、竞赛获奖、论文发表、软件著作权/专利申报等方面取得了可喜的成绩，具有显著的效果，尤其是本专业2018、2019级学生保研数量上取得了领先学院其他所有专业（学院2018级有计算机科学与技术、物联网工程、网络工程、数据科学与大数据技术4个专业共计356人，2019级四个专业共计403人）的好成绩，表1是本专业每个年级到目前为止在上述各项任务中的参与人数（和获得成果的人次）。

从表1可以看出，通过实行课外实践教学改革措施，本专业很多学生积极参与学术课题研究和项目研发，参与学科竞赛和竞赛获奖的人次显著增加，彭龙同学本科期间即在SCI二区期刊发表学术论文（见表2），该同学已经推免保送到中国科学技术大学攻读硕士研究生。

表3是计算机学院2018级、2019级各专业学生数及学生推免保研人数和占比。从表3可以看出，数据科学专业的推免保研学生人数比例明显超过其他专业。

4结语

数据科学与大数据技术作为近几年开设的新工科专业，由于校内缺少行业大数据的实际现状，如何在新工科背景要求下，切实有效地做好专业实践教学，培养学生将领域知识与计算机技术和大数据技术融合、创新和解决实际工程问题的能力，是当前专业建设中面临的迫切问题。本文在省级教改课题支持下，提出“项目驱动、竞赛激励、教师指导、学研结合”的课外实践教学总思路，制定了“12345”实践教学改革实施方案，以“搭平台、建机制、抓活动（项目+竞赛）、出成果”为工作逻辑，提出从平台、机制两方面进行建设和改革，并推出相应的改革举措，在本专业学生培养过程中进行探索和实践，取得了显著的效果。本文的工作为培养适应新科技、新工业和新经济时代的创新型卓越工程人才提供科学可行的新方案，为新工科专业的课外实践教学提供有益的参考模式。

基金项目：江西省高等学校教学改革研究课题（JXJG-18-2-24，JXJG-21-2-27）；江西师范大学教学改革课题（JXSDJG1766，JXSDJG2043，JXSDJG1945）。

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