学科竞赛融入数据科学与大数据技术专业实践教学的探索

高艳 刘海峰 徐丽丽

摘 要：数据科学与大数据技术专业是新增的本科专业，也是一门实践性很强的计算机类专业。目前，专业实践教学中存在着教学内容不够丰富、知识点孤立、考核方式单一等问题。本研究根据课题组所在高校学生实际情况，阐述了如何将学科竞赛相关内容融入到基础实验课程以及综合实践课程中，进行有效的设计、实施及保障，最终提高学生的实践操作能力、创新应用能力、团队协作能力以及学生就业率等，为其他院校实践教学的改革提供一定的借鉴意义。

关键词：学科竞赛；实践教学；数据科学与大数据技术

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目（编号：J20221441）

作者简介：高艳（1985— ），女，晋中信息学院副教授，研究方向为大数据及人工智能；刘海峰（1987— ），男，晋中信息学院讲师，研究方向为计算机应用技术；徐丽丽（1991— ），女，晋中信息学院讲师，研究方向为大数据技术、人工智能。

数据科学与大数据技术（以下简称“大数据”）专业是在各行各业对数据处理、数据分析、大数据开发等人才需求不断增加的背景下产生的新兴专业。课题组所在的晋中信息学院大数据专业从2018年开始招生，目前已经有一届毕业生。大数据专业的教师，在进行了一轮的教学之后，对该专业的实践课程有了一定的了解，可以对实践课程进行有效改革。同时，晋中信息学院作为应用型本科院校，在人才培养方案的修订过程中一直都在强调加大实践课时比例，而如何进行实践教学才能更好地实现人才培养的要求，如何更好地培养大数据专业学生的实践操作能力、综合应用能力、创新能力，进一步满足市场发展的需要，也是迫切需要思考的问题。

学科竞赛作为培养大学生创新能力和团队合作意识的有效途径和重要载体，在创新人才培养中发挥越来越重要的作用。将学科竞赛与实践教学环节紧密结合，通过学科竞赛能很好地提高学生的团队协作能力和创新能力，同时也能促进实践教学改革。将学科竞赛知识融入到实践教学中，对培养学生的实践操作能力、创新应用能力、团队协作能力以及培养适应市场发展需求的人才起着不可或缺的作用。

一、大數据专业实践教学现状

目前，大数据专业的实践教学环节主要包括课程实验、课程实践和综合实践。课程实验是指一门课程既包含理论课又包含相应的实验课。课程实践是单独的实践课程，与某门具体的课程相对应。如大数据专业下的大数据技术原理与应用课程包含理论课和实验课，同时还对应一门大数据基础实践课程。课程实践设置的目的是针对某门课程在课程实验基础上的综合实践。综合实践是学生在学完多门课程之后才可以进行的实践课程，如大数据综合实践，在实践内容中包含数据采集、存储、分析以及可视化等步骤，在此基础上完成综合的案例。大数据专业实践教学主要存在以下问题：

（一）实践教学内容不够丰富，专业实践深度不够

大多数的专业实践课程都是验证型实验，主要就是教师先操作一遍实验，然后学生跟着做，完成该节课的实验内容即可，实验本身缺乏设计性和综合性，不仅没有调动学生的积极性，而且学生的实践操作能力和综合应用能力也没有得到提升。

（二）各个实践教学环节彼此独立，缺乏系统性

现有的实践教学包括有课程的实验，与课程相对应的课程实践以及综合实践。在实际的实践教学中通常没有考虑到课程与课程之间的联系，无法实现全面提升学生的实践能力、创新能力、团队协作能力等具体目标。

（三）各个实践教学知识点彼此孤立，缺乏整体性

目前，教学过程都是按照所选教材的编排顺序进行教学，在前后衔接和联系上较为零散，实践教学根据教学内容和进度开展，知识点较为孤立，使得学生容易孤立地看问题，缺乏整体性思维，不能将知识融会贯通。

（四）实践教学考核方式单一，学生重视不够

实践课程内容没有制定明确的考核评分标准，实践课程的最终考核成绩大多是根据提交的实验报告和上课时学生给教师留下的印象给定实践考核成绩，导致学生认为只要按时提交实验报告和课程设计就很容易得分，自然而然认为实践课程在整个课程教学中并不重要。

二、学科竞赛选择

学科竞赛是在学生掌握了一定专业知识的基础上，引导学生运用学过的知识或技术解决实际问题的创新性活动，是提升大学生创新能力、实践能力的重要抓手。学科竞赛一般分为教育主管部门、行业协会和企业组织三种类型。

2022年2月，中国高等教育学会发布了56项教育部官方认可的、含金量高、具有参赛价值的学科竞赛项目。在这56项竞赛项目中，大数据专业学生可以参加的竞赛项目有中国“互联网+”大学生创新创业大赛、ACM-ICPC国际大学生程序设计竞赛、中国大学生计算机设计大赛、中国高校计算机大赛——大数据挑战赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛（以下简称“蓝桥杯大赛”）、“中国软件杯”大学生软件设计大赛。但在这些竞赛项目中，除了中国高校计算机大赛有专门的大数据挑战赛，其他竞赛计算机类学生都可以参加。大数据专业的学科竞赛现阶段主要是行业协会和企业组织的学科竞赛，如阿里巴巴天池大数据竞赛、全国大学生大数据分析技能竞赛、全国高校计算机能力挑战赛等。

目前，晋中信息学院大数据专业学生参加过的学科竞赛包括“蓝桥杯大赛”、中国“互联网+”大学生创新创业大赛以及全国电信和互联网行业职业技能竞赛大数据分析师竞赛，最好的成绩是“蓝桥杯大赛”省级二等奖。由于对学科竞赛重视不够，没有将学科竞赛和实践课程有效结合，参赛前仓促组队，导致竞赛成绩不太理想。

现阶段根据学校大数据专业学生参与学科竞赛的情况，应该选择一个程序设计类竞赛来提高学生的基本编程能力和一个专业学科竞赛来加强学生的专业实践应用能力。因此选择“蓝桥杯大赛”和阿里巴巴天池大数据竞赛两个学科竞赛，将其知识点融入到大数据专业实践教学中，并鼓励学生及相关教师加入到学科竞赛中，让师生对学科竞赛都有一定的认知和了解。当学生参加这两个学科竞赛形成一定规模，并形成有效的教师指导团队和学生竞赛团队后，可进一步参加其他的学科竞赛。

三、学科竞赛融入实践教学设计

学科竞赛能够融入到专业实践教学中，学生学完数据结构课程和程序设计语言类课程之后，可以参加程序设计类竞赛（如“蓝桥杯大赛”），学完数据分析与处理、大数据技术原理、Spark大数据开发、数据可视化及机器学习之后可以参加大数据竞赛（如阿里巴巴天池大数据竞赛）。

（一）课程实验设计

“蓝桥杯大赛”包括C（或C++）语言、Java语言以及Python语言赛道，每个赛道又可以分为研究生组、大学A组、大学B组和大学C组，并且有相应的考查范围如下（以C语言和Java语言考查范围为例，带*内容为大学A组和研究生组考查）。计算机算法：枚举、排序、搜索、计数、贪心、动态规划、图论、数论、博弈论*、概率论*、计算几何*、字符串算法等。数据结构：数组、对象/结构、字符串、队列、栈、树、图、堆、平衡树/线段树、复杂数据结构*、嵌套数据结构*等。

针对学生的实际情况，选择“蓝桥杯大赛”大学B组历届真题的编程案例融入到程序设计语言类以及数据结构与算法的实践教学中，在原有验证性实验的基础上，将程序设计语言与实际案例相结合，不仅能够考查学生应用所学知识解决实际问题的能力，而且激发学生积极主动探究知识、解决问题的兴趣。

（二）综合实践设计

阿里巴巴天池大数据竞赛拥有国内较大的大数据众智平台，具体竞赛项目包括学习赛、程序设计大赛、可视化大赛及算法大赛等。对于初学者来说可以先参加学习赛，然后再参加算法大赛等。这里主要介绍机器学习算法竞赛。竞赛题目以现实中的实际业务为背景，通过相应的机器学习算法来解决各种应用场景中的业务痛点，实战型和应用型强，同时也有丰厚的奖励。竞赛的流程一般包含数据探索、特征工程、模型训练及调优。

选择阿里巴巴天池大数据竞赛中学生对背景知识相对熟悉的题目如产品关联分析、用户情感可视化分析、阿里移动推荐算法挑战赛，加入到数据分析与应用、机器学习课程的实践教学中，通过实际赛题案例的讲解，学生对自己所学知识的实际应用有了更深入地了解，更能激发学生求知的欲望。

四、学科竞赛融入实践教学实施

（一）课程实验的实施

课程实验课时相对较少，以学生对知识点的掌握为主。具体实施时可以分以下三个步骤。首先，通过验证型实验让学生对理论课程所讲知识点进行巩固；其次，针对不同课程融入学科竞赛知识点，如程序设计类课程加入“蓝桥杯大赛”知识点，这一阶段教师讲授竞赛题目并进行编程讲解，加深学生对知识点的应用理解；最后，再次选择竞赛题目让学生自己针对竞赛题目要求完成编程，提升学生应用知识点解决实际问题的能力。通过三个步骤的学习，学生对相关课程知识点和实际应用有了较好的掌握。

（二）综合实践的实施

综合实践课时比课程实验课时多，且是在课程实验基础上进一步提升学生的综合实践应用能力，要求学生能够对一门课程的多个知识点融会贯通或者能够将多门课程的知识点进行综合应用，具体实施时分为两个阶段。

第一阶段，在选择合适的大数据算法竞赛题目的基础上，讲解竞赛题目的实际应用背景，利用到的数据，涉及的知识点，可以使用哪些算法，之后进行编程实现，编程按照算法竞赛流程一步一步给学生讲解。通过该阶段的讲授学生对课程知识点进行了回顾，并且对课程实际应用有所理解，更好地激发了学生对知识的探索热情。

第二阶段，进一步选择大数据竞赛题目，将全班学生五人分为一组，学生按照竞赛要求共同编写相应算法，并完成综合实践报告，报告内容包含背景介绍、数据说明、算法原理介绍、数据探索、特征工程、模型构建及优化、结果可视化等。通过该阶段的实践锻炼了学生的实践动手能力、创新能力以及团队协作能力。

（三）实践考核

将学科竞赛融入到实践教学后，对课程考核方式进行改革。学生可以通过参加竞赛获得相应课程成绩，也可以通过课程自身要求（如考试成绩）获得相应成绩，两者择优作为最终成绩。程序设计类课程成绩根据学生参加的竞赛语言类型（如C语言、Java、Python）对应相关课程的成绩，大数据类竞赛需要根据参加的竞赛以及竞赛内容具体确定对应的课程，并最终确定课程成绩。

五、学科竞赛融入专业实践教学保障

（一）竞赛制度保障

对于是否参加学科竞赛，学生总是持有疑问，参加学科竞赛需要花费大量的时间和精力，这样学生就没有时间学习规定的课程内容。因此建立完善的保障制度是学生参加各种学科竞赛的前提。

目前，为了促进学生的个性化发展，提高学生的创新能力和综合素质，鼓励学生参加学科竞赛，晋中信息学院制定了学科竞赛管理办法。该办法的实施有利于提高学生参与学科竞赛的积极性。学院层面积极配合学校层面，做好学科竞赛宣传工作，加大经费的支持力度，提供竞赛训练场地和训练设备，保证学科竞赛的顺利进行。

（二）竞赛教师和学生团队建设

教师的指导对学生学科竞赛的成绩起着很大的作用，学科竞赛题目涉及的知识面广，且有一定的难度，单个教师的知识和能力是有限的，因而需要将专业能力强且有参赛经验的教师汇合起来，组成一支过硬的指导教师团队。

学科竞赛的很多比赛项目需要以团队的形式参赛，因而需要建立科学合理、优秀的学生团队。教師在平时的教学、学院竞赛中应多注意观察学生的特点、兴趣、学习能力等，学生报名参加学科竞赛后，要对学生学习能力、动手能力、沟通表达能力等各方面进行评估，选拔出合适的学生参加不同的竞赛活动，组成优秀的学生团队。

（三）教学考核方式改革

传统的课程考核方式主要包括平时成绩、实验成绩和期末考试成绩，将学科竞赛融入到实践教学后，建立学科竞赛与对应课程之间学分或成绩兑换机制，改革传统的教学考核方式，采用灵活考核方式，以证书代替传统考试，在课程成绩或竞赛成绩两者之间择优选择，作为最终的课程成绩。

通过学校的学科竞赛制度建设，学院的大力支撑和经费保障，优秀教师和学生团队的建立以及课程考核方式的改革，有效保证了学科竞赛融入实践教学中，从而在学科竞赛中取得优秀的成绩。

将学科竞赛与专业实践教学有效结合，将学科竞赛知识融入到专业实践教学中，同时鼓励学生参加各种学科竞赛，鼓励教师参与学科竞赛指导，不仅改革了实践教学内容，较好地解决了实践教学中存在的实践内容不够丰富、知识点独立、考核方式单一等问题。同时，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实践能力、创新能力、团队协作能力，也提升了教师自身的知识水平，最终能够达到以赛促教、以赛促学、以赛促改的目标。

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责编：应 图