基于工程教育专业认证的数据科学与大数据技术专业人才培养模式研究与实践

魏 涛, 张鸿彦

(河南工程学院 软件学院, 河南 郑州 451191)

工程教育认证制度是国际通行的保障工程教育质量的制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的有效途径[1]。我国工程教育专业认证标准对专业的培养目标、过程控制、课程体系、师资队伍、支撑条件等都做了明确的定义[2]。数据科学与大数据技术专业是以计算机科学、统计学、数学等为理论基础,以数据处理、分析、挖掘为主要研究内容,紧密面向行业应用的综合性新兴学科,其技术体系复杂且发展迅速,导致该专业建设在课程体系、师资团队、教学模式等诸多方面都存在一些亟需解决的现实问题[3]。

河南工程学院软件学院是河南省首批特色化示范性软件学院之一,数据科学与大数据技术专业为我校与阿里云计算有限公司、慧科教育科技集团有限公司校企共建专业。对标认证标准要求,自2021年起在课程体系设置、师资团队建设、学生综合能力培养、校企合作实践等方面开展了大量研究、改革与实践。本文主要从人才培养方案、师资队伍建设、学科竞赛、教学模式、校企合作等方面,探索“产教融合,校企合作,协同育人”的产学研用一体化育人模式,以达到培养专业技术与技能扎实、具有较强工程实践能力和创新创业能力的应用型人才的目标。

1 人才培养方案修订

传统的数据科学与大数据专业人才培养体系中,其培养目标普遍过于宽泛,课程体系与计算机科学与技术专业存在大量简单叠加[4]。此外,数据科学与大数据技术专业许多核心课程通常开设在培养方案中较为靠后的学期,而学生在三年级下学期基本处于备战考研状态,许多学生无心于专业课程学习,导致大数据专业特色难以凸显,人才培养与社会需求严重脱节。大数据行业领域可分为大数据研发、大数据分析、大数据产品规划、大数据测试、大数据运维、技术支持和项目管理等7大工作岗位,其中大数据研发是主要工作岗位。根据产业需求和行业发展,以适应地方产业、行业的发展为目标,对培养方案进行了修订。

1.1 确定技术方向课程

(1)计算机基本理论和方法:程序设计基础、离散数学、数据结构、算法设计与分析、数据库原理、计算机网络、操作系统、计算机组成原理。

(2)大数据分析方法和技术:Python与数据采集、数据预处理、Linux操作系统、开源大数据核心技术、大数据实时计算、机器学习、商业数据可视化、非关系型数据库、数据仓库与商业智能。

(3)应用软件开发技术:Java开发技术、Web前端技术、Web框架技术、软件工程。

(4)面向行业软件开发:网站经营分析与决策、电商产品分析与应用、商业决策与预算制定。

1.2 重构课程体系

按照“内外需求→培养目标→毕业要求→课程体系”的反向逻辑关系重构培养方案和课程体系。调整部分大数据专业核心课的开课学期,使学生更早接触大数据专业课程,突出人才培养的专业特色,大数据专业核心课程调整情况如表1所示。新增、变更5门理论教学和2门实践教学课程,服务学校新文科专业集群建设,新增、变更课程情况如表2所示。

表1 核心课程调整情况Tab.1 Adjustment of core courses

表2 新增、变更课程情况Tab.2 New or changed courses

2 师资队伍建设

根据专业建设的实际需要,以培养和引进相结合为原则,确保教师队伍年龄结构、学历和职称结构以及整体结构合理。通过方向组和课程群布局促进教学团队建设,成立大数据应用开发、数据处理和大数据基础集成方向组,每个方向组对应课程群进行教学设计、研讨和改革。加大在编教师的培养力度,积极引进优秀博士,充实科研团队和学科团队建设,进而达到以科研促教学的目的。同时聘任兄弟院校、著名学者为河南工程学院软件学院兼职教授,聘请具备3年以上软件开发经验的企业讲师集中授课,要求学院教师跟班听课,以达到师资培养储备和教学质量监督双重效用。积极开展对外交流,将高层次创新人才培养的国际化作为提高学院创新能力和国际影响力的重要战略举措,竭力为学术带头人和青年学术骨干创造有利条件,到国内外高水平大学进行学术交流和开展合作研究。

3 学科竞赛管理

学科竞赛是深化专业教学改革,提高人才培养质量的有力抓手。河南工程学院软件学院强化学科竞赛,严格其管理,推进质量建设。程序设计竞赛教师团队以C语言程序设计课程为切入点,将理论教学与课堂讨论相结合,实践教学与在线评测相结合,在线教学与课程平台(精品课程在线平台、超星学习平台)相结合,设计了一套基于问题求解、紧扣竞赛考研、强化教学交互,能有效促进学生程序设计综合应用能力提高的教学组织模式。学院从学生大一开始,鼓励全体同学参加学科竞赛,以赛促教、以赛促学、以赛促技。教师在课堂授课过程中紧密结合学科竞赛,做到相互融合、相互促进。搭建OJ(Online Judge)平台,以供学生能够随时、随地进行在线编程实践练习,从而在实践中培养学生专业技能和综合素质,推动实验实践教学的发展,提高学生的创新及实践能力。同时依托学科竞赛推进学生专业社团建设,形成竞赛社团、科研社团、项目社团的三级学生专业社团体制。

4 教学模式改革

传统的教学模式通常以“教室、教师、教材”为中心,以理论灌输为主要教学形式,许多学生能够理解基本概念与知识,但在实际的专业开发应用时却无从下手,普遍存在难以将理论知识与实践应用有机结合的情形,严重阻碍了学生对专业知识的综合应用能力[5]。

教学模式改革强调从旧的“教室、教师、教材”中心向新的“学生、学习、成效”中心转变,以项目驱动教学引导学生主动参与、自主探究、动手实践,将课堂主动权交给学生,将知识课堂转为能力课堂,真正做到以学生为主体,以学习成效为中心。同时加强实践教学体系建设,提高学生工程实践能力,在原有实践教学体系基础上,全面改革实践教学的形式和内容,形成 “课内实验/案例分析-课程设计-专项综合实训与实习-毕业设计” 四位一体工程实践教学体系,具体包括程序设计能力、专业实践能力、软硬件平台应用能力、大数据系统项目开发能力。如图1所示。

图1 改革后的实践教学体系Fig.1 The reformed practical teaching system

通过项目式教学,把学习的知识点活动化处理,形成在一定时间节点压力下的团队任务,通过专业课题上的小项目让学生体会原理并进行深度反思,实现理论课与实践课之间的有效过度和衔接。做到虚实结合,提升课程的高阶性和创新性,培养学生的探究能力,使学生真正理解并吸收课堂中所学到的知识。提升学生动手能力、解决复杂问题的综合能力与计算思维能力,从而实现知识、能力、素质的协调发展。

5 校企合作协同育人

加强校企深度融合,积累真实行业应用案例,将对应的数据脱敏后保留有研究分析价值的数据,清洗掉涉及隐私的字段,满足学生使用大数据技术从中挖掘出模式与知识。通过从项目整体需求分析、技术选型、架构设计、环境搭建到大数据抓取、存储、处理、分析及可视化等大数据项目开发流程的详细分解教学,以典型的实际行业应用,让学生了解行业实际需求、掌握实际开发技术,毕业后快速与企业接轨。

实践性较强的课程如开源大数据核心技术、数据采集等课程,以及课程设计类课程由慧科公司承担,河南工程学院软件学院派教师全程参与并严格控制教学质量。遴选大数据工程学院软件学院行业知名企业进驻学校,学生以员工身份参与企业实际项目的开发,服从企业管理,遵守企业的各项规章制度。努力打造IT企业人才池,以真实企业环境全程培养大数据专业技术人才。

6 结语

河南工程学院软件学院始终坚持以教学为中心,把“育人为本、质量立院、特色办学”的办学理念贯穿到教书育人的各环节。通过以上教学改革,人才培养方案与大数据行业对应用型人才需求的契合度显著提升,大数据专业相关课程设置与学生应用能力培养诉求的契合度显著提升,软件学院将继续探索以宽口径、厚基础、重实践为内涵的专业教育,成长成才为核心的素质教育和创业创新为导向的就业教育相结合的人才培养模式。