學科競賽融入數據科學與大數據技術專業實踐教學的探索

高艷 劉海峰 徐麗麗

摘 要：數據科學與大數據技術專業是新增的本科專業，也是一門實踐性很強的計算機類專業。目前，專業實踐教學中存在著教學內容不夠豐富、知識點孤立、考核方式單一等問題。本研究根據課題組所在高校學生實際情況，闡述了如何將學科競賽相關內容融入到基礎實驗課程以及綜合實踐課程中，進行有效的設計、實施及保障，最終提高學生的實踐操作能力、創新應用能力、團隊協作能力以及學生就業率等，為其他院校實踐教學的改革提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：學科競賽；實踐教學；數據科學與大數據技術

基金項目：山西省高等學校教學改革創新項目（編號：J20221441）

作者簡介：高艷（1985— ），女，晉中信息學院副教授，研究方向為大數據及人工智能；劉海峰（1987— ），男，晉中信息學院講師，研究方向為計算機應用技術；徐麗麗（1991— ），女，晉中信息學院講師，研究方向為大數據技術、人工智能。

數據科學與大數據技術（以下簡稱“大數據”）專業是在各行各業對數據處理、數據分析、大數據開發等人才需求不斷增加的背景下產生的新興專業。課題組所在的晉中信息學院大數據專業從2018年開始招生，目前已經有一屆畢業生。大數據專業的教師，在進行了一輪的教學之后，對該專業的實踐課程有了一定的了解，可以對實踐課程進行有效改革。同時，晉中信息學院作為應用型本科院校，在人才培養方案的修訂過程中一直都在強調加大實踐課時比例，而如何進行實踐教學才能更好地實現人才培養的要求，如何更好地培養大數據專業學生的實踐操作能力、綜合應用能力、創新能力，進一步滿足市場發展的需要，也是迫切需要思考的問題。

學科競賽作為培養大學生創新能力和團隊合作意識的有效途徑和重要載體，在創新人才培養中發揮越來越重要的作用。將學科競賽與實踐教學環節緊密結合，通過學科競賽能很好地提高學生的團隊協作能力和創新能力，同時也能促進實踐教學改革。將學科競賽知識融入到實踐教學中，對培養學生的實踐操作能力、創新應用能力、團隊協作能力以及培養適應市場發展需求的人才起著不可或缺的作用。

一、大數據專業實踐教學現狀

目前，大數據專業的實踐教學環節主要包括課程實驗、課程實踐和綜合實踐。課程實驗是指一門課程既包含理論課又包含相應的實驗課。課程實踐是單獨的實踐課程，與某門具體的課程相對應。如大數據專業下的大數據技術原理與應用課程包含理論課和實驗課，同時還對應一門大數據基礎實踐課程。課程實踐設置的目的是針對某門課程在課程實驗基礎上的綜合實踐。綜合實踐是學生在學完多門課程之后才可以進行的實踐課程，如大數據綜合實踐，在實踐內容中包含數據采集、存儲、分析以及可視化等步驟，在此基礎上完成綜合的案例。大數據專業實踐教學主要存在以下問題：

（一）實踐教學內容不夠豐富，專業實踐深度不夠

大多數的專業實踐課程都是驗證型實驗，主要就是教師先操作一遍實驗，然后學生跟著做，完成該節課的實驗內容即可，實驗本身缺乏設計性和綜合性，不僅沒有調動學生的積極性，而且學生的實踐操作能力和綜合應用能力也沒有得到提升。

（二）各個實踐教學環節彼此獨立，缺乏系統性

現有的實踐教學包括有課程的實驗，與課程相對應的課程實踐以及綜合實踐。在實際的實踐教學中通常沒有考慮到課程與課程之間的聯系，無法實現全面提升學生的實踐能力、創新能力、團隊協作能力等具體目標。

（三）各個實踐教學知識點彼此孤立，缺乏整體性

目前，教學過程都是按照所選教材的編排順序進行教學，在前后銜接和聯系上較為零散，實踐教學根據教學內容和進度開展，知識點較為孤立，使得學生容易孤立地看問題，缺乏整體性思維，不能將知識融會貫通。

（四）實踐教學考核方式單一，學生重視不夠

實踐課程內容沒有制定明確的考核評分標準，實踐課程的最終考核成績大多是根據提交的實驗報告和上課時學生給教師留下的印象給定實踐考核成績，導致學生認為只要按時提交實驗報告和課程設計就很容易得分，自然而然認為實踐課程在整個課程教學中并不重要。

二、學科競賽選擇

學科競賽是在學生掌握了一定專業知識的基礎上，引導學生運用學過的知識或技術解決實際問題的創新性活動，是提升大學生創新能力、實踐能力的重要抓手。學科競賽一般分為教育主管部門、行業協會和企業組織三種類型。

2022年2月，中國高等教育學會發布了56項教育部官方認可的、含金量高、具有參賽價值的學科競賽項目。在這56項競賽項目中，大數據專業學生可以參加的競賽項目有中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽、中國大學生計算機設計大賽、中國高校計算機大賽——大數據挑戰賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽（以下簡稱“藍橋杯大賽”）、“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽。但在這些競賽項目中，除了中國高校計算機大賽有專門的大數據挑戰賽，其他競賽計算機類學生都可以參加。大數據專業的學科競賽現階段主要是行業協會和企業組織的學科競賽，如阿里巴巴天池大數據競賽、全國大學生大數據分析技能競賽、全國高校計算機能力挑戰賽等。

目前，晉中信息學院大數據專業學生參加過的學科競賽包括“藍橋杯大賽”、中國“互聯網+”大學生創新創業大賽以及全國電信和互聯網行業職業技能競賽大數據分析師競賽，最好的成績是“藍橋杯大賽”省級二等獎。由于對學科競賽重視不夠，沒有將學科競賽和實踐課程有效結合，參賽前倉促組隊，導致競賽成績不太理想。

現階段根據學校大數據專業學生參與學科競賽的情況，應該選擇一個程序設計類競賽來提高學生的基本編程能力和一個專業學科競賽來加強學生的專業實踐應用能力。因此選擇“藍橋杯大賽”和阿里巴巴天池大數據競賽兩個學科競賽，將其知識點融入到大數據專業實踐教學中，并鼓勵學生及相關教師加入到學科競賽中，讓師生對學科競賽都有一定的認知和了解。當學生參加這兩個學科競賽形成一定規模，并形成有效的教師指導團隊和學生競賽團隊后，可進一步參加其他的學科競賽。

三、學科競賽融入實踐教學設計

學科競賽能夠融入到專業實踐教學中，學生學完數據結構課程和程序設計語言類課程之后，可以參加程序設計類競賽（如“藍橋杯大賽”），學完數據分析與處理、大數據技術原理、Spark大數據開發、數據可視化及機器學習之后可以參加大數據競賽（如阿里巴巴天池大數據競賽）。

（一）課程實驗設計

“藍橋杯大賽”包括C（或C++）語言、Java語言以及Python語言賽道，每個賽道又可以分為研究生組、大學A組、大學B組和大學C組，并且有相應的考查范圍如下（以C語言和Java語言考查范圍為例，帶*內容為大學A組和研究生組考查）。計算機算法：枚舉、排序、搜索、計數、貪心、動態規劃、圖論、數論、博弈論*、概率論*、計算幾何*、字符串算法等。數據結構：數組、對象/結構、字符串、隊列、棧、樹、圖、堆、平衡樹/線段樹、復雜數據結構*、嵌套數據結構*等。

針對學生的實際情況，選擇“藍橋杯大賽”大學B組歷屆真題的編程案例融入到程序設計語言類以及數據結構與算法的實踐教學中，在原有驗證性實驗的基礎上，將程序設計語言與實際案例相結合，不僅能夠考查學生應用所學知識解決實際問題的能力，而且激發學生積極主動探究知識、解決問題的興趣。

（二）綜合實踐設計

阿里巴巴天池大數據競賽擁有國內較大的大數據眾智平臺，具體競賽項目包括學習賽、程序設計大賽、可視化大賽及算法大賽等。對于初學者來說可以先參加學習賽，然后再參加算法大賽等。這里主要介紹機器學習算法競賽。競賽題目以現實中的實際業務為背景，通過相應的機器學習算法來解決各種應用場景中的業務痛點，實戰型和應用型強，同時也有豐厚的獎勵。競賽的流程一般包含數據探索、特征工程、模型訓練及調優。

選擇阿里巴巴天池大數據競賽中學生對背景知識相對熟悉的題目如產品關聯分析、用戶情感可視化分析、阿里移動推薦算法挑戰賽，加入到數據分析與應用、機器學習課程的實踐教學中，通過實際賽題案例的講解，學生對自己所學知識的實際應用有了更深入地了解，更能激發學生求知的欲望。

四、學科競賽融入實踐教學實施

（一）課程實驗的實施

課程實驗課時相對較少，以學生對知識點的掌握為主。具體實施時可以分以下三個步驟。首先，通過驗證型實驗讓學生對理論課程所講知識點進行鞏固；其次，針對不同課程融入學科競賽知識點，如程序設計類課程加入“藍橋杯大賽”知識點，這一階段教師講授競賽題目并進行編程講解，加深學生對知識點的應用理解；最后，再次選擇競賽題目讓學生自己針對競賽題目要求完成編程，提升學生應用知識點解決實際問題的能力。通過三個步驟的學習，學生對相關課程知識點和實際應用有了較好的掌握。

（二）綜合實踐的實施

綜合實踐課時比課程實驗課時多，且是在課程實驗基礎上進一步提升學生的綜合實踐應用能力，要求學生能夠對一門課程的多個知識點融會貫通或者能夠將多門課程的知識點進行綜合應用，具體實施時分為兩個階段。

第一階段，在選擇合適的大數據算法競賽題目的基礎上，講解競賽題目的實際應用背景，利用到的數據，涉及的知識點，可以使用哪些算法，之后進行編程實現，編程按照算法競賽流程一步一步給學生講解。通過該階段的講授學生對課程知識點進行了回顧，并且對課程實際應用有所理解，更好地激發了學生對知識的探索熱情。

第二階段，進一步選擇大數據競賽題目，將全班學生五人分為一組，學生按照競賽要求共同編寫相應算法，并完成綜合實踐報告，報告內容包含背景介紹、數據說明、算法原理介紹、數據探索、特征工程、模型構建及優化、結果可視化等。通過該階段的實踐鍛煉了學生的實踐動手能力、創新能力以及團隊協作能力。

（三）實踐考核

將學科競賽融入到實踐教學后，對課程考核方式進行改革。學生可以通過參加競賽獲得相應課程成績，也可以通過課程自身要求（如考試成績）獲得相應成績，兩者擇優作為最終成績。程序設計類課程成績根據學生參加的競賽語言類型（如C語言、Java、Python）對應相關課程的成績，大數據類競賽需要根據參加的競賽以及競賽內容具體確定對應的課程，并最終確定課程成績。

五、學科競賽融入專業實踐教學保障

（一）競賽制度保障

對于是否參加學科競賽，學生總是持有疑問，參加學科競賽需要花費大量的時間和精力，這樣學生就沒有時間學習規定的課程內容。因此建立完善的保障制度是學生參加各種學科競賽的前提。

目前，為了促進學生的個性化發展，提高學生的創新能力和綜合素質，鼓勵學生參加學科競賽，晉中信息學院制定了學科競賽管理辦法。該辦法的實施有利于提高學生參與學科競賽的積極性。學院層面積極配合學校層面，做好學科競賽宣傳工作，加大經費的支持力度，提供競賽訓練場地和訓練設備，保證學科競賽的順利進行。

（二）競賽教師和學生團隊建設

教師的指導對學生學科競賽的成績起著很大的作用，學科競賽題目涉及的知識面廣，且有一定的難度，單個教師的知識和能力是有限的，因而需要將專業能力強且有參賽經驗的教師匯合起來，組成一支過硬的指導教師團隊。

學科競賽的很多比賽項目需要以團隊的形式參賽，因而需要建立科學合理、優秀的學生團隊。教師在平時的教學、學院競賽中應多注意觀察學生的特點、興趣、學習能力等，學生報名參加學科競賽后，要對學生學習能力、動手能力、溝通表達能力等各方面進行評估，選拔出合適的學生參加不同的競賽活動，組成優秀的學生團隊。

（三）教學考核方式改革

傳統的課程考核方式主要包括平時成績、實驗成績和期末考試成績，將學科競賽融入到實踐教學后，建立學科競賽與對應課程之間學分或成績兌換機制，改革傳統的教學考核方式，采用靈活考核方式，以證書代替傳統考試，在課程成績或競賽成績兩者之間擇優選擇，作為最終的課程成績。

通過學校的學科競賽制度建設，學院的大力支撐和經費保障，優秀教師和學生團隊的建立以及課程考核方式的改革，有效保證了學科競賽融入實踐教學中，從而在學科競賽中取得優秀的成績。

將學科競賽與專業實踐教學有效結合，將學科競賽知識融入到專業實踐教學中，同時鼓勵學生參加各種學科競賽，鼓勵教師參與學科競賽指導，不僅改革了實踐教學內容，較好地解決了實踐教學中存在的實踐內容不夠豐富、知識點獨立、考核方式單一等問題。同時，激發了學生的學習興趣，提高了學生的實踐能力、創新能力、團隊協作能力，也提升了教師自身的知識水平，最終能夠達到以賽促教、以賽促學、以賽促改的目標。

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責編：應 圖