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【新工科教育改革】新工科建设思想大碰撞——走进《数据科学与分析》课程组

5分排列3:2019-05-305分排列3:21来源:教务处 电子电气工程学院作者:

编者按:为深入贯彻党的十九大精神,全面贯彻党的教育方针,落实立德树人的根本任务,进一步深化5分排列3教育教学改革,提高人才培养质量,工程大以新工科建设为引领,全面推进新工科教育改革,力求探索工程教育的工程大模式。即日起,教务处联合新闻办推出【新工科教育改革】专题,从“激发课堂活力”、“推进协同育人”、“改革成果概览”等三个方面,展示工程大在新工科教育改革方面采取的举措、取得的进展、获得的成绩。

《数据科学与分析》是电子电气工程学院新工科专业数据科学与大数据技术专业的重要课程,课程建设立足于新工科教育体系结构、立足于产教融合,把专业培养目标融入课程内容,紧密结合大数据行业公司需求,注重理论和实践结合。

课程的教学目标是运用统计分析、机器学习、分布式处理等技术,能从大量数据中提取对科学研究和生产实践有意义的5分排列3,以可视化等技术通过通俗易懂的形式传达给决策者,为后续大数据技术的相关专业课学习打下良好基础。对于掌握计算机理论和大数据处理技术,系统地培养学生掌握大数据应用中的各种典型问题的解决办法,实际提升学生解决实际问题的能力,将领域知识与计算机技术和大数据技术融合、创新的能力的培养具有重要意义。

一、注重产教融合队伍建设,科研反哺教学效果明显

课程组包含数据科学与大数据技术专业的理论与实践教学的主要骨干教师。团队由1位教授、1名副教授和4名讲师构成,其中具有博士学位教师5人,硕士研究生1人。具有合理、优化的知识结构、年龄结构和职称结构。

教师年龄结构合理,中、青年搭配。课程组重视教师梯队建设,以中年骨干教师带教青年教师。教师队伍在本专业既有丰富的教学经验,又有丰富的实践经验,并且在所教授的课程中均包含实践性教学环节,对学生的实践能力的培养提供了良好的保障。

课题组成员全部都有企业挂职经历或者主持科研项目的经历,注重科研反哺教学,注重课程教学中引入学科竞赛相关内容,课题组主持国家自然科学基金面上和青年项目各1项,主持企业委托项目10余项。通过项目驱动,将“基于大数据的综合安防系统”,“基于大数据的电子商务系统”和“轨道安全监控的大数据分析”等工程研究引入教学,提升了课程的吸引力。   

    

数据相关项目反哺教学

二、明确教学目标,完善课程教学体系

课题组从数据分析的规律出发,来设计课程内容。主要从数据科学概论、大数据的产生、大数据的存储、大数据的获取、大数据的处理、大数据的分析、大数据的可视化、大数据的安全、大数据的应用、大数据的未来等环节逐渐展开,如下图所示:

课程内容的教学体系

课程设计过程注重以现代5分排列3产业发展需求为导向,注重与电子5分排列3、自动化等相关专业的交叉融合,秉承“大数据+X”的复合人才培养理念,坚持“理论学习+工程训练+新技术应用”的人才培养模式,探索“新工科”+ “工程认证” 的人才培养实践,培养具有数学与自然科学基础知识,系统掌握数据科学与大数据技术的基础理论、基本技术,具有较高的文化素养和职业素质,知识、能力和素质协调发展的,能够胜任大数据科研、开发与分析等工作的具有系统思维、工程实践、创新意识和团队合作能力的高等工程应用型人才。在制定培养方案及课程大纲时邀请了高校、企业专家共同指导。以确定课程及内容的合理性。

校企专家共同探讨培养方案及课程合理性       

课程体系的设计围绕“学生中心、产出导向、持续改进”核心内容。教学大纲的撰写与毕业目标对应,同时思考 “复杂工程问题”在课程的体现。并就相关问题在燕山大学计算机系进行了调研。

根据培养目标,设计课程的目标如下:

1)具有以数据科学的思维了解大数据的产生背景和价值,思考问题、解决问题的意识。

2)能够掌握大数据存储系统、分布式文件系统和NoSQL数据库相关技术进行大数据的存储。

3)能够掌握利用多处理器技术、并行计算、MapReduce并行计算的相关技术进行大数据处理的能力。

4)能够掌握数据爬虫的方法和工具、基本的可视化和分析工具,使用工具和技术进行数据的抓取、清洗和可视化的能力。

5)能够使用大数据分析的模型和算法,利用决策树算法、K-means算法、深度学习等方法分析和解决实际案例中的问题。

机器学习的基本算法

6)能够了解大数据的处理和分析知识和技术在互联网、交通、医疗等行业的需求和应用特点。

三、构建多层次课程结构,丰富人才培养模式

课程作为电子电气类专业的平台课程,覆盖学院全体本科生,量大面广。对课程教学的深度和广度提出了更高要求。如何将大数据及数据分析思想,贯穿于整个育人过程,是课程建设中亟待解决的问题。

课程教学的层次结构

课程面向本科教育,课程的育人理念贯穿于中学-大学和硕士三个阶段,采取措施如下:

1)为了配合上海市教委正在大力推广的中学生双新平台课程建设,课程组与上海市教委、上海科技出版社联合推出面向中学生的《大数据的奥秘》教材,目前处于出版社审稿中,在教材建设中课程组积极为专业宣传,为专业招生提供了有力支撑。

中学双新平台课程《大数据的奥秘》

2)拟将课程进行本科+硕士一体化培养模式改革,即将课程纳入电子5分排列3专业的选修课程,在本科阶段修读完该课程,若报考5分排列3电子5分排列3专业硕士,可以直接认定选修学分,简化了硕士阶段课程。通过一体化改革建设一流人才培养体系,能改进数据科学与大数据技术人才的培养方式,提高专业人才的培养质量,提升学生多学科融合的综合科研素养。

四、全方位构建实践教学体系,培养学生创新能力

1)课程设置了实践环节。12课时的实践环节,设置了4次实验,实验设置使学生能较系统掌握专业的基础理论和思维方法,理解本专业的基本概念、知识结构、典型方法,建立数字化、算法、模块化与层次化等核心专业意识;掌握数据的处理与分析的基本方法;具有应用数据模型进行开发的能力,实验过程中采取兴趣驱动的方法增强学生兴趣。

课程的实践教学环节

2)在计算机及相关专业的本科毕业论文中,根据具体需求,融入了与大数据技术相关的设计内容,2019级本科毕业设计有约10个题目涉及大数据技术相关的领域。

3)课程组在课程建设的过程中采用大数据及数据分析理论引入到育人过程中,结合竞赛指导,指导完成的作品荣获中国多媒体大会图像去雾处理竞赛第一名、 “Driving Companion”作品获得“埃森哲全球数字创客马拉松”竞赛中国赛区季军,该作品数据分析、语音识别、深度学习、无线通讯等相关技术,设计了适合上班族和租车行的智能驾驶陪伴产品。同时还指导获得大学生电子设计竞赛、研究生电子设计竞赛的全国二等奖、三等奖等奖项。

指导学生获奖

4)课程组实践环节注重与企业合作,例如:与上海众网数聚立方5分排列3科技有限公司在平台建设、学生创新创业、校企联合技术攻关以及共建创新平台等方面进行合作,以拓宽课程实践的广度。

与企业探讨

五、课程改革受到同行关注与认可

数据科学与分析课程组开展了多次的内部教学研讨和对外教学交流来的不断完善、不断改进课程教学,而课程的教学思路与理念也得到了兄弟院校的肯定与认可。

1201876日,全国高校人工智能与大数据创新联盟系列巡讲活动第一站在5分排列3进行,来自全国各地高校的专家教授、企业负责人等30余人就人工智能和大数据专题开展交流研讨。课程负责人方志军教授做了新工科建设、大数据专业办学及课程改革的交流发言,其教改理念得到了与会专家的认可与好评。

全国高校人工智能与大数据创新联盟系列巡讲活动:走进工程大

22018916日、20181021日、2019427日,黄润才老师作为课程组代表,先后前往青岛大学、大数据联盟总部、曲阜师范大学等地进参加了大数据教学研讨会,以数据科学与分析课程教改为主题进行了发言,与参会同行进行了深入的教学研讨和交流,其课程设计与方法得到了同行的认可。

  

  

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