計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

1、    計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式構(gòu)建    摘要：系統(tǒng)地研究影響實(shí)踐能力的關(guān)鍵因素并從計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)方面對這些因素進(jìn)行分析，進(jìn)而以obe理念為導(dǎo)向，創(chuàng)新性地提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）、大數(shù)據(jù)（big data）、分布式實(shí)踐平臺（distributed platform）的計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式（簡稱mbdp）。mbdp模式以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以機(jī)器學(xué)習(xí)算法為核心，結(jié)合分布式數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力。關(guān)鍵詞：專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)，計算機(jī)專業(yè)，實(shí)踐能力，ob

2、e導(dǎo)向0 引言在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代，社會對信息技術(shù)類應(yīng)用型人才需求迫切，我國計算機(jī)專業(yè)研究生教育規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大。然而，計算機(jī)技術(shù)本身是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科，如何培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力，是當(dāng)前亟待解決的問題。在計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)方面，已有很多相關(guān)工作。相關(guān)研究指出，實(shí)踐能力培養(yǎng)目前主要有兩種途徑：一是在實(shí)踐基地參加生產(chǎn)實(shí)踐，二是學(xué)習(xí)實(shí)踐課程1；也有相關(guān)教育工作者認(rèn)為可以用數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)2；還有研究闡釋了現(xiàn)在人才培養(yǎng)要向智能方向轉(zhuǎn)變3；很多教育工作者都對如何提高學(xué)生的實(shí)踐能力給出相關(guān)的觀點(diǎn)和解決方法，并從不同方面研究并闡釋。本文基于前人的研究工作，根據(jù)計算機(jī)學(xué)

3、科專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際工作，圍繞計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)計劃，以實(shí)際的分布式大數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺為支撐，將算法理論與實(shí)踐效果相結(jié)合，創(chuàng)新性的提出了計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力培養(yǎng)方案，一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）、大數(shù)據(jù)（big data）、分布式實(shí)踐平臺（distributed platform）的計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式（簡稱mbdp）。mbdp主要培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力。同時，本方案又具有一定的普適性，可通過學(xué)科具體化改造，將其應(yīng)用于其他理工科專業(yè)碩士教學(xué)中。mbdp方案以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，通過分析影響實(shí)踐能力關(guān)鍵因素，

4、將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于分布式平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘，在學(xué)習(xí)計算機(jī)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)與知識的同時，讓學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而提高計算機(jī)專業(yè)研究生的實(shí)踐能力。最后，依據(jù)學(xué)生在實(shí)踐中的表現(xiàn)，制定出計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力評估指標(biāo)。mbdp計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)方案創(chuàng)新之處在于以下幾個方面。（1）以影響實(shí)踐能力的關(guān)鍵因素為出發(fā)點(diǎn)，從更加細(xì)化的角度，有針對性地提出計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力包含的因素，并對上述因素之間的關(guān)系進(jìn)行研究；（2）以大數(shù)據(jù)為驅(qū)動，以基礎(chǔ)課程理論（機(jī)器學(xué)習(xí)算法）為基礎(chǔ)，以分布式大數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺為支撐平臺，結(jié)合計算機(jī)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，真正做到

5、理論與實(shí)踐相統(tǒng)一；（3）制定實(shí)踐能力評估指標(biāo)，結(jié)合細(xì)化的實(shí)踐能力影響因素，形成實(shí)踐能力的評估指標(biāo)體系：職業(yè)導(dǎo)向指標(biāo)，校內(nèi)實(shí)踐和校外實(shí)踐指標(biāo)，并依據(jù)以上指標(biāo)評估學(xué)生的實(shí)踐能力。本文的研究成果將促進(jìn)高校對計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的培養(yǎng)，并為其他理工科專業(yè)碩士研究生教學(xué)提供以下3點(diǎn)借鑒。（1）obe理念實(shí)施方面。將obe理念細(xì)化到多項(xiàng)具體能力培養(yǎng)上，通過分析實(shí)踐能力的影響因素，將機(jī)器學(xué)習(xí)算法、大數(shù)據(jù)和分布式技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)設(shè)計中，以提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和交流溝通能力；（2）綜合培養(yǎng)模式方面。本文提出的培養(yǎng)模式核心是“理念平臺評價”，其綜合性具體表現(xiàn)在obe理念指導(dǎo)下，構(gòu)建實(shí)際應(yīng)用平臺，并以此為支撐，

6、進(jìn)行理論實(shí)踐綜合培養(yǎng)，并給出培養(yǎng)效果評估指標(biāo)；（3）教學(xué)評價指標(biāo)制定方面。實(shí)踐能力培養(yǎng)評估可從校內(nèi)實(shí)踐和校外實(shí)踐兩個方面綜合進(jìn)行，同時根據(jù)社會生產(chǎn)實(shí)踐需求，引入職業(yè)導(dǎo)向指標(biāo)。mbdp充分利用分布式大數(shù)據(jù)挖掘分析平臺創(chuàng)新專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，該模式有助于培養(yǎng)出更符合社會和企業(yè)實(shí)際需求并具有較高實(shí)踐能力的計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生。1 mbdp構(gòu)建mbdp的目標(biāo)是培養(yǎng)具有程序設(shè)計能力、算法分析能力、組織管理能力等綜合實(shí)踐能力的高素質(zhì)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生人才。本文擬從理論分析層面、mbdp方案設(shè)計層面和指標(biāo)評估等方面進(jìn)行介紹。1.1 影響實(shí)踐能力因素分析本文從多角度分析得出，影響計算機(jī)學(xué)

7、科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力的關(guān)鍵因素如下。1）實(shí)踐動機(jī)。實(shí)踐動機(jī)是指由實(shí)踐目標(biāo)或?qū)嵺`對象所引導(dǎo)、激發(fā)、維持的個體活動的內(nèi)在心理過程。實(shí)踐動機(jī)主要來源于以下幾個方面：（1）“興趣”是最重要的實(shí)踐動機(jī)，可通過多樣化課堂教學(xué)，利用多形式、多途徑教學(xué)手段培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生對計算機(jī)專業(yè)的興趣，以興趣為驅(qū)動，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性；（2）以“為社會服務(wù)”為責(zé)任的實(shí)踐動機(jī)，學(xué)校應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、使命感，進(jìn)一步加強(qiáng)對專業(yè)碩士研究生的人生觀、世界觀、價值觀的正面引導(dǎo)，開展周期性評估、教育、反思活動，從而培養(yǎng)學(xué)生形成高度的社會責(zé)任感，促使學(xué)生學(xué)習(xí)扎實(shí)的專業(yè)技能，提高實(shí)踐能力；（3）以“高薪就業(yè)”為

8、目標(biāo)的實(shí)踐動機(jī)，學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)對專業(yè)碩士研究生的職業(yè)引導(dǎo)，幫助專業(yè)碩士研究生樹立就業(yè)憂患意識，使學(xué)生更主動地提高自己的實(shí)踐能力，以在市場就業(yè)競爭中取得更大優(yōu)勢。2）一般實(shí)踐能力。一般實(shí)踐能力指個體在實(shí)踐中的基本生理和心理機(jī)能，它不指向解決具體問題，但卻影響個體解決問題的效果；它構(gòu)成個體實(shí)踐能力的生理和心理基礎(chǔ)，雖不涉及專業(yè)知識，但是只有保證學(xué)生的生理和心理健康，才能進(jìn)行實(shí)踐活動；一般實(shí)踐能力是提高其專業(yè)實(shí)踐能力的基礎(chǔ)。3）專項(xiàng)實(shí)踐能力。專項(xiàng)實(shí)踐能力指個體在解決問題中表現(xiàn)出來的專項(xiàng)技能。計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生需具備獨(dú)自解決計算機(jī)工程問題的能力，專項(xiàng)實(shí)踐能力可以通過后天的專項(xiàng)訓(xùn)練獲得。所以，為提高計

9、算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力，需要對其進(jìn)行特殊的專項(xiàng)訓(xùn)練。mbdp模式可以鍛煉學(xué)生對機(jī)器學(xué)習(xí)算法的理解（數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)）、大數(shù)據(jù)處理分析等能力。同時，幫助計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生了解領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)（分布式技術(shù)）。通過分布式平臺，學(xué)生可以提高編程調(diào)試能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等專項(xiàng)實(shí)踐能力。4）情境實(shí)踐能力。情境實(shí)踐能力是指在真實(shí)的情境中，實(shí)踐者根據(jù)自身能力和具體情境條件的相互關(guān)系，恰當(dāng)?shù)貨Q定行動路線并付諸實(shí)現(xiàn)的能力要素。具體問題具體分析，不斷地提高計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生獨(dú)自解決問題的能力?？刹扇「鶕?jù)實(shí)際問題，適當(dāng)設(shè)置綜合課程設(shè)計，對具體問題具體分析，并進(jìn)行設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的措施。通過本文對上述4種關(guān)鍵因

10、素的細(xì)化分析可知，實(shí)踐動機(jī)是提高實(shí)踐能力的重要動力，一般實(shí)踐能力是具備實(shí)踐能力的基礎(chǔ)，專項(xiàng)實(shí)踐能力是實(shí)踐所必需的專業(yè)技能，而實(shí)踐的目標(biāo)是提高情景實(shí)踐能力，這4個因素互相影響，層次關(guān)系依次遞增。1.2 obe導(dǎo)向的實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)設(shè)計基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（outcomes-based education，obe）分為4個部分：定義學(xué)習(xí)產(chǎn)出、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)出、評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出和使用學(xué)習(xí)產(chǎn)出4，5。其目標(biāo)是對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的規(guī)定，然后設(shè)計合適的教育方式來保證學(xué)生達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為達(dá)到計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力要求，本文創(chuàng)造性的運(yùn)用obe教學(xué)理念，如圖1所示，從理論分析層面、支撐平

11、臺層面和評估指標(biāo)層面進(jìn)行了分析。1）影響實(shí)踐能力的關(guān)鍵因素主要包括：實(shí)踐動機(jī)、一般實(shí)踐能力、專項(xiàng)實(shí)踐能力和情境實(shí)踐能力。2）機(jī)器學(xué)習(xí)算法技術(shù)：機(jī)器學(xué)習(xí)算法是計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生基本理論基礎(chǔ)，它利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以解決社會上急劇增長的智能性和交互性用戶需求。很多機(jī)器學(xué)習(xí)算法都具有社會實(shí)用價值，例如，多維線性回歸算法、貝葉斯分類、k均值（k-means）聚類、基于隨機(jī)游走模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)預(yù)測、概率因子圖模型、支持向量機(jī)（support vector machine）等。3）大數(shù)據(jù)分布式技術(shù)：大數(shù)據(jù)分布式技術(shù)不僅能夠滿足社會對互聯(lián)網(wǎng)時代下大數(shù)據(jù)應(yīng)用處理的需求，而且也有助于提高計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研

12、究生動手能力、編程能力和熟練使用新技術(shù)的能力。以obe理念為導(dǎo)向，支撐平臺中擬提供基于“hadoop+hbase”和“hadoop+mongodb”兩種大數(shù)據(jù)支撐環(huán)境；分布式技術(shù)和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是計算機(jī)實(shí)踐的核心技術(shù)之一，是未來計算機(jī)專業(yè)發(fā)展的方向，同時也符合社會和企業(yè)對人才的需要。4）實(shí)踐能力評估指標(biāo)體系制定：通過總結(jié)分析面向用戶的實(shí)踐績效考核指標(biāo)，結(jié)合教學(xué)討論形成有效的計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士實(shí)踐能力評估指標(biāo)體系。1.3 實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)實(shí)施以社會生產(chǎn)和就業(yè)需求為導(dǎo)向，圍繞以上研究內(nèi)容，本文提出的mbdp模式實(shí)施方案如圖2所示。1）理論分析。包括兩個方面，一方面是影響實(shí)踐能力關(guān)鍵因素分析，通過研

13、討分析確定影響實(shí)踐能力的個人主觀因素及環(huán)境客觀因素，并通過先驗(yàn)知識和理論研究確定實(shí)踐能力所包含因素；另一方面是實(shí)踐能力及相互作用分析。2）支撐平臺。平臺使用了數(shù)據(jù)采集和融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)檢索技術(shù)、自然語言檢索技術(shù)和分布式處理技術(shù)，利用數(shù)據(jù)挖掘算法，旨在知識發(fā)現(xiàn)。該平臺是為學(xué)生提供實(shí)際編程、調(diào)試、評估和優(yōu)化的平臺系統(tǒng)。具體而言：學(xué)生可以登錄該平臺并使用其中的數(shù)據(jù)資源；該平臺提供編程和可以運(yùn)行算法的環(huán)境；學(xué)生在平臺上利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后學(xué)生可以通過平臺對自己的實(shí)踐表現(xiàn)進(jìn)行評分；該平臺可提供算法分析及設(shè)計的在線理論知識點(diǎn)以及經(jīng)典算法指導(dǎo)幫助。3）指標(biāo)評價。制定實(shí)踐能力評價指標(biāo)體系，通過總結(jié)分

14、析面向用戶的實(shí)踐綜合測試考核指標(biāo)，結(jié)合教學(xué)討論形成實(shí)踐能力評估指標(biāo)體系表（包括態(tài)度指標(biāo)、積極主動性指標(biāo)、任務(wù)完成評分指標(biāo)、學(xué)習(xí)能力指標(biāo)、效率指標(biāo)和動手能力指標(biāo)、職業(yè)導(dǎo)向指標(biāo)等），然后通過向?qū)W生解讀和實(shí)施評估指標(biāo)得到反饋，從而優(yōu)化評估指標(biāo)。4）課程體系設(shè)置。經(jīng)過研究分析課程體系設(shè)置和已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和分布式處理技術(shù)等實(shí)踐課程作為專業(yè)碩士研究生學(xué)習(xí)課程，在課程設(shè)置方面增設(shè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，并增加教學(xué)課時；通過實(shí)踐環(huán)節(jié)針對性地提高學(xué)生編程實(shí)踐水平、實(shí)際操作和解決問題能力。有效的課程配置和合理的教學(xué)流程是成功實(shí)施本實(shí)踐能力培養(yǎng)方案的必要條件，方案實(shí)施過程中要注意和解決兩個關(guān)鍵問題：（

15、1）針對計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生不同基礎(chǔ)和能力，個性化制定實(shí)施方案（對不同的學(xué)生制定不同的實(shí)施流程），而不是采用“一刀切”的方式，“一刀切”會導(dǎo)致有些基礎(chǔ)差的學(xué)生跟不上學(xué)習(xí)節(jié)奏，有些學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí)而又必須完成已經(jīng)很熟悉的任務(wù)，從而影響實(shí)踐能力培養(yǎng)效果；（2）評估指標(biāo)也要因人而異，因任務(wù)而異，依照“客觀公正，個性實(shí)施”的原則，既能兼顧學(xué)生的不同情況，又可以最大化提升學(xué)生的實(shí)踐能力。1.4 實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)評價針對mbdp實(shí)踐教學(xué)方案，實(shí)踐能力評價可從校內(nèi)實(shí)踐和校外實(shí)踐兩個方面評估。校內(nèi)實(shí)踐可以培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的基本動手能力、獨(dú)自思考能力、設(shè)計能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。校外實(shí)習(xí)，可以提升學(xué)

16、生的責(zé)任心，積累經(jīng)驗(yàn)。同時，企業(yè)的真實(shí)需求可以加速計算機(jī)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的提升。在企業(yè)實(shí)習(xí)，對于每一項(xiàng)實(shí)際任務(wù)，客戶滿意度可以作為計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力的評估指標(biāo)。 可雇傭能力是一種與職業(yè)相關(guān)的綜合能力，它具有適應(yīng)性和靈活性。針對專業(yè)碩士，可雇傭能力是指高校專業(yè)碩士研究生應(yīng)具備的、在多大程度上能通過招聘和試用環(huán)節(jié)，從事有價值工作的能力，并且這個能力應(yīng)該具備普遍性。專業(yè)碩士研究生畢業(yè)之后面臨就業(yè)問題，畢業(yè)目標(biāo)決定評估指標(biāo)，研究生培養(yǎng)是否合格、其實(shí)踐能力是否得到社會認(rèn)可、是否滿足社會需求，在很大程度上都由可雇傭能力來評估，所以把可雇傭能力量化為計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力評

17、估指標(biāo)的一部分。2 計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)模式的實(shí)施案例支撐平臺是本案例的核心內(nèi)容之一，也是本案例實(shí)施的保障和基礎(chǔ)，搭建支撐平臺是一項(xiàng)任務(wù)繁重、技術(shù)含量高的工作。以標(biāo)簽話題新聞內(nèi)容檢索及中文話題分析服務(wù)平臺系統(tǒng)pais（analysis system for information propagation and user influence based on topic in social networks）為例構(gòu)建mbdp計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)方案。該系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)分布式處理架構(gòu)，以自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)為核心技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，針對標(biāo)簽新聞話題，提供標(biāo)簽新聞

18、數(shù)據(jù)實(shí)時采集、語義檢索和分析服務(wù)，并提供標(biāo)簽新聞事件自動發(fā)現(xiàn)等智能信息服務(wù)，構(gòu)建標(biāo)簽新聞大數(shù)據(jù)話題挖掘分析引擎。pais的研究內(nèi)容如圖3所示，pais的總體架構(gòu)如圖4所示。3 結(jié)束語針對計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力有待加強(qiáng)的現(xiàn)狀，本文提出mbdp計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力的培養(yǎng)方法，創(chuàng)新性地將分布式大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等算法融入到mbdp平臺，培養(yǎng)計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生的實(shí)踐能力，讓學(xué)生掌握最新的計算機(jī)領(lǐng)域技術(shù)。本文從3個不同方面，系統(tǒng)地將理論分析、教學(xué)設(shè)計、平臺支撐、評估指標(biāo)形成一套詳細(xì)完整的計算機(jī)學(xué)科專業(yè)碩士研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)方案。本方案以obe導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)，旨在培養(yǎng)具有程序設(shè)計能力、算法分析能力并能夠解決實(shí)際工程應(yīng)用