大數(shù)據(jù)環(huán)境下的二元實踐教學體系探索

1、大數(shù)據(jù)環(huán)境下的二元實踐教學體系探索1 武漢大學水利水電學院，湖北武漢430072；2水資源安全保障湖北省協(xié)同？新屮心，武漢大學，湖北武漢 430072)摘要：在當前大數(shù)據(jù)時代，高校教學中應能充分體現(xiàn)時代的變化與需 求，將先進理念與技術帶頭引入實踐教學中。本文結合國內外實踐教學的 特點，依據(jù)如今大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，討論將大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢充分運用到 二元實踐教學中來，使傳統(tǒng)的教學方法發(fā)生改變，并更加適應學生的個性 化發(fā)展，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才?；诖髷?shù)據(jù)的二元實踐教學體系能夠打破 傳統(tǒng)教學體系固有的短板，更加適應時代與社會發(fā)展的需要。關鍵詞：大數(shù)據(jù)；二元；實踐教學體系中圖分類號：g642. 0文獻標志

2、碼：a文章編號:1674-9324 (2016) 50-0001-03隨著網(wǎng)絡信息技術的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)對社會的各個領域產牛重 要影響，并且掀起了新的變革。在大數(shù)據(jù)的影響下，傳統(tǒng)教學模式存在的 各類阻礙將被突破一一與以往的“被動式”、“填鴨式”教學不同，進入高 校學習的大部分學生具有學習自主性、偏好性的特點，同時由于大數(shù)據(jù)時 代知識資源的易得性，來源渠道的多元性，導致傳統(tǒng)的教學方式受到極大 的沖擊與挑戰(zhàn)。同時，國內高校教育正日益普及，如何提高教學質量成為 高等教育界廣泛關注的問題。經(jīng)過多年的教學實踐證明，實踐教學環(huán)節(jié)的 質量是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關鍵。由于高等學校大多具有學生眾多、教育層 次多

3、元和學生學習能力差異大等特點，高校實踐教學呈現(xiàn)教學資源不平 衡、利用效率較低、倉噺性和針對性不強等問題，迫切需要采用現(xiàn)代化的 教學手段，為提高實踐教學質量探索新的途徑。大數(shù)據(jù)分析技術的運用為 探索以學生為中心的、使學生獲取知識、提高能力、掌握學習方法的新的 教學方式成為可能。本文基于大數(shù)據(jù)分析技術，結合筆者提出的“二元實 踐教學體系”，探索大數(shù)據(jù)環(huán)境下的實踐教學體系，創(chuàng)新教學理念、豐富 教學內容、改變教學方式，為提高教學質量和復合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提 供基礎。一、大數(shù)據(jù)的內涵大數(shù)據(jù)是it界繼云計算和物聯(lián)網(wǎng)之后的又一場技術革命，維克托?邁 爾-舍恩伯格是最早洞見大數(shù)據(jù)時代發(fā)展趨勢的數(shù)據(jù)科學家之一

4、，隨后學 術界、政府機構和工業(yè)界等各行各業(yè)開始密切關注大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)也終將 引起教育界的新革命。nature和science等就相繼出版?？瘉硖接?大數(shù)據(jù)帶來的機遇和挑戰(zhàn)；世界著名管理咨詢公司麥肯錫于2011年6月 發(fā)表了關于大數(shù)據(jù)的報告，詳盡描述和分析了大數(shù)據(jù)的關鍵技術和應用環(huán) 境；2012年初美國奧巴馬政府已啟動了 “大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃”，將大數(shù)據(jù)比 作“未來的新石油”，對數(shù)據(jù)的占有和控制將成為國家間和企業(yè)間新的爭 奪焦點，“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)來臨。高等教育必須緊跟時代的腳步，高等 教育工作者也應該積極把握大數(shù)據(jù)時代的機遇與挑戰(zhàn)，開創(chuàng)新型的教學模 式。大數(shù)據(jù)也可理解為需要新處理模式才能具有更強的

5、決策力、洞察力和 流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù), 大數(shù)據(jù)具有4v特點,即volume （大量）、velocity （高速）、variety （多 樣）、value （價值）。大數(shù)據(jù)的基本特征具體體現(xiàn)在：（1）要求較高的時 效性，對于數(shù)據(jù)的及時分析與有效分析要求較高；（2）龐大的數(shù)據(jù)量，數(shù) 據(jù)從tb級別躍升到pb級別；（3）數(shù)據(jù)價值密度低，因此需要通過合適的 算法從中抽取有用的信息；（4）數(shù)據(jù)類型繁多，耍求對數(shù)據(jù)的分類處理能 力較高。二、大數(shù)據(jù)處理模式與一般流程由于大數(shù)據(jù)有英自身的特性，因此其處理模式與傳統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)的理 念有所不同。對大數(shù)據(jù)的處理形式目前主要

6、包括：對靜態(tài)數(shù)據(jù)的批量處理, 對在線數(shù)據(jù)的實時處理，以及對圖數(shù)據(jù)的綜合處理，而在線數(shù)據(jù)的實時處 理又包括對流式數(shù)據(jù)的處理和實時交互計算兩種。其中，批量數(shù)據(jù)處理適 合大型的相對比較成熟的數(shù)據(jù)操作，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián) 網(wǎng)屮均有應用。大數(shù)據(jù)的處理流程與一般的數(shù)據(jù)處理流程相類似，可以定 義為：應用合適的工具對大量的、廣泛異構的數(shù)據(jù)源進行抽取和集成，并 遵循既定的標準，將得到的結果統(tǒng)一存儲，選用數(shù)據(jù)分析技術分析并存儲 數(shù)據(jù)從而獲収有價值的知識，并且將這些知識以可視化的方式展示給終端 用戶?？傊?，大數(shù)據(jù)處理的一般流程為數(shù)據(jù)的抽取與集成、數(shù)據(jù)存儲、數(shù) 據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示。三、二元實踐教學體系實踐

7、教學體系研究是高等教育教學改革研究的重要內容2，如何應 用系統(tǒng)科學的理論和方法，通過整體設計，對實踐教學的各個要素進行組 合優(yōu)化，形成結構和功能最有效的實踐教學系統(tǒng)，成為實踐教學體系研究 的熱點問題。實踐教學體系根據(jù)內容和范圍，可分為廣義實踐教學體系和 狹義實踐教學體系。廣義實踐教學體系一般包括實踐教學目標的設定、實 踐教學內容與范圍的劃定、實踐教學過程的管理和實踐教學條件的保障等 要素，是由實踐教學活動的各要素構成的有機聯(lián)系整體，具有指導作用。狹義實踐教學體系則指圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)冃標，在制定教學計劃時，通過 合理設置課程數(shù)量和類型，合理配置實驗、實習、實訓、課程設計、畢業(yè) 設計、創(chuàng)新制作、社

8、會實踐等各實踐教學環(huán)節(jié)，建立與理論教學體系相輔 相成的具體的實踐教學內容體系。廣義實踐教學體系和狹義實踐教學體系 均包括軟件和硬件兩個方面。軟件方面是指為適應課堂理論教學和學生動 手能力、創(chuàng)造能力培養(yǎng)而制定的相對完善的實踐性教學計劃或方案、實習 指導書、實驗室管理規(guī)章制度等。硬件方面是指為完成實踐性教學計劃而 配套的實習場所、儀器設備、實驗裝置、生產工藝流程、實驗材料和相關 輔助設施等，包括教學實驗室、科研實驗室、野外實習地區(qū)等。文獻采用 系統(tǒng)論和邏輯分析的方法，研究了實踐教學的系統(tǒng)性與系列性，提出了由 相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)組成的“二元實踐教學體系”, 該體系包括相關實踐教學

9、了系統(tǒng)和獨立實踐教學了系統(tǒng)兩個了系統(tǒng)。相關 實踐教學子系統(tǒng)以上機實踐、課程實驗、課程設計、實習、畢業(yè)設計等與 理論教學緊密結合的環(huán)節(jié)構成；獨立實踐教學子系統(tǒng)則由小組討論與案例 教學、競賽（如全國水利設計大賽等）、結合科研項目獨立設計實驗方案 和提供多實習方案等多種創(chuàng)新性和設計性實踐教學方式組成。“二元實踐 教學體系”中的相關實踐教學子系統(tǒng)的教學內容一般在理論教學之后進 行，作為對理論教學內容的實踐和探索，加深對理論教學內容的理解和掌 握，與理論教學關系緊密相關；獨立實踐教學子系統(tǒng)具有獨立性、多選擇 性、多方案等特點，獨立實踐教學子系統(tǒng)的教學內容和方式不局限于理論 教學的內容，更注重培養(yǎng)學生獨立

10、思考、團隊合作、綜合運用知識和創(chuàng)新 研究的能力。“二元實踐教學體系”充分體現(xiàn)了實踐教學的系統(tǒng)性、系列 性和獨立性，加深了對實踐教學體系的內在結構、各環(huán)節(jié)的內在聯(lián)系和如 何發(fā)揮實踐教學在培養(yǎng)學牛創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力中的作用等問題的認識。研究表 明，在實踐教學過程中，相關實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)存在 交叉和互補，不是兩個相互獨立的子系統(tǒng)，兩者是相輔相成的。相關實踐 教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)是實踐教學體系的重要組成部分，相關 實踐教學子系統(tǒng)和獨立實踐教學子系統(tǒng)的有機結合，對改革現(xiàn)有實踐教學 體系，提高實踐教學質量具有重要的理論和實際意義。例如，在課程設計 中引入討論課和案例教學，能夠充分發(fā)揮

11、學生的主觀能動性和團隊合作精 神，既達到通過課程設計擴展對已有理論的實際應用訓練的目的，又能加 深對理論教學的理解，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的目的；另外，還可以 根據(jù)“二元實踐教學體系”，對畢業(yè)設計從時間、內容、形式等多方面進 行改革，提高畢業(yè)設計的深度和廣度。 四、基于大數(shù)據(jù)的二元實踐 教學體系實例?囊隕下函隹芍？，大數(shù)據(jù)的應用，可以幫助教學工作者快速、準確和 全面地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，更好地為教學服務?！岸獙嵺`教學休系” 更注重理論與實踐的結合、教學與科研的結合，更強調學生學習上的差異 性，對在實踐教學過程中如何根據(jù)學生的學習特點，有目的性和針對性地 設置不同的實踐教學內容，提出了更高的

12、要求，大數(shù)據(jù)則為“二元實踐教 學體系”提供了方法支撐。大數(shù)據(jù)分析在教學領域中的應用表明，通過廣 泛收集每個學生的學習特點和需求，采用數(shù)據(jù)分析技術分析獲取關于學生 學習特點的有價值的信息，并及時反饋給教師，形成針對性強的實踐教學 內容。本文結合工程水文學課程，具體探討大數(shù)據(jù)分析在實踐教學中 的應用。工程水文學在武漢大學本科教學屮已有近60年歷史，在繼承 優(yōu)良傳統(tǒng)的基礎上，在二元實踐教學新體系的理論指導和大數(shù)據(jù)的環(huán)境背 景下，應用先進的信息化技術，建設工程水文學精品資源共享課，該 課程于2013年獲批國家精品資源共享課程建設資助，2016年建設成果通 過了驗收審核，正式獲得國家精品資源共享課程稱號

13、。課程建設在教學模 式和方法手段方面具有創(chuàng)新性，對推動教學資源開放共享、提高教學質量、 拓展實踐教學、推廣網(wǎng)絡在線教育具有重要意義，課程關系見圖1?；?大數(shù)據(jù)分析的工程水文學二元實踐教學體系的構建主要包括兩個方面, 一是通過大數(shù)據(jù)可以收集學生的學習習慣和偏好性等信息；另一方面通過 對數(shù)據(jù)的分析，改革教學方法，針對不同的學生制定不同的培養(yǎng)目標，給 予不同的引導。以學生為本，根據(jù)學生自身的特性和特長，培養(yǎng)適應不同 需要的人才。最后，通過因材施教的反饋，再不斷地改進方法，教學相長。五、結論教學是一個教師與學生互動、相長的過程，需要激發(fā)學生積極參與的 熱情，才能取得良好的教學效果和教學質量。本文基于

14、大數(shù)據(jù)理論和分析 技術，通過教學實踐，在廣泛征詢學生對實踐教學新體系的意見和建議的 基礎上，提出了大數(shù)據(jù)環(huán)境下的“二元實踐教學體系”，是對過去“二元 實踐教學體系”的進一步發(fā)展和完善。實際分析表明，在大數(shù)據(jù)理論與分 析技術的支撐下，“二元實踐教學體系”更能有針對性地滿足學生對實踐 教學的需求，而更開放、更靈活的科研與教學相結合的實踐教學模式為提 高實踐教學質量提供了新的途徑。參考文獻：1 程學旗，靳小龍，王元卓，郭嘉豐，張鐵贏，李國杰大數(shù)據(jù)系統(tǒng) 和分析技術綜述j軟件學報,2014, 25 (9)： 1889-1908.2 維克托?邁爾？舍恩伯格，肯尼思?庫克耶大數(shù)據(jù)時代：生活、工 作與思維的大

15、變革m.杭州：浙江人民出版社，2013.3 郭鑫大數(shù)據(jù)教學資源共享系統(tǒng)的研究j.電腦知識與技術， 2014, 10 (3)： 446447.4 李國杰，程學旗大數(shù)據(jù)研究：未來科技及經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn) 略領域j中國科學院院刊，2012, 27 (6)： 647-657.5 王元卓，靳小龍，程學旗網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望j 計算機學 報，2013, 36 (6)： 1125-1138.6 張超，盛紹頂，汪曉華淺談大數(shù)據(jù)在高校教學中的應用j安徽 化工，2015, 41 (2)： 97-99.7 黃晉關于大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)的思考與探索j教育教學論壇，2014, (45)： 201-203.8 徐瑋大數(shù)據(jù)對高等教育的影響和挑戰(zhàn)j教育教學論壇，