基礎課程線上教學改革實踐淺析

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摘要:對大數(shù)據(jù)理論與技術基礎課程的線上教學改革實踐進行研究。在開課前要進行一系列的準備:對學生進行調查，明確教學目標，制訂教學方案，選擇教學平臺。從調查結果來看，學生前期均學過C語言、統(tǒng)計學等課程，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學基礎和相關專業(yè)知識基礎，并且對大數(shù)據(jù)處理技術具有較高的學習欲望，比較熱衷于大數(shù)據(jù)在各領域的應用。考慮到單獨使用一種教學平臺或方式可能存在一定局限性，課程組決定采用“錄播+直播+研討”的方式進行線上授課，錄播課以千聊為主，直播課以釘釘為主。在教學過程中，要始終圍繞課程目標來預設講授的重點內容框架，選擇適合學生的教學方法，結合實際案例形象生動地闡述現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術、平臺及框架。在教學方法的改革過程中，教師要把握好對課程內容的調整力度，加深對課程的探索，不斷優(yōu)化教學方法。

關鍵詞:大數(shù)據(jù)理論與技術基礎課程;線上教學改革

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代為高等教育的混合式教學發(fā)展提供了機遇，線上教學成為了高校教學改革的方向，線上線下融合教學將成為未來高校教學的主流［1－4］。2020年，海軍航空大學航空作戰(zhàn)勤務學院研究生選修課程大數(shù)據(jù)理論與技術基礎課程組組長負責組織成員進行網(wǎng)絡教學平臺的培訓，要快速適應從傳統(tǒng)的線下教學模式到線上教學模式的轉變。經(jīng)過一周的討論和研究，課程組最終確定了“錄播+直播+研討”的教學模式，并圍繞教學內容設計了合理可行的教學方法和手段，積極開展線上教學改革實踐，幫助課程組成員對線上教學管理有一個全新的認識［5－9］。

1課程簡介

大數(shù)據(jù)理論與技術基礎是一門新興的交叉學科課程，屬于數(shù)據(jù)科學范疇，授課對象為電子信息專業(yè)、信息與通信工程及其他學科專業(yè)的碩士研究生;課程地位是專業(yè)選修課，是大數(shù)據(jù)技術的入門課程;先修課程有概率論、編程語言(C語言、JAVA)、數(shù)據(jù)庫基礎;后續(xù)課程有人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡等。該課程內容涉及廣泛，除了編程的相關知識，還涉及數(shù)學、通信方面的知識，需要學生具有一定專業(yè)背景。目前，大數(shù)據(jù)專業(yè)普遍存在以下問題:(1)部分教師是計算機、電子信息、通信等專業(yè)畢業(yè)的，對大數(shù)據(jù)的理論雖然有一定研究，但在實踐方面缺乏經(jīng)驗和創(chuàng)新;(2)一些高校對于該領域的人才培養(yǎng)體系還沒有一套成熟的規(guī)劃方案;(3)一些高校缺少可以用于學術研究方面的高品質數(shù)據(jù);(4)進行大數(shù)據(jù)技術研究所需要的資源配置條件較高，需要投入大量的資金和場地，但一些高校在這方面沒有投入太多預算。海軍航空大學航空作戰(zhàn)勤務學院自2017年開設了大數(shù)據(jù)理論及技術基礎這門碩士研究生課程，設立這門課程的基本目標就是為了給同學們搭建起通向大數(shù)據(jù)知識空間的橋梁和紐帶。整個課程在設計和安排上遵循以下原則:構建知識體系、闡明基本原理、引導初級實踐、了解相關應用。通過對課程的學習，讓學生掌握大數(shù)據(jù)處理的基礎框架和前沿技術，把握大數(shù)據(jù)技術發(fā)展動向，提升數(shù)據(jù)分析能力。課程主要內容包括:(1)大數(shù)據(jù)概述。主要講大數(shù)據(jù)的基本概念、主要影響、應用領域、關鍵技術、計算模式，還有云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的概念及其與大數(shù)據(jù)之間的緊密關系;(2)數(shù)據(jù)采集與預處理。這是大數(shù)據(jù)分析全流程中的關鍵一環(huán)，直接決定了后續(xù)環(huán)節(jié)分析結果的質量，主要介紹了數(shù)據(jù)采集方法、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉換和數(shù)據(jù)脫敏的方法;(3)大數(shù)據(jù)計算框架。主要講Hadoop的發(fā)展歷史、重要特性、應用現(xiàn)狀、項目結構及其各個組件、平臺的安裝;NoSQL數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫的差異以及NoSQL數(shù)據(jù)庫的四大類型;Spark的基本概念、相比Hadoop的優(yōu)勢、生態(tài)系統(tǒng)和設計架構;流計算、圖計算、云數(shù)據(jù)庫及可視化技術;(4)大數(shù)據(jù)挖掘技術。主要講數(shù)據(jù)挖掘概述、數(shù)據(jù)預處理、關聯(lián)、分類、聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡技術、深度學習、深度信念網(wǎng)絡等內容;(5)大數(shù)據(jù)在各個領域中的應用。重點講大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、軍事和工業(yè)方面的應用。

2開課前的準備

2.1對學生進行調查

課前準備是課堂教學較為重要的環(huán)節(jié)，課前調研有利于調動學生的學習興趣，會決定教學效果，要做好課前資料的準備工作。課前階段，教師以問卷調查的方式對某班次學生的教育背景和研究方向進行了調研，并收集學生對課程教授內容的要求和期望，讓學生帶著問題進課堂，結合學生的畢業(yè)方向在師生之間實現(xiàn)經(jīng)驗共享、多向交流，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。調研結果顯示:(1)該班次學生全部是碩士研究生，具有較高的學識基礎;(2)該班次學生前期均學過C語言、統(tǒng)計學等課程，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學基礎和相關專業(yè)知識基礎，并且對大數(shù)據(jù)處理技術具有較高的學習欲望，比較熱衷于大數(shù)據(jù)在各領域的應用;(3)對每一個學生的科研方向進行了調研，決定選取幾種通用性大數(shù)據(jù)前沿技術來作為直播授課的內容;(4)學生遵循課程知識體系結構，系統(tǒng)地學習了大數(shù)據(jù)的基本框架、機理和算法，注重理論與實踐，強調在科研中提出問題、分析問題、解決問題的能力。

2.2明確教學目標

理解大數(shù)據(jù)基本框架結構、數(shù)據(jù)挖掘的基本概念，掌握大數(shù)據(jù)挖掘技術中分析問題和解決問題的方法，能夠運用聚類、分類、關聯(lián)等數(shù)據(jù)挖掘算法解決實際問題，掌握大數(shù)據(jù)處理的前沿理論和技術，把握大數(shù)據(jù)技術發(fā)展動向，提升數(shù)據(jù)分析能力。

2.3制訂教學方案

開課前，課程組組長組織全體課程組成員通過釘釘平臺研討教學方案和方式，并根據(jù)教材內容和教學基本要求，在開課前針對包括教學內容的教案和PPT按照適應網(wǎng)上教學的方式進行了詳細整改?？紤]到單獨使用一種教學平臺或方式可能存在一定局限性，而錄播和直播混合的授課方式正好可以節(jié)省學生時間，學習時間可以由學生自由分配(錄播)，又能增強學生之間的互動(直播)。因此，課程組決定采用“錄播+直播+研討”的方式進行線上授課，并為課程組成員分配任務，分別完成電子教材的制作、視頻資源的錄制、文檔編輯、課件制作、課后實驗素材匯總、教學平臺軟件篩選等工作。

2.4選擇教學平臺

課程組對現(xiàn)階段主流的教學平臺進行了考察，包括智慧樹、超星、雨課堂、中國大學慕課、釘釘、騰訊視頻等，經(jīng)過反復實驗、篩選、對比，發(fā)現(xiàn)釘釘平臺的空中課堂功能非常多，有強大的技術和資源支持，交互性強，具有很強的擴展能力，最終確定直播課程以釘釘平臺為主，并建立釘釘群與學生進行實時交流，為學生答疑解惑。千聊平臺由騰訊眾創(chuàng)空間孵化，是微信上領先的221直播平臺，是國內領先的在線知識社區(qū)，各領域人才每天直播分享彼此的專業(yè)知識和經(jīng)驗，可實時進行互動交流。該平臺支持現(xiàn)場在線，可聽課，可和學友討論，可向講師提問，使用較為方便。它的錄播功能簡單易操作，學生通過微信就可以隨時隨地進行學習，因此，課程組選擇以千聊和釘釘為在線教學主平臺，其中，錄播課以千聊為主，直播課以釘釘為主。

3線上教學實施過程

(1)在大數(shù)據(jù)理論與技術基礎課程教學中，始終圍繞課程目標來預設講授的重點內容框架，選擇適合學生的教學方法，結合實際案例形象生動地闡述現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術、平臺及框架。課程中部分數(shù)據(jù)挖掘算法具有基礎理論性強、推導過程繁瑣等特點，加大了學生的學習難度，教師在講的同時要將理論知識和實際應用相融合，引導學生盡快步入自主性、學導式學習的軌道，使學生能夠用所學方法分析解決實際問題;(2)在替代式教學策略的基礎上，教師要將主動參與教學策略和合作教學策略相結合，提倡學生主動思考、主動參與、主動實踐，提高學生的搜索能力、自學能力、合作溝通能力。在實踐性教學環(huán)節(jié)學習過程中，要求學生開拓思路，大膽嘗試，根據(jù)自己的體會寫出實驗報告，包括實驗目的、任務、原理、實現(xiàn)思路、結果分析及感想等內容，幫助學生進一步領會和掌握在課堂上學到的與數(shù)據(jù)挖掘算法相關的基本概念、基本原理及分析方法，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，使他們樂于實踐并深化理論，為今后智能計算的學習奠定基礎;(3)在教學手段上，對于理論性通用性強、沒有太大理解難度的內容(如大數(shù)據(jù)平臺基礎框架)，可通過千聊錄播的形式發(fā)給學生，學生可以自由選擇學習時間和學習內容，大大提高了學習效率;對于互動性較強的內容(如數(shù)據(jù)挖掘技術、大數(shù)據(jù)前沿技術)，可采用直播課的形式，通過探討式、啟發(fā)式的教學方式將理論知識介紹給學生，同時將一些優(yōu)質的大數(shù)據(jù)方面的網(wǎng)絡視頻推送給學生，使學生既掌握了必備的知識和技能，又提高了自身能力和素質;(4)在直播課上，根據(jù)每個學生的研究方向與學生進行針對性交流和溝通，激發(fā)學生的學習興趣，提高直播課堂的互動效果，這樣能夠達到預期的教學目標，順利完成教學任務;(5)課程組對一系列大數(shù)據(jù)處理方面的科研項目數(shù)據(jù)和實驗成果進行總結提煉，直接應用于大數(shù)據(jù)課程的教學中，其中先進的算法能夠幫助學生了解現(xiàn)在大數(shù)據(jù)技術在實際中的應用情況，以最先進的科研成果促進課程建設，提高教學水平和人才培養(yǎng)質量。

4教學總結

課前，對學生的組成、學習興趣和遇到的困難進行了調研，發(fā)現(xiàn)少數(shù)學生對與自己研究方向無關的講授內容興趣不夠，接下來將進一步加強與學生的溝通。通過這次網(wǎng)絡授課，讓任課教師積累了一定的經(jīng)驗，在發(fā)現(xiàn)問題的同時也找到了一些好方法。網(wǎng)絡授課比傳統(tǒng)線下授課模式更加多樣化，方式更加靈活，互動頻率更高，可作為線下授課的有益補充，教師也可以借助網(wǎng)絡平臺不斷更新自己的知識體系，提高教學能力。目前，一些網(wǎng)絡平臺已經(jīng)上線了一些關于提升教學水平的課程，如比較熱門的“邏輯鏈”“思維鏈”“高效教學”等新理念教學方法，這些對于教師的專業(yè)素養(yǎng)提升具有較大幫助［10］。網(wǎng)絡教學平臺涉及的領域很廣，教師不但可以對各類專業(yè)知識進行多次反復學習，還可以通過國內外訪學、跟產跟研、專家講學、高校調研等多項舉措及途徑來提高自身的能力素質。在線上教學的討論環(huán)節(jié)中，由于學生思維的發(fā)散性，可能出現(xiàn)一些突發(fā)情況，這也對教師的應變能力和對課堂的掌控能力提出了更高要求，教師不僅要對授課內容了如指掌，還要拓展一些課外的知識背景。另外，在教學方法的改革過程中，教師要把握好對課程內容的調整力度，加深對課程的探索，不斷優(yōu)化教學方法。

作者:賈舒宜 王海鵬 毛忠陽 唐田田 單位:海軍航空大學航空作戰(zhàn)勤務學院