劉楊濤 張秋紅 唐丙寅

摘要：社會對大數(shù)據(jù)技術人才的需求量逐年增加，為了培養(yǎng)適應社會需要的具有較強實踐能力的大數(shù)技術人才，必須對大數(shù)據(jù)技術基礎教學內(nèi)容進行完善。文章介紹了課程的設計原則和教學目標，確定了貫穿大數(shù)據(jù)技術中的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、應用和數(shù)據(jù)可視化全過程的知識體系，并在此基礎上提出了比較完善的教學內(nèi)容設計方案。新的教學內(nèi)容在教學實踐中進行了嘗試，該教學設計方案有利于學習實踐應用能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)技術基礎;知識體系;教學內(nèi)容;設計方案

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0023-03

隨著社會的發(fā)展，數(shù)據(jù)量的激增，原有的數(shù)據(jù)處理方法已經(jīng)不能適應社會發(fā)展的需要。一種以分布式技術為核心的大數(shù)據(jù)技術的出現(xiàn)，為海量數(shù)據(jù)處理提供新的思路和方法，也為企業(yè)業(yè)務分析和行業(yè)發(fā)展帶來了新的思維角度，提高了數(shù)據(jù)應用力，推動社會的影響和發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術被越來越多的行業(yè)和部門所采用，社會對大數(shù)據(jù)技術人才需求也在逐年增加[1]。大數(shù)據(jù)技術的應用關鍵是大數(shù)據(jù)技術應用人才的培養(yǎng)。為了適應社會對大數(shù)據(jù)技術人才的需求，目前數(shù)百所學校開設了大數(shù)據(jù)技術專業(yè)（方向）。如何培養(yǎng)適應時代需求、具有大數(shù)據(jù)思維、掌握大數(shù)據(jù)技術的高素質(zhì)人才是各校面臨的問題[2]。

大數(shù)據(jù)技術基礎是大數(shù)據(jù)技術的基礎性課程，是學習大數(shù)據(jù)技術的先導課程。為了滿足時代的需求，應完善大數(shù)據(jù)技術基礎課程的教學內(nèi)容設計。南陽理工學院是一所應用型本科高校，加強學生的實踐應用能力培養(yǎng)是我們的教學目標之一。設計一套適合學生實踐應用能力培養(yǎng)的大數(shù)據(jù)技術基礎課程教學內(nèi)容，有助于提高學生學習的積極性和主動性，提高學生的學習效果和動手能力。筆者以我校的大數(shù)據(jù)技術基礎教學實踐為基礎，就該課程的教學內(nèi)容設計問題進行討論，期望給國內(nèi)同類高校參考和借鑒。

1 教學內(nèi)容設計的原則

目前國內(nèi)許多高校都開設了大數(shù)據(jù)技術基礎，各個學校的教學內(nèi)容設計上各用特色，但在知識章節(jié)上側重點不同。然而，在堅持加強學生實踐應用能力培養(yǎng)的目標下，現(xiàn)有的內(nèi)容難以滿足需求[3]，需要從以下幾個方面考慮，對教學內(nèi)容進行重新設計。

1）教學內(nèi)容應“全”而非“難”。大數(shù)據(jù)技術基礎是一門技術導論課，有些院?？赡苤婚_設該門課程，后續(xù)不再開設大數(shù)據(jù)技術的其他課程，因此在授課內(nèi)容上應該盡可能地全面，以保證學生較為全面地掌握大數(shù)據(jù)技術基礎知識。此外，該課程開設時間較早，此時學生掌握的基本理論并不全面，同時有限學時數(shù)的限制，因此教學內(nèi)容不宜難，要考慮學生知識的接受能力，教學深度要適宜。

2）及時更新知識體系統(tǒng)。當前大數(shù)據(jù)技術迅速發(fā)展，不斷有新的技術出現(xiàn)。一些陳舊的技術在實際應用中逐漸被淘汰，可以適當刪減相關內(nèi)容以節(jié)約有限的學時，同時將一些新的技術應用要及時更新和補充到教學內(nèi)容中去，適應社會的用人需求。

3）重新梳理前后邏輯。不同的學校、不同的專業(yè)在開設大數(shù)據(jù)技術相關課程時，各自體系的邏輯順序不同。在制定教學內(nèi)容時，也要統(tǒng)籌考慮課程內(nèi)部的順序以及專業(yè)后續(xù)課程的邏輯銜接。

4）加強實踐內(nèi)容設置。豐富完善的實驗教學內(nèi)容，有助于提高學生的學習興趣。在實踐安排上僅有綜合實習的內(nèi)容是不夠的，需要增加課內(nèi)實驗，通過單個課內(nèi)實驗項目，加強知識的學習和理解，對于課程的學習和學生應用實踐能力的提高有很大的作用。

2 教學目標

大數(shù)據(jù)技術基礎是大數(shù)據(jù)專業(yè)的基礎性課程，也是其他專業(yè)學生學習和了解大數(shù)據(jù)技術的導論課程。對于應用型本科高校，培養(yǎng)學生具備一定的理論基礎，同時具用良好的實踐應用能力是該類學校的培養(yǎng)目標[4]。因此該門課程的教學目標是通過該課程的學習能夠讓學生掌握大數(shù)據(jù)的基本概念，了解大數(shù)據(jù)技術及其應用。具備大數(shù)據(jù)的思維[5]，能夠按照具體的工程項目的要求，選擇合適的軟硬件設備，設計大數(shù)據(jù)架構的解決方案。能夠使用Hadoop大數(shù)據(jù)處理架構及其生態(tài)系統(tǒng)，完成分布式存儲系統(tǒng)和分布式運算系統(tǒng)的搭建，能夠使用相應的工具和方法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的采集、存儲、簡單處理和分析，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化展示。

3 知識體系

大數(shù)據(jù)技術是一種海量數(shù)據(jù)采集及預處理、存儲及管理、數(shù)據(jù)分析與挖掘、大數(shù)據(jù)應用與展現(xiàn)及應用等一系列新技術的總稱。大數(shù)據(jù)技術應用主要圍繞大數(shù)據(jù)應用中的“數(shù)據(jù)采集與預處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應用與可視化”四個環(huán)節(jié)[6]。目前，大數(shù)據(jù)技術主要采用Hadoop大數(shù)據(jù)處理架構及其生態(tài)系統(tǒng)的相關開源軟件[7]，因此課程的知識體系主要是在掌握一定理論的基礎上，主要學習Hadoop大數(shù)據(jù)處理架構及生態(tài)圈相關的數(shù)據(jù)處理技術、大數(shù)據(jù)應用與可視化。并在此基本上通過具體的大數(shù)據(jù)應用案例將相應的知識點進行綜合應用。因此，課程的知識體系分為大數(shù)據(jù)基礎、大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)應用4個部分。

4 教學內(nèi)容設計

4.1 大數(shù)據(jù)基礎教學內(nèi)容

大數(shù)據(jù)基礎主要學習大數(shù)據(jù)的基本概念、大數(shù)據(jù)的應用、大數(shù)據(jù)的關鍵技術、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的相關情況。內(nèi)容包括以下幾部分：

1）大數(shù)據(jù)概述。主要講述對大數(shù)據(jù)的總體認識，內(nèi)容包括大數(shù)據(jù)時代背景、大數(shù)據(jù)的基本概念、大數(shù)據(jù)的應用及對社會的影響，以及大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的關系。

2）大數(shù)據(jù)關鍵技術介紹，主要介紹大數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和應用的相關關鍵技術簡介，貫穿了大數(shù)據(jù)處理的全過程。

3）Hadoop大數(shù)據(jù)處理架構。主要介紹目前主流的開源的大數(shù)據(jù)處理架構Hadoop。

4.2 大數(shù)據(jù)存儲技術教學內(nèi)容

大數(shù)據(jù)存儲技術主要介紹大數(shù)據(jù)的存儲方法，包括以文件形式存儲數(shù)據(jù)的HDFS分布式文件系統(tǒng)和以數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫HBase兩種。

1）HDFS分布式文件系統(tǒng)。主要介紹HDFS分布式系統(tǒng)的相關概念、基本結構、存儲原理、工作原理及基本操作，以及HDFS編程基礎。

2）分布式數(shù)據(jù)庫HBase。主要介紹HBase數(shù)據(jù)庫的特點、應用場景、數(shù)據(jù)訪問接口、數(shù)據(jù)模型、工作機制與運行原理、數(shù)據(jù)集群的安裝配置與操作和HBase Java API編程基礎。

4.3 大數(shù)據(jù)處理與分析教學內(nèi)容

大數(shù)據(jù)處理與分析主要介紹基于Hadoop生態(tài)系統(tǒng)的各種大數(shù)據(jù)處理與分析工具的使用方法。

1）分布式日志采集系統(tǒng)Flume。主要介紹海量日志的采集工具Flume的特點、使用場景、工作原理和使用方法。

2）數(shù)據(jù)交換工具Sqoop。主要介紹數(shù)據(jù)Sqoop的特點，應用場景以及使用方法。

3）分布式協(xié)調(diào)服務的Zookeeper。主要介紹分布式協(xié)調(diào)服務的概述、Zookeeper的特點、Zookeeper的工作原理和Zookeeper的使用方法。

4）MapReduce分布式并行處理框架。主要介紹Mapreduce架構的基本特點、模型簡介、工作原理和Mapreduce的具體應用。

5）分布式數(shù)據(jù)分析工具Pig。主要介紹Pig的特點、基本概念、工作原理、使用方法和Pig的應用案例。

6）大數(shù)據(jù)處理框架spark。主要介紹Spark的特點、Scala語言、Spark運行框架、Spark的部署和應用、Spark編程。

7）分布式數(shù)據(jù)倉庫Hive。主要介紹Hive出現(xiàn)的背景、Hive的構成、Hive的使用方法和Hive的應用案例。

8）數(shù)據(jù)可視化。本章內(nèi)容主要概述什么是數(shù)據(jù)可視化、可視化的發(fā)展歷程和重要作用，介紹桌面可化化、OLAP可視化和Web可視化的方法，重點掌握Web可視化中Echars的可視化編程方法。

4.4 大數(shù)據(jù)應用教學內(nèi)容

大數(shù)據(jù)應用主要介紹大數(shù)據(jù)技術在各行各業(yè)的應用情況以及具體的案例。通過具體的案例講解讓學生了解大數(shù)據(jù)技術的實際應用方法，提高實踐應用動手能力。

1）大數(shù)據(jù)在行業(yè)各業(yè)的應用情況。概述大數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)、健康醫(yī)療、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代物流、現(xiàn)代金融和城市管理、數(shù)字政府中的具體應用。了解大數(shù)據(jù)庫在社會生產(chǎn)和生活中具體應用

2）大數(shù)據(jù)應用案例。本章節(jié)內(nèi)容主要是通過一個具體的大數(shù)據(jù)應用案例，培養(yǎng)學生的大數(shù)據(jù)技術的綜合應用能力，該案例要求貫穿大數(shù)據(jù)的采集與預處理、大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析與可視化。具體的案例如智能推薦系統(tǒng)、用戶網(wǎng)站行業(yè)分析、OTA離線數(shù)據(jù)分析等。

4.5 大數(shù)據(jù)課堂實驗教學內(nèi)容

課程的學習僅僅依靠綜合實習是不夠的，必須增加相應的課堂實驗操作，以驗證所學的知識，提高知識的實際應用能力。對于大數(shù)據(jù)技術基礎而言，一門偏重技術實踐的課程，課程實驗尤為重要。大數(shù)據(jù)技術基礎課程實驗的內(nèi)容安排如表1所示。

5主要創(chuàng)新與特色

1）教學內(nèi)容設計較為全面

根據(jù)社會對大數(shù)據(jù)人才的需求，按照宜“全”忌“難”的原則，既有一定的理論基礎，又有大量的技術應用，建立了較為全面的教學內(nèi)容。在第一部分大數(shù)據(jù)基本知識的基礎上，介紹了大數(shù)據(jù)的架構、處理、分析和應用的各種新技術，涵蓋了大數(shù)據(jù)處理技術的各個方面。

2）知識體系與科技發(fā)展同步

根據(jù)大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展和應用現(xiàn)狀，及時調(diào)整了大數(shù)據(jù)庫技術的知識體系，保持課堂教學內(nèi)容與社會技術應用同步。第三部分增加了Flume海量日志采集和Spark處理框架。

3）貫穿大數(shù)據(jù)技術全過程

大數(shù)據(jù)應用技術教學內(nèi)容貫穿大數(shù)據(jù)采集-存儲-分析-應用的全過程，能更清晰完整地展現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術的全流程。在技術應用部分分為大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)處理和大數(shù)據(jù)應用三個層面，全面系統(tǒng)地介紹大數(shù)據(jù)的應用技術。

4）加強實踐應用能力培養(yǎng)

課程內(nèi)容更加注重學生的應用實踐能力培養(yǎng)，而非純理論。課程共計設置24個學時的課堂實驗，在教學部分安排2個學時的應用舉例和2個學時的案例講解，有利于提高學生的應用實踐能力的培養(yǎng)，激發(fā)了學生的學習興趣。

6 結束語

社會對大數(shù)據(jù)技術人才的需求量逐年增加，社會需要大量實踐應用能力較強的大數(shù)技術人才。實現(xiàn)以提高學生應用實踐能力為目標的教學內(nèi)容改革，對培養(yǎng)大數(shù)據(jù)技術人才有重要的意義。本文針對大數(shù)據(jù)技術基礎的教學目標，結合社會的人才需求，提出了新的教學內(nèi)容設計方案，包括設知識體系、理論教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容的調(diào)整。教學內(nèi)容安排從基礎理論、基本架構、處理技術和綜合應用這4個方面，由理論到實踐，由簡到難順序向前推進。新的教學內(nèi)容在教學實踐中進行了嘗試，該教學內(nèi)容有利于學習實踐應用能力的培養(yǎng)，有助于學生更加深刻理解大數(shù)據(jù)技術，激發(fā)學生學習的積極性，為學生后續(xù)大數(shù)據(jù)技術的學習提供保證。今后，該教學內(nèi)容存在的不足有待在后期的教學實踐活動中進一步改進。

參考文獻：

[1] 馮永，鐘將，李學明，等.共智融合的大數(shù)據(jù)智能化人才培養(yǎng)研究與實踐[J]. 中國電化教育， 2021（4）：16-25.

[2] 莫禮平，周愷卿.基于CDIO理念的大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學設計模式研究[J].現(xiàn)代計算機， 2020（27）：63-67.

[3] 張志偉，房愛東，崔琳，等.新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)建設探究[J].攀枝花學院學報，2018，35（5）：107-111.

[4] 周黎鳴，林英豪，李征，等.新工科背景下大數(shù)據(jù)專業(yè)課程建設[J].計算機時代，2021（1）：102-105.

[5] 吳啟明，尹蘭蘭，林芳.地方應用型本科院校人才培養(yǎng)質(zhì)量保障體系的構建——以數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)為例[J].高教學刊，2020（26）：146-149.

[6] 許安見，鄒楊.數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案探討[J].教育教學壇，2019（5）：45-46.

[7] 王建芳.大數(shù)據(jù)時代計算機科學與技術專業(yè)應用型人才培養(yǎng)研究[J].齊齊哈爾大學學報（哲學社會科學版），2021（3）：185-188.

【通聯(lián)編輯：王力】

收稿日期：2021-04-09

基金項目：南陽理工學院“操作系統(tǒng)原理”一流課程建設基本（編號：270112）

作者簡介：劉楊濤（1980—），男，河南羅山人，講師，碩士，研究方向為大數(shù)據(jù)應用技術。

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