摘要:隨著生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的多樣性和數(shù)據(jù)量的不斷增加,大數(shù)據(jù)技術(shù)已成為存儲(chǔ)、處理和分析這些數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。在醫(yī)學(xué)院校的背景下,構(gòu)建貼合生物醫(yī)學(xué)需求的大數(shù)據(jù)導(dǎo)論課程顯得尤為重要,為學(xué)生的后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。通過詳細(xì)介紹“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程的目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)模式,發(fā)現(xiàn)其中存在的一些關(guān)鍵問題?;谶@些問題的反思,提出了相應(yīng)的改革方案,包括豐富教學(xué)資源、及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容、平衡知識(shí)點(diǎn)的多樣性以及逐步復(fù)雜化實(shí)驗(yàn)課案例等。這些改進(jìn)措施將有助于提升“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程的質(zhì)量,更好地促進(jìn)其發(fā)展,從而培養(yǎng)更多緊貼醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)人才。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論醫(yī)學(xué)院校課程建設(shè)教學(xué)改革
中圖分類號(hào):R-4;G642
ResearchontheConstructionofthe"IntroductiontoDataScience"CourseinMedicalColleges
OUYANGDongCHENYuyun*ZHAOYunZHENGJinqiu
SchoolofBiomedicalEngineering,GuangdongMedicalUniversity,Zhanjiang,GuangdongProvince,524023China
Abstract:Withthediversityandvolumeincreasingofbiomedicaldata,BigDatatechnologyhasbecomethekeytostoring,processing,andanalyzingthesedata.In thecontextofmedicalcolleges,itisparticularlyimportanttoconstructanBigDataIntroductioncoursetailoredtotheneedsofBiomedicalScience,layingthefoundationforstudents'subsequentprofessionallearning.Severalkeyissueshavebeenidentifiedbyprovidingadetailedoverviewoftheobjectives,content,andteachingmethodsofthe"IntroductiontoDataScience"course.Basedonreflectionsontheseissues,thecorrespondingreformplansareproposed,includingenrichingteachingresources,updatingteachingcontentinatimelymanner,balancingthediversityofknowledgepoints,andgraduallycomplicatingexperimentalclasscases.Theseimprovementswillhelpenhancethequalityofthe"IntroductiontoDataScience"course,betterfacilitatingitsdevelopment,andthuscultivatingmorebigdatatalentscloselyalignedwiththemedicalfield.
KeyWords:IntroductiontoDataScience;Medicalcolleges;Courseconstruction;Teachingreform
信息技術(shù)的飛速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及,使計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的工具。隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的擴(kuò)大,大數(shù)據(jù)技術(shù)逐漸成為信息化發(fā)展的重要組成部分。2015年,國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要的通知》,這標(biāo)志著大數(shù)據(jù)在我國已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面[1]。2016年,教育部新增了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)。自首批3所高校開設(shè)該專業(yè)以來[2],截至2024年,已有超過700所高校設(shè)立該專業(yè)。然而,隨著數(shù)據(jù)量的增加和復(fù)雜性的加劇,各高校在專業(yè)建設(shè)和課程設(shè)置方面面臨挑戰(zhàn)。
廣東醫(yī)科大學(xué)作為以醫(yī)學(xué)為特色的省屬綜合性本科高校,開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè),旨在為醫(yī)療行業(yè)培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的復(fù)合型人才。通過將數(shù)據(jù)科學(xué)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生掌握先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析工具和技術(shù),應(yīng)用于醫(yī)療數(shù)據(jù)的管理和分析,提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和科研水平。同時(shí),國內(nèi)各高校大數(shù)據(jù)專業(yè)的建設(shè)也正在持續(xù)推進(jìn),逐步構(gòu)建了符合各自特色的知識(shí)體系和能力框架[3]。隨著專業(yè)課程的不斷優(yōu)化和人才培養(yǎng)模式的日漸成熟,這些課程設(shè)計(jì)越來越能夠滿足不同高校的獨(dú)特需求,培養(yǎng)出更符合實(shí)際應(yīng)用的大數(shù)據(jù)人才[4]。
導(dǎo)論課程作為高等教育中的入門課程,對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生理解專業(yè)領(lǐng)域、激發(fā)學(xué)術(shù)熱情和構(gòu)建知識(shí)框架具有重要作用。特別是大數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)院校的應(yīng)用中,導(dǎo)論課程的建設(shè)尤為重要。醫(yī)學(xué)院校需結(jié)合醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的特殊需求,對(duì)大數(shù)據(jù)專業(yè)導(dǎo)論課程進(jìn)行定制化設(shè)計(jì),涵蓋大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用案例,突出醫(yī)療數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。
1課程目標(biāo)
“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”作為一門專業(yè)入門課程,在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)中具有重要作用。該課程旨在為學(xué)生提供數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的全面概述和基礎(chǔ)知識(shí)。作為專業(yè)基礎(chǔ)課,它被設(shè)計(jì)為必修課程,為學(xué)生打下數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ),并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5]。通過學(xué)習(xí)本課程,學(xué)生將掌握數(shù)據(jù)科學(xué)的核心理論、關(guān)鍵的研究方法和技術(shù)工具,為他們未來的學(xué)習(xí)和研究提供了必要的理論支撐和實(shí)踐技能。具體來說,課程的目標(biāo)包括以下3個(gè)方面。
1.1掌握大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)
學(xué)生應(yīng)熟悉大數(shù)據(jù)的基本概念和原理,包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理與分析等方面。他們需要了解常見的大數(shù)據(jù)處理框架和分析工具,如Hadoop、Spark、Python和R語言,并掌握這些工具的特點(diǎn)、適用場(chǎng)景和工作原理,全面了解大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。
大數(shù)據(jù)思維是一種通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、進(jìn)行創(chuàng)新并創(chuàng)造價(jià)值的思維方式和方法。它強(qiáng)調(diào)挖掘和利用數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值,注重培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用能力。大數(shù)據(jù)思維不僅要求能夠處理和解讀大量數(shù)據(jù),還需要具備從數(shù)據(jù)中提取有意義信息的洞察力,并能將這些信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用,推動(dòng)決策優(yōu)化和創(chuàng)新發(fā)展。
通過項(xiàng)目實(shí)踐和案例分析,學(xué)生應(yīng)能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題的解決中,并開發(fā)出有效的解決方案。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)模式有助于他們培養(yǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策能力,使他們能夠在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí),通過分析和利用數(shù)據(jù)來做出更準(zhǔn)確的決策。
在專業(yè)導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)階段,必須培養(yǎng)強(qiáng)烈的操作意識(shí)和實(shí)踐能力,以便為后續(xù)的專業(yè)課程奠定基礎(chǔ),同時(shí)滿足未來專業(yè)就業(yè)和科研的需求。因此,“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程采用理論和實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)模式,主要內(nèi)容包括理論課和實(shí)驗(yàn)課,其中理論課20個(gè)學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課16個(gè)學(xué)時(shí),一共36個(gè)學(xué)時(shí)。
理論課程內(nèi)容廣泛,涵蓋了大數(shù)據(jù)的基本概述、大數(shù)據(jù)與其他新興技術(shù)的相互關(guān)系、大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)知識(shí),以及大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。課程還包括數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)的處理與分析以及數(shù)據(jù)的可視化等方面。該課程以介紹基本理論、方法、工具和工作流程為主,旨在培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)思維,使其能夠全面理解和掌握大數(shù)據(jù)相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí)。通過系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)這門課程,學(xué)生不僅能掌握大數(shù)據(jù)的核心概念和基本操作,還能了解如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景,從而為以后的深入學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容包括了R語言的基本語法、基于線性回歸的心臟病預(yù)測(cè)、基于ggplot2包的數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、基于R語言實(shí)現(xiàn)操作MySQL和網(wǎng)站制作等。該教學(xué)內(nèi)容以案例為主,旨在幫助學(xué)生更深入地理解理論知識(shí)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),實(shí)驗(yàn)課的案例設(shè)計(jì)將盡量貼合理論部分的內(nèi)容。通過這種方式,學(xué)生可以在實(shí)際操作中鞏固和應(yīng)用所學(xué)理論,加深對(duì)核心概念和方法的理解,從而提高他們的綜合實(shí)踐能力和問題解決能力。
3.1理論課的教學(xué)模式
理論課的教學(xué)模式應(yīng)注重理論講解與具體案例分析相結(jié)合。具體教學(xué)方法主要包括理論講解和案例分析。
3.1.1理論講解
理論課程的教學(xué)采用多種有效的方式,包括PPT演示、教材閱讀等,旨在幫助學(xué)生全面了解大數(shù)據(jù)的概念、技術(shù)框架及其應(yīng)用領(lǐng)域。在教學(xué)過程中,還結(jié)合了案例分析、視頻播放和課堂互動(dòng)等多樣化方法,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極參與。此外,理論課講解也將課程思政貫穿于教學(xué)全過程[6]。以新冠肺炎疫情期間的實(shí)際案例為例,如“健康碼”“智能咽拭子采樣機(jī)器人”,展示了中國科技在應(yīng)對(duì)公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)方面的積極貢獻(xiàn)。這種案例介紹的方式有助于強(qiáng)調(diào)國家的文化自信和科技實(shí)力,同時(shí)彰顯了愛國主義和集體主義等中國特色社會(huì)主義精神。
3.1.2案例分析
通過列舉實(shí)際運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的案例,生動(dòng)講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。例如:通過介紹“掌上公交”應(yīng)用,講解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。還可以通過分析“淘寶推薦系統(tǒng)”,說明大數(shù)據(jù)在電子商務(wù)中的應(yīng)用;通過“GoogleMaps實(shí)時(shí)交通預(yù)測(cè)”,展示大數(shù)據(jù)在交通管理中的重要作用;通過“京東物流”,解釋大數(shù)據(jù)在物流管理中的應(yīng)用。這些實(shí)際案例不僅幫助學(xué)生理解抽象的理論概念,還能激發(fā)他們對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的濃厚興趣和深入探索的動(dòng)力。
3.2實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式
實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式應(yīng)注重代碼詳解和學(xué)生實(shí)操。通過詳細(xì)講解每段代碼的功能和實(shí)現(xiàn)原理,幫助學(xué)生深入理解編程邏輯和技術(shù)細(xì)節(jié)。同時(shí),提供充足的實(shí)操機(jī)會(huì),讓學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)知識(shí),解決實(shí)際問題,提高動(dòng)手能力和解決問題的技能[7]。
3.2.1代碼詳解
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)案例代碼進(jìn)行逐行講解,讓學(xué)生深入理解每一行代碼的功能和實(shí)現(xiàn)原理。通過逐行實(shí)操,學(xué)生不僅可以感受代碼的編寫過程,還能通過實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的展示,更加生動(dòng)具體地掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用。這樣的教學(xué)方法有助于將理論知識(shí)與實(shí)踐操作緊密結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深刻理解。
3.2.2學(xué)生實(shí)操
通過設(shè)計(jì)動(dòng)手做一做的作業(yè),學(xué)生能夠?qū)嶋H動(dòng)手操作案例代碼,基于所學(xué)的代碼和函數(shù)來實(shí)現(xiàn)任務(wù)。這樣的實(shí)踐性作業(yè)設(shè)計(jì)不僅能夠讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí),還能夠加深對(duì)代碼知識(shí)點(diǎn)的理解。通過親自編寫、調(diào)試和運(yùn)行代碼,學(xué)生將更深入地理解代碼的邏輯和功能,從而提升他們的編程技能和問題解決能力。
在“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程中,存在一些亟須解決的問題,包括課程資源匱乏、內(nèi)容未能及時(shí)更新、知識(shí)點(diǎn)多樣性平衡不足以及實(shí)驗(yàn)課案例過于簡單化。具體的內(nèi)容如下所示。
4.1 課程資源匱乏與內(nèi)容未及時(shí)更新
課程教學(xué)資源比較匱乏,只能搜集到一些與大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)的視頻材料,如廈門自動(dòng)化碼頭、波士頓動(dòng)力機(jī)器人和日本比特幣支付等。這些視頻雖能提供一定的理論知識(shí),但缺乏高質(zhì)量的案例和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,導(dǎo)致學(xué)生難以在實(shí)踐中有效鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。由于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的欠缺,學(xué)生無法充分理解大數(shù)據(jù)技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用,教學(xué)效果大打折扣。此外,大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用在不斷快速發(fā)展,這使得課程內(nèi)容需要不斷更新以反映行業(yè)的最新趨勢(shì)和技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新速度極快,新工具、新框架、新算法和新應(yīng)用場(chǎng)景層出不窮。如果課程內(nèi)容不能及時(shí)更新,學(xué)生所學(xué)的知識(shí)可能很快就會(huì)過時(shí),無法滿足行業(yè)的實(shí)際需求。
4.2知識(shí)點(diǎn)多樣性平衡不足
如何平衡知識(shí)點(diǎn)的多樣性,設(shè)計(jì)合適的教學(xué)內(nèi)容涵蓋大數(shù)據(jù)分析工具如Python和R語言,大數(shù)據(jù)框架如Hadoop和Spark的講解,以及介紹大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的NoSQL數(shù)據(jù)庫,從而培養(yǎng)學(xué)生全面理解大數(shù)據(jù)概念和技術(shù),以及靈活運(yùn)用于實(shí)踐項(xiàng)目中的能力。
4.3實(shí)驗(yàn)課案例的簡單化
實(shí)驗(yàn)課中的案例設(shè)計(jì)過于簡單,限制了學(xué)生在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域,尤其是生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析方面的實(shí)際操作能力和綜合應(yīng)用能力的提升。因此,實(shí)驗(yàn)課的案例設(shè)計(jì)應(yīng)循序漸進(jìn)地增加復(fù)雜性。通過這種逐步復(fù)雜化的案例設(shè)計(jì),學(xué)生能夠逐步提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維,從而更好地應(yīng)對(duì)未來職業(yè)中生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)分析的挑戰(zhàn)。
5.1豐富教學(xué)資源,及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容
在“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程中,為了解決課程資源匱乏與內(nèi)容未及時(shí)更新的問題,可以采取以下措施:一是建立多元化的教學(xué)資源庫,涵蓋最新的大數(shù)據(jù)技術(shù)、工具和案例,確保教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn);二是開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,結(jié)合當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用,如生物醫(yī)學(xué)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力;三是與企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)合作,獲取前沿技術(shù)資料和實(shí)踐機(jī)會(huì),不斷豐富課程資源,提升教學(xué)質(zhì)量。
5.2平衡知識(shí)點(diǎn)的多樣性
為了平衡知識(shí)點(diǎn)的多樣性,課程設(shè)計(jì)可以采用重要主題的均衡覆蓋和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,涵蓋多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。首先,將介紹大數(shù)據(jù)分析的兩大主流工具Python和R語言,展示它們?cè)跀?shù)據(jù)處理和分析中的廣泛應(yīng)用及其各自的優(yōu)勢(shì)。接著,課程將深入講解大數(shù)據(jù)框架如Hadoop和Spark,解析它們的架構(gòu)、工作原理及在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用實(shí)例。此外,課程還將覆蓋大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的核心技術(shù),重點(diǎn)介紹NoSQL數(shù)據(jù)庫,如MongoDB和Redis,探討它們?cè)诟咄掏铝亢挽`活數(shù)據(jù)模型方面的特性。通過這種多層次的知識(shí)結(jié)構(gòu),學(xué)生不僅能夠理解大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的全貌,還能掌握實(shí)際操作技能,為應(yīng)對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
5.3實(shí)驗(yàn)課案例的逐步復(fù)雜化
從基礎(chǔ)案例開始,學(xué)生可以熟悉基本概念和工具的使用,例如數(shù)據(jù)清洗、基本統(tǒng)計(jì)分析和簡單的可視化任務(wù)。這些初級(jí)案例有助于建立堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨后,案例的復(fù)雜性應(yīng)逐步提升,涵蓋更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理任務(wù)、分布式計(jì)算實(shí)現(xiàn)以及NoSQL數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用等中級(jí)內(nèi)容。這些中級(jí)案例不僅要求學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí),還鼓勵(lì)他們探索更高效的解決方案。在高級(jí)階段,案例應(yīng)結(jié)合真實(shí)行業(yè)項(xiàng)目和前沿技術(shù),挑戰(zhàn)學(xué)生解決具有實(shí)際意義的大數(shù)據(jù)問題,如處理大型數(shù)據(jù)集、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程和實(shí)施復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。
“數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論”課程作為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)中的重要導(dǎo)論課程,緊密結(jié)合醫(yī)學(xué)院校的實(shí)際特色,從課程目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)模式等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
課程建設(shè)的創(chuàng)新之處在于將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合,通過生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際案例和編程實(shí)驗(yàn),旨在強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的應(yīng)用與實(shí)踐技能的培養(yǎng)。這種教學(xué)模式突出了案例分析與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合的重要性,學(xué)生不僅能夠通過案例教學(xué)深入理解理論知識(shí),還能夠通過實(shí)驗(yàn)操作加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。針對(duì)課程存在的關(guān)鍵問題,本文進(jìn)行了深入思考,未來將從以下幾個(gè)方面完善課程內(nèi)容、案例和教材:豐富教學(xué)資源、及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容、均衡覆蓋重要主題、平衡知識(shí)點(diǎn)的多樣性和逐步復(fù)雜化實(shí)驗(yàn)課案例。通過這些改進(jìn),力圖形成具有領(lǐng)域特色的大數(shù)據(jù)專業(yè)理論課程實(shí)踐資源與服務(wù)平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)