談數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程體系

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摘要：該文闡述了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的設(shè)置必要性、專業(yè)的培養(yǎng)目標和知識能力結(jié)構(gòu)，最后探索了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的技術(shù)性課程體系設(shè)置方法。希望該文內(nèi)容對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案制訂和課程體系構(gòu)造具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)科學(xué)；大數(shù)據(jù)技術(shù)；課程體系

1本專業(yè)的背景

數(shù)據(jù)科學(xué)隨著人工智能學(xué)科發(fā)展而產(chǎn)生。自1956年提出人工智能研究以來，人工智能經(jīng)歷過推理研究期、知識表達研究期和機器學(xué)習(xí)期[1]。機器學(xué)習(xí)中歸納學(xué)習(xí)主要從數(shù)據(jù)歸納出規(guī)律，在20世紀80年代末期提出知識發(fā)現(xiàn)（Knowl-edgeDiscover，KDD），而20世紀90年代初產(chǎn)生了數(shù)據(jù)挖掘（DataMining）研究方向，數(shù)據(jù)挖掘成為20世紀90年代至21世紀初非常熱門的研究方向，各種數(shù)據(jù)挖掘研究問題和成果，形成了數(shù)據(jù)科學(xué)的主要內(nèi)容。21世紀初，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛運用推動了信息領(lǐng)域的大規(guī)模數(shù)據(jù)產(chǎn)生與積累。從大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析中發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，成為業(yè)界亟須解決的一個技術(shù)問題，推動了大規(guī)模并行計算以及分布式計算技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了以Hadoop平臺為代表的大數(shù)據(jù)分析計算技術(shù)。國家在“十三五”規(guī)劃綱要中提出：“實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推進數(shù)據(jù)資源開放共享”。黨的十八屆五中全會公報提出要實施“國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”，標志著大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略正式上升為國家戰(zhàn)略。2015年9月，國務(wù)院印發(fā)的《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》提出，加強專業(yè)人才培養(yǎng)，鼓勵高校設(shè)立數(shù)據(jù)科學(xué)和數(shù)據(jù)工程相關(guān)專業(yè)，重點培養(yǎng)專業(yè)化數(shù)據(jù)工程師等大數(shù)據(jù)專業(yè)人才。正是在這種背景下，2016年，我國設(shè)立了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)本科專業(yè)，第一批由北京大學(xué)、中南大學(xué)和中央財經(jīng)大學(xué)等三所高校設(shè)立，第二批為2017年由32所高校設(shè)立。

2本專業(yè)的培養(yǎng)目標

在國外，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)（DataScience）專業(yè)是以數(shù)據(jù)分析學(xué)（DataAnalytics）專業(yè)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，在北美大學(xué)首先設(shè)立數(shù)據(jù)分析碩士學(xué)位，主要是抽象出底層的數(shù)據(jù)問題，連接計算機基礎(chǔ)學(xué)科與數(shù)據(jù)科學(xué)之間的空白。2013年，紐約大學(xué)等幾所美國高校設(shè)立了數(shù)據(jù)科學(xué)碩士學(xué)位，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)概念[2]。該專業(yè)以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)分析開發(fā)為核心內(nèi)容，并強調(diào)學(xué)生理解掌握數(shù)據(jù)領(lǐng)域的知識，具備為數(shù)據(jù)分析運用服務(wù)的技術(shù)能力。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)具有多學(xué)科交叉能力的大數(shù)據(jù)人才，其中，重點培養(yǎng)三方面的素質(zhì)人才：理論型人才，主要應(yīng)具備對數(shù)據(jù)科學(xué)中模型進行理解和運用的能力；實踐型人才，主要應(yīng)具備處理實際數(shù)據(jù)的能力；應(yīng)用型人才，主要應(yīng)具備利用大數(shù)據(jù)的方法解決具體行業(yè)應(yīng)用問題的能力。學(xué)生畢業(yè)后主要從事大數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)或大數(shù)據(jù)分析，未來職業(yè)發(fā)展為企事業(yè)單位的數(shù)據(jù)信息高級管理員和分析師，或成為信息技術(shù)領(lǐng)域的涉及數(shù)據(jù)分析方向軟件開發(fā)工程師或算法分析師。具體目標為：掌握面向數(shù)據(jù)應(yīng)用的統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)以及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)W科的基礎(chǔ)理論和方法、熟練運用各種數(shù)據(jù)分析技術(shù)和手段；掌握數(shù)據(jù)尤其是大數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、分析與應(yīng)用等技術(shù)，具備數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用項目的設(shè)計和開發(fā)能力；能夠利用探索性數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進行初步建模,并能利用統(tǒng)計推斷的基本理論、方法對數(shù)據(jù)進行分析和產(chǎn)品化開發(fā)；在系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練基礎(chǔ)上，具備廣泛的數(shù)據(jù)應(yīng)用視野、能夠勝任大數(shù)據(jù)分析挖掘、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)等技術(shù)領(lǐng)域以及大數(shù)據(jù)商務(wù)與金融等各類相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的多層次工作。

3數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)知識能力結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)主要以計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為基本知識能力支撐、將人工智能的數(shù)據(jù)挖掘為拓展性能力，因此其涉及計算機科學(xué)與技術(shù)、人工智能、統(tǒng)計學(xué)等專業(yè)知識與能力，即掌握應(yīng)用先進的計算技術(shù)并從大數(shù)據(jù)當中獲取知識與智慧的技術(shù)[3]。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)要求的知識與能力是計算機傳統(tǒng)知識能力、經(jīng)典數(shù)據(jù)分析與新型數(shù)據(jù)分析手段；計算機的信息管理技術(shù)提供應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)，數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和數(shù)理統(tǒng)計方法支持，新興技術(shù)平臺提供技術(shù)支持，通過多支持并以數(shù)據(jù)為核心所得出的技術(shù)。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)能力需求可以分為理論性能力和實踐性能力[4]。學(xué)生要有較強的數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)建模能力、扎實的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法基本功，能夠很好地理解和掌握各種機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，還要掌握處理“大數(shù)據(jù)”的先進技術(shù)，即掌握云計算相關(guān)的大數(shù)據(jù)處理平臺及其生態(tài)系統(tǒng)。實踐性能力指處理實際數(shù)據(jù)的實踐能力，能夠掌握基本算法和系統(tǒng)開發(fā)能力，并且具備一定實際應(yīng)用性能力，即利用大數(shù)據(jù)解決具體行業(yè)應(yīng)用問題的能力。專業(yè)技術(shù)性能力要求為：具備數(shù)學(xué)能力，在基本數(shù)據(jù)技術(shù)及其在軟件開發(fā)中應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力。具備大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序開發(fā)實踐能力，能夠根據(jù)軟件需要設(shè)計簡單的解決方案，能根據(jù)給出的設(shè)計方案實現(xiàn)軟件開發(fā)；具備應(yīng)用大數(shù)據(jù)知識將大數(shù)據(jù)和云計算知識用于分析解決復(fù)雜性工程問題的能力；具備能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進行研究的能力，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并能通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論[5-6]。

4數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計原則

專業(yè)技術(shù)性能力課程體系分為：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課、計算機相關(guān)課程、數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)課程、大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)課程、領(lǐng)域相關(guān)課程。各高?？筛鶕?jù)各自的專業(yè)定位選擇設(shè)置。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課：傳統(tǒng)計算機學(xué)科基礎(chǔ)數(shù)學(xué)主要有微積分、線性代數(shù)、概論統(tǒng)計學(xué)。專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課可擴展為優(yōu)化與運籌學(xué)課程：時間序列導(dǎo)論、隨機過程分析、最優(yōu)化方法、多元統(tǒng)計分析、運籌學(xué)。計算機相關(guān)課程：遵照中國工程教育認證的計算機類的通用標準主要有計算機科學(xué)導(dǎo)論、高級語言程序設(shè)計、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機組成原理、操作系統(tǒng)導(dǎo)論、軟件工程、數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用、計算機網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)課程，根據(jù)本專業(yè)特點，建議增設(shè)算法分析與設(shè)計。數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)課程：主要是圍繞數(shù)據(jù)挖掘與分析展開課程。根據(jù)需要掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)展示等能力，可開設(shè)的課程有數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論、數(shù)據(jù)挖掘與分析、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)采集與爬蟲技術(shù)、數(shù)據(jù)的人文與倫理等課程。大數(shù)據(jù)技術(shù)相關(guān)課程：須掌握利用相關(guān)大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺和開發(fā)方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)科學(xué)理論的分析方法。面向大數(shù)據(jù)實際應(yīng)用能力培養(yǎng)，比較典型大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)課程主要有Spark開發(fā)技術(shù)、Hadoop編程平臺、HBase大數(shù)據(jù)快速讀寫、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用實驗、云計算。領(lǐng)域相關(guān)課程：這方面課程主要面向?qū)I(yè)方向選修課，其包括兩類，一類是通用領(lǐng)域的相關(guān)課程，例如自然語言處理、圖像分析與處理、語音分析或相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)案例分析與實驗、文本挖掘分析、智能系統(tǒng)推薦等；另一類是與行業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域課程，例如農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析、電子商務(wù)大數(shù)據(jù)分析、電力數(shù)據(jù)分析等，可根據(jù)各高校的專業(yè)特色定位而開設(shè)。

參考文獻

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作者：劉建華 胡文瑜 唐鄭熠 林芳 單位：福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院