新工科背景下思政教育融入数据科学导论课程教学探索_张超.pdf

第 4 期2023 年 4 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G642108基金项目：2022 年山西省高等学校教学改革创新项目（J20220061）；山西省科技创新青年人才团队项目（202204051001015）；2022 年度山西大学课程思政示范课程培育项目；2021 年山西省研究生教育教学改革课题（2021YJJG041）；2021 年山西省高等学校教学改革创新项目（J2021082，J2021083）。第一作者简介：张超，男，副教授，研究方向为粒计算与智能决策，。0引 言新工科作为中国工程教育改革的重要发力点，已成为世界高等工程教育领域有代表性的中国方案1。教育部于 2017 年印发关于开展新工科研究与实践的通知 等文件，以系统探索先进的工程教育路径，并应对全球科技与产业发展带来的变革2。随着高校课程体系的分工精细化，课程思政可解决思政课程与其他课程间缺乏有效衔接的问题3。新工科人才培养是一项系统工程，思政教育须与融入国家重大战略需求的课程联动，以达到提升人才培养质量的目标4。教育部于 2016 年开设数据科学与大数据技术专业，从本科人才培养的视角来支撑国家大数据发展战略。该专业作为高校新工科建设的重点专业之一，旨在培养具备良好数据处理与系统开发能力的大数据行业亟需人才5。数据科学导论作为数据科学与大数据技术专业中关键的专业基础课，旨在引导学生建立起对相关领域的总体认识，为以后各分支的学习奠定坚实基础6。新工科背景下思政教育融入数据科学导论课程教学探索张 超1，2，翟岩慧1，2，李德玉1，2（1.山西大学 计算机与信息技术学院，山西 太原 030006；2.山西大学 计算智能与中文信息处理教育部重点实验室，山西 太原 030006）摘 要：针对新工科背景下如何将思政教育融入数据科学导论课程的问题，提出包含爱国情怀、科学思维、人文素养、工程伦理 4 个维度的教学内容，阐述教学目标、教学内容、教学手段 3 方面协同的课程思政路径，以数据科学导论课程为例介绍具体实践，说明教学成效并总结教学经验，形成相关课程思政的实践经验。关键词：新工科；思政教育；数据科学导论；课程思政路径文章编号：1672-5913(2023)04-0108-051计算机课程融入思政教育的现状数据科学导论作为计算机相关专业本科生的首门专业基础课，该课程对于培养学生的专业素养与综合能力至关重要。工科专业相比于其他学科，受限于专业特色，较难简单直接地将专业教育与思政教育相结合，这一融合过程往往对教师的知识广度、教学方式、立德树人意识等多个方面均有着新的要求7-8。总体来看，目前计算机课程融入思政教育时仍存在如下挑战。（1）课程思政理解偏差。部分专业课教师对课程思政的理解存在一定误区，认为给学生传授思政内容或者思想政治工作是专职思政教师或辅导员的工作。（2）思政元素挖掘困难。专业课程在融入思政元素时，须合理结合对应的知识点，即预期思政教学效果的达成要求教师在教学实践中调整课程要素配置，创新教育教学方式。（3）思政融入模式局限。由于专业课学时固定，若思政教育和专业教育存在脱节，反而会影响专业教育的授课效果。教师须丰富思政融入模式，DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.0232022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期109使思政元素以“润物细无声”的方式呈现给学生。综上所述，亟须对数据科学导论课程进行综合性教学改革，以适应当前思政教育融入计算机课程的迫切需求。迄今为止，许多学者已在计算机专业课程中进行了多样化课程思政探索。文献9 中发展了包含数理、技理、哲理和伦理的思政改革路径，并探索了机器学习课程的思政工科课程实践。文献 10 中提出将思政内容与 C+程序设计课程相结合，进行综合性思政课程改革。文献 11 中提出将国家重大战略部署内容融入 GIS 课堂教学，开发 GIS 课程思政实验案例库。文献 12 中提出依据对分课堂教学方法来挖掘 Python 数据处理课程中的思政元素。文献 13中聚焦于课程案例库的优化整合，介绍了算法设计与分析的思政实践。文献 14 中在数据结构的课程教学中总结了思政教学准备方法、专业教师与思政教师的合作。文献 15 中提出基于计算机专业课的思政教学矩阵，并应用于面向对象程序设计的课程实践中。2融入思政教育的教学目标数据科学导论是数据科学与大数据技术专业的统领式课程，旨在引导学生在宏观上熟悉大数据背景下的数据科学相关概念、理论、技术和行业应用，建立起良好的计算技能和数据思维。专业教学目标主要包括两方面：其一为理论知识，即要求学生掌握数据分析的基本思路和方法；其二为专业技能，即要求学生能够对大数据驱动的现实应用场景进行问题建模，并设计合理有效的数据模型与问题求解方案。依据高等学校课程思政建设指导纲要，各类工学专业课程在教学目标中的思政视角下，须在科学探索中结合马克思主义观点，形成正确的人民观、责任观和服务观；同时，要注重培养学生精益求精的大国工匠精神，激发形成科技报国的家国情怀和使命担当，并进一步强化学生工程伦理教育。结合上述要求，在数据科学导论专业教学目标的基础上，将爱国情怀、科学思维、人文素养、工程伦理 4 个维度的教学内容融入到课程教学中，激发学生科技报国的爱国情怀，培育其精益求精的科学思维，增强其人文素养，注重培养其工程伦理意识。3融入思政教育的教学内容数据科学导论主要包括引论、大数据与数据科学、大数据的产生与现状、数据获取与处理、数据存储与管理、关联分析与趋势预测、决策支持与模式创新、智慧城市大数据、大数据时代的挑战等方面的知识。在每一章节中有机结合课程思政，选取国家与地方在近期经济社会发展中与本课程相关的思政元素，融入后的思政案例和思政维度见表 1。表 1 融入思政教育的数据科学导论教学内容章节序号章节内容思政案例思政维度1引论中国制造 2025爱国情怀、人文素养2大数据与数据科学中国超算爱国情怀、科学思维3大数据的产生与现状北斗+大数据爱国情怀、科学思维4数据获取与处理中国芯片爱国情怀、工程伦理5数据存储与管理东数西算工程爱国情怀、科学思维6关联分析与趋势预测主流价值导向的推荐人文素养、工程伦理7决策支持与模式创新文物数字化科学思维、人文素养8智慧城市大数据5G+智慧医疗科学思维、人文素养9大数据时代的挑战中国信创产业爱国情怀、科学思维2023110计 算 机 教 育Computer Education（1）引论，主要讲解数据科学的定义、由来、研究范畴和学习意义，选取中国制造 2025 作为思政案例。中国制造 2025 是国务院于 2015年印发的部署全面推进实施制造强国的战略文件，是践行制造强国计划的首个十年行动纲领。新一代信息技术作为其中十大领域之一，聚焦课程中涉及的互联网、物联网、云计算、大数据等关键技术，为推动我国至 2025 年基本实现工业化，迈入制造强国之列提供关键指引。通过对中国制造 2025 相关概念与制造文化的内容解读，结合数据科学的研究范畴与学习意义，激发学生爱国情怀的使命担当。（2）大数据与数据科学，主要讲解数据的定义与其他相关概念、数据简史、大数据的概念和 4V 特征，选取中国超算作为思政案例。超级计算机是集海量计算、信息处理于一体的超大型电子计算机，专门用来解决超大计算规模、数据量与复杂度的科学、工程和产业问题，在生物医药、新材料、气候气象、太空探索、金融安全等领域有着广泛的应用，被视为“大国重器”。我国科研工作者自主研发的“天河二号”和“太湖之光”超算系统连续 10 次占据世界超算排行榜Top500 首位，中国超算上榜数量多次位居世界第一。在 2021 年全球超级计算大会上，之江实验室领导的项目斩获“戈登贝尔奖”。中国超算在近年来实现了跨越式发展与成就，结合大数据的概念与特征，激发学生将爱国情怀和科学思维运用到数据科学行业中的热情。（3）大数据的产生与现状，主要讲解大数据的产生根源、大数据简史、大数据研究的政府篇与企业篇，选取北斗大数据作为思政案例。北斗卫星导航系统是我国着眼于社会经济和国家安全自主研发的卫星导航系统，是继 GPS、格洛纳斯之后全球第 3 个成熟的卫星导航系统。近年来，随着“北斗+”和“+北斗”与大数据的融合应用有序推进，“北斗+大数据”在国土资源、交通运输、气象测报、地震预报等多个领域为用户提供精密定位服务。例如在交通运输领域，北斗卫星导航系统广泛应用于重点运输过程监控，有效提升了道路运输安全水平和监控管理效率。“北斗+大数据”充分发挥了大数据对于我国社会治理的推动力，是大数据研究应用的典范，结合大数据的现状，引导学生将爱国情怀和科学思维运用到更广阔的大数据应用之中。（4）数据获取与处理，主要讲解数据的获取、预处理、清洗、集成、变换、规约，Hadoop 和Spark，选取中国芯片作为思政案例。芯片作为高端制造业的顶尖产品，是集成电路上的重要载体，广泛应用于智能设备、军工、航天等领域。多年来，我国虽为世界第一大芯片市场，但芯片自给率较低，长期依赖进口。国务院于 2020 年印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策，“新基建”和国产化有望推动芯片产业迈入新一轮发展周期，使得中国芯片自给率在 2025 年达到 70%。国务院此次发布的政策，将成为行业发展的强力助推器，结合数据获取与处理，促使学生强化爱国情怀和工程伦理，让个人理想与国家发展同频共振。（5）数据存储与管理，主要讲解数据存储简史、云存储、非关系型数据、数据库软件和数据的可视化，选取“东数西算”工程作为思政案例。国家发展改革委等部门于 2021 年 5 月联合印发全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案。2022 年 3 月，“东数西算”工程正式启动，该工程旨在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、甘肃、贵州、宁夏、内蒙古等地启动建设国家算力枢纽节点，将东部算力需求合理有序引导至西部，以提升国家整体算力水平且促进绿色发展。“东数西算”工程对网络运维、数据存储与管理、数据中心设计均提出了较高要求，结合该章知识点，提升学生将爱国情怀和科学思维应用于数据存储与管理领域的使命感。（6）关联分析与趋势预测，主要讲解相关性分析、个性化推荐、大数据营销与预测，选取主流价值导向的推荐算法作为思政案例。习近平总书记在加快推动媒体融合发展 构建全媒体传播格局 中强调：探索将人工智能运用在新闻采集、生产、分发、接收、反馈中，用主流价值导向驾驭“算法”，全面提高舆论引导能力。这为推进传统与新媒体的推荐算法治理提供了行动纲要，个性化推荐与大数据营销更应聚焦知识的传播与价值观塑造，在系统挖掘用户价值与兴趣倾2022 年中国高校计算机教育大会（三）第 4 期111向的同时，实现主流价值的定向指引与推荐精度的提升。结合个性化推荐与大数据营销的理论知识，引导学生形成主流价值导向推荐背景下的人文素养和工程伦理。（7）决策支持与模式创新，主要讲解大数据助力决策、助力优化和其他运用方式，选取文物数字化作为思政案例。文物数字化指用数字技术把文物所有的信息保存下来，对数据进行解构、分析和重组，进而对其开展线上展览、远程旅游、虚拟现实等深层次利用。例如，敦煌研究院为莫高窟进行数字化支撑，建设了“数字敦煌”资源库，并成功组织了文物展览、文物推介、虚拟体验等项目；山西省将于“十四五”期间完成云冈石窟数字化采集工程，并建设数据驱动的先进计算中心，以解决石窟三维数字资源的高效分析和安全存储问题。文物数字化作为典型的模式创新范例，可引导学生结合科学思维和人文素养进行多视角的科技人文融合创新。（8）智慧城市大数据，主要讲解大数据与智慧城市、智慧医疗和未来生活，选取 5G+智慧医疗作为思政案例。2019年是5G技术商用元年，中国三大运营商自此实现了全球范围内的领跑。鉴于 5G 网络具有传播速度快、时延低、信息容量大的基本特征，“5G+智慧医疗”可有效缓解边远地区医疗资源匮乏、医护人员短缺、医疗水平分布不均等问题。我国三大运营商建立起多所“5G+智慧医疗”应用示范医院，在远程急救、远程监护、远程诊断、医疗机器人等领域已成功应用。“5G+智慧医疗”作为智慧城市大数据领域的典型场景，可引导学生结合科学思维和人文素养进行智慧城市大数据驱动的应用创新。（9）大数据时代的挑战，主要讲解大数据带来的挑战、机遇和误区，选取中国信创产业作为思政案例。信创产业是指信息技术应用创新产业，旨在明晰国产化替代领域，实现信息技术领域的自主可控，实现维护国家信息安全的目标。中国信创产业起始于 2020 年，着眼于大数据时代带来的挑战，在软件与传感器等领域实现国产化替代，布局我国自主知识产权的信创体系。目前在政府和企业等多方面共同努力下，中国信创产业规模不断扩大，已成为中国经济增长的重要助推器。结合中国信创产业大数据时代挑战的讲解，可激发学生将爱国情怀和科学思维融入应对大数据时代的挑战之中。4融入思政教育的教学手段结合融入思政教育的教学目标和教学内容，从课堂教学空间与课外教学空间两个视角丰富融入思政教育的教学手段。在课堂教学空间方面，以结合知识点讲解思政元素为主，辅之以课堂小组思辨与学生拓展案例分享；此外，在部分课堂作业中，学生以小论文的形式阐述大数据应用案例中蕴含的思政元素。在课外教学空间方面，充分发挥本科生导师制的优势，结合更广泛的计算机专业课程进行定期讨论和价值观引导；此外，每学期组织企业专家走进高校，举办大数据与信创行业案例讲座，在延伸的教学空间中融入思政元素。5实施效果融入思政教育的数据科学导论课程于20192021 年秋季学期在我校初民学院大数据金融试验班开设。初民学院取名于建国后我校首任校长邓初民，秉持“跨学科综合教育，宽口径专业交叉”的人才培养理念，属于通识教育学院。该试验班是具有金融学背景的数据分析人才和具有大数据分析能力的金融人才的工科试验班。在课程结束后，依托教务管理系统，搜集了教学班成绩、教学质量评价、学生评语等多角度的数据，为后续学年中本课程的思政教学建设工作奠定坚实的基础。大数据金融试验班该课程的成绩在近 3 年内分别为 83.84、83.94 和 85.29；教学质量评价分数为 98.5%、98.8%和 99.3%；学生评语包含了“重点突出”“幽默风趣”“举例充分恰当”“课堂气氛活跃”“受益很多”等评价。从以上 3 个维度可见，学生充分认可了该教学新模式，提高了学习兴趣，取得了良好成绩，有助于后续学年更广泛地学习和探索。2023112计 算 机 教 育Computer Education6结 语理论研究和实践应用表明，新工科背景下融入教学目标、教学内容和教学手段 3 方面协同的课程思政路径有机结合了思政元素与专业知识，从爱国情怀、科学思维、人文素养、工程伦理 4个维度提高了数据科学导论课程思政的深度与广度，使得学生在高效掌握必备知识点的同时，全面提升综合素质，形成较高的思想政治觉悟，有助于激发学习兴趣并促进总体培养目标的达成。参考文献：1 王清义.建好新工科 开创地方高校建设新局面J.中国高等教育,2021(2):7-9.2 杨冬.从科学范式到工程范式:高质量新工科人才培养的逻辑向度与行动路径J.大学教育科学,2022(1):19-27.3 曹柳星,贺曦鸣,窦吉芳.“新工科”视角下的“课程思政”实践:面向理工科专业本科生的主题式通识写作课设计J.高等工程教育研究,2021(1):24-30.4 谢国民,张勇志.工科专业课程思政建设的路径探索J.学校党建与思想教育,2022(1):72-74.5 朝乐门.数据科学导论的课程设计及教学改革J.计算机科学,2020,47(7):1-7.6 覃雄派,陈跃国,李翠平,等.“数据科学”课程群与“数据科学导论”课程建设初探J.大数据,2018,4(6):22-31.7 李晋馥,曹树谦.新工科背景下专业基础课的课程思政建设路径J.天津大学学报(社会科学版),2021,23(6):488-492.8 张宏.高校课程思政协同育人效应的困境、要素与路径J.国家教育行政学院学报,2020(10):31-36.9 张玉宏,蒋玉英,侯惠芳.可持续发展的思政工科课程探索与实践:以机器学习课程为例J.计算机教育,2021(11):93-96,105.10 何春元,李林原,杜鹏,等.计算机专业课程思政内涵挖掘:以C+程序设计课程为例J.教育研究,2021,4(2):55-56.11 牟乃夏,张灵先,任浩楠.海上丝绸之路GIS课程思政实验案例库建设与思考J.南京师大学报(自然科学版),2021,44(增刊1):6-13.12 李满.课程思政视域下计算机专业教学改革与实践研究:以“Python数据处理”为例J.工业和信息化教育,2021(3):69-72.13 刘伟,胡为,李小智,等.算法分析与设计课程思政教学研究与实践J.计算机教育,2020(8):70-74.14 杜雪飞,周丽娟.基于数据结构的新时代环境下专业课课程思政探索J.教育教学论坛,2020(31):103-104.15 郭世仁,王俊红,连剑波,等.教学矩阵驱动的面向对象程序设计课程思政J.计算机教育,2020(9):64-67.（编辑：赵 原）（上接第107页）用能力和课程效果。今后将持续改进课程思政教学模式、评估策略和课程思政技术新平台，不断完善更新思政项目案例，与时俱进解决程序设计课程难理解、难讲授、难运用等问题。参考文献：1 郑燕林,任增强.落实课程思政的策略与举措:以“教育传播学”课程为例J.中国电化教育,2021(3):46-51.2 杨晓慧.以“大思政”理念创新思政育人格局J.思想教育研究,2020(9):6-8.3 戴少娟.高校课程思政的核心要素解构与系统集成创新J.中国大学教学,2021(6):58-62.4 王瑞.思政课程领航课程思政论略J.中国电化教育,2021(10):65-71.（编辑：赵 原）