大数据时代信科专业信息处理课程设计教学改革探索

马姗姗，杨小冬

（中国矿业大学计算机科学与技术学院，徐州 221116）

0 引言

随着大数据时代的来临，大数据技术已经渗透到各行各业。从概念来看，大数据不仅包括海量数据，还涵盖数据信息的重复性、复杂性、多样性等问题。从海量数据的产生，到海量数据的开发利用，如何降低大数据应用成本、提升大数据运算速度，都需要从计算机信息处理技术着手[1]。因此，在大数据背景下，信息处理技术，尤其是智能信息处理技术愈来愈受到重视。在此背景下，应及时调整高等院校的教学内容和培养体系，以适应时代的需求和技术的发展。

信息处理课程设计是面向信科专业开设的实践课程，着重培养学生理论联系实际、独立分析算法和编写复杂程序的能力，拓宽学生的知识面，提高学生的综合素质，为以后从事信息科学与技术行业的应用和创新打下基础。由于信科专业是数学和计算机应用的交叉学科，其专业基础决定了其在大数据背景下能够得到充分的发展[2]。而课程设计是培养学生创新思维和创新能力的重要教学环节[3]。由于教学大纲总是先于学生入学时制定，而课程设计又是在学生上到高年级时才开设。信息技术发展飞快，导致大纲所制定的题目不能与市场的应用需求进行很好地对接，严重影响了学生的学习热情和教学效果。基于目前的教学情况和当前技术的发展，我们对本课程的实践教学作了一些探索与改革，效果良好。

1 教学内容改革

由于课程设计的大部分题目都是教师根据先修课程的知识点总结提出的，如滤波器设计、图像增强算法、图像水印算法等。这些题目在相关课程讲授时，教师已经详细给学生讲解了算法并做了部分程序的演示和实验，题目难易程度一般，验证性较强，综合性较弱；还有一些综合型较强的题目，比如车牌字符识别算法、基于内容的图像检索、手写体数字识别等，题目又过于陈旧，网上和各种参考书上都有现成的程序实例，很多学生都直接从网上拷贝程序，不求甚解，同样达不到实践教学的目的。基于上述情况，我们对设计内容作了如下修改。

1.1 题目更新

考虑到大数据时代，智能信息处理是当前的研究热点，故增加部分大数据和智能信息处理的相关题目，如：人脸识别、指纹识别、虹膜识别、行人检测、语音识别、文本分类器、网络爬虫、网络舆情分类、路径规划等。这些题目都是目前的研究热点，题目具有一定难度，需要学习遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、聚类算法等人工智能算法，贴近市场需求，能够引起学生的学习兴趣，为后续的就业和继续深造打下一定的基础。

1.2 要求更新

考虑到学生的人数众多，且学习能力和编程基础都存在着一定的差异，如果把所有的题目都更换掉，并不现实。一方面是难免部分学生题目重复，存在作弊和抄袭的嫌疑，验收时无法准确区分；另一方面是个别学生学习能力有限，题目难度增大，则无法在规定时间内完成课题要求，从而影响教学效果，打击学生的自信心。因此我们保留了现有的题目，只是在要求上增加了扩展要求和挑战要求，如表1所示。扩展要求通过增加功能增大题目难度，扩展要求是要求学生必须实现的；而挑战要求具有一定的难度，鼓励学生学习市场流行的智能算法和编程语言，非必选项。学生可根据自己的实际情况选择题目和要求，在学习算法的同时，提高编程能力，适应市场需求。

2 教学过程改革

原来课程设计的管理流程是：教师布置题目和要求，学生选题，完成后教师验收，根据验收结果和设计报告，给出成绩。存在的问题有：课时量有限，时间较短，学生的设计结果简单；多人选择同一题目，算法相同，编程语言相同，无法正确区分工作量；分班验收，存在个别学生拿着别班同学的设计成果浑水摸鱼的情况。针对以上问题，我们在教学过程中，我们从时间上、管理环节上和考核方式上，进行了如下改革。

2.1 时间改革

信息处理课程设计共32课时，虽然上课课时较少，但学生课下所花费的学习和设计时间才更为重要。考虑到题目难度加大，但课时量不变的情况下，将原来的6周结课改为8周结课，即每周仅安排1次课，每次4课时。

2.2 管理环节改革

指导教师须在第1次课时为学生讲解设计题目和题目的相关要求。学生需要在第1次课结束前，根据教师讲解和网上查找的资料情况，选定题目，报给指导教师。为避免学生题目相重较多，工作量无法准确区分，规定每一题目最多只能被3位学生选定。但此时学生对题目的了解还不够深入，对题目的算法和设计难度都不能准确掌握。若不加约束或监督，往往会出现最后做不出来，临时更换题目草草了事的；或者多人合作一题，个别学生滥竽充数的情况。因此将选择相同题目的学生认为是一个团队，在第2次课时，同时叫来一起指导。根据学生的具体情况和题目的难易程度，对每个人进行详细分工和合作。选择同一题目的学生要求从一开始就有区分度，如采用的算法不同、或编程语言不同、或实现功能不同等。在第4次课时，进行中期检查，要求学生提交软件设计的功能模块图和算法的程序流程图。中期检查后不允许学生再更改题目。具体的管理流程和内容安排如图1所示。通过加强管理环节的监督，保证学生的学习效果。

表1 要求更新对照表

图1 课程设计内容安排和管理流程

2.3 考核方式改革

课程设计总成绩由平时成绩、软件设计和设计报告三部分组成。其中平时成绩由平时表现和中期检查两部分组成，更好地体现了学生的学习态度和学习效果。软件设计在验收时改变以前分班验收的方式，而采用统一验收方式。一个专业4个班统一验收，相同的题目一起由熟悉这类课题的指导教师，根据学生采用的算法、语言的难易程度，功能实现的复杂程度、理论掌握的深入情况，给出设计成绩。这种验收方式既避免了学生作弊的情况，又避免由于指导教师的知识不够全面而导致的成绩偏差，从而能够统一标准，更客观地体现学生的设计成绩。

3 结语

以上一系列的改革措施，从信科2015级学生起开始实施，至今已执行了两届，取得了良好的教学效果。学生的学习态度端正，学习能力、编程能力和团队合作能力都有了较大的改善。激发了学生的学习热情和创新能力，为学生的就业和继续深造打下了坚实的基础。