数据科学与大数据技术专业《高等代数》课程的教学改革与实践

◎韩 筠

(广东海洋大学数学与计算机学院，广东 湛江 524088)

数据科学与大数据技术专业(以下简称“大数据专业”)是教育部于2016年新增的本科专业，我校的大数据专业于2019年获得招生权，2020年开始招生.本专业培养的是系统掌握数学、统计学和计算机科学的基础知识与理论，熟练掌握大数据的采集、处理、分析与应用，能够胜任大数据挖掘与分析、大数据处理系统开发与构建等工作，具有解决行业复杂问题的能力的高级应用型人才.大数据专业虽然是一个综合性的交叉专业，但并不是数学、统计学、计算机科学等这几个专业的简单拼凑，所以不能把这几个专业的课程机械地放在一起让学生学.目前，还没有针对大数据专业的教材及视频资源，如何在有限的课时内选择合适的教学内容和教学模式，平衡其中的深度和广度这一问题也还没有明确的答案，因此必须坚持教学改革，以完成大数据专业的人才培养目标，从而制定出一套科学的人才培养方案.

《高等代数》作为新生一年级的数学课程，对学生学习习惯的养成及后续课程的学习都有重大的影响.因此，本文以《高等代数》的教学为例，探讨如何对大数据专业的数学课程进行教学改革.

一、将课程思政融入课堂教学全过程

《高等代数》作为一门专业基础课，其授课时间长，而且是新生入学第一年的课程.对于刚刚脱离父母和老师陪伴的新生，在全新的环境中会有兴奋、有孤独、有迷茫，需要不断地调整自己，适应独立自主的学习生活方式.因此，这一时期对他们三观的形成非常关键，当新生易受到各种文化思潮的影响时，思想政治教育就显得尤为必要.课程思政的教学实际上是专业知识与思政元素的有机融合，课程思政是专业教学目标其中之一.为实现专业教学和思政教学的和谐统一，教师在授课过程中需要吃透教材，深入挖掘与本课程紧密相关的课程思政元素和育人资源，并找准思政切入点，有机融入思政元素，引导学生深入思考，将课程思政融入课堂教学全过程.

《高等代数》是数学创新发展的智慧结晶，凝聚着古今数学家的科学思想和创新精神，课程思维逻辑严密，很多知识都蕴含着丰富的哲学原理和辩证思想，因此，在《高等代数》中融入课程思政更具价值.课程思政的融入应该适应各章节的知识点，确保课堂教学效果.如在学习第三章线性方程组时，教师可以确定爱国主义教育这个思政主题，介绍我国著名的数学著作《九章算术》，在该书中，线性方程组是用分离系数的方法表示的，本质上就是现在学的矩阵；在学习第四章矩阵时，同样可以基于《九章算术》培养学生的爱国情怀，本章矩阵的初等变换与《九章算术》中解线性方程组采用的直除法是一致的.直除法解线性方程组是世界上最早的完整的线性方程组的解法，而在西方，完整的线性方程组的解法直到17世纪才由莱布尼茨提出.在学习矩阵的初等变换、合同变换和相似变换时，教师可以确定“变与不变”的辩证关系这个思政主题，引导学生透过现象看本质，看问题、做事情要能抓住重点[1].

二、研读人才培养方案，合理取舍教学内容

人才培养方案是学校落实党和国家关于人才培养总体要求、组织开展教学活动、安排教学任务的规范性文件，是实施人才培养和开展质量评价的基本依据.课程教学必须围绕人才培养方案，制订相应的教学大纲，做到因材施教.由于大数据专业是近年新增的专业，因此还没有与大数据专业的人才培养目标相匹配的教材.如数学类课程用的是数学专业相应课程的教材，计算机类课程用的是计算机专业相应课程的教材.那么在使用相同教材的情况下，就需要合理取舍教学内容，制定与大数据专业的人才培养目标和课程体系相适应的教学大纲.《高等代数》内容抽象、计算量大，而非重点应用型院校的大数据专业的学生数学基础相对薄弱，自主学习能力较低，他们绝大多数以后也不会从事数学研究，因此，教师需要根据人才培养方案，深入调研大数据专业后续课程所需要的代数知识，对《高等代数》课程的教学内容进行优选和补充.在具体的课堂教学中，还要根据学生的实际情况，平衡好各个章节的教学难度和深度，对各部分内容做好重难点分析、思政元素融入、知识的拓展等，培养学生养成基本的代数思想，使学生拥有数学的理性思维和逻辑推理能力.同时，教学内容又能契合大数据专业的人才培养方案，实现代数学和数据科学的有机融合.

我校大数据专业的高等代数课程只有96个课时，内容多课时少的矛盾较为突出.因此，我校决定对于教材中加星的章节、双线性函数与辛空间及部分多项式内容都开展线上教学，让学有余力的同学自己学习，有疑问的地方可以在线上学习平台的讨论区讨论，也可以线下与老师沟通；对于部分较复杂的定理教师课上只引导学生理解，不进行严格证明，严格的证明放在线上教学平台.此外，增加一些代数知识在实际问题中的应用，让学生能学以致用，加深对知识的理解，激发学生的学习兴趣.如5G通信编码技术——极化码，虽然看上去复杂，但本质上应用的是矩阵的乘法；潜在语义索引是矩阵的奇异值分解在大数据科学中的应用等.

三、开展“线上线下”混合式教学改革

1.改革的必要性

大数据专业的《高等代数》课程内容多课时少的矛盾比较严重，且该课程具有知识难度大、理论高度抽象、定义概念多、公式定理复杂、综合题目多且计算复杂的特点，定理和推论的证明学生不易理解，学生很难在有限的授课时间内理解理论知识.而大数据专业对高等代数知识的需求比较高，因此急需进行教学改革，提高教学效率，提升教学质量.借助现代化的教学平台，进行“线上线下”混合式教学改革，是解决这一难题的有效途径.混合式教学可以使课堂面授和网络教学互相促进，有机统一.该教学模式可以突破传统课堂教学对教和学的时间和空间限制，将老师从赶进度的窘迫中解放出来，让老师能够更加灵活地设计教学内容.在教学过程中教师可以充分利用线上教学平台增加研究性、创新性、综合性的内容，增加学生自主学习的教学安排，满足学生的个性化学习和多样化发展的需求.如可以在教学过程中引入课题研究、学科发展前沿成果、课程思政等内容，帮助学生在初级学习的基础上形成深刻而灵活的理解，激发学生对科学研究的探索热情，从而提高教学质量.

2.混合式教学的总体思路

“线上线下”混合式教学改革的总体思路如下表所示.

表1 “线上线下”混合式教学改革的总体思路

3.具体实施方案

(1)基于学校购买的超星网络教学平台开设具有丰富优质教学资源的线上课程，并在实践中不断修改完善，包括知识点讲解、作业讲解、试题库、主题讨论等各板块的建设与完善.

(2)根据《高等代数》课程中各章节知识点的特点将内容分为理论型和计算型，根据各章知识点的难易程度，再将知识分为讲授型和自学型.对于理论型、讲授型的知识以教师的课堂讲授为主，强调师生的互动；对于计算型、自学型的知识以线上为主.课前预习和课后复习环节以线上互动、讨论学习为主，教师将所有章节的详细讲解及课后作业讲解都上传到线上平台，让学有余力的学生可以通过线上视频学习课堂上没有讲授的内容，而对于学习基础较弱的同学，也可以通过视频再次观看课堂上没听明白的内容.

(3)对于计算型、自学型的知识可以以超星学习通里的“主题讨论”“分组任务”“抢答”等形式进行.通过这样的模式创新让课堂生动起来，提高学生的学习效率，培养创新性和批判性思维.真正做好线上线下教学的有效衔接和融合，打通线上及线下全流程，拓展教与学的时间和空间[2-5].

4.考核方式的转变

教学和考核是互相影响、互相促进的，考核的内容和方式对教师的教和学生的学都起着调控的作用.目前，我校的《高等代数》课程考核方式是平时考核加期末考核.作为应用型院校中的教学型学院，教师的教学任务重，加之教学内容多而课时少，教师没有时间和行之有效的方法进行平时考核，使得平时考核在很多时候都流于形式.因此，期末考试是决定学生考核是否合格的关键一环，而期末考试的试题基本都是知识性的考查，缺少对知识的应用能力和创新能力的考查.另外，为了保证及格率和照顾重修的同学，每一年的考试题型、重点和难点相差不大，这就使学生容易产生应试思想.很多学生平时不认真学习，考前寄希望于教师划重点并进行突击复习，以期末考试通过为最终目标.这样的考核制度，很难调动学生的学习积极性，不利于培养学生的数学素养，教师也会慢慢产生懈怠情绪，失去教学热情.

线上教学模式的融入有利于对学生进行多阶段、多层面、多角度的考核.线上教学平台可以很大程度上把老师从繁杂的考勤统计、作业统计和课堂表现统计中解放出来.教师可以通过线上平台进行课前考勤，发布主题讨论、作业以及课前预习任务，平台会自动统计每位同学的作业成绩、缺勤次数、没交作业次数以及参与主题讨论和课前预习的情况，真正让过程考核落到实处.有了“线上线下”混合式教学的有机融入，考核方式的改革就变得水到渠成.线上教学平台可以协助教师更便捷地进行多样化的过程考核，这样就可以加大过程考核所占的比例，不再以最后的期末考试定成绩，以此来提高学生的学习主动性，促使学生积极参与到教学的各个环节，从而提高教学质量.

具体考核模式为平时成绩加期末成绩，平时成绩占40%，期末成绩占60%.其中，平时成绩按以下标准计算.

(1)平时作业和课堂考勤：必做作业全交齐及考勤全部通过的同学获得基准分85分，视作业的完成度和正确性在基准分的基础上加5～15分.缺交一次作业或旷课一次扣5分；

(2)线上平台成绩：主题讨论参与度及视频观看完成度均达到90%及以上的同学获得基准分90分，视讨论的参与度和深度在基准分的基础上加5～10分；

(3)平时成绩的计算公式：平时作业和课堂考勤(40%)+课堂抢答、练习(30%)+线上平台成绩(30%).

通过加强过程性考核，最大限度地调动学生的学习积极性，使学生参与到各个教学环节，化被动学习为主动学习，提高学生探索问题及解决问题的能力.

四、教学改革的初步实践

该教学改革方案已经初步在广东海洋大学的数据科学与大数据技术专业实施了两个学期.每个学期开学前，教师会制定好线上和线下的教学内容，并根据各个章节知识点植入课程思政元素，开学后再根据学生的实际情况进行调整.在课堂上通过带领学生推导公式、定理帮助学生深刻理解所学的知识；精心设置平时作业，及时批改和讲解，确保作业的质量；引导学生积极参与线上的主题讨论，视频观看，每周发布学生参与主题讨论和线上视频观看的情况.

由于加强了平时考核，融入了课程思政，期末考试也注重了对应用能力和创新能力的考查，所以两个教学班学生的学习态度都比较端正，成绩也比较理想，少部分数学基础比较差的同学加上平时成绩也能及格.在实践的两个学期中，绝大多数同学的平时成绩能达到88分以上.对于期末考试卷面成绩，由于《高等代数》第一个学期的内容相对比较简单，所以第一个学期的期末考试成绩也较为理想，最低分有46分，加上平时成绩也能及格，即第一个学期没有挂科的同学；第二个学期的内容比较抽象、复杂，个别数学基础特别差的同学考的不理想，即使加上平时成绩也不能及格，在144位同学中，有5位同学挂科.实践结果表明，教学改革极大地调动了学生自主学习的积极性，有效解决了非数学类专业数学课程挂科率高的难题.

五、结语

教学改革的核心是调动学生学习数学的积极性，让学生养成自主学习、自主探索的习惯.通过教学改革，改变单一传授知识的现状，将知识、能力、素质的培养有机融合.基于线上教学平台和优质的网络教学资源，更新教学理念，设计新型的教学环境，在教学过程中引入课题研究、课程思政等环节，激发学生的学习动力，满足学生的个性化学习和多样化发展的需求.在教学内容的量和形式上配合不同的教学方法和教学形式进行设计和组织，打通线上及线下全流程，拓展教和学的时间和空间，重构传统课堂教学，有效解决内容多课时少的难题，充分体现以学生为中心的教育理念.