数据科学实验班简介
1 时代背景
1.1 前四代互联网+物联网
第一代互联网是“只读”模式，用户只能单向阅读信息，成功典范是雅虎新闻。第二
代互联网是“可写模式”，用户可以在一个网站上发布内容，比如bbs。第三代互联网是
“社交”模式，用户可以组成设计网络，尤其是在移动端App。第四代互联网倾向“物联”
模式，p2p社会化网络快速发展后，人们不再仅满足于互联网实现人与人通讯交流、获取
信息的能力，而更希望可以实现人与物、物与物的交互，由此催生出了物联网（IOT）。
IOT的核心和基础仍然是互联网，它重点突出了传感器感知的概念，同时它也具备
网络线路传输，信息存储和处理，行业应用接口等功能，是实物之间通过传感器数据与控
制信号实现相互索引、连接、通信和协同的集群网络。
但当下物联网的发展是单向的，像简单的自动贩卖机，虽然可以接入互联网，但必须
接收到人们发送的确切指令才会有下一步的付款、交货操作。
1.2 新的科技需求
“新一轮科技革命和产业革命的大规模快速发展，加上全球化进程深刻的传播、扩
散、冲刷作用，使得世界正在形成新的政治、经济、社会、文化生态。”习近平总书记
在2018年7月25日发表的《顺应时代潮流实现共同发展》的重要讲话中指出，“当今世界正
面临百年未有之大变局”。“未来10年，将是世界经济新旧动能转换的关键10年。人工智
能、大数据、量子信息、生物技术等新一轮科技革命和产业变革正在积聚力量，催生大
量新产业、新业态、新模式，给全球发展和人类生产生活带来翻天覆地的变化。”与此同
时，2019年的《政府工作报告》明确提出智能+的概念：打造工业互联网平台，拓展智能+，
为制造业转型升级赋能。促进新兴产业加快发展。深化大数据、人工智能等研发应用，培
育新一代信息技术、高端装备、生物医药、新能源汽车、新材料等新兴产业集群，壮大数
字经济。坚持包容审慎监管，支持新业态、新模式发展，促进平台经济、共享经济健康成
长。加快在各行业各领域推进互联网+ 。由此观之，以前饱受争议的人工智能如今已经
上升为国家战略受到国家大力支持，这一点无疑给无数的科技从业者、学者、投资者打
了一剂大大的强心剂。
2 第五代互联网：数学赋能，万物智联
2.1 AI+IOT
第五代互联网，或称AIOT（人工智能物联网），将融合AI（人工智能）与IOT（物联
网）技术。与传统物联网区别在于AIOT会进一步实现人与物、物与物的智能连接，赋予
“物”更加智能化的反应方式，同时AIOT追求建立一个智能化的生态体系。
举一个简单的例子，某家电品牌有一款带有物联功能的恒温器，用户可以在APP上
实现对这款恒温器的远程控制设置运行时间、温度、湿度。在传统物联网中，用户与恒温
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器是控制关系，恒温器接入网络反馈给用户一些温湿度、开闭状态等参数，接下来只有用
户发送指令恒温器才会做反应。
而在AIOT时代，技术让设备更加智能。我们分析实验前期采集的数据、预测用户行
为和喜好来实现恒温器自动开关、自动调节温度等功能，做到人与物的智能交互。
进一步，恒温器可以与机器人管家相连，后者控制前者，他们在同一个协议标准下相
互传输指令，这样就实现物与物之间的智能互联。
再进一步，如果用户的机器人管家和机器人工作助理可以相互连接，彼此及时反馈
信息，在用户睡觉的时候不要发送不重要的工作通知，下班回家的路上助理通知管家打
开恒温器，这样就搭建了一个简单的生态系统，连接越多这样的物联设备，就可以建立一
个越完善的智能化的生态圈。
AI与IOT相辅相成，深度学习需要传感器收集数据，物联网的智能化也需要靠人工
智能做到辨识结果、发现问题、预测未来，逐步实现万物数据化、万物智联化。
2.2 商业前景
2019年是公认的5G商用元年，工信部表示今年将发放5G临时牌照，许多城市有望体
验到商用5G网络。3月15日，第十三届全国人民代表大会二次会议在北京人民大会堂举
行闭幕会。全国人大代表、小米创始人雷军在“代表通道”接受采访时说到：“5G是一
个非常热门的话题，其实5G不仅仅是在通讯、在智能手机上有着广阔的应用前景，大家
也非常看好5G在物联网时代的应用，5G + AI+物联网今天也是非常热门的方向。有人
说5G+AIOT是下一代的超级互联网，我非常认同这个观点。5G在物联网领域，比如说智
能家居，比如车联网，比如无人驾驶这些领域都有广阔的前景，而且在智慧城市、智慧医
疗、智慧农村也都非常有前景，所以大家非常关心物联网这个领域的发展。”
图 1 各大企业布局AIOT战略
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不仅小米一家，华为、苏宁也纷纷抢滩AIOT布局。华为在2018年末公布了AIOT生态
战略：将以三个生态圈产品打造AIOT的入口:以手机为主入口;以平板、PC、穿戴、HD、AI
音箱、耳机、VR、车机等为辅入口;最后则是包括照明、安防、环境等类别的物联网硬
件。2019年3月，苏宁发布冰箱、洗衣机、扫地机器人、智能耳机等十余款苏宁小Biu系列
智能新品,杀入智能大家电领域,加上半年前苏宁发布的数十款智能家居终端产品,苏宁在
家居场景方面已实现了从小家电到大家电全方位的覆盖。
而这样的发展，不仅在影响着各行各业，未来甚至会进行产业颠覆，也就是说，不久
后将涌现大量AIOT产品，它提供的服务将浸入生活的每个细节。
2.3 数学在AIOT领域大放光彩
马克思曾经说过：“任何一门科学只有成功的运用到数学的时候，才算真正达到科学
的程度。”因此，为积极应对人工智能与物联网时代，本实验班提出了“数学赋能，万物
智联”的口号，积极发掘数学理论在AIOT中的应用。
• 算法――应用统计横刀立马
诺贝尔经济学奖获得者ThomasJ.Sargent在18年的“共享全球智慧引领未来科技”
世界科技创新论坛上表示：“人工智能其实就是统计学，只不过用了一个很华丽的辞
藻。”算法是人工智能的灵魂。人工智能中大量涉及到机器学习算法离不开统计学的
理论支持。本实验班的培养方案脱胎于统计专业，但是大量融合了计算机与物联网的
需求，使得实验班的培养方案更新颖更实际。理论与实践两条腿并行。
• 数据采集――抽样调查游刃有余
家中冬天常用的供暖设备，如果想要将其智能化，需要很多的温度传感器来判断
哪里热了哪里冷了，但是传感器放置在哪些位置更能体现房间的温度、或者说房间内
人们的体感呢？这就要涉及到抽样调查的很多理论了。
• 信号处理――傅里叶级数熠熠生辉
语音识别系统采集到声音后，会将其转化为电信号，无论是连续型信号还是离散
型信号，电信号的处理则离不开傅里叶级数。
• 物联网搭建与智能设备的调度――运筹学运筹帷幄
一个简单的智能足球预约系统，里面涉及到了大量的排队论、动态规划、储存论
的应用，这些都属于运筹学的范畴。
3 数据科学实验班
3.1 我们的培养理念
数据科学是一门新兴的交叉学科，涉及数学、统计学、计算机、电子设计、自动化、
社会科学等多个专业领域。
现阶段社会的人才市场上并不缺乏上述专业型人才，而缺乏能够将这些技能串联整
合起来，并且真正做到学以致用、能够解决实际问题的应用型人才。
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无论是AI还是IOT，他们都离不开数据。数据是实现人机交互的基础，而数据分析
与决策建立在干净、结构化的数据基础之上。
一个统计学家也许精通数据处理的技巧，一个机械工程师也许深谙数据采集、储存
和传输的方式，但如果工程师采集到的数据杂乱而无用，那么统计学家的决策将毫无意
义，更不用提利用AI技术实现智能化。因此数据的采集、传输和储存与数据分析和决策
同等重要。我们认为一个合格的数据科学家需要从数据的源头入手，真正了解在解决问
题的实际操作中他需要的样本特征、数据结构、执行机械结构、有线与无线网络技术，才
能更为精准的剖析数据、发现和解决问题。
我们的目标是从数据采集、数据传输和储存、数据分析、数据决策等数据科学的方
方面面培养“全栈式”数据科学家。不同于传统教育分门别类的专业培养，我们重视学科
交叉带来的综合效应。
3.2 我们不一样
• 国内绝无仅有的“端-管-云+AI”培养模式
“端-管-云+AI”的培养模式是数据科学实验班的一大特色。我们将从采集、传输、集
群并行计算和AI技术三个层面帮助实验班学生构架新的知识体系。
“端”：从数据采集的设备出发，我们要求实验班同学用自己设计的传感器、电子、
机械等设备端口精准收集数据。在这一阶段需要学习PCB设计和电路基础、信号处理和
模式识别、嵌入式机器人开发、计算机图形学和3D打印，学习电子和机械的相关知识进
行数据采集和执行决策。
“管”：数据采集中所面临的数据规模可能是GB、TB甚至PB级别，采集完成后，实验
班学生需要做到结构化传输和储存数据，并通过搭建网站、APP或微信小程序的形式把
成果展现出来，实现数据可视化。这一阶段的主要课程是数据库技术、前端技术和Web开
发。
“云+AI”：在山威，我们为实验班搭建了一个强大的后台服务器。面对多维度巨量
的数据集，实验班同学需学习AI技术，匹配密集型数据的计算要求，从中挖掘出有价值的
信息。这一阶段会涉及集群网络与并行计算、机器学习、深度学习、计算机视觉、自然语
言处理、数理统计、随机过程、运筹学与数学建模和时间序列分析等计算机领域、统计学
领域的专业知识。
我们想要做在基础学科当前发展支撑下最能领先一步于人们需求的东西，而灵感就
起源于宽口径的知识储备和思维模式，所以在我们的课程设计中，实验班的同学将接触
非常多有挑战性的领域和学科。除了无趣的考试，在大学可以学到更多。
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图 2 超算中心
• 全方位英语训练
我们认为，研究不能是闭门造车，它需要乐于交流，尤其需要敢于表达、能清楚地表
达。英语是世界上流通最广的语言，熟练地使用英语输入和输出，既是为了get access to最
丰富的资源，更是为了赢得话语权。
我们的部分专业课选用国外优秀原文教材双语教学，要求实验班学生阅读大量文献，
将口语与表达练习、阅读和提炼写作作为常规训练内容。
• 与众不同的考核方式
相比于理论建设，我们更希望丰富实际项目经验；相比于知识灌输，我们更重视培养
分析、解决问题的能力；相比于盲目的碎片式学习，我们更注重建立目标导向的思维方
式和清晰的职业发展规划。
我们相信授人以鱼不如授人以渔，尽管专业知识是必要的，但学习能力的养成更加
受益终生；尽管高压之下的宣贯也能解决短期问题，但我们更愿意激发学生本源的学习
兴趣。
因此实验班同学课程培养方案中的实践课时是理论课时的2倍，除理论课程依然采取
考试形式外，实验班大部分应用型课程均采取考察形式。
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图 3 实验班同学在实训
• 坚持知识来自实践
我们秉承具有800年历史的剑桥大学“知识来自实践”的理念，让本科生进入实验室
做科研，最大化利用学校平台的资源，不再让图书馆成为做题的自习室，而让它真正成为
你的科研后援。
此外，我们采取先进的“顶石教学方法”，“顶石”是指在建造拱桥、拱廊过程中为增
强整体结构力而在建筑物顶端架设的石头，我们将建筑的“顶石”术语与心理学“顶峰体
验”概念结合起来，要求大家整合过去所学相对片段式的知识，为未来“真实”的世界做
好准备。实验班同学需要综合所有学到的技能，以团队为单位在大三学年结束时上交一
份实践作品。
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图 4 实验班同学在考核
作为参考，2017级实验班的课题是一辆可以自动避障、识别的智能化打饭机械小
车，2018级实验班的可选课题包括装有九轴姿态传感器和激光定位传感器的智能化动作
纠正网球拍、乒乓球拍以及智能分析实现战略优化的足球、篮球。
目前实验班成员已在在JCR一区、二区SCI期刊发表论文各一篇，申请人工智能算
法、机器视觉算法、自动计量经济学算法和信息提取算法等国家发明专利共五项，斩获
清华大学第12届建筑工程和管理创新竞赛第一名。
我们以实验班本科生们的科研经历证明，数学可以不只是推导公式，科研没有那么
难！
• 师资与条件
教学团队的核心成员包括毕业于山东大学、英国剑桥大学、美国威斯康星大学、法
国南不列塔尼大学、法国勒芒大学等学校的数据科学专业教授、博导、讲师和从业10 年
以上的物联网高级工程师。
团队对接包括海尔集团、京东金融、山东省司法厅戒毒管理局等众多优质的高科技
企业、金融行业和政府部门机构，布置一线科研课题，拒绝划水的科研项目。
同时我们为实验班同学开放专用实验室、专用教室、超级计算机、有线及无线网
络、3D打印设备，并资助优秀学生参加国内、国际会议。
• 选拔与深造
实验班学生具有山东大学（威海）学籍，隶属于山东大学（威海）数学与统计学院，
我们面向山东大学全校本科新生招生，择优录取25人。
实验班同学的成绩单独排名，享受高于普通班的保研比例、奖学金比例和其他各项
优惠政策。毕业时颁发山东大学统计学专业本科毕业证书，达到学位授予条件者授予山
东大学理学学士学位。
毕业后大家可以自由选择保研、考研、出国或就业，深造方向包括但不限于数据科
学、人工智能及应用统计。
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但我们同样实行淘汰制，大二学年结束时，累计不及格课程3门及以上者必须转出实
验班，转入原专业学习，不再享有实验班学生的各项优惠政策。
3.3 实验班主要课程设计
数学赋能解析几何、高等代数、数学分析、离散数学、概率论、数理统计、
实变函数、随机过程基础、运筹学与数学建模、时间序列分析
万物智联
端现代计算机原理与实践、PCB设计和电路基础、计算机图
形学和3D打印、信号处理和模式识别、嵌入式机器人开发
管 前端技术与Web开发
云+AI
集群网络与并行计算、机器学习、计算机视觉、深度学习、
数据结构与软件工程、自然语言处理、金融市场及量化交
易、应用回归分析和计量经济学
欢迎加入
基于对国内高等教育和职业教育现状的深刻反思，基于对目标岗位技能需求的深度
调研，我们以先进教学理念为指导，辅以完善的教育体系、系统科学的设计方案、丰富的
实训项目库、先进的顶石教育法和顶级的授课专家，以你内在对学习的原动力为中心，老
师们构建情景、提供资源为辅助，帮助你锻炼学习能力。
如果你敢于挑战、愿意走出舒适区、好奇心强、喜欢阅读、热情于新科技、喜欢交流
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