淺談《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)改革的實踐與探索

李元+李慶+吳會杰

摘要：《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》是一門理論知識與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，實用性很強的課程，該課程為從事科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)人員提供試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析。對于高校大學(xué)生來說，通過學(xué)習(xí)該課程，主要是培養(yǎng)科學(xué)的嚴謹態(tài)度，正確地確定試驗方案，以及對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理的能力。本文分析了目前高校工科《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)質(zhì)量的現(xiàn)狀，以及影響教學(xué)質(zhì)量的主要因素，并提出了該課程教學(xué)改革的一些措施。

關(guān)鍵詞：工科;實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理;教學(xué)改革;實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0158-02

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，教學(xué)方法和思維方式越來越受到重視，教學(xué)在現(xiàn)代社會科學(xué)中發(fā)揮著巨大作用。《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》是一門應(yīng)用性很強，且將理論知識與實踐經(jīng)驗相結(jié)合的課程。同時又以數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識、概率論和實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過科學(xué)合理地組織試驗得到有效的試驗數(shù)據(jù)，最后把試驗數(shù)據(jù)進行分析、處理，以求在最短的時間內(nèi)達到優(yōu)化試驗的一種科學(xué)分析和計算方法[1，2]。《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程介紹了一些常用的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析處理方法，是從事科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)人員提供試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析[3]。對于工科院校學(xué)生來說，通常會在實驗室做試驗，在安排試驗步驟以及對試驗數(shù)據(jù)處理的過程中經(jīng)常會遇到這些問題，所以學(xué)習(xí)《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程是很有必要的。

《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計試驗方案，判斷影響試驗效果的主次因素，并能夠?qū)υ囼灁?shù)據(jù)進行分析處理的能力。該課程還要求學(xué)生能夠熟練運用excel、origin等作圖軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，為將來從事材料制備和工藝研發(fā)提供理論支撐和實踐基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容較多、涉及知識面廣、公式多、計算起來比較復(fù)雜，通常需要使用計算機編程軟件來輔助完成[4]。材料科學(xué)與工程專業(yè)是一門實用性很強的工學(xué)學(xué)科，本文圍繞專業(yè)的工程特色建設(shè)，詳細地介紹了高校工科《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程的現(xiàn)狀和存在的一些問題，同時，將本科《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程與我校材料科學(xué)與工程學(xué)科的特點結(jié)合進行改革探討與實踐。

二、當前課程教學(xué)存在的問題

《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程比較抽象，涉及的計算公式較多，通常需要用微積分、統(tǒng)計學(xué)等數(shù)學(xué)知識來計算，而計算過程比較復(fù)雜，因此要求授課教師要具備扎實的數(shù)學(xué)知識，才能將這門課程教好。此外，該課程的課時量比較少，但是教學(xué)內(nèi)容比較多[5]。教師需要在有限的教學(xué)時數(shù)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，于是就出現(xiàn)了教師在課堂上一味地給學(xué)生灌輸知識而不注重實際應(yīng)用和學(xué)生能力的培養(yǎng)的現(xiàn)象，使得傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的弊端日益突出，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（一）課程內(nèi)容多，課時量少

《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程包含9章內(nèi)容，只有32學(xué)時，其中第3章方差分析、第4章回歸分析、第6章正交試驗設(shè)計以及第7章均勻設(shè)計是課程重點，每章都包括理論課和上機課，課程內(nèi)容比較多，課時量少。這就導(dǎo)致了教師往往按部就班地把書本的知識灌輸給學(xué)生，毫無創(chuàng)新性，這就造成了學(xué)生不求甚解，死記硬背，極大地扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)。

（二）缺乏知識的更新和融入

目前，《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程通過引用一些經(jīng)典實例，來介紹試驗的方差分析、回歸分析、正交設(shè)計、均勻設(shè)計等在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，但是教學(xué)內(nèi)容比較單一、陳舊，缺乏知識的更新和融入，這樣就導(dǎo)致了教學(xué)內(nèi)容與社會前沿知識脫節(jié)，教師不能及時把最新的前沿知識傳授給學(xué)生，這樣的課堂教學(xué)就吸引不了學(xué)生的興趣。近年來，隨著計算機技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計理論的發(fā)展，新的分析方法和前沿知識層出不窮。如何有效地把這些分析方法和前沿知識融入到課程教學(xué)中，高效率、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)，是每一個從事該課程教學(xué)的教師面臨的一個嚴峻現(xiàn)實。

（三）教師業(yè)務(wù)水平不高

當前，有些教師還用傳統(tǒng)的思維方式和教學(xué)模式進行教學(xué)，沒有用新課標教學(xué)理念指導(dǎo)教學(xué)。教學(xué)中，還是一味地給學(xué)生灌輸知識，沒有樹立“以學(xué)生發(fā)展為本”的新理念。教師滿足于已有的知識，不與時俱進，不注重專業(yè)知識的更新。教師與教師之間溝通較少，不注重學(xué)科之間的交流，這樣就造成了學(xué)科知識的孤立，不利于豐富自己的專業(yè)知識。對于學(xué)生來說，如果教師業(yè)務(wù)水平不高，就不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高。

三、我校工科《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)改革實踐與探討

（一）采用啟發(fā)式教學(xué)方法

現(xiàn)代教育提倡素質(zhì)教育，在教學(xué)過程中，要樹立“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的指導(dǎo)思想。教師在授課過程中，要通過書面內(nèi)容展開思維聯(lián)想，采用啟發(fā)式教學(xué)方法。例如，通過課堂提問的方式，使學(xué)生參與課堂教學(xué)，逐步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考問題，讓學(xué)生在教學(xué)過程中充分發(fā)揮主觀能動性，同時又能通過教師與學(xué)生的交流來增強師生之間的感情，讓學(xué)生處在一種愉悅的環(huán)境中學(xué)習(xí)知識，從而達到事半功倍的效果。教師不要滿堂灌，要經(jīng)常和學(xué)生進行課堂互動，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，這樣就提高了教學(xué)效果。此外，教師要推薦一些具有參考意義的國內(nèi)外文獻資料讓學(xué)生閱讀，以擴大知識面，加深對課堂知識的理解。

（二）融入前沿知識和科研成果

近年來，隨著社會和科技的不斷發(fā)展進步，新的計算和分析方法也在不斷出現(xiàn)，《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程還只局限于傳統(tǒng)的計算分析方法，新知識融入相對較少，知識更新較慢。為了把學(xué)科的前沿知識和最新的科研成果融入到課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該在圖書館或網(wǎng)上廣泛搜集相關(guān)資料，以文獻的形式穿插到教學(xué)體系。以經(jīng)典的方差分析，回歸分析，正交設(shè)計，均勻設(shè)計為基礎(chǔ)，逐步增加一些相關(guān)科研論文的講解，例如2011年第15期《熱加工工藝》期刊“基于Autoform的汽車覆蓋件正交試驗有限元分析”，2008年第7期《金屬熱處理》期刊“用正交試驗法優(yōu)化VST55531鈦合金的熱處理工藝”，2005年第3期《航空動力學(xué)報》期刊“多因子異方差分析”。endprint

（三）理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)學(xué)生能力

《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》是一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科[6]，目的是培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用技能。由于該課程具有計算公式多，計算過程復(fù)雜等特點，教師不應(yīng)只注重公式推導(dǎo)及計算，而忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的目的。我校材料科學(xué)與工程專業(yè)使用的教材是由化學(xué)工業(yè)出版社李云雁主編的《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》，其中本課程的重點包括：方差分析、正交試驗設(shè)計、回歸分析、均勻設(shè)計，所以，教師要根據(jù)各章節(jié)重難點進行講授。

（四）提高教師業(yè)務(wù)水平

首先，通過教師進修，提高教師的專業(yè)水平，因為只有專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實了，在課堂教學(xué)中才能做到游刃有余;其次，交叉學(xué)科的教師要經(jīng)常進行溝通交流，這樣才能豐富自己的專業(yè)知識;教師與教師之間要相互聽課，要懂得欣賞別人的優(yōu)點，同時還要指出對方的不足，這樣才能做到查漏補缺，提高自己的業(yè)務(wù)水平;教學(xué)反思是教師專業(yè)發(fā)展和自我成長的關(guān)鍵因素，教師還要經(jīng)常反思自己，查找自己的不足和缺點;此外，教師要經(jīng)常與學(xué)生交流，傾聽學(xué)生的問題和煩惱，并及時解決;還要廣泛收集學(xué)生對課堂教學(xué)的意見和建議，對于有價值的、好的意見，教師要虛心接受，并認真執(zhí)行。只有這樣，才能提高教師的業(yè)務(wù)水平，提高課堂教學(xué)效率。

（五）制定完善的考核制度

根據(jù)《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程特點，考核方式一般是期末成績和平時成績構(gòu)成，平時成績占30%，期末考試成績占70%。期末考試由筆試和上機考試兩部分構(gòu)成，筆試主要考察學(xué)生對概念、公式的掌握情況、設(shè)計試驗的能力以及對試驗結(jié)果進行分析的能力;上機考試主要考察學(xué)生利用Excel，Origin，PS等作圖軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析和處理的能力;平時成績主要由學(xué)生課后作業(yè)的完成情況以及考勤決定，課后作業(yè)主要是考察學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，考勤就是查看學(xué)生的課堂出勤率。這幾種形式的考核方式相輔相成，全面地考察了學(xué)生對該課程內(nèi)容的掌握情況。因此，制定完善的考核制度，不僅可以激勵學(xué)生好好學(xué)習(xí)，又可以考察學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，從而對教學(xué)效果做出客觀地評價。

四、結(jié)束語

《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》是一門理論知識與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，實用性很強的課程，通過教學(xué)改革與實踐，培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的試驗設(shè)計方法和對試驗數(shù)據(jù)分析處理的能力，為今后考研或走上工作崗位奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]邱軼兵，張文利，閔凡飛，等.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008：1-2.

[2]李云雁，胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]孫培勤，劉大壯.實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理課程的教學(xué)實踐[J].化工高等教育，2003，（1）：84-85.

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[6]夏璐.淺談試驗設(shè)計方法在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力中的應(yīng)用[J].高教論壇，2005，（1）：77-79.endprint