基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程改革與實(shí)踐

易慶平 王勁松 朱德艷 胡永峰

摘 ?要：為切實(shí)有效開(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程創(chuàng)新教學(xué)，結(jié)合具體實(shí)例從師生合作共建課程資源、基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)開(kāi)展課堂教學(xué)、從解決問(wèn)題出發(fā)培養(yǎng)實(shí)踐能力、突出過(guò)程性改革課程考核形式等4個(gè)方面闡述了具體做法，取得了良好的效果。對(duì)大學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的創(chuàng)新性教學(xué)具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理;創(chuàng)新能力;課程改革;實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）03-0028-03

Abstract： In order to effectively carry out the innovative teaching of experimental design and data processing course， we have elaborated the concrete practice from four aspects with specific examples， including building curriculum resources with the cooperation of teachers and students，developing classroom teaching on cultivation of innovative ability，cultivating practical ability from solving problems，process oriented examination forms. It is a successful attempt and has reference value to the innovative teaching of university specialty course.

Keywords： experiment design and data processing; innovative ability; curriculum reform; practice

培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才是當(dāng)前我國(guó)高校教育改革的核心訴求，也是建設(shè)“創(chuàng)新型國(guó)家”的迫切需求。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是自然科學(xué)研究方法論領(lǐng)域中一個(gè)分支學(xué)科，該課程以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握工程技術(shù)和科學(xué)研究中常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)方法和手段去解決實(shí)際問(wèn)題，因此是一門(mén)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心專(zhuān)業(yè)課程，是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的重要方法[1]。我校大部分理工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)如化學(xué)工程與工藝、材料成型及控制工程、食品科學(xué)與工程、生物工程等均開(kāi)設(shè)了該課程，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐中師生普遍反映課程理論抽象、晦澀難懂、枯燥乏味，造成了教師厭教、學(xué)生厭學(xué)的不良局面，背離了開(kāi)設(shè)該課程的初衷。針對(duì)上述情況，我們以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力作為課程改革的出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)化“師生合作”思維，在課程資源建設(shè)、課程教學(xué)設(shè)計(jì)、課程實(shí)踐、考核方式等方面進(jìn)行改革探索，構(gòu)建了和諧高效的創(chuàng)新課堂生態(tài)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的創(chuàng)造力和探究精神。

一、師生合作共建課程資源

我院食品科學(xué)與工程、生物工程和植物科學(xué)與技術(shù)3個(gè)本科專(zhuān)業(yè)均在第5學(xué)期開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程，32學(xué)時(shí)，其中上機(jī)實(shí)踐8學(xué)時(shí)。所選用的教材為化學(xué)工業(yè)出版社李云雁等編著的《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》（第三版）[2]。該教材前4章介紹了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差、圖表、方差和回歸分析處理方法，第5～9章介紹了優(yōu)選法、正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、回歸正交設(shè)計(jì)和配方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，注重試驗(yàn)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)軟件在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用，層次清晰，難度適中，同時(shí)新版本配有數(shù)字多媒體資源，以二維碼鏈接，適合讀者拓展性學(xué)習(xí)，方便讀者，增加閱讀性，總體來(lái)說(shuō)是一本質(zhì)量不錯(cuò)的本科生教學(xué)用書(shū)。但是，書(shū)中列舉的多數(shù)是與化工、材料等專(zhuān)業(yè)有關(guān)的案例和習(xí)題，學(xué)生不能很好地聯(lián)系本專(zhuān)業(yè)的實(shí)際問(wèn)題，一定程度上造成理論脫離實(shí)踐。基于“師生合作”理論，引導(dǎo)師生合作、相互學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，焙養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新研究能力[3]。在互聯(lián)網(wǎng)+共享時(shí)代，我們營(yíng)造以學(xué)習(xí)者為中心的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，開(kāi)發(fā)本課程的專(zhuān)業(yè)案例過(guò)程中積極引導(dǎo)學(xué)生參與，師生合作共建基于專(zhuān)業(yè)的課程資源庫(kù)，具體做法如下：（1）對(duì)教材現(xiàn)有資源進(jìn)行活化和創(chuàng)造性的利用。如教材中主要是應(yīng)用Excel軟件分析處理數(shù)據(jù)，我們?cè)谝髮W(xué)生掌握課本內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘Excel各項(xiàng)數(shù)據(jù)化管理功能，引導(dǎo)學(xué)生使用Origin、SPSS、SAS等軟件對(duì)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，鼓勵(lì)學(xué)生擴(kuò)展性學(xué)習(xí);（2）對(duì)已有資源如教師公開(kāi)發(fā)表論文或指導(dǎo)本科生畢業(yè)論文中的專(zhuān)業(yè)案例加以甄別、選擇、挖掘，形成本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的鮮活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思考總結(jié);（3）根據(jù)學(xué)生實(shí)際，自主開(kāi)發(fā)利用身邊新的資源和動(dòng)態(tài)生成課程資源。如很多學(xué)生參加了大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，在科技項(xiàng)目實(shí)施和參賽過(guò)程中學(xué)生會(huì)自然而然出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理的問(wèn)題，如異常數(shù)據(jù)的取舍計(jì)算、單因素和雙因素方差分析的計(jì)算以及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、圖表的制作、批量數(shù)據(jù)的有效管理等，聚合師生力量共同解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)生感受到了課程的價(jià)值，也享受了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。今后我們課程資源開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)將利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程共享平臺(tái)，將師生共同/學(xué)生獨(dú)立完成的案例或資源開(kāi)放共享，這些資源成為師生合作創(chuàng)新的知識(shí)產(chǎn)物，在課程教學(xué)周期中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)共同體和資源開(kāi)發(fā)路徑的迭代共生。

二、基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)開(kāi)展課堂教學(xué)

當(dāng)前大學(xué)生的創(chuàng)新教育主要集中在專(zhuān)業(yè)教育之外的創(chuàng)新思維課程和創(chuàng)新技能訓(xùn)練上，以公共選修課或通識(shí)課程的形式游離于專(zhuān)業(yè)課程體系之外，導(dǎo)致創(chuàng)新教育與專(zhuān)業(yè)教育平行推進(jìn)，創(chuàng)新教育課程與專(zhuān)業(yè)課程各自為政、缺乏互動(dòng)[4，5]。我們?cè)陂_(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程創(chuàng)新教學(xué)的實(shí)踐中，以問(wèn)題為中心，以學(xué)生自主探究為基礎(chǔ)，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)和教學(xué)效果評(píng)價(jià)，注重學(xué)生真實(shí)參與，使學(xué)生從知識(shí)的接受者變成知識(shí)的探索者，進(jìn)而成為自我能力的主動(dòng)建構(gòu)者。例如，在第一次教學(xué)課程導(dǎo)入的時(shí)候，學(xué)生最開(kāi)始接觸這門(mén)課發(fā)現(xiàn)課程課時(shí)少、內(nèi)容多、公式復(fù)雜時(shí)往往容易出現(xiàn)“不重要、學(xué)不好、枯燥無(wú)味”等消極心理，如何讓學(xué)生提振信心，感受到課程有趣有用是當(dāng)務(wù)之急。在教學(xué)過(guò)程中從學(xué)生關(guān)心身邊的熱點(diǎn)問(wèn)題如社會(huì)實(shí)踐調(diào)查、畢業(yè)論文、虛假?gòu)V告數(shù)據(jù)等導(dǎo)入，闡述課程實(shí)用性;通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展史的案例體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的價(jià)值;引入“數(shù)據(jù)分析師”這一高大上職業(yè)讓學(xué)生產(chǎn)生職業(yè)遠(yuǎn)景，拓展性學(xué)習(xí)提升競(jìng)爭(zhēng)力。又如學(xué)習(xí)第二章試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表圖表示時(shí)，教材中主要介紹了柱形圖、折線(xiàn)圖、散點(diǎn)圖等基礎(chǔ)圖表，而用數(shù)據(jù)透視表進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，制作高大上的圖表讓數(shù)據(jù)會(huì)說(shuō)話(huà)這類(lèi)專(zhuān)業(yè)性、技巧性較強(qiáng)的知識(shí)需要教師加以引導(dǎo)和培養(yǎng)，學(xué)生通過(guò)這種創(chuàng)新性擴(kuò)展性學(xué)習(xí)，過(guò)程具有挑戰(zhàn)性，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，有助于啟發(fā)思維和加速個(gè)人成長(zhǎng)。

讓每一個(gè)學(xué)生都發(fā)自?xún)?nèi)心地學(xué)習(xí)、讓每一個(gè)人都成為內(nèi)心幸福與寧?kù)o的人，這是大學(xué)創(chuàng)新教學(xué)理論的根本追求[6]。教師自身的局限與學(xué)生參與熱情不高是大學(xué)創(chuàng)新教學(xué)所面臨的直接難題，大學(xué)創(chuàng)新教學(xué)對(duì)教師、學(xué)生以及師生關(guān)系提出了新要求：教師首先要轉(zhuǎn)化觀(guān)念，跳出傳統(tǒng)的教師權(quán)威意識(shí)，構(gòu)建活潑生動(dòng)、民主平等的師生關(guān)系，其次教師必須具有豐富的學(xué)術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新性思維，把握學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和跟蹤科技發(fā)展的能力。學(xué)生的思維也應(yīng)該從固守成規(guī)向獨(dú)創(chuàng)性和開(kāi)拓性思維轉(zhuǎn)變，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)向“我要學(xué)”，在課本之外超越課本，形成獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。

三、從解決問(wèn)題出發(fā)培養(yǎng)實(shí)踐能力

創(chuàng)新人才的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，必須在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)，并在實(shí)踐中有所體現(xiàn)。實(shí)踐教學(xué)通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，形成“學(xué)習(xí)-實(shí)踐-再學(xué)習(xí)-再實(shí)踐”的良性動(dòng)態(tài)循環(huán)，利用課外時(shí)間加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)中親自實(shí)踐、觀(guān)察思考，學(xué)會(huì)主動(dòng)應(yīng)用書(shū)本理論知識(shí)去理解實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題[7]。本課程有8課時(shí)的上機(jī)實(shí)踐課時(shí)，我們安排4課時(shí)進(jìn)行課本案例的消化，加深對(duì)教材內(nèi)容的理解，另外4課時(shí)進(jìn)行拔高訓(xùn)練如Origin、SPSS軟件使用和專(zhuān)業(yè)案例總結(jié)。通過(guò)大量案例分析和多學(xué)科知識(shí)交叉，讓學(xué)生理解基于數(shù)據(jù)分析導(dǎo)出科學(xué)結(jié)論的重要性、合理優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的積極意義。例如，Origin和Excel是最為流行的數(shù)據(jù)處理和繪圖軟件，通常來(lái)說(shuō)，使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用Origin進(jìn)行繪圖。相比其他繪圖軟件，Origin學(xué)習(xí)成本相對(duì)低，操作可視化、簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)制作簡(jiǎn)潔、美觀(guān)、專(zhuān)業(yè)的圖表獲得很大的成就感。積極開(kāi)拓第二課堂，鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生參加課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐（含創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、科研訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、社會(huì)實(shí)踐、論文成果等），將課程知識(shí)融入其中，從解決問(wèn)題出發(fā)培養(yǎng)實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的基礎(chǔ)理論水平、科技創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

四、突出過(guò)程性改革課程考核形式

考核是評(píng)估課程教學(xué)效果的重要形式。傳統(tǒng)的課程考核形式偏重于知識(shí)記憶，主要包括平時(shí)考核（出勤、作業(yè)、課堂回答問(wèn)題等，占課程總成績(jī)的30-40%）和期末考核（考試、閉卷，占課程總成績(jī)的60-70%），這種考核不利于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程。如果學(xué)生不參與課堂、不做作業(yè)，不做拓展，期末考試背一背就拿高分，基于大部分人的自制力和惰性，是很少有人平時(shí)好好學(xué)習(xí)的。考核方式改革的目的是要樹(shù)立適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的過(guò)程性考核觀(guān)念，促進(jìn)同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)投入學(xué)習(xí)，加強(qiáng)日常學(xué)習(xí)的監(jiān)控，避免考前突擊性應(yīng)試學(xué)習(xí)。通過(guò)資源庫(kù)建設(shè)、拓展性學(xué)習(xí)等促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展;加大實(shí)踐和提高項(xiàng)目，提升同學(xué)們的創(chuàng)新能力?；趯W(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新性課堂教學(xué)中所受到的訓(xùn)練，我們把課程的考核形式分為3部分，由平時(shí)成績(jī)和課程論文和試卷成績(jī)組成，權(quán)重分別為3：3：4，其中：平時(shí)成績(jī)由考勤、課堂討論、作業(yè)、拓展性學(xué)習(xí)等組成，尤其重視拓展性學(xué)習(xí)的成效;課程論文要求不得少于2000字，參考論題為：（1）論《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程學(xué)習(xí)的收獲和存在的不足;（2）XXX法在XXXXX實(shí)驗(yàn)中的案例設(shè)計(jì)與應(yīng)用，讓學(xué)生反思學(xué)習(xí)過(guò)程或總結(jié)歸納方法，對(duì)于抄襲的課程論文成績(jī)歸零;期末試卷試題知識(shí)點(diǎn)的覆蓋率符合教學(xué)大綱的要求，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用、創(chuàng)新知識(shí)的考核，重點(diǎn)考察學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的能力。從學(xué)生課程論文反饋、課程測(cè)評(píng)的結(jié)果來(lái)看，學(xué)生對(duì)課程滿(mǎn)意度高，在整個(gè)教學(xué)周期中能激發(fā)和維持學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)持續(xù)參與課程資源科建設(shè)，具備良好的電腦操作技能、課程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，極大促進(jìn)了學(xué)生成長(zhǎng)成才。

五、結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育能否培養(yǎng)適合社會(huì)所需的創(chuàng)造性人才，關(guān)鍵在于建立有效的人才培養(yǎng)方案和教師的創(chuàng)新性教學(xué)實(shí)踐。針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理這一門(mén)具有探究性和實(shí)踐性的專(zhuān)業(yè)課程，我們?cè)谡n程教學(xué)中以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線(xiàn)，通過(guò)以上改革和實(shí)踐，在師生互動(dòng)過(guò)程的迭代中實(shí)現(xiàn)共同成長(zhǎng)。教師在創(chuàng)新性教學(xué)實(shí)踐中和學(xué)生做到大量的、有效的信息交流，從學(xué)生的發(fā)展性反饋中得到巨大的鼓舞和激勵(lì)，積極投身到創(chuàng)造性的工作中去，而學(xué)生真誠(chéng)而熱情地參與創(chuàng)新課堂的構(gòu)建，享受學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和知識(shí)的價(jià)值。

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