《化工數(shù)據(jù)分析與處理》課程改革的幾點(diǎn)思考

任 鯤

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)新能源與材料學(xué)院，北京 102249)

隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)谘芯亢蜕a(chǎn)過(guò)程中需要收集、分析和處理大量的數(shù)據(jù)[1]。數(shù)據(jù)分析處理的過(guò)程直接關(guān)系到結(jié)果的準(zhǔn)確與否，因此人們歷來(lái)重視數(shù)據(jù)的分析處理方法。在化學(xué)和化工生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)以及分析化驗(yàn)過(guò)程中同樣會(huì)獲得海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有影響因素多、不確定因素多等特點(diǎn)，因而數(shù)據(jù)分析處理的方法顯得尤為重要，不少高校開(kāi)設(shè)了《化工數(shù)據(jù)分析與處理》課程[2]。目前，化工學(xué)科與材料、計(jì)算機(jī)、生物、環(huán)境、機(jī)械等學(xué)科進(jìn)一步交叉融合，針對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理而開(kāi)設(shè)的《化工數(shù)據(jù)分析與處理》也需要進(jìn)行改革，以適應(yīng)多學(xué)科交叉融合的形勢(shì)[3]。

1 課程的內(nèi)容及定位

《化工數(shù)據(jù)分析與處理》是一門(mén)涉及數(shù)學(xué)、化學(xué)、化工、新能源等多學(xué)科的基礎(chǔ)課程，開(kāi)課的目的是從應(yīng)用的角度讓學(xué)生了解和掌握與化工相關(guān)的數(shù)理分析與統(tǒng)計(jì)方面的常用方法和理論知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的方法和理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)、分析化驗(yàn)及工業(yè)生產(chǎn)所得的數(shù)據(jù)中，解決實(shí)際過(guò)程中遇到的問(wèn)題?！痘?shù)據(jù)分析與處理》課程內(nèi)容包括兩大部分，包括數(shù)據(jù)的分析和數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)的分析部分主要介紹誤差、粗差、壞值等相關(guān)的數(shù)據(jù)分析與預(yù)處理過(guò)程，數(shù)據(jù)的處理部分主要介紹回歸方程與回歸分析、方差計(jì)算等內(nèi)容。

在化工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的課程體系中，《化工數(shù)據(jù)分析與處理》將《高等數(shù)學(xué)》、《線(xiàn)性代數(shù)》、《數(shù)值分析》等課程的基礎(chǔ)和理論知識(shí)融入到數(shù)據(jù)的分析、處理的過(guò)程中，起到了承前接后的銜接作用，為后續(xù)《化工原理》、《傳質(zhì)與分離》、《高等儀器分析》、《反應(yīng)工程》及各類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程的數(shù)據(jù)分析與處理過(guò)程提供了有利的支撐，并為學(xué)生建立模型、預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)、控制和改進(jìn)儀器狀態(tài)、解決實(shí)際化工問(wèn)題奠定了良好的基礎(chǔ)[4]。

2 課程教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題

《化工數(shù)據(jù)分析與處理》是一門(mén)承上啟下的重要課程，執(zhí)教者應(yīng)持續(xù)關(guān)注課程的教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、改善教學(xué)效果、提高教學(xué)效率。筆者自2005年開(kāi)始從事《化工數(shù)據(jù)分析與處理》課程的教學(xué)工作，對(duì)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題總結(jié)如下：

(1)課程講述的部分內(nèi)容中涉及的方法較多，雖然不涉及理論公式的證明，同時(shí)對(duì)公式的推導(dǎo)過(guò)程做了最大程度的簡(jiǎn)化，但部分公式的推導(dǎo)和變換過(guò)程較為枯燥，容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒并最終學(xué)習(xí)積極性不高。比如，課程中一元非線(xiàn)性回歸問(wèn)題的線(xiàn)性化處理要求學(xué)生掌握非線(xiàn)性相關(guān)與線(xiàn)性回歸之間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要用到冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、高斯指數(shù)函數(shù)等大量的公式變換，需要學(xué)生具備扎實(shí)的《高等數(shù)學(xué)》基礎(chǔ)知識(shí)；多元線(xiàn)性回歸分析部分則涉及矩陣的變換和計(jì)算，對(duì)學(xué)生《線(xiàn)性代數(shù)》的知識(shí)儲(chǔ)備要求較高，等等。這些知識(shí)點(diǎn)都涉及公式的推導(dǎo)和變換，學(xué)習(xí)的過(guò)程中需要學(xué)生注意力高度集中，否則會(huì)影響知識(shí)點(diǎn)的理解和后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用。

(2)與其他課程的銜接不夠緊密，實(shí)用性和適用性有待提高。前已述及，《化工數(shù)據(jù)分析與處理》是后續(xù)諸多專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)的目標(biāo)要求學(xué)生將《高等數(shù)學(xué)》、《線(xiàn)性代數(shù)》、《數(shù)值分析》等課程的基礎(chǔ)和理論知識(shí)融入到數(shù)據(jù)的分析、處理的過(guò)程中以分析和處理實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)。但多數(shù)參考資料中列舉的例題與實(shí)際化工過(guò)程有較大的差距，這就導(dǎo)致學(xué)生的所學(xué)與所用有部分脫節(jié)，課上掌握的數(shù)據(jù)分析和處理的方法難以用于后續(xù)課程中，造成了課程的實(shí)用性和適用性大打折扣，也違背了課程設(shè)立的初衷。

(3)課堂教學(xué)方式不夠靈活，學(xué)生的課堂參與度較低，亟需改善現(xiàn)狀。傳統(tǒng)的授課方式過(guò)程中主講教師進(jìn)行板書(shū)、PPT展示或提問(wèn)，學(xué)生則針對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的思考、記錄筆記或回答問(wèn)題，部分同學(xué)的思維可能落后甚至脫離課堂，導(dǎo)致課堂整體教學(xué)效果欠佳。

(4)考核方式單一，評(píng)價(jià)形式和標(biāo)準(zhǔn)需要多樣化。課程考核是學(xué)生學(xué)習(xí)課程最直接的動(dòng)力，良好的課程考核和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、維持良好的課堂氛圍。傳統(tǒng)的期中考試、期末考試統(tǒng)籌分?jǐn)?shù)制度較為單一，容易造成學(xué)生平時(shí)上課的怠惰、考試前突擊學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。因此，如何運(yùn)用考核評(píng)價(jià)體系的作用調(diào)動(dòng)和維持學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性是擺在主講教師面前的一個(gè)問(wèn)題。

3 課程改革的方向和對(duì)策

為了適應(yīng)新的教育形勢(shì)，同時(shí)充分利用多種技術(shù)手段進(jìn)一步完善《化工數(shù)據(jù)分析與處理》的教學(xué)過(guò)程，突出其實(shí)用性和適用性，解決上述教學(xué)中存在的幾大問(wèn)題，筆者提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)引入具體化工過(guò)程的數(shù)據(jù)實(shí)例教學(xué)，提高學(xué)生的興趣和課程的針對(duì)性。課程針對(duì)化工專(zhuān)業(yè)與后續(xù)課程的特點(diǎn)在教學(xué)過(guò)程中增設(shè)相關(guān)課程的數(shù)據(jù)處理樣本和范例，通過(guò)展示具體案例中數(shù)據(jù)的分析和處理過(guò)程，可以讓學(xué)生更直觀的體會(huì)課程中的知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際情況種的應(yīng)用過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。采用具體的化工過(guò)程實(shí)例(如原油品質(zhì)評(píng)價(jià)、石油煉制過(guò)程等)能夠使教學(xué)過(guò)程有很強(qiáng)的代入感，可以讓學(xué)生快速掌握公式、理論等在實(shí)際過(guò)程中的應(yīng)用。如此能夠提高教學(xué)過(guò)程的有效率，同時(shí)也契合課程以應(yīng)用為導(dǎo)向的目的。

(2)引入小組討論與綜合過(guò)程數(shù)據(jù)分析處理的教學(xué)方式，提高學(xué)生的課堂參與度，采用新型多媒體手段豐富現(xiàn)有的教學(xué)方式。現(xiàn)階段，小班教學(xué)、小組討論教學(xué)等方式逐漸被推廣應(yīng)用，《化工數(shù)據(jù)分析與處理》的課程教學(xué)過(guò)程可借鑒上述教學(xué)方式，在增設(shè)相關(guān)課程的數(shù)據(jù)處理樣本和范例的同時(shí)采用小組討論和模塊化分工合作的方式，如此一來(lái)既能節(jié)省時(shí)間、活躍課堂氛圍、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。此外，近年來(lái)多媒體技術(shù)發(fā)展迅速，智慧屏、智慧教室、雨課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等新興多媒體開(kāi)始在課堂教學(xué)中推廣。在教學(xué)過(guò)程中主講教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)學(xué)習(xí)新型多媒體技術(shù)，并與教學(xué)活動(dòng)相結(jié)合。這些新型的多媒體技術(shù)應(yīng)用得當(dāng)能夠顯著增強(qiáng)課程的教學(xué)效果，同時(shí)強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程中的信息傳遞過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

(3)改變考核方式，建立多元化的考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在教改的過(guò)程中，合理的多元化考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是最易實(shí)施、應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮的內(nèi)容。在小組討論和模塊化分工合作的教學(xué)過(guò)程中，可以在明確標(biāo)準(zhǔn)的前提下采用梯級(jí)賦分、團(tuán)隊(duì)整體賦分、額外附加分、課外任務(wù)得分與考試得分加權(quán)統(tǒng)籌，如此可將學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)和課外任務(wù)的成果進(jìn)行量化考核，有助于主講教師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，同時(shí)對(duì)督促學(xué)生學(xué)習(xí)有一定效果。

4 結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)學(xué)生是高校的重要職責(zé)之一，課程教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。針對(duì)當(dāng)下的形勢(shì)和學(xué)生特點(diǎn)，課程教學(xué)的過(guò)程需要進(jìn)行適當(dāng)改革以提高教學(xué)效率，真正做到有效教學(xué)[5]。《化工數(shù)據(jù)分析與處理》作為一門(mén)化工專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，進(jìn)行課程改革有助于培養(yǎng)學(xué)生建立對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理方法的宏觀認(rèn)識(shí)、鍛煉學(xué)生實(shí)際分析和處理化工過(guò)程所得數(shù)據(jù)的能力，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)和業(yè)務(wù)能力都大有裨益。