基于創新能力培養的實驗設計與數據處理課程改革與實踐

易慶平 王勁松 朱德艷 胡永峰

摘 ?要：為切實有效開展實驗設計與數據處理課程創新教學，結合具體實例從師生合作共建課程資源、基于創新能力培養開展課堂教學、從解決問題出發培養實踐能力、突出過程性改革課程考核形式等4個方面闡述了具體做法，取得了良好的效果。對大學專業課程的創新性教學具有參考價值。

關鍵詞：實驗設計與數據處理;創新能力;課程改革;實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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

培養具有創新精神和創新能力的人才是當前我國高校教育改革的核心訴求，也是建設“創新型國家”的迫切需求。實驗設計與數據處理是自然科學研究方法論領域中一個分支學科，該課程以概率論、數理統計和專業領域的科學實驗為基礎，使學生掌握工程技術和科學研究中常用的試驗設計與數據處理方法，引導學生用科學方法和手段去解決實際問題，因此是一門有利于培養學生創新能力的核心專業課程，是當代科技和工程技術人員必須掌握的重要方法[1]。我校大部分理工科類專業如化學工程與工藝、材料成型及控制工程、食品科學與工程、生物工程等均開設了該課程，但是在傳統的教學實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、學生厭學的不良局面，背離了開設該課程的初衷。針對上述情況，我們以培養學生創新能力作為課程改革的出發點，強化“師生合作”思維，在課程資源建設、課程教學設計、課程實踐、考核方式等方面進行改革探索，構建了和諧高效的創新課堂生態，充分調動了學生的創造力和探究精神。

一、師生合作共建課程資源

我院食品科學與工程、生物工程和植物科學與技術3個本科專業均在第5學期開設實驗設計與數據處理課程，32學時，其中上機實踐8學時。所選用的教材為化學工業出版社李云雁等編著的《試驗設計與數據處理》（第三版）[2]。該教材前4章介紹了試驗數據的誤差、圖表、方差和回歸分析處理方法，第5～9章介紹了優選法、正交設計、均勻設計、回歸正交設計和配方試驗設計方法，注重試驗設計和計算機軟件在數據處理方面的應用，層次清晰，難度適中，同時新版本配有數字多媒體資源，以二維碼鏈接，適合讀者拓展性學習，方便讀者，增加閱讀性，總體來說是一本質量不錯的本科生教學用書。但是，書中列舉的多數是與化工、材料等專業有關的案例和習題，學生不能很好地聯系本專業的實際問題，一定程度上造成理論脫離實踐。基于“師生合作”理論，引導師生合作、相互學習，充分發揮學生在教學中的主體地位，焙養學生自主學習能力和創新研究能力[3]。在互聯網+共享時代，我們營造以學習者為中心的網絡學習環境，開發本課程的專業案例過程中積極引導學生參與，師生合作共建基于專業的課程資源庫，具體做法如下：（1）對教材現有資源進行活化和創造性的利用。如教材中主要是應用Excel軟件分析處理數據，我們在要求學生掌握課本內容的基礎上進一步挖掘Excel各項數據化管理功能，引導學生使用Origin、SPSS、SAS等軟件對同一組數據進行分析處理，鼓勵學生擴展性學習;（2）對已有資源如教師公開發表論文或指導本科生畢業論文中的專業案例加以甄別、選擇、挖掘，形成本專業實驗設計與數據處理的鮮活實例，引導學生思考總結;（3）根據學生實際，自主開發利用身邊新的資源和動態生成課程資源。如很多學生參加了大學生科技創新訓練計劃、“互聯網+”大學生創新創業大賽等，在科技項目實施和參賽過程中學生會自然而然出現實驗設計優化和數據處理的問題，如異常數據的取舍計算、單因素和雙因素方差分析的計算以及正交實驗結果分析、圖表的制作、批量數據的有效管理等，聚合師生力量共同解決問題的過程中學生感受到了課程的價值，也享受了學習的樂趣。今后我們課程資源開發團隊將利用學校的網絡課程共享平臺，將師生共同/學生獨立完成的案例或資源開放共享，這些資源成為師生合作創新的知識產物，在課程教學周期中實現學習資源、學習共同體和資源開發路徑的迭代共生。

二、基于創新能力培養開展課堂教學

當前大學生的創新教育主要集中在專業教育之外的創新思維課程和創新技能訓練上，以公共選修課或通識課程的形式游離于專業課程體系之外，導致創新教育與專業教育平行推進，創新教育課程與專業課程各自為政、缺乏互動[4，5]。我們在開展實驗設計與數據處理課程創新教學的實踐中，以問題為中心，以學生自主探究為基礎，以能力培養為目標，加強課程設計和教學效果評價，注重學生真實參與，使學生從知識的接受者變成知識的探索者，進而成為自我能力的主動建構者。例如，在第一次教學課程導入的時候，學生最開始接觸這門課發現課程課時少、內容多、公式復雜時往往容易出現“不重要、學不好、枯燥無味”等消極心理，如何讓學生提振信心，感受到課程有趣有用是當務之急。在教學過程中從學生關心身邊的熱點問題如社會實踐調查、畢業論文、虛假廣告數據等導入，闡述課程實用性;通過試驗設計發展史的案例體現實驗設計的價值;引入“數據分析師”這一高大上職業讓學生產生職業遠景，拓展性學習提升競爭力。又如學習第二章試驗數據的表圖表示時，教材中主要介紹了柱形圖、折線圖、散點圖等基礎圖表，而用數據透視表進行數據統計與分析，制作高大上的圖表讓數據會說話這類專業性、技巧性較強的知識需要教師加以引導和培養，學生通過這種創新性擴展性學習，過程具有挑戰性，激發了學生的探究興趣，有助于啟發思維和加速個人成長。

讓每一個學生都發自內心地學習、讓每一個人都成為內心幸福與寧靜的人，這是大學創新教學理論的根本追求[6]。教師自身的局限與學生參與熱情不高是大學創新教學所面臨的直接難題，大學創新教學對教師、學生以及師生關系提出了新要求：教師首先要轉化觀念，跳出傳統的教師權威意識，構建活潑生動、民主平等的師生關系，其次教師必須具有豐富的學術研究經驗和創新性思維，把握學科的前沿動態，理論聯系實際，發展學生的創新意識和跟蹤科技發展的能力。學生的思維也應該從固守成規向獨創性和開拓性思維轉變，從“要我學”轉向“我要學”，在課本之外超越課本，形成獨立思考和創新的能力。

三、從解決問題出發培養實踐能力

創新人才的創新意識和創新能力，必須在實踐過程中培養，并在實踐中有所體現。實踐教學通過引導學生將所學理論知識與實際問題結合起來，形成“學習-實踐-再學習-再實踐”的良性動態循環，利用課外時間加強實踐能力的培養，在實驗中親自實踐、觀察思考，學會主動應用書本理論知識去理解實驗中的問題[7]。本課程有8課時的上機實踐課時，我們安排4課時進行課本案例的消化，加深對教材內容的理解，另外4課時進行拔高訓練如Origin、SPSS軟件使用和專業案例總結。通過大量案例分析和多學科知識交叉，讓學生理解基于數據分析導出科學結論的重要性、合理優化實驗方案的積極意義。例如，Origin和Excel是最為流行的數據處理和繪圖軟件，通常來說，使用Excel進行數據處理，使用Origin進行繪圖。相比其他繪圖軟件，Origin學習成本相對低，操作可視化、簡單，功能強大，學生通過學習制作簡潔、美觀、專業的圖表獲得很大的成就感。積極開拓第二課堂，鼓勵和指導學生參加課外創新創業實踐（含創新創業項目、科研訓練、學科競賽、開放性實驗、社會實踐、論文成果等），將課程知識融入其中，從解決問題出發培養實踐能力，提高了學生的基礎理論水平、科技創新意識和工程實踐能力。

四、突出過程性改革課程考核形式

考核是評估課程教學效果的重要形式。傳統的課程考核形式偏重于知識記憶，主要包括平時考核（出勤、作業、課堂回答問題等，占課程總成績的30-40%）和期末考核（考試、閉卷，占課程總成績的60-70%），這種考核不利于學生學習過程。如果學生不參與課堂、不做作業，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，是很少有人平時好好學習的。考核方式改革的目的是要樹立適應創新人才培養的過程性考核觀念，促進同學們在平時投入學習，加強日常學習的監控，避免考前突擊性應試學習。通過資源庫建設、拓展性學習等促進學生全面發展;加大實踐和提高項目，提升同學們的創新能力。基于學生在實驗設計與數據處理創新性課堂教學中所受到的訓練，我們把課程的考核形式分為3部分，由平時成績和課程論文和試卷成績組成，權重分別為3：3：4，其中：平時成績由考勤、課堂討論、作業、拓展性學習等組成，尤其重視拓展性學習的成效;課程論文要求不得少于2000字，參考論題為：（1）論《實驗設計與數據處理》課程學習的收獲和存在的不足;（2）XXX法在XXXXX實驗中的案例設計與應用，讓學生反思學習過程或總結歸納方法，對于抄襲的課程論文成績歸零;期末試卷試題知識點的覆蓋率符合教學大綱的要求，強調應用、創新知識的考核，重點考察學生運用所學的知識設計實驗并進行試驗數據分析的能力。從學生課程論文反饋、課程測評的結果來看，學生對課程滿意度高，在整個教學周期中能激發和維持學習興趣，通過持續參與課程資源科建設，具備良好的電腦操作技能、課程專業知識和良好的團隊合作意識，極大促進了學生成長成才。

五、結束語

創新創業教育能否培養適合社會所需的創造性人才，關鍵在于建立有效的人才培養方案和教師的創新性教學實踐。針對實驗設計與數據處理這一門具有探究性和實踐性的專業課程，我們在課程教學中以創新能力培養為主線，通過以上改革和實踐，在師生互動過程的迭代中實現共同成長。教師在創新性教學實踐中和學生做到大量的、有效的信息交流，從學生的發展性反饋中得到巨大的鼓舞和激勵，積極投身到創造性的工作中去，而學生真誠而熱情地參與創新課堂的構建，享受學習的樂趣和知識的價值。

參考文獻：

[1]盧素紅，范崢，黃風林，等.實驗設計與數據處理課程的教學改革探討[J].大學教育，2018（7）：42-44.

[2]李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2017.

[3]易慶平.以學習者為中心探究教學資源建設中師生間的合作關系[J].讀寫算：教師版，2013（17）：44-45.

[4]郭濤，趙玉新.大學生創新能力培養體系構建的探索與研究[J]. 教育教學論壇，2018（9）：12-13.

[5]張瓊.知識運用與創新能力培養——基于創新教育理念的大學專業課程變革[J].高等教育研究，2016（3）：62-67.

[6]趙光鋒，解德渤.我國大學創新教學的誤區、難點與突破[J].高校教育管理，2017，11（4）：113-118.

[7]嚴一民，鄔邵軼，楊華軍.培養大學生創新實踐能力的探索[J]. 實驗技術與管理，2016，33（11）：196-198.