創客教育對統計建模能力培養的啟示

陳國艷　王利東　張運杰

摘要：創新是國家進步和社會發展的動力。現在，探索培養創新創業人才模式是高等教育教學改革的趨向，已成為世界各國高校的共識。創客教育作為一種思維方法教育，以激發人的創新意識、挖掘和培養人的創新能力、弘揚人的創新精神為宗旨，全面促進人才培養質量的提升。文章通過分析在大數據時代社會對統計人才的需求和學生內在發展的渴求，以創客精神為視角，對有效提升本科生統計建模能力的途徑進行了探討。作者切合實際教學，在課程設置與考核方式、師生角色轉變與教學方式、搭建創新平臺及融合學科競賽四個方面提出改革建議，充分體現以學生為中心，加強了學生在具體任務或挑戰情境中主動探究、自主建模實踐及創新的能力。

關鍵詞：實踐教學;統計建模;創客教育;大數據時代

引言

興趣是學生職業發展最重要的因素之一。對于學生而言，有興趣才能把學習的積極性調動起來，這是最好的學習方式。隨著云計算、大數據及人工智能時代到來，教育開始向“自我學習”創新模式轉變，社會對跨界融合型人才更加青睞。因此，激發學生的內在想象力和求知欲，自主動手融合不同學科知識進行實踐建模的能力是十分必要的。

創客教育以學習者為中心，集專業理論與實踐、認知與探索、創造價值和分享價值相統一。創客教育在社會情境中進行專業實踐，以項目學習的方式，讓學生深刻體會到項目經理或者工程師所面臨的需求，綜合科學、技術、工程、藝術和數學等方面的知識，通過自主學習、團隊協作，最終完成該項目，從而培養學習者跨學科解決問題的能力、團隊協作能力及敢于創新能力。因此，借鑒創客教育的方式可以充分調動學生的內在興趣，自覺地去認識與體驗，發揮自身的創意思維和創造能力。

本文根據社會人才的需求方向變化，從外部環境變化與個人發展內在需求分析入手，借鑒創客教育模式分析如何促進學生自主學習數據分析與處理技術，提升統計建模能力，培養具有多學科背景的綜合性人才。

一、統計建模能力培養模式現狀與改革的必要性

隨著社會的快速發展，外部環境和個人發展需要推動統計學專業學生建模能力的培養。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》（以下簡稱《規劃綱要》）規定，到2020年我國要基本實現教育現代化。教育現代化就是教育“現代性”的實現，它要使受教育者得到自由、充分的發展。要做到這一點，就要在教育過程中轉變教學觀念和改變教學模式，以學生為中心，注意學生的個體差異性，充分調動學生的主體性、主動性和創造性，對每一個學生因材施教，量身定做合適的教育，充分激發學生內在潛能的發揮。當今，教學信息來源、人才培養方向及社會環境都不同以往。對于統計學處理的最直接的對象——統計數據來說，無論從概念上還是從類型、結構及量級上都沖破了傳統思維下數據的范疇，“信息”特征更為明顯。所以，搜集、整理數據資料的方式，數據分析、研究方法及存儲、傳輸技術等方面也隨之發生改變。從社會技術需求來看，大數據與統計方法的有機融合是熱點問題，各行業均可通過統計建模挖掘數據所蘊含的實時信息。

如果在統計學課程教學中過分追求知名院校的培養方案和教學模式，造成專業的趨同化，教學中缺乏個性化的培養。在實踐教學環節，受教學條件的限制，學生所學的統計知識未能和實際案例數據有效結合，沒有形成系統的適合個性發展需要的實踐模式與實練平臺。事實上，創新能力和意識是個人發展和成長的必備素質，它往往與個人的特長和天賦有關。創新教育就是“以人為本”的個性化教育，它很好地保護了產生創新意識的源泉——個性。因此，對培養學生創新能力和意識來說，重要的是要協調好人才培養過程中“共性”與“個性”之間的矛盾。隨著人工智能時代的來臨，教師和學生都意識到了個性發展與社會需要相統一的重要性，結合個性發展來培養專業技能，這也將成為個人發展的前進動力和社會發展的重要推動力量。

二、對統計學課程教學改革的思考

在學生未來的個人發展和職業需求中，創新能力、跨學科解決實際問題的實操實力及團隊協作能力是不可或缺的，這和創客教育的宗旨是一致的。將創客教育的思想融入到統計建模實踐教育中，以此促進結合個性發展培養專業技能。在統計學的教學改革中，要堅持以學生為中心，達到自然科學與人文科學相結合、課內與課外相結合、教學與科研相結合（簡稱一中心，三結合），促進復合型、創新型人才的成長。

（一）課程設置與考核注重個性化發展

創客教育情境下凸顯共性與個性協同發展，課內和課外相互配合。當前，統計學本科專業課程設置要體現社會對統計人才培養的要求，增加實踐學時及相應的課程群或課程模塊，結合學生個人發展提供發展機會與平臺。在大數據背景下，針對社會對統計人才的需求，通過與數據相關的優勢學科交叉建立課程模塊及校企合作構建實踐教學基地，整合數據資源協同創新。在產教融合、協同育人方式下，培養學生的跨學科思維，將統計學、數據處理技術與現實世界聯系起來，綜合運用多學科知識和方法通過建模解決復雜的工程和社會問題。

著重實踐教學改革的同時，也要注重對課程考核評價辦法進行相應的調整。在“一中心，三結合”的人才培養模式下，實踐環節中，實行教學與研究相結合，讓本科生參與到研究活動中，鼓勵他們以個人或團隊方式申報創新創業類項目，鼓勵學生參加各類學科競賽、創業競賽，推薦優秀的學生加入教師研究團隊進行學術研究。所以，在不改變教學計劃和大綱的條件下，落實實踐創新學分的確認制度，將各類實踐活動中的成績折合為創新學分，予以認可。課程考核要注重全面，既要考核理論知識的學習能力，也要考核學生解決實際問題的創新實踐能力。實際操作中，可以利用單個或多個方式綜合進行，如調整平時分、項目答辯及撰寫論文等方式，督促學生動手實踐，提升學生的創新實踐能力。在這種環境下，學生會對學習目標及學習資源的選擇都有一定的自主權，在解決問題的同時又進行了知識上的學習，這屬于深度學習，個性化發展與專業技能同時得到提升。

（二）注重教學方式及師生角色的轉變

創客教育中，學生是中心，為了培養學生的建模能力與探究創新精神，實踐教學應從兩個方面入手。首先，營造創新與探究的氛圍。教師在教學過程中鼓勵學生獨立思考和大膽猜測，尊重學生的興趣和愛好，激發學生的創新潛能及思想火花，這種和諧、平等、民主的師生關系和學習氛圍為學生創造性思維的養成，創新探究能力的培養創造了良好的環境。其次，靈活運用多種教學方式提高學習效果。教學過程中可采用啟發式、討論式、探究式、案例式、情景式等教學方式，充分調動學生的主動性和積極性，發揮學生的特長，有效培養其創新與建模實踐能力。所以，在統計教學中，創客教育與實踐訓練的融合，將從根本上轉變以教師為主體的教學模式，推動“任務式教學”向“興趣式教學”邁進。

（三）依托相關的創客空間和實習基地，搭建創新平臺

如何給學生搭建一個“腳踏實地”的創新空間是有效提升統計建模能力的重要途徑。統計專業的創新實踐活動可涉及先進的數據處理、咨詢及統計建模等活動。為了盡快提升大學生的統計建模能力，需要將教學和科研有效結合起來，讓學生廣泛參與到科研活動中，所以，以專業實驗室和科研課題為依托，根據學生掌握理論知識程度，分層次擬訂實驗室章程。對于理論知識薄弱的學習者，以通識教育為主，主要剖析基本理論適用價值及數據信息提取的意義;對于掌握了統計學的基本知識和計算軟件的學習者，以實驗教育為主，在相關課程實踐實驗環節中鼓勵學生利用參與的教師課題、自選題目及實習基地等題目進行探索，以達到對實際背景數據的理解、推理、發現和建模決策能力。

創客空間為學習者提供了一個實踐空間。在實踐空間中，要讓學生運用所學，衍生為科學家、發明家等多重身份。例如，如果單純使用UCI、滿足特定分布的人工數據對所設計的算法進行測試，這種實踐活動可能不會引起學生的興趣。因此需要將知識學習轉變為能力運用，將雜亂的數據轉變為有意義的知識，通過加強與當地統計局、市場咨詢公司、市場調查公司、企業等單位之間的合作，讓學生接觸社會決策活動，將創客教育的理念嵌入到統計實踐環節中。事實上，與統計學相關的創客空間不需要真正的工廠車間那樣復雜，它只是將算法程序化嵌入機器車測試路徑規劃、購物行為分析等這些實踐活動中，給學生搭建一個與實際情景類似的操作平臺，能有效地激發學生自主實踐的興趣。

（四）以學科競賽為契機，接觸建模應用新領域

學科競賽是促進高等教育教學改革的有力抓手，它將激發實踐教學改革中產生新型的實踐教學手段及方法，為建立具有實踐特色的創新人才培養模式注入強勁動力，促進創新人才培養質量的提高。同時，學科競賽目標明確，規則清晰，時間節奏感強，競技性強，有軟硬件支撐，吸引大學生踴躍參加，并且以自身驅動力激發起學生自主開放實驗，促進其統計建模能力的提高。

當下，在政府部門、科研院所、社會企業及網絡平臺的支持下，與統計學相關的學科競賽都在定期有計劃的舉行，開放性的競賽題目為學生發揮創新潛能創造了機會。例如：全國大學生數學建模競賽、全國大學生統計建模大賽、中國國際大數據挖掘競賽、全國大學生創客大賽、“泰迪杯”全國數據挖掘挑戰賽和阿里巴巴大數據競賽等。比賽主要有三類：其一，針對環境、網商和政府財政等統計數據或者網絡文本數據挖掘新知識、新規則，從不同角度客觀地反映某一項現象/群體的規模、結構、發展變化及影響;其二，針對時代的熱點、企業的需求設計、制定調查方案，自行搜集數據，提出問題和假設條件，運用統計分析方法和統計分析軟件進行分析，提出存在的問題以及解決問題的對策和建議;其三，展示實用商業軟件的熟練程度。與統計學相關的學科競賽無論是賽題難度，還是競賽宗旨都非常適宜學生參加，而且賽題是管理科學、工程技術或社會熱點等方面簡化完善出來的實際問題，這為教師和學生接觸學科前沿、把握研究動向和利用真實數據進行實操提供了機會。

由這些相關的學科競賽主題及賽題模式，按照創客課題的八個要點要求（如表1所示），搜集整理與之相關的基礎知識、數據處理技術及相關統計分析等一系列自主開放實驗項目（如表2所示），將其穿插于數學建模、統計軟件、統計數據挖掘、生物統計、貝葉斯理論、時間序列分析與投資組合學等課程教學中。以此，形成以實驗室與競賽為平臺，以培養學生自主學習和創新能力為中心，以課程為階梯的實踐建模教學模式。

通過相關的學科競賽及自主實驗項目可以鍛煉學生搜集數據，提出問題和假設條件，建立統計模型，自主編程或運用軟件進行模型求解、結果分析與檢驗的能力。

三、結語

在大眾創業、萬眾創新的時代，如何有效激發學生的創新活力和創新激情，如何利用自身專業理論知識及創客教育理念，提高他們的統計建模能力是一個值得思考的教育問題。本文從個性發展與社會需求的角度，對提升統計建模能力培養模式改進提出了建議。實際教學中，對學生統計建模能力的培養，在創客理念下，在統計理論的教學中，突顯統計基本理論及方法的適用性，使學生形成創新實踐意識，激發學生利用統計建模的方法，高效地解決實際問題，為學生的職業發展做好充分準備。

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編輯∕楊波

作者簡介：陳國艷（1978-），女，黑龍江肇東人，碩士，講師，研究方向：創新創業教育、概率論與數理統計、課程教育教學改革等。

基金項目：2018年教育部第一批產學合作協同育人項目“數學建模案例選講教學改革與實踐”（201801039027）;2018年大連海事大學本科教改項目“面向新工科建設的‘產教融合創新人才培養模式研究”（2018Y79）;2018年大連海事大學本科生在線開放課程項目“數學建模案例選講”（J20180129）