《數理統計與試驗設計》教學體系的建設與實踐

劉琳 丁琨 葉時利

【摘要】培養適應社會發展的創新型人才是高等教育教學改革的一項重要任務.“數理統計與試驗設計”教學體系通過改革教學模式、完善教學資料、建立教學案例、建全教學網站，得以全方位建設并完善，從而達到培養學生創新精神、提高學生實踐應用能力的目的.

【關鍵詞】教學體系;教學模式;教學案例;教學網站

【基金項目】西南林業大學教學研究中心項目YB201649資助.

一、研究的目的與意義

西南林業大學是以林學學科為主，以生物環境類學科為特色，農、理、工、文、法、管等學科交叉融合的一所綜合性大學.“數理統計與試驗設計”是一門重要的基礎課程，也是一門應用性很強的學科，它在林業工作和研究中的應用極為廣泛.課程教學的好壞直接關系到學生后續課程的學習以及實際應用能力的培養.教學體系的建設與改革在統計知識與實際問題之間架設了橋梁，這對培養學生數學素養，提升學生理論聯系實際能力，培養其創新意識與創新精神，全面提升教育教學質量有著積極的實際意義.

項目組對“數理統計與試驗設計”課程從“實施案例教學”和“建立課程教學網站”等方面進行了課程體系的建設與實踐，以與教學內容緊密結合的實際問題作為教學案例，實現理論知識與生活實踐的緊密結合，這樣可使學生提高對“數理統計與試驗設計”課程的理解和應用能力.另外，“數理統計與試驗設計”教學網站的建立，積極推進與強化了基于信息技術平臺的教學資源建設與共享，這可以解決統計類課程教學中“內容多、學時少”這一難題，并使教學從課堂的狹窄空間中解放出來，因此提高了學生的實踐能力，也培養了學生的創新精神.

二、研究的背景

統計課程教學實踐表明統計教學改革勢在必行.對于統計課程的改革與建設，一方面要在培養學生的創新能力和創造性思維的同時注重提高學生的實際應用能力.另一方面，必須要隨著學科的發展更新教學內容，逐步優化課程教學體系，并改革教學方法.同時，還必須要適應社會各類應用型創新人才培養的要求，強化和積極推進基于信息技術平臺的教學資源的建設與共享.

基于統計類課程的特點和教學現狀，項目組一直致力于研究如何提高學生的實際應用能力，并提出了以“應用型”為目標的統計類課程教學的改革和建設.項目組通過充分調研論證，在以“應用型”為目標的統計類課程教學改革的背景下，對“數理統計與試驗設計”教學體系進行深化建設和實踐，確立了本課程的建設目標：以全面推進素質教育為根本目的，以培養學生創新精神、提高學生實踐能力為重點，針對林業院校專業特點，構建新的課程教學體系，完善教學模式，深化教學改革，發揮本課程應有的作用.

三、研究方法、技術路線

（一）研究方法

1.文獻研究

利用圖書館館藏資料和計算機檢索系統，查閱國內外相關研究材料，探索“數理統計與試驗設計”課程體系改革建設的新思路、新方法.

2.調查訪談

通過書面征詢、口頭訪問的方式對涉及的各學院的學生以及教學管理者進行調研，以保證課程體系建設的科學性和實用性.

3.比較研究

采取校內外比較、國內外比較的方法建立最適合本校實際的課程改革建設方案.

4.理論與實證分析

整合調研結果，構建具有本校教學特色的課程教學體系，建立適合本校使用的“數理統計與試驗設計”教學案例及課程教學網站，完善教學資源，并在教學中進行實證分析.

5.征求意見

征求部分專家意見，對階段成果進行論證，在實踐中不斷深化和完善.

（二）技術路線

項目組對“數理統計與試驗設計”課程著重從“實施案例教學”和“建立課程教學網站”等方面進行課程體系的建設與實踐.

首先，項目組查閱國內外各林業院校對“數理統計與試驗設計”課程教學改革與實踐的相關資料，吸取寶貴經驗，并充分收集本校各專業對該門課程的應用要求，為改革與建設“數理統計與試驗設計”課程教學體系制定方案;

其次，項目組在充分調研和實際教學嘗試的基礎上，完成了教學內容的體系構建，即建立以“應用型”為培養目標的統計類課程“數理統計與試驗設計”的教學體系;

最后，項目組從改革教學模式、完善教學資料、建立教學案例、建全教學網站四個方面實現“數理統計與試驗設計”教學體系的建設與實踐，并在教學中不斷完善和改進，使“數理統計與試驗設計”的教學取得更好的效果，促進學生應用創新能力和綜合素質的提高.

四、研究發現與結論

（一）確立“數理統計與試驗設計”課程的課堂教學新模式

為了讓學生理解并能靈活使用統計方法，項目組經過實踐，提出了以“應用型”為培養目標的課堂教學新模式.針對每一種統計方法，新模式都采用“理論概念+實際案例+統計軟件+結果分析”的方式分四個步驟完成課堂教學.

第一步，講解該種統計方法的基本理論、基本思想及基本原理，這也是統計方法的基本核心;第二步，針對不同課程，引入案例并介紹該案例的實際背景，從而引出該統計方法的應用前提;第三步，教會學生利用統計軟件SPSS的相關功能完成案例的統計，得到分析結果;第四步，結合案例的實際背景，分析討論統計軟件SPSS輸出的結果，得到最終結論.

實踐證明，這種新的教學模式拋開了傳統統計課程的枯燥難懂的弊端，提高了學生的學習興趣，無論是在理論學習方面，還是在統計方法的掌握及應用方面，都對學生有積極的影響，特別是學生學會了利用統計軟件SPSS解決實際問題.

（二）完善教學資料

1.確立適合課程的教材、教學大綱、考試大綱和實習大綱

首先，項目組為課程選定了合適的教材，在保證科學性、系統性的基礎上，力求簡明實用、深入淺出，強調林業特色，注重實踐性，突出應用性.

其次，項目組經過多次認真細致的討論與研究，修改并制定了教學大綱、考試大綱和實習大綱，刪去了不必要的理論推導部分，增加了與實際問題聯系較為緊密的內容，使得教學工作有章可循，保證了教學改革工作的順利進行.

2.增加“數理統計與試驗設計”課程的試驗

為培養和提高學生的實踐應用能力，項目組對有條件的專業開設了“數理統計與試驗設計”上機試驗課程，對沒有條件開設試驗課的專業布置了試驗計劃，讓學生利用課后完成試驗，并上交試驗報告.通過教授和督促，學生學會使用統計軟件SPSS的方法，并能利用軟件SPSS解決實際的統計問題，從而真正具備統計數據分析與處理的能力.

通過試驗，學生的動手能力以及利用統計軟件分析、解決問題的能力得到很大提高，使他們深刻體會到統計方法在實踐中的重大作用.學生的理論分析能力和實踐動手能力都得到了提高.

3.制作并完善“數理統計與試驗設計”課程的多媒體課件

項目組經過長期的探索與努力，制作了適合“數理統計與試驗設計”課程的多媒體課件，并在教學中不斷完善.這樣既增加了單位學時內的信息量，又使得課堂教學生動有趣，也使一些抽象的內容變得一目了然.對課程中的絕大多數定理給出直觀的演示，并作出形象化的驗證和解釋，可以使抽象的定理變得形象直觀、易于理解.

4.改革考核方式

傳統考核方式主要考查學生對基本理論、基本方法的掌握情況，這對學生實際應用能力的提高并沒有太大作用.為此，項目組作開卷考試嘗試，任課教師提供給學生一些實際調查的數據，學生必須按要求處理數據、分析數據，并寫出一個完整的數據處理的報告.例如，我們指導學生對樹齡、南北冠幅、東西冠幅、樹高、郁閉度等數據進行收集和整理，然后讓學生利用概率統計的理論、方法和相關軟件對數據進行分析研究，最后寫出一篇小型科研論文.開卷考核方式，既提高了學生的學習積極性，也提高了學生靈活應用課堂知識的能力，值得推廣.

但是為了避免過于輕視理論學習，我們最終采用了閉卷與開卷相結合的考核方式，閉卷考查學生對基本理論的掌握，開卷考查學生的實際應用能力，從而使學生既重視基礎知識的學習，又能真正應用所學知識解決實際問題.

（三）建立與“數理統計與試驗設計”課程配套的教學案例

自1870年哈佛法學院率先使用案例教學以來，案例教學已經有100多年的歷史，經過改善推廣，案例教學從哈佛大學走向了世界，并在世界范圍內產生了廣泛影響.近年來，案例教學更是成為一種風靡全球的、被認為是代表未來教育方向的先進教學模式.

所謂案例教學，就是教師在課堂中引入與教學內容緊密結合的實際問題（作為教學案例），引導學生參與案例的分析和討論，這樣可以調動學生學習的主動性，提高學生的實踐能力，進而促進學生綜合能力的不斷提高.

但是案例教學也有局限性，與傳統教學相比，案例教學無法在較短的時間內系統講解理論知識.因此，教師在“數理統計與試驗設計”的教學中不能直接把案例教學移植過來，必須針對課程特點，讓案例教學和講授式教學兩種方式有機結合起來，起到相輔相成的作用，這樣可使學生在系統掌握理論知識的同時，又能應用所學知識解決一些實際問題.

教學配套實際案例充實并提高了“數理統計與試驗設計”課程的教學.通過案例與教學的有機結合，項目組探索并建立了“數理統計與試驗設計”課程與“數學建模”有機融合的教學內容和教學方法.這樣既能增強學生運用統計知識解決實際問題的意識，又能提高學生的數學理論素養和應用統計知識解決實際問題的能力.

（四）建全“數理統計與試驗設計”教學網站

“數理統計與試驗設計”課程教學網站的建立既有利于提高學生的學習積極性和學習效率，又有利于提高教學質量，進而促進“應用型”統計類課程的改革.“數理統計與試驗設計”教學網站為廣大師生提供一個教與學的平臺，使“數理統計與試驗設計”的教與學不受時間和地點的限制.

“數理統計與試驗設計”教學網站主要內容包括：

1.課程簡介

介紹了“數理統計與試驗設計”的教學理念和教學意義.學生能清楚認識到學習的必要性和意義;展現了每一章的知識點，學生通過對每章知識點的查閱，能很快了解學習的重點、難點等.

2.教學隊伍

提供教師簡介，讓學生對教師有初步了解，學生在學習過程中遇到困難時可找相關教師尋求幫助.

3.學習園地

分為四個部分：章節知識點簡介，典型題例與解題方法，練習題，練習題答案，方便學生對重點、難點的學習.

4.網上教學

提供了“數理統計與試驗設計”課程的教學課件和教學視頻，學生可以通過查看教學課件獲取在課堂上遺漏的知識點;提供了教學視頻的在線瀏覽和下載功能，學生可以通過反復觀看視頻，攻克學習難點和疑點.

5.數學史話

數學與其他學科相比，具有更加漫長的歷史.數學史的融入既能培養學生的文化素養，也能激發學生的學習熱情，同時又能增加學生對知識的理解，對其學習起到促進作用.

6.師生互動

提供了學生和教師線下線上交流的平臺，學生登錄網站以后，可以在師生互動界面提問題、意見或建議等，教師在網上不定期進行答疑.

教學網站的建立使教學從課堂的狹窄天地中解放出來，為學生提供了豐富多樣的個性化學習平臺，這對提高學生對“數理統計與試驗設計”的學習興趣，輔助課堂教學具有非常重要的意義.

五、分析與討論

通過改革教學模式、完善教學資料、建立教學案例、建全教學網站，全方位建設并完善“數理統計與試驗設計”課程教學體系，這對培養學生的統計學素養、理論聯系實際能力、創新意識與創新精神有很好的促進作用.同時，教學從課堂的狹窄天地中解放出來，為學生提供豐富多樣的個性化學習空間，這對提高學生的學習興趣以及實際應用能力都具有非常重要的現實意義.

“數理統計與試驗設計”教學體系的建設，需要在實踐中不斷完善和改進，也需要在適當范圍進行推廣應用，以期實現“應用型”統計類課程教學改革的升華.“數理統計與試驗設計”教學體系的建設與實踐最值得推廣的成果是教學案例和教學網站，二者都可以推廣到其他統計類課程的教學中去，進而實現資源的整合與共享.

（一）推廣教學案例建設

教師在課堂中引入與教學內容緊密結合的實際問題（教學案例），可以實現理論知識與生活實踐的緊密結合，提高學生對所學課程的理解和應用能力.教學案例的推廣建設需要教師在教學中不斷完善和改進，案例涉及面可以加以擴大，既可以從林業優選案例到經濟商業、人文社科、工程技術，也可以根據不同統計類課程的要求進行修改完善，推廣到其他“應用型”統計類課程的教學中，從而促進所有“應用型”統計類課程的教學.

（二）推廣教學網站建設

“數理統計與試驗設計”教學網站的建立，積極推進與強化了基于信息技術平臺的“數理統計與試驗設計”教學資源的建設與共享，提高了學生學習的積極性與主動性.“數理統計與試驗設計”課程教學網站的建立，還可以促進其他統計類課程教學網站的建設，項目組通過積極探討，決定建立并完善“應用型”統計類課程教學網站，使得“數理統計與試驗設計”課程教學網站只是“應用型”統計類課程教學網站中的一部分，這樣有利于資源的整合和共享，進而解決統計類課程教學中“內容多、學時少”這一難題，并使教學從課堂的狹窄空間中解放出來，從而培養學生的創新精神及實踐能力.

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