基于OBE理念的 “應用統計與優化設計”課程教學改革

丁 倩， 陳 霞， 汪 軍

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

應用統計與優化設計是當代科技和工程技術人員必須掌握的技術方法之一?！皯媒y計與優化設計”課程將數學中的優化理論應用于試驗設計，采用科學有效的方法安排試驗，利用應用統計等手段處理試驗數據，旨在消耗最少的人力和物力，在最短的時間內取得更好的效果。優化設計為工程設計提供了一種重要的科學設計方法，使得在解決復雜設計問題時能從眾多的設計方案中尋到盡可能完善或最適宜的設計方案。因而“應用統計與優化設計”成為工程類專業碩士的重點課程之一，該課程的一大特點是需要理論聯系實踐，從而導致教學相對困難，教學效果不甚理想?！秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》強調，要以學生為主體、以教師為主導，充分發揮學生的主觀能動性，把改革創新作為教育發展的強大動力，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生學會學習。OBE(Out-come Based Education，成果導向教育)理念是一種創新型教育認知與思想，強調以成果為導向，以討論式學習等方法培養學生能力[1-2]。本文基于OBE理念，在“應用統計與優化設計”課程教學中注重綜合實踐的改革，以提高學生的理論與實踐結合的綜合能力。

一、“應用統計與優化設計”課程特點及存在問題

“應用統計與優化設計”為紡織類專業碩士研究生的一門必修課程，其教學目標是要求學生掌握假設檢驗、回歸分析、試驗設計、最優化模型建立與求解、數學建模、數據處理分析等專業知識[3]，并能將其綜合應用于解決紡織工程問題。對前幾屆畢業生問卷調研結果表明，學生普遍認為該課程內容繁雜，綜合性較強，雖然易聽懂，但具體應用于實踐或課題方面存在一定困難。究其原因主要在于[4-6]：(1)課程以理論教學為主，考核以閉卷筆試為主，綜合實際操練較少，實踐考核方面欠缺；(2)教學內容分為試驗設計、數據處理、最優化分析等若干部分，各部分內容相對獨立且缺乏系統而詳實的案例資源；(3)實踐應用模塊缺少行業實例，課程內容在行業中的應用展示不夠。

為解決上述問題，基于OBE理念，通過改變教師講、學生聽的傳統教學模式，以學生為主體，給予學生更大的學習自主權[7-8]。OBE理念注重學生受教育后掌握知識及獲得能力的程度，一切教育實施和教學設計均以學生的學習預期成果為導向[9-10]。群體動力學理論認為，學生在互動時依靠的是合作的力量，在不同智力水平、思維方式和知識架構的學習者之間會呈現互補的模式[11]。“應用統計與優化設計”課程的教學改革，旨在探索一種以學生為中心，以目標和成果為導向，以能力培養為抓手，以參與式教學為手段的教學模式，要求學生在學習了數理統計及優化設計方法等專業知識后，以團隊合作形式對紡織領域的相關問題進行綜合練習，培養其綜合能力。

二、教學改革方案設計

1. 目標設計

為便于學生了解“應用統計與優化設計”課程教學要求，明確所要學習的理論知識，我們將課程內容進行分解，對教學目標進行細化。如表1所示，“應用統計與優化設計”課程教學內容分為4個模塊，學生需要系統學習應用統計和優化設計理論知識，在此基礎上學習操作優化設計相關軟件，進行優化設計案例實踐。

表1 “應用統計與優化設計”課程教學內容分解與目標細化

2. 體系構建

通過對“應用統計與優化設計”課程的內容分解及目標細化，學生可以學到理論知識和基本應用技能，但是對課程的最終目標不甚清晰，把握學習重點有困難。為此我們構建了教學體系，使學生清楚本課程學習目的及可能獲得的學習效果，以便根據自身特點進行完善和提升。如圖1所示，學生可以清晰地了解通過學習所要提高的各項能力。

圖1 “應用統計與優化設計”課程教學體系

3. 總目標達成

如圖2所示，“應用統計與優化設計”課程的教學目標是使學生在學習知識的同時提升技能、提高素養，進而培養學生利用所學理論知識解決實際問題的能力，以及包括人際交往能力、職業能力和社會表現力等在內的綜合能力。通過將這些能力培養細化為各個小目標，構建課程教學總目標的方式，使學生明確學習目的。

圖2 “應用統計與優化設計”課程教學目標

結合課程教學實際，以學生為中心，以目標和成果為導向，以能力培養為抓手，以參與式教學為手段，鼓勵學生主動學習，激發其學習興趣。通過團隊協作和交流，可以極大地提高學生的學習積極性和參與度，小組間的競爭也會激發學生的集體榮譽感，增強其學習動力[8]。通過改革教學方式，使學生敢于提出見解，主動與教師及同學進行溝通交流，提升其解決問題的能力。

三、教學組織和評價

1. 教學組織

“應用統計與優化設計”課程教學重在加強綜合實踐訓練，以學生自主學習為主，教師僅講解基礎理論知識和基本設計思路。學生通過查找資料、交流探討等方式，確定綜合練習內容，為紡織行業中的某一問題提出最佳解決辦法，然后進行方案設計；通過文獻查找或虛擬試驗數據，對方案進行優化設計及分析，最終形成綜合練習報告和PPT演示文稿。課程教學流程包括以下環節：(1)知識講解。教師系統講解應用統計和優化設計理論知識，并介紹目前常用優化設計軟件，為學生的后續學習及應用打好堅實的基礎。(2)團隊創建。學生自由組合，每組3～5人，推選組長1名，并明確各自分工。(3)選題。教師發布紡織專業優化設計題庫，學生從中選定題目，自行查閱相關資料，學習所需知識和分析方法。(4)方案設計與實施。學生經小組討論后確定題目開展方向，設計具體實施方案，小組成員明確分工，查找資料，數學建模，確定最優方案并進行相關顯著性檢驗。鼓勵學生自己探究解決方案，采用的方法及軟件不限，但需要有明確的過程，如遇到問題可以向教師請教。(5)匯報展示。每組撰寫詳細的分析報告，并制作PPT演示文稿，派代表進行10 分鐘左右的成果展示,教師和其他同學針對小組的匯報情況進行提問或提出建議。

2. 教學過程監督及評價體系

OBE理念還強調過程監督與評價體系。過程監督的有效實施不僅可以提升學生的產出質量，有利于更好地實現目標，而且使教師對教學工作有更好的把控，可以持續不斷地改進教學方法[12]?！皯媒y計與優化設計”課程教學采用小組的形式，組內成員互相監督，發現問題并及時改進完善；教師在小組探究過程中了解學生的進展情況，恰當地給予指導，并對未能履行職責的學生予以適時提醒。

課程教學后期，學生以小組為單位通過現場演示的方式進行答辯，學生和教師通過提問等方式檢驗其學習成果，并對其成果進行打分，匯報小組根據大家的意見和建議完善方案設計，并提交紙質報告。在提問過程中，不僅匯報小組能夠得到更多的建議，其他小組亦可從匯報者的介紹中發現問題，積極思考，激發求知欲，增強參與度。教師也可以從中發現一些共性問題，并進行針對性指導與點評，從而提升課程教學效果。

學生的最終成績由小組內打分、匯報展示、紙質報告、平時成績、考試成績等部分組成。具體評價標準如表2所示。

表2 “應用統計與優化設計”課程評價標準

3. 教學改革效果

“應用統計與優化設計”課程改革前后學生的表現如表3所示，其中學生滿意度采用問卷調查的形式獲得，聽取畢業生反饋；學生參與程度通過組內評價、平時考勤及成果展示綜合得出。改革前后學生成績的對比如表4所示。

表3 “應用統計與優化設計”課程改革前后學生的表現

表4 “應用統計與優化設計”課程改革前后學生成績的對比

四、結語

提高解決問題的能力是專業碩士培養強調的重要方面之一。應用統計與優化設計作為一種行之有效的方法，在紡織新產品研發和試制過程中可以發揮重要作用，讓學生更好地掌握并熟練運用這種方法，是“應用統計與優化設計”課程教學改革的重點。將OBE理念引入“應用統計與優化設計”課程教學是一次積極嘗試，基于OBE理念，將課程目標進行分解，把每個小目標融入教學過程，形成一個多目標總體系的教學方法，并建立了行之有效的過程監督和評價體系。特別是抓住了實踐環節這個關鍵點，以實踐應用為案例，讓學生全程自主參與，取得了良好的教學效果。教學實踐表明，在課程教學中學生的主體作用明顯提升，參與式教學充分調動了學生的學習積極性和主動性，使學生在學習知識的同時各項能力和素質均得到提高，為學生走向社會奠定了扎實的基礎。