基于创新能力培养的实验设计与数据处理课程改革与实践

易庆平 王劲松 朱德艳 胡永峰

摘  要：为切实有效开展实验设计与数据处理课程创新教学，结合具体实例从师生合作共建课程资源、基于创新能力培养开展课堂教学、从解决问题出发培养实践能力、突出过程性改革课程考核形式等4个方面阐述了具体做法，取得了良好的效果。对大学专业课程的创新性教学具有参考价值。

关键词：实验设计与数据处理;创新能力;课程改革;实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

培养具有创新精神和创新能力的人才是当前我国高校教育改革的核心诉求，也是建设“创新型国家”的迫切需求。实验设计与数据处理是自然科学研究方法论领域中一个分支学科，该课程以概率论、数理统计和专业领域的科学实验为基础，使学生掌握工程技术和科学研究中常用的试验设计与数据处理方法，引导学生用科学方法和手段去解决实际问题，因此是一门有利于培养学生创新能力的核心专业课程，是当代科技和工程技术人员必须掌握的重要方法[1]。我校大部分理工科类专业如化学工程与工艺、材料成型及控制工程、食品科学与工程、生物工程等均开设了该课程，但是在传统的教学实践中师生普遍反映课程理论抽象、晦涩难懂、枯燥乏味，造成了教师厌教、学生厌学的不良局面，背离了开设该课程的初衷。针对上述情况，我们以培养学生创新能力作为课程改革的出发点，强化“师生合作”思维，在课程资源建设、课程教学设计、课程实践、考核方式等方面进行改革探索，构建了和谐高效的创新课堂生态，充分调动了学生的创造力和探究精神。

一、师生合作共建课程资源

我院食品科学与工程、生物工程和植物科学与技术3个本科专业均在第5学期开设实验设计与数据处理课程，32学时，其中上机实践8学时。所选用的教材为化学工业出版社李云雁等编著的《试验设计与数据处理》（第三版）[2]。该教材前4章介绍了试验数据的误差、图表、方差和回归分析处理方法，第5～9章介绍了优选法、正交设计、均匀设计、回归正交设计和配方试验设计方法，注重试验设计和计算机软件在数据处理方面的应用，层次清晰，难度适中，同时新版本配有数字多媒体资源，以二维码链接，适合读者拓展性学习，方便读者，增加阅读性，总体来说是一本质量不错的本科生教学用书。但是，书中列举的多数是与化工、材料等专业有关的案例和习题，学生不能很好地联系本专业的实际问题，一定程度上造成理论脱离实践。基于“师生合作”理论，引导师生合作、相互学习，充分发挥学生在教学中的主体地位，焙养学生自主学习能力和创新研究能力[3]。在互聯网+共享时代，我们营造以学习者为中心的网络学习环境，开发本课程的专业案例过程中积极引导学生参与，师生合作共建基于专业的课程资源库，具体做法如下：（1）对教材现有资源进行活化和创造性的利用。如教材中主要是应用Excel软件分析处理数据，我们在要求学生掌握课本内容的基础上进一步挖掘Excel各项数据化管理功能，引导学生使用Origin、SPSS、SAS等软件对同一组数据进行分析处理，鼓励学生扩展性学习;（2）对已有资源如教师公开发表论文或指导本科生毕业论文中的专业案例加以甄别、选择、挖掘，形成本专业实验设计与数据处理的鲜活实例，引导学生思考总结;（3）根据学生实际，自主开发利用身边新的资源和动态生成课程资源。如很多学生参加了大学生科技创新训练计划、“互联网+”大学生创新创业大赛等，在科技项目实施和参赛过程中学生会自然而然出现实验设计优化和数据处理的问题，如异常数据的取舍计算、单因素和双因素方差分析的计算以及正交实验结果分析、图表的制作、批量数据的有效管理等，聚合师生力量共同解决问题的过程中学生感受到了课程的价值，也享受了学习的乐趣。今后我们课程资源开发团队将利用学校的网络课程共享平台，将师生共同/学生独立完成的案例或资源开放共享，这些资源成为师生合作创新的知识产物，在课程教学周期中实现学习资源、学习共同体和资源开发路径的迭代共生。

二、基于创新能力培养开展课堂教学

当前大学生的创新教育主要集中在专业教育之外的创新思维课程和创新技能训练上，以公共选修课或通识课程的形式游离于专业课程体系之外，导致创新教育与专业教育平行推进，创新教育课程与专业课程各自为政、缺乏互动[4，5]。我们在开展实验设计与数据处理课程创新教学的实践中，以问题为中心，以学生自主探究为基础，以能力培养为目标，加强课程设计和教学效果评价，注重学生真实参与，使学生从知识的接受者变成知识的探索者，进而成为自我能力的主动建构者。例如，在第一次教学课程导入的时候，学生最开始接触这门课发现课程课时少、内容多、公式复杂时往往容易出现“不重要、学不好、枯燥无味”等消极心理，如何让学生提振信心，感受到课程有趣有用是当务之急。在教学过程中从学生关心身边的热点问题如社会实践调查、毕业论文、虚假广告数据等导入，阐述课程实用性;通过试验设计发展史的案例体现实验设计的价值;引入“数据分析师”这一高大上职业让学生产生职业远景，拓展性学习提升竞争力。又如学习第二章试验数据的表图表示时，教材中主要介绍了柱形图、折线图、散点图等基础图表，而用数据透视表进行数据统计与分析，制作高大上的图表让数据会说话这类专业性、技巧性较强的知识需要教师加以引导和培养，学生通过这种创新性扩展性学习，过程具有挑战性，激发了学生的探究兴趣，有助于启发思维和加速个人成长。

让每一个学生都发自内心地学习、让每一个人都成为内心幸福与宁静的人，这是大学创新教学理论的根本追求[6]。教师自身的局限与学生参与热情不高是大学创新教学所面临的直接难题，大学创新教学对教师、学生以及师生关系提出了新要求：教师首先要转化观念，跳出传统的教师权威意识，构建活泼生动、民主平等的师生关系，其次教师必须具有丰富的学术研究经验和创新性思维，把握学科的前沿动态，理论联系实际，发展学生的创新意识和跟踪科技发展的能力。学生的思维也应该从固守成规向独创性和开拓性思维转变，从“要我学”转向“我要学”，在课本之外超越课本，形成独立思考和创新的能力。

三、从解决问题出发培养实践能力

创新人才的创新意识和创新能力，必须在实践过程中培养，并在实践中有所体现。实践教学通过引导学生将所学理论知识与实际问题结合起来，形成“学习-实践-再学习-再实践”的良性动态循环，利用课外时间加强实践能力的培养，在实验中亲自实践、观察思考，学会主动应用书本理论知识去理解实验中的问题[7]。本课程有8课时的上机实践课时，我们安排4课时进行课本案例的消化，加深对教材内容的理解，另外4课时进行拔高训练如Origin、SPSS软件使用和专业案例总结。通过大量案例分析和多学科知识交叉，让学生理解基于数据分析导出科学结论的重要性、合理优化实验方案的积极意义。例如，Origin和Excel是最为流行的数据处理和绘图软件，通常来说，使用Excel进行数据处理，使用Origin进行绘图。相比其他绘图软件，Origin学习成本相对低，操作可视化、简单，功能强大，学生通过学习制作简洁、美观、专业的图表获得很大的成就感。积极开拓第二课堂，鼓励和指导学生参加课外创新创业实践（含创新创业项目、科研训练、学科竞赛、开放性实验、社会实践、论文成果等），将课程知识融入其中，从解决问题出发培养实践能力，提高了学生的基础理论水平、科技创新意识和工程实践能力。

四、突出过程性改革课程考核形式

考核是评估课程教学效果的重要形式。传统的课程考核形式偏重于知识记忆，主要包括平时考核（出勤、作业、课堂回答问题等，占课程总成绩的30-40%）和期末考核（考试、闭卷，占课程总成绩的60-70%），这种考核不利于学生学习过程。如果学生不参与课堂、不做作业，不做拓展，期末考试背一背就拿高分，基于大部分人的自制力和惰性，是很少有人平时好好学习的。考核方式改革的目的是要树立适应创新人才培养的过程性考核观念，促进同学们在平时投入学习，加强日常学习的监控，避免考前突击性应试学习。通过资源库建设、拓展性学习等促进学生全面发展;加大实践和提高项目，提升同学们的创新能力。基于学生在实验设计与数据处理创新性课堂教学中所受到的训练，我们把课程的考核形式分为3部分，由平时成绩和课程论文和试卷成绩组成，权重分别为3：3：4，其中：平时成绩由考勤、课堂讨论、作业、拓展性学习等组成，尤其重视拓展性学习的成效;课程论文要求不得少于2000字，参考论题为：（1）论《实验设计与数据处理》课程学习的收获和存在的不足;（2）XXX法在XXXXX实验中的案例设计与应用，让学生反思学习过程或总结归纳方法，對于抄袭的课程论文成绩归零;期末试卷试题知识点的覆盖率符合教学大纲的要求，强调应用、创新知识的考核，重点考察学生运用所学的知识设计实验并进行试验数据分析的能力。从学生课程论文反馈、课程测评的结果来看，学生对课程满意度高，在整个教学周期中能激发和维持学习兴趣，通过持续参与课程资源科建设，具备良好的电脑操作技能、课程专业知识和良好的团队合作意识，极大促进了学生成长成才。

五、结束语

创新创业教育能否培养适合社会所需的创造性人才，关键在于建立有效的人才培养方案和教师的创新性教学实践。针对实验设计与数据处理这一门具有探究性和实践性的专业课程，我们在课程教学中以创新能力培养为主线，通过以上改革和实践，在师生互动过程的迭代中实现共同成长。教师在创新性教学实践中和学生做到大量的、有效的信息交流，从学生的发展性反馈中得到巨大的鼓舞和激励，积极投身到创造性的工作中去，而学生真诚而热情地参与创新课堂的构建，享受学习的乐趣和知识的价值。

参考文献：

[1]卢素红，范峥，黄风林，等.实验设计与数据处理课程的教学改革探讨[J].大学教育，2018（7）：42-44.

[2]李云雁，胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京：化学工业出版社，2017.

[3]易庆平.以学习者为中心探究教学资源建设中师生间的合作关系[J].读写算：教师版，2013（17）：44-45.

[4]郭涛，赵玉新.大学生创新能力培养体系构建的探索与研究[J]. 教育教学论坛，2018（9）：12-13.

[5]张琼.知识运用与创新能力培养——基于创新教育理念的大学专业课程变革[J].高等教育研究，2016（3）：62-67.

[6]赵光锋，解德渤.我国大学创新教学的误区、难点与突破[J].高校教育管理，2017，11（4）：113-118.

[7]严一民，邬邵轶，杨华军.培养大学生创新实践能力的探索[J]. 实验技术与管理，2016，33（11）：196-198.