打造环境专业研究生《试验设计与数据处理》金课教学改革探索*

2023-01-16王治科

广州化工 2022年6期

王治科

(河南师范大学环境学院，河南新乡 453007)

当前，很多研究生把更多精力放到了做试验、发论文上，而对课程学习重视不够，他们认为研究生课程教学对科研帮助不大，不愿在课程学习上投入过多精力，上课只是为了混学分。淘汰“水课”，打造“金课”，是对本科教学的基本要求，也应是对研究生教学的基本要求。因此，打造研究生“金课”刻不容缓[1-2]。环境、化学、化工等多门类学科专业需要通过试验和观测以寻找所研究与观测对象的变化规律。如何科学设计试验，对试验数据进行分析和处理，获得研究对象的变化规律，是每个需要进行试验的人员需要解决的问题。因此，试验设计与数据处理是化工、化学、环境、材料、生物、农学等学科的专业必修课，是科研工作者应该掌握的一门工具课、方法课[3-7]。我校环境专业硕士生招生始于1987年，已成为河南省乃至全国环境科学与工程人才培养和科学研究的重要基地，培养了一批服务国家和河南省经济发展所需要的高层次环境科学与工程专业人才。试验设计与数据处理是我校环境科学与工程专业硕士生的一门学位课，选用的教材为李云雁和胡传荣编著的《试验设计与数据处理》(第三版)，通过本课程的学习，要求研究生掌握试验设计与数据处理的理论、知识、方法和技能。为了进一步提高教学效果，满足研究生开展科研的需求，实现教学助力科研、科研促进教学的目标，本文总结我校研究生课程《试验设计与数据处理》教学改革经验，探讨如何拓展课程教学内容的广度和深度，如何增加课堂互动环节，提高学生的参与度，突出以学生为中心的教学理念，开展研究性、自主性学习，培养研究生独立研究能力和思考能力。

1 开放的教学内容

我校环境学院研究生开展的科研涉及废水、大气、固废、土壤等多个领域，研究生来自不同的学校，不同的学科背景，在试验设计与数据处理方面的知识储备差别较大，如今又从事不同的研究方向，对具体试验设计和数据处理方面的知识需求侧重点不同，甚至差别较大，同学们渴望更能贴近自己科研的教学内容。近15年来，一直选用一本教材，尽管多次再版，教学内容不断更新，也无法满足不同研究方向上研究生科研需求。另外，试验设计与数据处理方面的软件较多，不同的课题组、不同的研究领域对所用的软件可能有所偏好，在课堂教学上，无法进行常用软件的讲解和示范。为了解决教学内容陈旧、单一、覆盖度低这一问题，我们从科研项目和学术论文中收集素材，拓展教学内容，突出教学内容的前沿性、宽广性和灵活性。让教学内容随科研进展而变，随学生而更新。以科研项目和学术论文为载体拓展教学内容，要淡化专业知识，突出试验设计与数据处理方法。在保证教学内容系统性的前提下，关注学生的试验进展，激发学生的主观能动性，使其感到学之有用，提高教学和学习效率。如根据研究生对数据处理和制图软件的需求，我们增加了Origin软件方面的教学内容，在数据制图方面，重点介绍3D表面图、等高线图、扫描图及3D图形的个性化。同时，用研究生红外、热重、氮吸附-脱附等试验数据制图。在数据分析方面，重点介绍统计、平滑、拟合、频谱分析等内容。同时，结合研究生进行吸附试验获得的吸附等温线数据，进行非线性拟合。学校购买X射线光电子能谱(XPS)仪后，我们及时增加了XPS数据处理方面的有关知识，主要介绍样品准备、不同格式间数据转换、峰归属、定性定量分析以及如何分峰等方面的内容。为了分析X射线衍射数据，增加了MDI JADE软件使用方面的教学内容，包括软件安装、文件导入、寻峰、图谱平滑、扣除背景、峰拟合和物相检索等方面。在安排回归分析教学内容时，结合研究生的试验数据，探讨如何进行动力学试验设计及其数据处理，给研究生推送了取样体积对动力学影响的相关文献(如Choo W L，et al. Hydrometallurgy，82(2006):110-116)。

2 互动的授课方式

总结最近几年的教学实践表明，开展互动教学容易出现以下问题：(1)冷场。在互动环节，出现没有学生提问这种冷场情况。(2)部分学生互动积极性不高。每一届总是有一些学生课堂上保持沉默，始终不参与互动。(3)互动环节质量不高。提出的问题不够深入，针对性不强，浮于表面。同时也存在着学生对于问题的解答过于简单这种情况。分析出现冷场、互动积极性不高和互动环节质量不高这些情况的原因，我们强化教学助力科研，科研促进教学的理念，以教学与科研的有机统一提高研究生学习本课程的主动性、积极性。在课堂教学上，让研究生分享自己本领域内的经典文献、分享自己科研项目的试验设计方案和数据处理方法，使每一位学生暂时成为老师，老师成为学生，与同学们一块提出问题，分析问题，解决问题，让研究生带着问题、思考来，拿着答案、理解走。课堂教学以研究生为中心，从研究生的角度组织教学过程，通过互动加深学生对课程的理解。安排研究生根据自己的科研方向，自学专业软件(如SPSS，Origin，Design-Expert，Jade等)，并在课堂上与同学们分享，交流软件使用过程中的心得体会，探讨使用技巧，让更多的学生参与到课堂教学，避免了教师漫无目的满堂灌。安排研究生课下研读学术论文，并结合自己的试验进展，通过视频、照片等多种方式展示自己科研进展，分享试验方案的难点、试验细节以及注意事项，探讨导致试验失败的原因。为了不让课堂互动流于形式，浮于表面，我们通过课程微信群提前共享每位同学的分享内容，让同学们提前掌握相关知识，力争使课堂互动针对性更强，质量更高，效果更好。教师课堂上要鼓励更多的同学以分享内容为载体参与到课堂互动，实现师生间、生生间真正互动，让课堂教学“活”起来。为了实施互动授课方式，我们按照研究方向对研究生进行分组，通过成员分工合作，以小组为单位共同完成分享内容。小组成员之间首先互动起来，就某一问题展开讨论甚至辩论，共同解决问题。同时，也为高质量课堂互动奠定了基础。

3 充分的教学准备

面对开放的教学内容，互动的授课方式，要想上好一堂课，老师和学生都要做好充分的准备。教师要第一时间参与到同学们准备分享内容的过程中，指导好、引导好每一个准备环节，把师生互动从课堂延伸到课前和课后，以此不断提高课程互动内容质量。教师还要第一时间从学科背景、知识层次、工作经历、读研目的等方面摸清学生情况，多角度了解同学们对本课程的需求，力争使教学内容针对性更强，照顾到大多数学生的需求。不断更新的教学内容，互动的教学方式，需要每一位研究生积极参与到整个教学过程中，把课堂教学延伸到课前和课后，势必会增加同学们的学习时间，甚至引发抵触情绪。我们引导同学们把课程学习与自己的科研紧密结合起来，强调教学过程和科研过程的有机统一。学习课程内容，精读学术论文，自学专业软件，都要从自己的试验设计与数据处理需要出发。引导研究生以自己的试验设计与数据处理方法为载体，分享自己科研过程中的心得体会，提出自己遇到的问题，与老师、同学一块分析问题，尝试解决问题的方案，达到学习课程、助力科研的双重目的。比如在准备试验数据的回归分析这一章教学内容时，引导小组成员在准备一元线性回归分析、多元线性回归分析和非线性回归分析理论知识的基础上，准备Excel在回归分析中的应用，重点突出Origin在回归分析中的应用，利用自己科研的试验数据(如吸附试验数据)，进行吸附动力学、吸附等温线分析，再结合试验设计分析存在的问题。

4 严格的过程考核

课程的考核由平时成绩(50%)和期末成绩(50%)两部分组成。平时成绩考核同学们参与教学的广度和深度，分别从考勤(40%)、课堂互动(20%)、分享内容(30%)、课程群互动(10%)等方面考核，由学生自主管理完成平时成绩的考核。考勤、互动次数由班委统计，分享内容成绩由同学们无记名投票打分，去掉一个最高分和最低分，以平均成绩为分享内容成绩。