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

　　 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。

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