基于信息技術的水務管理實驗課程改革與實踐

鄒勁松

摘 要：鑒于目前水務管理實驗課程中存在的淡化數據處理環(huán)節(jié)、學生數據分析與處理能力低下和計算機基礎與專業(yè)實驗課程脫節(jié)等問題，本研究將數據分析與處理技術貫穿于實驗的各個環(huán)節(jié)，將數學、計算機基礎和專業(yè)實驗課程的教學內容與教學團隊深度融合，解決了計算機基礎技能何時用、怎么用兩個關鍵性教學問題。實踐證明，這樣做增強了學生利用數學和專業(yè)課知識提升其信息技術分析與處理的能力，提高了實驗的準確性和有效性，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：數據分析處理；課程改革；協(xié)同；教研；教改

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.06.035

Reform and Practice of Experimental Courses for Water Management Based on Information Technology

ZOU Jinsong

（Chongqing Water Resources and Electric Engineering College， Chongqing 402160， China）

Abstract： In view of the present water management experiments course，the ability of the students to handle data is weaken，data analysis and processing capabilities of the students is also low，and experimental courses are out of computer basic course. Course content and teaching team deeply merged mathematics courses， computer courses and professional experiment course together， and two key problems in teaching are solved that are when to use and how to use basic computer application skills learned. The practical result showed that the ability of students using math and specialized knowledge to upgrade their information technology analysis and processing ability are enhanced， the accuracy and effectiveness of experiment course are increasing， and it achieved good teaching results.

Key words： data analysis and processing；curriculum reform；cooperation；teaching research；teaching reform

目前，水務管理專業(yè)的主干課程“水環(huán)境監(jiān)測與評價”、“水處理運行與管理”、 “城市防洪”、“水污染控制工程”、“城市給排水工程”等均開設有實驗課，實驗教學在該專業(yè)的教學中占有十分重要的地位。在所有的實驗實訓教學過程中，必然產生大量的實驗數據，如何嫻熟地運用信息技術對實驗產生的數據進行科學、高效、準確的分析與處理，則體現了實驗的有效性、準確性和科學性。同時，通過數據分析軟件對相應理論知識的驗證和追蹤，不僅可以激發(fā)[1]學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的實驗技能，而且能夠鍛煉學生結合實際情況靈活應用和掌握理論知識的能力，不斷提高學生的動手能力及分析問題和解決問題的能力。

1 水務管理所涉實驗課程數據處理存在的問題

1.1 水務管理實驗淡化了數據處理環(huán)節(jié)

通過文獻調查，發(fā)現大多數水務管理實驗活動更多的是強調實驗的綜合性、項目性、過程考核性等，較少涉及對實驗數據的精確和有效的分析。宋穎等[2]指出，通過實驗教學內容、實驗教學模式和實驗成績評定等方面的改革來解決過去實驗課程之間缺乏連慣性、實驗教學環(huán)節(jié)缺乏完整性和實驗教學考核體系不完善等問題；高雁等[3]指出，通過教師轉變觀念，優(yōu)化、整合實驗內容、開發(fā)綜合設計性實驗和改進驗證性實驗教學方法等方式來解決實驗教學體系不統(tǒng)一、實驗過程不全面、教學方法和手段單一、驗證性實驗多、綜合性和設計性實驗少等不足；宋剛等[4]指出，通過制定實驗教學目標、基本教學內容、教學過程跟蹤、教學手段、實驗報告規(guī)范和評分標準等來解決單獨實驗所帶來的種種弊端；趙雨[5]雖提及對實驗數據的處理及注意事項，但介紹過于籠統(tǒng)和理論化，無具體的實驗數據處理的方法、技巧和經驗，過多地談及水質監(jiān)測采樣過程中技術應用、水質監(jiān)測實驗室的環(huán)境條件、水質監(jiān)測的分析儀器及試劑應用和技術運用操作不當等問題。

1.2 學生數據分析與處理能力低下

學生數據分析與處理能力低下的主要原因大致有幾下幾點：首先，高職學生普遍數學功底較差，對概率與數量統(tǒng)計等課程的學習不感興趣，對隨機變量的常見分布、數據期望、方差、協(xié)方差、相關系數、回歸分析等基本核心知識點掌握不牢，數學老師在傳授相關數學知識的過程中僅是孤立地講解其相關的知識點，沒有與專業(yè)知識的應用結合起來，更沒有與相關的統(tǒng)計分析軟件聯(lián)系起來，對于學生來講，就是被動的接受其枯燥的數學原理和公式，故其學習興趣低下，最終導致教學效果不理想；其次，專業(yè)課教師在專業(yè)課程的授課過程中，大多也僅是從深奧和枯燥的專業(yè)角度對知識點進行講解，很少有既精通于專業(yè)知識，又能進行計算機編程和嫻熟運用多種統(tǒng)計分析軟件的教師，即專業(yè)知識與數據分析處理脫節(jié)，最終，學生也就在專業(yè)課的學習過程中忽視了數據分析與處理的重要性；再次，高職院校普遍對數據實驗的軟硬件投入不到位，有的院校實驗機房建立起來了，但是缺少有針對性的軟件配套，甚至即便配套了軟件，也受制于相應的師資投入，結果，相應的實驗室成了擺設和應付各種檢查的道具；最后，當下大多數院校的水務管理人才培養(yǎng)方案大而全，對實驗課程的課時分配不多[6]，如黃河水利職業(yè)技術學院的環(huán)境監(jiān)測與治理技術專業(yè)在16門專業(yè)主干課程中僅有環(huán)境工程制圖、數據處理與實驗設計和化學檢驗等少數課程開設有實驗，山東水利職業(yè)學院的環(huán)境監(jiān)測與治理技術專業(yè)在15門專業(yè)主干課程中只有工程制圖與CAD和水質分析與微生物處理等少數實驗課程，沒有專門的數據處理與分析課程，四川水利職業(yè)技術學院的環(huán)境監(jiān)測與評價專業(yè)共21門專業(yè)課程，有分析化學和環(huán)境監(jiān)測等少量實驗課程的開設，同時，實驗室的開放僅在上課期間，所以，學生進入實驗機房進行練習的機會很少。

1.3 計算機基礎課程與專業(yè)實驗課程脫節(jié)

目前，大多數的高職院校均設有基礎教學部，主要是專門講解大學語文、大學數學、英語、體育、思政和計算機應用基礎等公共基礎性質的課程。但現在出現了三個邊緣化：學生學習類似計算機應用基礎課程時，不知所學何時用？怎么用？即學生的計算機基礎操作應用能力被邊緣化于專業(yè)課程之外；計算機基礎課程等基礎課老師被專業(yè)課老師邊緣化，學院搞示范建設會選派教師訪學進修、企業(yè)掛職鍛煉等，這些機會大多給了專業(yè)課老師，有的院校專業(yè)課教師一年出去培訓好幾次，但一部分公共基礎課程教師任職10多年了，還沒出去培訓過一次；基礎類課程被邊緣化，學院所做的精品課程建設、精品視頻公開課等，一般都是各專業(yè)課占據了主要位置，而基礎課程很難有機會成為精品課程等，如縱覽黃河水利職業(yè)技術學院歷年的國家級、省級、校級精品課程，僅有一次計算機基礎被推薦為省級精品課程，其余則全是專業(yè)課程。

2 教學改革措施

2.1 修訂完善人才培養(yǎng)方案

基于信息技術的水務管理實驗課程改革不是單一從水務管理專業(yè)群中相應的實驗課程進行改革，而是一個涉及大學數學、計算機應用基礎及其他數據處理課程和專業(yè)實驗課程的多位一體的立體式的聯(lián)動改革，從根本上改變目前水務管理實驗課程在數據處理環(huán)節(jié)薄弱的現狀。

在計算機應用基礎教學過程中，有針對性地將水務管理實驗課程的實驗計劃、實驗報告等格式，安排在教學上機過程中加以專項訓練；在水務管理實驗課程的數據處理環(huán)節(jié)中，對所涉及的誤差分析、回歸分析、正交試驗設計等函數的使用進行重點介紹，并輔以專業(yè)背景的例子進行講解和上機實驗；同時，在大學數學的授課過程中，可根據所學專業(yè)，有針對性地制定數學知識學習的教學計劃，按照高職“理論夠用、實踐為主”的課程設置原則，加大對隨機變量、概率、方差分析、誤差分析、回歸分析等數理統(tǒng)計知識的講解。通過計算機基礎和大學數學兩門課程的教學計劃的修訂，強化了學生在水務管理實驗課程學習中信息技術處理的能力、數學知識的運用和理解力，促進了學生對水務管理實驗課程的學習積極性和主動性，為水務管理實驗課程取得較好的學習效果奠定了一個堅實的基礎。

上述教學改革僅是在基礎層次上對學生的信息技術能力的一個提升，完善水務管理專業(yè)中水務管理信息化方向的課程設置，還需增設一門面向對象的程序設計語言課程如C#程序設計或JAVA程序設計，一門數據庫基礎的課程如SQL SERVER 2014或Access數據庫，其教學目標為使學生具備水務管理的專業(yè)知識基礎，具備獨立開發(fā)、維護水務管理常見的信息管理系統(tǒng)和數據分析及處理的能力。

2.2 創(chuàng)建協(xié)同教研團隊

本課題組是在水務管理信息化專業(yè)方向下進行水務管理實驗課程的創(chuàng)新與實踐，要完成2.1節(jié)中的教改措施，必須聯(lián)合數學教研室、計算機教研室和水務管理教研室，組建協(xié)同教研團隊，方能破解教改過程中的難題。水務管理專業(yè)教師向數學教師和計算機教師介紹在專業(yè)知識的學習過程中學生必須具備哪些章節(jié)的數學知識點和計算機操作技能點，重點是上機演練水務管理實驗課程中的操作技能點，而不是所有的大學數學知識逐一講解，那樣既耗時，又無針對性，增加了學生的學習負擔。在水務管理實驗室的搭建過程中，應請數學教師和計算機教師給出合理化建議包括軟件的安裝、硬件的配置等。

總之，協(xié)同教研團隊應形成定期交流機制，在人才培養(yǎng)模式構建、人才培養(yǎng)方案修訂、教學計劃的制定及實施過程中，三方應全程參于，共建、共管、共評，創(chuàng)造最大的聚集效應，形成跨學科的教研教改團隊，從根本上提高教學質量和教學效果。

2.3 改革傳統(tǒng)實驗教學模式

傳統(tǒng)的實驗教學模式是，實驗教師首先對本次實驗內容進行示范性的講解和演示，然后，學生按步驟照著做。實際上，這樣的教學模式，抹殺了學生的主動性、創(chuàng)造性，弱化了學生的動手能力。這樣違背了開設實驗課程的宗旨和意義，使其實驗教學效果大打折扣。學生在實驗教學過程居于中心地位，是主體，而實驗教師則主導這一實驗過程[7]，引導、配合和服務于學生及實驗，這樣才能最大程度地調動學生參與實驗的主動性、積極性和創(chuàng)造性，才能取得較好的學習效果。整個實驗過程中，教師負責指導并解決學生遇到的實驗難題及創(chuàng)新實驗內容，這要求教師要不斷地更新自己的知識點，提高自己的實際操作能力，對實驗教師提出了更高的要求。

2.4 修訂實驗課程教材

水務管理實驗教材不但應包括實驗的內容、方法、儀器配置、實驗章程及注意事項，還應以附錄的形式增加信息化的內容，如常見的概率與數理統(tǒng)計的知識點、各種分布表及各種數學公式， Excel涉及的相關的數理統(tǒng)計函數，函數參數及常見使用形式，數據庫語言中常見的查詢語句等。增加這些數學及數據分析處理知識技能點，可方便學生在實驗過程中快速查收，高效應用，從而達到提高學生信息化技術應用能力的目的。同時，應該關注并追蹤目前最新數據分析處理技術的發(fā)展，實時掌握并應用這些新技術[8-10]，以提高實驗數據的準確率和效率，并使學生能夠掌握并應用當前行業(yè)企業(yè)主流的信息處理技術，以實現與就業(yè)崗位的無縫對接。

3 案例應用分析

3.1 實驗項目

筆者就水務管理化學分析中的一個簡單項目，利用Excel2016以可重復雙因素方差分析為例進行演示。案例中，給出某種化工產品在3種濃度、4種溫度水平下得率的數據，檢驗各因素及交互作用對產品得率的影響是否顯著。

3.2 實驗數據

給出不同濃度和溫度時產品的得率，具體數據如表1所示。

3.3 實驗結果

通過Excel2016數據菜單下的數學分析工具得出以下結果，如表2。

在表2中，“樣本”代表的是濃度，“列”代表的是溫度，“交互”表示的是兩因素的交互作用，“內部”表示的是誤差。顯然，由表2可知：“樣本”代表的濃度F統(tǒng)計量大約為3.75，即濃度對產品得率有顯著影響；“列”代表的溫度F統(tǒng)計量值為1.04；“交互”代表交互作用的F統(tǒng)計量值為1.35，均無顯著影響。

4 結 論

通過新的教學模式和實驗教材的教學實驗，2013—2014級水務管理專業(yè)學生取得了以下成果：（1）學生利用數據分析處理軟件高效地完成了相關實驗，將課堂理論知識在實驗中再現并驗證的過程極大地增強了學生參與實驗的積極性和主動性，提高了學生參與、協(xié)作、動手的能力；（2）改變了以往學生對數學知識掌握不牢、信息化技術運用能力不強的現狀，客觀上減輕了水務管理專業(yè)實驗教師的教學壓力，提高了實驗的效率和數據的準確性和實時性；（3）顯著提高了學生在實驗課程中運用信息化技術分析問題和解決問題的能力，水務管理實驗課程獲得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]李師.水質監(jiān)測數據的合理性檢查方法[J].人民珠江，1988 （3）：9-11.

[2]宋穎，李艷紅，朱宗強.水質水量監(jiān)測綜合實驗項目的教學改革與應用[J].當代教育理論與實踐，2012（11）：152-154.

[3]高雁，王暉.水質監(jiān)測綜合性設計實驗教學改革探析[J].現代農業(yè)科技，2010 （7）：39-40.

[4]宋剛，李錦文，王筱虹，等.水質監(jiān)測綜合性設計實驗教學改革實踐[J].安徽農業(yè)科學，2015 （18）：388-389， 392.

[5]趙雨.論水質監(jiān)測方法及技術的應用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015 （5）：99-99.

[6]張麗，汪志濤.高職環(huán)境監(jiān)測課程教學改革與實踐探討[J].現代商貿工業(yè)，2009，21（1）：274-275.

[7]劉綺，潘偉斌.《水環(huán)境監(jiān)測》實驗教學改革研究[J].高等理科教育，2002 （1）：83-86.

[8]杜丹，馮素珍.水環(huán)境監(jiān)測實驗教學模式改革的探討[J].內蒙古農業(yè)大學學報（社會科學版），2008，10（3）：31-32.

[9]李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2008：78-81.

[10]李萍，謝紅璐，王強.高校環(huán)境專業(yè)水質監(jiān)測分析實驗室的建設[J].宜春學院學報，2013，35（3）：118-120.