新工科背景下《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》研究生課程的教學(xué)改革與實踐

廖寅飛

摘要：本文從新工科建設(shè)內(nèi)涵出發(fā)，結(jié)合課程教學(xué)現(xiàn)狀，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生主動性為思路，從授課模式、教學(xué)內(nèi)容、課堂氛圍和考核模式四個方面對《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》研究生課程的教學(xué)體系進(jìn)行了改革和實踐，顯著提升了整體教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新工科；試驗設(shè)計；興趣；主動性；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）32-0118-03

“新工科”提出了面向工程教育的“新理念”“新結(jié)構(gòu)”“新模式”“新質(zhì)量”和“新體系”五大建設(shè)內(nèi)涵，是基于新科技、新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的工程教育改革新戰(zhàn)略，是未來我國工程教育發(fā)展的新潮流[1]。在新工科建設(shè)和發(fā)展背景下，加快高等院校的課程教學(xué)改革和實踐勢在必行。

《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》是一門理論性、實踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，是中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工專業(yè)研究生的重要選修課程，同時也是高等學(xué)校化學(xué)化工、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、生物和食品等專業(yè)的必修課程或重要選修課程，是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決科學(xué)研究問題能力的一個重要環(huán)節(jié)[2-6]。在新工科建設(shè)背景下，本文針對《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)現(xiàn)狀和問題，提出了以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生主動性為核心的改革思路，總結(jié)了圍繞該改革思路所開展的教學(xué)探索、實踐和取得的效果。

一、《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校礦物加工專業(yè)在本科生階段開設(shè)了《試驗研究方法》課程，該課程是本科生的必修主干課程，旨在培養(yǎng)本科生的實驗技能與創(chuàng)新能力，使本科生具有初步的研究工作能力和科學(xué)素質(zhì)。同時在研究生階段開設(shè)了《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程，該課程是研究生的重要選修課程，旨在進(jìn)一步培養(yǎng)研究生獨立思考和解決科學(xué)研究問題的能力。從上述的課程設(shè)置不難看出，研究生的《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》更加強(qiáng)調(diào)從實際科研出發(fā)，強(qiáng)化試驗方案的設(shè)計和試驗數(shù)據(jù)的分析，突出理論聯(lián)系實際，解決研究生在當(dāng)前科研和學(xué)位論文研究中遇到的問題。但是，在實際的研究生《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》教學(xué)過程中，往往難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，存在一些問題亟待解決。

1.采用傳統(tǒng)的傳授型授課模式。講授法作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在高等院校的教學(xué)活動中占有重要地位，在不同學(xué)科領(lǐng)域和不同層次的教學(xué)機(jī)構(gòu)中依舊采用。傳統(tǒng)課堂以教師講授、學(xué)生學(xué)習(xí)為主，教師傳授、灌輸知識，學(xué)生只是被動地學(xué)習(xí)，加上這門課程難度大、公式多且枯燥，學(xué)生感到索然無味失去興趣，學(xué)習(xí)動機(jī)不足，主動性不強(qiáng)，積極性不高，造成學(xué)習(xí)效果差。同時，老師以大綱和教材的目標(biāo)為任務(wù)，千篇一律，教案內(nèi)容過于程序化、機(jī)械化和單一化，對于《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》這種實踐性強(qiáng)的課程來說是不合適的。此外，這種授課模式與礦物加工專業(yè)《試驗研究方法》本科生課程教學(xué)方法類似，不利于進(jìn)一步提升研究生理論聯(lián)系實際，以及運用課程所學(xué)知識解決實際科研問題的能力。

2.課件教案理論性過強(qiáng)、缺少科研實例分析。現(xiàn)有的課件教案公式多、理論多、計算多、推導(dǎo)多，缺少與礦物加工科研試驗相關(guān)的實例分析。在《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》這門課程上，老師通常是先講解很多理論知識、公式推導(dǎo)，然后介紹相對應(yīng)的模型及其求解方法，但很少安排案例分析，而且這些案例絕大多數(shù)不是基于礦物加工專業(yè)的科研實踐。由于礦物加工專業(yè)的學(xué)科特點，要想達(dá)到對知識的靈活運用和解決實際的科研問題，現(xiàn)有的案例是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，課后學(xué)生在做作業(yè)時往往感覺摸不著頭腦。即使是在課堂上認(rèn)真聽講并作筆記的優(yōu)秀學(xué)生，通過課堂以及課后的學(xué)習(xí)達(dá)到了知識上的要求，但在研究實踐環(huán)節(jié)仍會感到很困難。因此，需要在課件教案內(nèi)容上突出理論與實踐應(yīng)用方面的聯(lián)系，大量增加與礦物加工專業(yè)密切相關(guān)的案例分析，通過講解和分析大量的科研實際問題，使學(xué)生真正掌握課程知識要點，加深記憶，提高對于試驗設(shè)計是否合理的主觀分析能力，進(jìn)而增強(qiáng)科研能力。

3.課堂教學(xué)氛圍沉悶、學(xué)生參與程度較低。在實際授課過程中，學(xué)生被灌輸知識，與教師的互動少，用于課堂討論的案例和問題少，學(xué)生參與課堂討論和交流的機(jī)會少。幾十人的課堂，只有教師自己一個人在講臺上授課，學(xué)生的課堂參與度非常低，導(dǎo)致學(xué)生不認(rèn)真聽講，跟不上教師的節(jié)奏，更有甚者不去上課。長期以來，老師側(cè)重于理論、公式和概念，講授占據(jù)了大部分時間，缺少激發(fā)學(xué)生興趣、讓學(xué)生參與課堂討論的話題和方法，使學(xué)生與老師之間的互動時間和機(jī)會變得非常少，不利于調(diào)動學(xué)生的上課積極性和自主性，進(jìn)一步導(dǎo)致了缺勤和課堂氛圍差等問題。

4.課程考核模式單一。礦物加工專業(yè)《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》研究生課程考核只有期末閉卷考試，這一份成績占據(jù)很大的比重。這種考核模式強(qiáng)調(diào)對知識和概念的記憶以及公式的推導(dǎo)，卻忽視了對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的考查。作為一門研究生課程，更應(yīng)該注重學(xué)生創(chuàng)新和實踐等方面的能力。這種單純的期末閉卷考試模式容易出現(xiàn)的弊端就是“重知識輕能力”，學(xué)生只需要把精力都放在抄筆記、記筆記、記重點上，并不需要考慮知識的創(chuàng)造性應(yīng)用，就會取得不錯的成績，這恰恰違背了研究生課程需要突出創(chuàng)新和實踐能力考核的初衷。此外，這種考核模式同樣存在“重現(xiàn)場考核輕非現(xiàn)場考核”的問題，即在規(guī)定時間地點獨立完成任務(wù)，取得成績，僅通過一段很短的時間評價一門實踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的研究生課程是非常不合適的。

二、《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)改革

1.多元化的授課模式。教師的授課模式對學(xué)生的啟迪作用至關(guān)重要，現(xiàn)階段學(xué)校只重視教師的教而忽視了學(xué)生的學(xué)。學(xué)生通過授課模式的改革，既能活躍課堂的氣氛，又能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。筆者提出了多元化的授課模式，即問題啟發(fā)式的預(yù)習(xí)、問題解決式的復(fù)習(xí)、問題討論式的講授。第一步，問題啟發(fā)式的預(yù)習(xí)，即在每節(jié)課堂結(jié)束以后，布置與下一節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的啟發(fā)式問題，將下一節(jié)課內(nèi)容以問題的形式串聯(lián)成一條線索，預(yù)留出學(xué)生預(yù)習(xí)的時間，以便學(xué)生更容易掌握下節(jié)課的知識點。第二步，問題解決式的復(fù)習(xí)，即在每節(jié)課開始之前，教師先通過提問的方式，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固上節(jié)課的難點和重點，加深學(xué)生對知識點的記憶和理解。第三步，問題討論式的講授，即在授課期間通過提出問題、討論問題的形式，將課堂的氣氛活躍起來，要求在規(guī)定的時間內(nèi)解決問題，通過討論激發(fā)學(xué)生內(nèi)心解決問題的想法和觀點，形成學(xué)生主動參與課堂、“樂學(xué)、想學(xué)”的良好狀態(tài)。

2.優(yōu)化課程內(nèi)容、豐富課程內(nèi)容表現(xiàn)形式。傳統(tǒng)課程內(nèi)容枯燥乏味，無法激發(fā)學(xué)生的聽課興趣，限制了學(xué)生聽課時的思考能力。筆者提出了優(yōu)化課程內(nèi)容、豐富課程內(nèi)容表現(xiàn)形式的改革方法。優(yōu)化課程內(nèi)容，即從礦物加工專業(yè)研究生的科研實際出發(fā)，簡化理論知識和公式推導(dǎo)的介紹，將礦物加工專業(yè)工程實例和科研實驗加入教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化對實驗方案設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)處理的講解和分析，突出理論知識和實際科研的結(jié)合，加深學(xué)生對知識點的理解并提升實際運用能力。同時，從四個方面豐富課程的內(nèi)容表現(xiàn)形式：（1）美化課件：例如美化課件圖片、增加課程內(nèi)容的趣味性，重點內(nèi)容標(biāo)紅、易錯點增加注釋、突出重點和難點，添加邏輯示意圖、提高課程內(nèi)容的可理解性。（2）增加視頻動畫：例如通過制作視頻和動畫，使整個實驗設(shè)計實例以視頻動畫的形式完整地演示，增加課堂的層次感，使學(xué)生身臨其境地參與實驗設(shè)計過程。（3）設(shè)置動態(tài)數(shù)據(jù)：例如在講授正交實驗設(shè)計原理時，通過設(shè)置動態(tài)數(shù)據(jù)，循序漸進(jìn)地顯示推導(dǎo)過程，避免了滿屏公式、理論、計算和推導(dǎo)的問題，把原本枯燥無味的公式推導(dǎo)變得生動形象。（4）引入實物模型：例如講解浮選柱實驗設(shè)計分析時，引入浮選柱實物模型，增強(qiáng)學(xué)生對實驗設(shè)計過程中選擇因素和水平的理解。

3.互動式課堂激發(fā)學(xué)生興趣、提高學(xué)生課堂參與程度。針對課堂教學(xué)氛圍沉悶、學(xué)生參與程度較低的問題，筆者采用互動式的課堂參與模式，注重課堂互動，通過分組討論、案例分析、個人報告的形式讓學(xué)生參與到自己的實驗設(shè)計中，提高學(xué)生對知識點的掌握程度，活躍課堂氣氛。分組討論、案例分析、個人報告三個環(huán)節(jié)緊密相連，最大限度地提高了學(xué)生的課堂參與度。分組討論是將班級學(xué)生分成若干個小組，每個小組配備組長組員，每個章節(jié)授課結(jié)束后進(jìn)行一次分組討論，教師提前將討論的專題布置下去，學(xué)生在課下進(jìn)行小組討論，在下一次課時進(jìn)行現(xiàn)場展示，選出小組代表匯報小組討論結(jié)果。案例分析是在學(xué)期中、學(xué)期末分兩次舉行，教師挑選礦物加工專業(yè)的實際科研案例，在課堂上對案例進(jìn)行師生互動討論，串聯(lián)前一階段的知識點，起到復(fù)習(xí)鞏固知識點和強(qiáng)化知識點應(yīng)用的作用。個人報告是在學(xué)期末要求學(xué)生從自己的實驗研究中挑選實例，并結(jié)合課程的知識點進(jìn)行理論知識的應(yīng)用，解決實際科研問題。

4.過程化的多維考核模式。針對課程考核模式單一的問題，筆者提出了過程化的多維考核模式，即從多個方面進(jìn)行考核，并強(qiáng)調(diào)授課過程中的考核。這種考核模式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，減少對課堂和老師的抵觸心理，同時可以改善教學(xué)質(zhì)量、完善正負(fù)反饋系統(tǒng)。通過對礦物加工專業(yè)《實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》研究生課程的摸索和實踐，確定了以下考核模式：將原先出勤率（10%）、作業(yè)（20%）和閉卷考試（70%）的考核分配比例，調(diào)整為出勤率（10%）、作業(yè)（10%）、小組討論（10%）、個人報告（10%）、案例分析（10%）和閉卷考試（50%）的考核分配比例。該考核模式更加注重從多個環(huán)節(jié)進(jìn)行課程考核，通過不同過程環(huán)節(jié)的考核（小組討論、個人報告、案例分析）讓學(xué)生參與到學(xué)習(xí)和課堂中去，提高學(xué)生自主思考能力、動手能力以及綜合應(yīng)用能力，避免了以往課堂隨性、考前突擊、死記硬背的現(xiàn)象。

三、《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)改革實踐效果

經(jīng)過一年的改革和實踐，《試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)質(zhì)量得到了顯著提高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)效果明顯提高。通過多元化的授課方式，學(xué)生學(xué)習(xí)效率得到提升，輔以更加生動形象的教案和課件，學(xué)生掌握試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理知識點所需的時間顯著縮短。通過設(shè)置小組討論、案例分析和個人報告，學(xué)生們可以一邊學(xué)習(xí)理論一邊應(yīng)用實踐，一邊獨立探索一邊集體討論，學(xué)生對課程知識要點的理解明顯深化。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)主動性增強(qiáng)、課堂氣氛活躍。通過多元化的授課方式，以及設(shè)置小組討論、案例分析和個人報告，學(xué)生們在課堂教學(xué)過程中的參與程度得到顯著提升，課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性增強(qiáng)，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變成主動學(xué)習(xí)，在理論知識點學(xué)習(xí)、實驗方案設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)果處理等各環(huán)節(jié)，均形成了以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)模式，實現(xiàn)了以教師教為中心向以學(xué)生學(xué)為中心的轉(zhuǎn)變。此外，通過科研實例的引入以及形象動態(tài)課件的制作和使用，強(qiáng)化了理論知識和科研實際的深度融合，使原本枯燥無味的理論學(xué)習(xí)變得生動有趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

3.學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決科研問題能力顯著提升。在課堂教學(xué)中引入科研實例分析，讓學(xué)生將理論知識與自身的實際科研工作密切聯(lián)系起來，加深了對知識要點的理解和掌握。在基于過程的多維考核方式激勵下，通過小組討論、案例分析和個人報告等一系列科研實踐訓(xùn)練，學(xué)生運用理論知識解決實際科研問題的能力得到顯著提升。通過本課程的學(xué)習(xí)，班級里多位學(xué)生通過運用巧妙的實驗設(shè)計和有效的數(shù)據(jù)分析在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文，有利于學(xué)生的成長和成才。

四、結(jié)束語

新工科建設(shè)對工程人才培養(yǎng)提出了新要求和新目標(biāo)，加快高等院校的課程教學(xué)改革和實踐勢在必行。本文針對我校礦物加工專業(yè)《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》研究生課程的教學(xué)現(xiàn)狀和問題，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生主動性為改革思路，從授課模式、教學(xué)內(nèi)容、課堂氛圍和考核模式四個方面對課程教學(xué)體系進(jìn)行了改革和實踐，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，鍛煉了學(xué)生理論聯(lián)系實際和解決實際科研問題的能力，顯著提升了整體教學(xué)質(zhì)量，對新工科背景下類似課程的教學(xué)改革具有一定的指導(dǎo)作用和借鑒意義。

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