新工科背景下《試驗設計與數據處理》研究生課程的教學改革與實踐

廖寅飛

摘要：本文從新工科建設內涵出發，結合課程教學現狀，以激發學生學習興趣、調動學生主動性為思路，從授課模式、教學內容、課堂氛圍和考核模式四個方面對《試驗設計與數據處理》研究生課程的教學體系進行了改革和實踐，顯著提升了整體教學質量。

關鍵詞：新工科；試驗設計；興趣；主動性；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：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”“新結構”“新模式”“新質量”和“新體系”五大建設內涵，是基于新科技、新產業和新經濟的工程教育改革新戰略，是未來我國工程教育發展的新潮流[1]。在新工科建設和發展背景下，加快高等院校的課程教學改革和實踐勢在必行。

《試驗設計和數據處理》是一門理論性、實踐性和應用性很強的課程，是中國礦業大學礦物加工專業研究生的重要選修課程，同時也是高等學校化學化工、農學、林學、生物和食品等專業的必修課程或重要選修課程，是培養學生獨立思考和解決科學研究問題能力的一個重要環節[2-6]。在新工科建設背景下，本文針對《試驗設計和數據處理》課程教學現狀和問題，提出了以激發學生學習興趣、調動學生主動性為核心的改革思路，總結了圍繞該改革思路所開展的教學探索、實踐和取得的效果。

一、《試驗設計和數據處理》課程教學現狀

我校礦物加工專業在本科生階段開設了《試驗研究方法》課程，該課程是本科生的必修主干課程，旨在培養本科生的實驗技能與創新能力，使本科生具有初步的研究工作能力和科學素質。同時在研究生階段開設了《試驗設計和數據處理》課程，該課程是研究生的重要選修課程，旨在進一步培養研究生獨立思考和解決科學研究問題的能力。從上述的課程設置不難看出，研究生的《試驗設計和數據處理》更加強調從實際科研出發，強化試驗方案的設計和試驗數據的分析，突出理論聯系實際，解決研究生在當前科研和學位論文研究中遇到的問題。但是，在實際的研究生《試驗設計和數據處理》教學過程中，往往難以達到預期的教學效果，存在一些問題亟待解決。

1.采用傳統的傳授型授課模式。講授法作為一種傳統的教學方法，在高等院校的教學活動中占有重要地位，在不同學科領域和不同層次的教學機構中依舊采用。傳統課堂以教師講授、學生學習為主，教師傳授、灌輸知識，學生只是被動地學習，加上這門課程難度大、公式多且枯燥，學生感到索然無味失去興趣，學習動機不足，主動性不強，積極性不高，造成學習效果差。同時，老師以大綱和教材的目標為任務，千篇一律，教案內容過于程序化、機械化和單一化，對于《試驗設計與數據處理》這種實踐性強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《試驗研究方法》本科生課程教學方法類似，不利于進一步提升研究生理論聯系實際，以及運用課程所學知識解決實際科研問題的能力。

2.課件教案理論性過強、缺少科研實例分析?，F有的課件教案公式多、理論多、計算多、推導多，缺少與礦物加工科研試驗相關的實例分析。在《試驗設計與數據處理》這門課程上，老師通常是先講解很多理論知識、公式推導，然后介紹相對應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不是基于礦物加工專業的科研實踐。由于礦物加工專業的學科特點，要想達到對知識的靈活運用和解決實際的科研問題，現有的案例是遠遠不夠的，課后學生在做作業時往往感覺摸不著頭腦。即使是在課堂上認真聽講并作筆記的優秀學生，通過課堂以及課后的學習達到了知識上的要求，但在研究實踐環節仍會感到很困難。因此，需要在課件教案內容上突出理論與實踐應用方面的聯系，大量增加與礦物加工專業密切相關的案例分析，通過講解和分析大量的科研實際問題，使學生真正掌握課程知識要點，加深記憶，提高對于試驗設計是否合理的主觀分析能力，進而增強科研能力。

3.課堂教學氛圍沉悶、學生參與程度較低。在實際授課過程中，學生被灌輸知識，與教師的互動少，用于課堂討論的案例和問題少，學生參與課堂討論和交流的機會少。幾十人的課堂，只有教師自己一個人在講臺上授課，學生的課堂參與度非常低，導致學生不認真聽講，跟不上教師的節奏，更有甚者不去上課。長期以來，老師側重于理論、公式和概念，講授占據了大部分時間，缺少激發學生興趣、讓學生參與課堂討論的話題和方法，使學生與老師之間的互動時間和機會變得非常少，不利于調動學生的上課積極性和自主性，進一步導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《試驗設計與數據處理》研究生課程考核只有期末閉卷考試，這一份成績占據很大的比重。這種考核模式強調對知識和概念的記憶以及公式的推導，卻忽視了對學生實踐能力和創新能力的考查。作為一門研究生課程，更應該注重學生創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的弊端就是“重知識輕能力”，學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造性應用，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“重現場考核輕非現場考核”的問題，即在規定時間地點獨立完成任務，取得成績，僅通過一段很短的時間評價一門實踐性和應用性較強的研究生課程是非常不合適的。

二、《試驗設計和數據處理》課程教學改革

1.多元化的授課模式。教師的授課模式對學生的啟迪作用至關重要，現階段學校只重視教師的教而忽視了學生的學。學生通過授課模式的改革，既能活躍課堂的氣氛，又能提高學生學習的效率。筆者提出了多元化的授課模式，即問題啟發式的預習、問題解決式的復習、問題討論式的講授。第一步，問題啟發式的預習，即在每節課堂結束以后，布置與下一節課內容相關的啟發式問題，將下一節課內容以問題的形式串聯成一條線索，預留出學生預習的時間，以便學生更容易掌握下節課的知識點。第二步，問題解決式的復習，即在每節課開始之前，教師先通過提問的方式，帶領學生復習和鞏固上節課的難點和重點，加深學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，要求在規定的時間內解決問題，通過討論激發學生內心解決問題的想法和觀點，形成學生主動參與課堂、“樂學、想學”的良好狀態。

2.優化課程內容、豐富課程內容表現形式。傳統課程內容枯燥乏味，無法激發學生的聽課興趣，限制了學生聽課時的思考能力。筆者提出了優化課程內容、豐富課程內容表現形式的改革方法。優化課程內容，即從礦物加工專業研究生的科研實際出發，簡化理論知識和公式推導的介紹，將礦物加工專業工程實例和科研實驗加入教學內容，強化對實驗方案設計和實驗數據處理的講解和分析，突出理論知識和實際科研的結合，加深學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容表現形式：（1）美化課件：例如美化課件圖片、增加課程內容的趣味性，重點內容標紅、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，使學生身臨其境地參與實驗設計過程。（3）設置動態數據：例如在講授正交實驗設計原理時，通過設置動態數據，循序漸進地顯示推導過程，避免了滿屏公式、理論、計算和推導的問題，把原本枯燥無味的公式推導變得生動形象。（4）引入實物模型：例如講解浮選柱實驗設計分析時，引入浮選柱實物模型，增強學生對實驗設計過程中選擇因素和水平的理解。

3.互動式課堂激發學生興趣、提高學生課堂參與程度。針對課堂教學氛圍沉悶、學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生參與到自己的實驗設計中，提高學生對知識點的掌握程度，活躍課堂氣氛。分組討論、案例分析、個人報告三個環節緊密相連，最大限度地提高了學生的課堂參與度。分組討論是將班級學生分成若干個小組，每個小組配備組長組員，每個章節授課結束后進行一次分組討論，教師提前將討論的專題布置下去，學生在課下進行小組討論，在下一次課時進行現場展示，選出小組代表匯報小組討論結果。案例分析是在學期中、學期末分兩次舉行，教師挑選礦物加工專業的實際科研案例，在課堂上對案例進行師生互動討論，串聯前一階段的知識點，起到復習鞏固知識點和強化知識點應用的作用。個人報告是在學期末要求學生從自己的實驗研究中挑選實例，并結合課程的知識點進行理論知識的應用，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，即從多個方面進行考核，并強調授課過程中的考核。這種考核模式有助于激發學生學習的動力，減少對課堂和老師的抵觸心理，同時可以改善教學質量、完善正負反饋系統。通過對礦物加工專業《實驗設計和數據處理》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（20%）和閉卷考試（70%）的考核分配比例，調整為出勤率（10%）、作業（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節進行課程考核，通過不同過程環節的考核（小組討論、個人報告、案例分析）讓學生參與到學習和課堂中去，提高學生自主思考能力、動手能力以及綜合應用能力，避免了以往課堂隨性、考前突擊、死記硬背的現象。

三、《試驗設計和數據處理》課程教學改革實踐效果

經過一年的改革和實踐，《試驗設計和數據處理》課程教學質量得到了顯著提高，主要表現在以下幾個方面：

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

2.學生學習主動性增強、課堂氣氛活躍。通過多元化的授課方式，以及設置小組討論、案例分析和個人報告，學生們在課堂教學過程中的參與程度得到顯著提升，課堂氣氛活躍，學生學習的主動性增強，學生由被動學習變成主動學習，在理論知識點學習、實驗方案設計和數據結果處理等各環節，均形成了以教師為主導、學生為主體的教學模式，實現了以教師教為中心向以學生學為中心的轉變。此外，通過科研實例的引入以及形象動態課件的制作和使用，強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習變得生動有趣，激發了學生學習的興趣。

3.學生理論聯系實際、解決科研問題能力顯著提升。在課堂教學中引入科研實例分析，讓學生將理論知識與自身的實際科研工作密切聯系起來，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練，學生運用理論知識解決實際科研問題的能力得到顯著提升。通過本課程的學習，班級里多位學生通過運用巧妙的實驗設計和有效的數據分析在國內外學術期刊上發表了多篇學術論文，有利于學生的成長和成才。

四、結束語

新工科建設對工程人才培養提出了新要求和新目標，加快高等院校的課程教學改革和實踐勢在必行。本文針對我校礦物加工專業《試驗設計與數據處理》研究生課程的教學現狀和問題，以激發學生學習興趣、調動學生主動性為改革思路，從授課模式、教學內容、課堂氛圍和考核模式四個方面對課程教學體系進行了改革和實踐，提高了學生的學習效果，增強了學生的學習興趣和主動性，鍛煉了學生理論聯系實際和解決實際科研問題的能力，顯著提升了整體教學質量，對新工科背景下類似課程的教學改革具有一定的指導作用和借鑒意義。

參考文獻：

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