《化工數據分析與處理》課程改革的幾點思考

任 鯤

(中國石油大學(北京)新能源與材料學院，北京 102249)

隨著科學的發展和技術的進步，人們在研究和生產過程中需要收集、分析和處理大量的數據[1]。數據分析處理的過程直接關系到結果的準確與否，因此人們歷來重視數據的分析處理方法。在化學和化工生產、實驗以及分析化驗過程中同樣會獲得海量的數據，這些數據具有影響因素多、不確定因素多等特點，因而數據分析處理的方法顯得尤為重要，不少高校開設了《化工數據分析與處理》課程[2]。目前，化工學科與材料、計算機、生物、環境、機械等學科進一步交叉融合，針對數據分析和處理而開設的《化工數據分析與處理》也需要進行改革，以適應多學科交叉融合的形勢[3]。

1 課程的內容及定位

《化工數據分析與處理》是一門涉及數學、化學、化工、新能源等多學科的基礎課程，開課的目的是從應用的角度讓學生了解和掌握與化工相關的數理分析與統計方面的常用方法和理論知識，并引導學生將所學的方法和理論知識應用到實驗、分析化驗及工業生產所得的數據中，解決實際過程中遇到的問題。《化工數據分析與處理》課程內容包括兩大部分，包括數據的分析和數據的處理。數據的分析部分主要介紹誤差、粗差、壞值等相關的數據分析與預處理過程，數據的處理部分主要介紹回歸方程與回歸分析、方差計算等內容。

在化工及相關專業的課程體系中，《化工數據分析與處理》將《高等數學》、《線性代數》、《數值分析》等課程的基礎和理論知識融入到數據的分析、處理的過程中，起到了承前接后的銜接作用，為后續《化工原理》、《傳質與分離》、《高等儀器分析》、《反應工程》及各類實驗課程的數據分析與處理過程提供了有利的支撐，并為學生建立模型、預測未來趨勢、控制和改進儀器狀態、解決實際化工問題奠定了良好的基礎[4]。

2 課程教學過程存在的問題

《化工數據分析與處理》是一門承上啟下的重要課程，執教者應持續關注課程的教學過程中存在的問題，以進一步優化教學設計、改善教學效果、提高教學效率。筆者自2005年開始從事《化工數據分析與處理》課程的教學工作，對課程教學過程中存在的問題總結如下：

(1)課程講述的部分內容中涉及的方法較多，雖然不涉及理論公式的證明，同時對公式的推導過程做了最大程度的簡化，但部分公式的推導和變換過程較為枯燥，容易導致學生產生畏難情緒并最終學習積極性不高。比如，課程中一元非線性回歸問題的線性化處理要求學生掌握非線性相關與線性回歸之間的轉換，轉化過程中需要用到冪函數、指數函數、高斯指數函數等大量的公式變換，需要學生具備扎實的《高等數學》基礎知識；多元線性回歸分析部分則涉及矩陣的變換和計算，對學生《線性代數》的知識儲備要求較高，等等。這些知識點都涉及公式的推導和變換，學習的過程中需要學生注意力高度集中，否則會影響知識點的理解和后續的實際應用。

(2)與其他課程的銜接不夠緊密，實用性和適用性有待提高。前已述及，《化工數據分析與處理》是后續諸多專業課的基礎，學習的目標要求學生將《高等數學》、《線性代數》、《數值分析》等課程的基礎和理論知識融入到數據的分析、處理的過程中以分析和處理實驗和工業生產過程中獲得的數據。但多數參考資料中列舉的例題與實際化工過程有較大的差距，這就導致學生的所學與所用有部分脫節，課上掌握的數據分析和處理的方法難以用于后續課程中，造成了課程的實用性和適用性大打折扣，也違背了課程設立的初衷。

(3)課堂教學方式不夠靈活，學生的課堂參與度較低，亟需改善現狀。傳統的授課方式過程中主講教師進行板書、PPT展示或提問，學生則針對相應的問題進行相應的思考、記錄筆記或回答問題，部分同學的思維可能落后甚至脫離課堂，導致課堂整體教學效果欠佳。

(4)考核方式單一，評價形式和標準需要多樣化。課程考核是學生學習課程最直接的動力，良好的課程考核和評價標準有助于激發學生的學習熱情、維持良好的課堂氛圍。傳統的期中考試、期末考試統籌分數制度較為單一，容易造成學生平時上課的怠惰、考試前突擊學習的現象。因此，如何運用考核評價體系的作用調動和維持學生學習的積極性是擺在主講教師面前的一個問題。

3 課程改革的方向和對策

為了適應新的教育形勢，同時充分利用多種技術手段進一步完善《化工數據分析與處理》的教學過程，突出其實用性和適用性，解決上述教學中存在的幾大問題，筆者提出以下幾點建議：

(1)引入具體化工過程的數據實例教學，提高學生的興趣和課程的針對性。課程針對化工專業與后續課程的特點在教學過程中增設相關課程的數據處理樣本和范例，通過展示具體案例中數據的分析和處理過程，可以讓學生更直觀的體會課程中的知識點在實際情況種的應用過程，引導學生主動應用所學知識。采用具體的化工過程實例(如原油品質評價、石油煉制過程等)能夠使教學過程有很強的代入感，可以讓學生快速掌握公式、理論等在實際過程中的應用。如此能夠提高教學過程的有效率，同時也契合課程以應用為導向的目的。

(2)引入小組討論與綜合過程數據分析處理的教學方式，提高學生的課堂參與度，采用新型多媒體手段豐富現有的教學方式。現階段，小班教學、小組討論教學等方式逐漸被推廣應用，《化工數據分析與處理》的課程教學過程可借鑒上述教學方式，在增設相關課程的數據處理樣本和范例的同時采用小組討論和模塊化分工合作的方式，如此一來既能節省時間、活躍課堂氛圍、激發學生的學習積極性。此外，近年來多媒體技術發展迅速，智慧屏、智慧教室、雨課堂、翻轉課堂等新興多媒體開始在課堂教學中推廣。在教學過程中主講教師應當主動學習新型多媒體技術，并與教學活動相結合。這些新型的多媒體技術應用得當能夠顯著增強課程的教學效果，同時強化教學過程中的信息傳遞過程，加深學生對知識點的理解。

(3)改變考核方式，建立多元化的考核評價標準。在教改的過程中，合理的多元化考核評價標準是最易實施、應當優先考慮的內容。在小組討論和模塊化分工合作的教學過程中，可以在明確標準的前提下采用梯級賦分、團隊整體賦分、額外附加分、課外任務得分與考試得分加權統籌，如此可將學生平時表現和課外任務的成果進行量化考核，有助于主講教師及時掌握學生的學習情況，同時對督促學生學習有一定效果。

4 結語

培養學生是高校的重要職責之一，課程教學在培養學生的過程中起到了至關重要的作用。針對當下的形勢和學生特點，課程教學的過程需要進行適當改革以提高教學效率，真正做到有效教學[5]。《化工數據分析與處理》作為一門化工專業的基礎課，進行課程改革有助于培養學生建立對數據分析和處理方法的宏觀認識、鍛煉學生實際分析和處理化工過程所得數據的能力，對提高學生學習和業務能力都大有裨益。