基于“挑戰杯”競賽的統計學課程“賽教融合”教學改革與實踐

李宗璋

(華南農業大學 廣東廣州 510642)

“挑戰杯”競賽是目前在大學生中最具影響力和號 召力的比賽。自1989年首屆競賽舉辦以來，挑戰杯已舉行了17屆?！疤魬鸨备傎愑袃蓚€賽道：一是“大學生課外學術科技作品競賽”；二是“大學生創業計劃競賽”，這兩個賽道都是每兩年舉辦一屆，隔年交叉輪流開展[1]?！按髮W生課外學術科技作品競賽”申報參賽的作品分為自然科學類學術論文、哲學社會科學類社會調查報告和學術論文、科技發明制作三大類。參賽作品中的社會調查報告的完成與統計分析的過程由這密切的聯系，需要綜合運用統計分析方法。在大學人文社科類專業開設的統計學課程系統介紹了數據的收集、整理、統計分析方法。將統計學課程的教學與“挑戰杯”競賽相融合，可以給統計學教學注入新的活力，從而激發學生的學習興趣，提高學生學術競爭力和綜合素質。

1 “挑戰杯”競賽概況

1.1 “挑戰杯”競賽獲獎作品分析

對2021 年舉辦的第17 屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽進行整理，具體如表1所示，全國決賽中特等獎、一等獎、二等獎中調研類作品占24%，三等獎中調研類作品占21%，全國決賽1 233項獲獎作品中共有調研類作品272 項，占獲獎總數的22%。這說明“挑戰杯”競賽中社會調查報告類作品占到較大比重，這類作品的完成都離不開統計方法的運用。

表1 第17屆挑戰杯獲獎作品分布

通過對獲獎的272項社會調查報告類作品的標題進行文本分析，繪制出詞云圖，如圖1 所示。從圖1 中可以發現，社會調查報告類作品標題的高頻詞有學生、鄉村、高校、社區、教育、疫情、發展、文化、脫貧等，這些也展示了獲獎作品的聚焦點，說明當代大學生關注社會經濟發展的熱點問題，具有多元化的研究視角。

圖1 第17屆“挑戰杯”社會調查報告類獲獎作品詞云圖

1.2 參賽學生的常見困難

學生在參與“挑戰杯”等學科競賽時常常會遇到以下幾方面的困難。

1.2.1 選題

學科競賽通常都是自由選題，學生在選題時會感到茫然，不知道該如何選題。有時選題過于宏大，難以凝練研究的問題，有時選題過于狹隘，現實意義不足。

1.2.2 問卷設計

學生在設計調查問卷時，主題不夠明確，問卷題目不夠深入，題項設置不夠科學，導致通過問卷收集的數據質量欠佳，缺乏研究價值。

1.2.3 統計方法的運用

學生面臨大量的數據，不知道該運用哪種統計分析方法。由于缺乏對統計方法的全局性認識，在實踐中不能將分析目標與數據特征聯系起來，去選擇適當的統計方法。

1.2.4 研究結論的提煉

學生在運用統計方法分析調查數據后，通常只是在報告中羅列了統計分析結果，而忽視研究結論的提煉，不能突出體現調研報告的研究價值。

2 “挑戰杯”競賽給統計學課程教學改革帶來的啟示

2.1 以競賽為導向，激發學生對統計學的學習興趣

“挑戰杯”競賽以“崇尚科學、追求真知、勤奮學習、銳意創新、迎接挑戰”為宗旨，這也是時代對當代大學生提出的具體要求[2]。統計學任課老師可以在課程中向學生們介紹“挑戰杯”比賽的形式、對參賽作品的要求、展示歷屆比賽中優秀的社會調查報告類作品。讓學生明確學習目標，激發學生的統計學學習興趣，樹立參加課外學術競賽的信心，調動學生參加課外學術競賽的積極性。

2.2 以競賽為載體，注重統計思維和統計意識的培養

在“挑戰杯”社會調查報告類獲獎作品的寫作中強調統計方法的綜合運用。在統計學課程中要注重對學生統計思維和統計意識的培養，培養學生對數字的直覺和敏感，培養從數字現象中去發現問題的能力。因此，以“挑戰杯”學術競賽為載體，學生在投入比賽的過程中，選取自己感興趣的研究對象、開展調研、收集數據、開展統計分析，在實踐中培養批判性思維，提升數據分析綜合素養。

3 “賽教融合”的統計學課程教學改革措施

3.1 將參賽所需的能力素質的培養納入課程目標

“挑戰杯”競賽以培養學生實事求是、刻苦鉆研、勇于創新的能力為目標，強調學生的創新精神和實踐能力。需要對統計學課程目標進行更高地定位，將培養學生創新精神和實踐能力納入課程目標。具體而言，可以從以下幾方面實施。

3.1.1 將統計分析實踐能力的培養作為統計學課程的核心目標

統計學是一門應用性課程，在教學中教師不能停留在傳授統計學知識的層面，而是要重視學生統計分析實踐能力的培養。統計分析包括數據收集、數據整理、數據分析和提煉研究結論這4 個步驟。在大數據時代，數據無處不在，如何根據研究目標和研究場景收集數據，是親自開展調查或實驗的方式收集一手數據，還是通過網站、宏觀數據庫、微觀數據收集二手數據，需要引導學生創設研究場景，去體驗不同數據收集方式。無論是二手數據還是一手數據，都需要對其進行整理，對缺失值、異常值進行處理，對文本數據的重新編碼等。在數據分析階段，需要綜合運用所學的統計方法，將書本知識遷移到實踐運用中。在實踐中去體會如何根據數據類型、研究目標選擇恰當的統計分析方法。最后，提煉研究結論也是統計分析中非常重要的一環。如何將統計分析的發現，提煉成有現實意義的研究結論，而不是眾所周知的常識性結論。所以，在教學中要重視統計分析實踐能力的培養，引導學生在實踐中學習，積累統計分析的經驗，樹立獨立開展統計分析工作的信心[3]。

3.1.2 在統計學課程教學中要重視學生綜合素質的培養

統計分析過程中需要學生具有數據搜索能力、問卷設計能力、統計軟件運用能力、辦公軟件運用能力、寫作表達能力和團結協作能力。參加“挑戰杯”競賽，從組隊到分工協作，從計劃、實施、作品的完成、答辯等是一個龐大的工程。在實踐中，比較常見的現象是學生會運用統計軟件，但是數據搜索能力不強，不會使用數據庫，不會利用數據庫資源。學生在問卷設計時，措辭不當，思維不嚴謹，導致問卷調查收集的數據質量較差。在撰寫和匯報統計分析報告時，對語言表達能力、文字圖表排版都有較高的要求，如何呈現統計分析結果，如何將統計表格和圖形清晰、美觀地呈現在報告中，如何提煉研究結論，體現統計分析的研究價值。此外，還需要在教學中培養學生的團隊協作能力。統計分析是一個系統工程，需要團隊成員分工協作，培養對工作的責任心和擔當精神。

3.2 在統計學課程教學中納入前沿方法

目前統計學的教學內容與20 年前的教學內容幾乎相同，主要涵蓋了圖表工具、描述性統計量的計算、參數估計、假設檢驗、獨立性檢驗、相關和回歸分析、時間序列分析和指數等。隨著新一代大學生知識結構的更新，他們對傳統的圖表工具、描述性統計量已經非常熟悉，獨立性檢驗更是納入高中階段的數學課程。在大學階段的統計學課程中，再次講授餅圖、條形圖、平均數、中位數、獨立性檢驗等知識點，學生會毫無新鮮感，會對學習感到倦怠。因此，可以結合在學術競賽中需要用到的統計分析方法，在統計學課程中引入近十幾年來出現的新方法，讓統計學課程體現統計技術的更新，更上時代的步伐。具體而言，可以納入以下幾部分內容。

3.2.1 增加數據可視化工具的介紹

現如今，隨著軟件技術的更新，一方面，傳統的統計分析軟件例如Excel、SPSS、MATLAB 軟件中的圖形工具日益豐富；另一方面，免費的統計分析軟件R中的ggplot2 包的圖形繪制功能非常強大，可以表現多維數據的分布。在數字經濟時代給統計分析帶來了新的應用場景，例如：電商平臺銷售業務數據、物流數據、顧客依存度數據等，可以運用更多元化的圖形工具來展示數據的分布。在移動互聯網時代，每天大量的信息充斥著各種大小的屏幕，在碎片化閱讀時代，數據可視化已經成為傳遞信息的重要渠道。因此，在統計學課程中引入一些新穎的數據可視化工具，例如：甘特圖、熱力圖、樹狀圖、瀑布圖、漏斗圖的介紹，可以讓統計學的課程教學內容更加豐富，貼近時代，激發學生的學習興趣。

3.2.2 增加文本分析工具的介紹

文本分析又稱作文本挖掘，從文本中抽出特征詞進行量化來概括文本信息的特征[4]。在大數據時代，文本分析有廣泛的應用場景，例如：電商產品的客戶評論分析、影視作品的彈幕分析等，這些評論、彈幕都是文本類型的數據，用傳統的統計分析方法是無法分析其特征的。文本分析中的詞頻分析、詞云圖工具，可以展示高頻詞的分布，總結文本數據的共性特征。

3.2.3 增加非參數統計方法的介紹

在現有的統計學課程中介紹的參數檢驗方法，通常都要求總體服從正態分布，然后在現實中，總體并不一定能滿足該假定，從而使得t檢驗、F檢驗等方法的運用受到限制。因此，可以在課程中引入非參數檢驗方法，例如中位數檢驗、秩和檢驗、Kruskal-Wallis檢驗等，讓學生對統計方法有一個全局的了解。

3.2.4 在課程中介紹機器學習方法

隨著大數據時代的來臨，給統計學也帶來了新的機遇和挑戰，在課程中介紹隨機森林、神經網絡等機器學習領域的基礎方法，向學生打開一扇新的大門，拓展學生的視野和學習空間。

3.3 優化課程考核評價體系

統計學課程的考核一般通過期末閉卷考試，平時成績由課堂表現、作業完成、測驗、考勤等構成。在傳統的考核方案下，是以教材為主，考試的靈活度不夠，對綜合運用統計方法的能力考查不足。一個能夠順利完成作業、測驗、筆試成績也很好的學生，可能并擅長統計軟件的運用，也無法獨立開展一個統計分析工作。因此，在統計學課程中可以引入項目式學習，讓學生3～4 人自由組合成團隊，以團隊為單位就一個現實問題開展一個完整的統計分析。類似于參加挑戰杯等學術競賽，以團隊為單位完成選題、收集數據、整理數據、分析數據、形成研究報告、展示研究成果這一系列過程。這一活動貫穿于統計學課程的全程，隨著課程的推進，讓學生運用所學的方法分析項目的數據。讓學生創設一個真實的研究場景，讓學生將課程的項目式作業作為參加學術競賽的演練[5-6]。在課程考核評價體系中，開展小組團隊成員互評，既可以提升團隊協作精神，也能讓每位同學都投入項目式作業中，培養學生的責任心和擔當精神，避免搭便車現象[7]。教師跟蹤學生的項目作業開展過程，從學生的學習態度、投入程度、數據分析方法的運用、工作量和難度等綜合評價學生的學習效果。從而讓客戶課程考核不再僅僅局限于書本知識的考查，而更多地體現對學生的實踐能力、綜合素質的考查。

4 統計學課程“賽教融合”的實踐經驗

4.1 鼓勵學生積極參賽，推進探究式學習

任課老師在統計學課程第一次課程介紹時可以對挑戰杯等學術競賽的比賽形式、要求做一個詳細介紹，引導學生關注大學階段的學術競賽活動。向學生介紹一個獲獎作品，點評該作品的研究思路，運用的統計分析方法，總結該作品的優點和改進方向。在這個過程中，讓學生了解學術競賽的參與過程，積極參加學術競賽可以得到專業學習、個人綜合素質的提升。引導學生開展探究式學習，將學術競賽與專業學習相融合，在參與競賽過程中，發現自己的短板，找到學習的方向和動力。剛剛進入大學的學生，由于沒有了高考壓力，容易感到迷茫，不知道如何利用自由的時間。經常性地參加學術競賽，與志同道合的同學一起努力，在競賽中充實鍛煉自己，提升專業素養，形成自己的競爭優勢。

4.2 全程跟蹤指導學生的參賽過程

任課老師要全程跟蹤指導學生的參賽過程。第一，“挑戰杯”等學術競賽要求參賽作品有一個好的選題立意，確定一個好的選題方向，是能夠獲獎的關鍵。一個選題是否有研究價值？是否有現實意義？可能的研究結論是什么？評委、讀者和觀眾是否會感興趣？這個是在選題階段要考慮的一系列問題。由于學生缺乏參加學術競賽的經驗，有時會純憑興趣或者跟風熱點問題來選題，對研究的可行性、現實意義評估不足等，導致隨后項目的開展遇到困難。在學生的選題階段，教師要引導學生關注社會經濟現象的熱點問題，選擇有地域特色、專業特色、特定人群的選題。選題不能過于宏大，要從細節處入手，才能得出有針對性的結論。此外，還需要考慮研究的可行性，收集數據的可行性，研究方法的可行性，與學生進行充分的討論。

第二，在數據收集階段，要與學生討論數據收集的方式，如何獲取高質量的數據。若是通過問卷調查收集數據，問卷的設計非常關鍵。問題的設置、題項的設置，收集的數據的類型，這些都關系到將來適宜選用的統計方法。很多同學對問卷設計不夠重視，匆匆設計問卷回收問卷數據后，才發現只能對題項進行匯總統計、計算百分比等基礎的統計分析。由于數據類型單一，無法運用高階的統計分析方法，使整個競賽作品的難度和工作量都不足。許多同學都喜歡通過用問卷調查的方式收集數據，認為這種方式簡便易行，只需要將問卷的鏈接發送到同學群、朋友圈中就能回收問卷。但是，問卷調查收集的數據的質量參差不齊，問卷的題量太大、問題過于細致，都容易引致被訪者的反感。實際上二手數據也是一個很好的資源。北京大學社會調查中心發布的中國家庭動態跟蹤調查、西南財經大學發布的中國家庭金融調查，這些權威學術機構發布的微觀數據庫為研究提供了很好的素材。此外，在網頁上也充斥了大量的數據，可以通過網頁數據抓取技術，提取淘寶網、大眾點評網、京東商城、二手車交易平臺等網站上的商品數據、評論數據等，這些也是非常有價值的研究素材。因此，任課老師可以為學生提供一些常用的數據資源，引導學生學習數據庫的使用、數據清洗、網頁數據抓取的技術。

第三，在數據分析階段，任課老師與學生討論要運用的統計分析工具。這一階段學生容易遇到的困惑是：面臨大量的數據，不知道該用哪種統計方法。此時，任課老師可以引導學生從分析數據的類型出發，不同類型的數據可以采用的統計方法不同。定性數據和定量數據的圖形展示工具不同，定性數據適合于用餅圖、條形圖、帕累托圖來展示，定量數據適宜用直方圖、箱線圖來展示。若是要展示兩個定性數據的分布，則需要采用列聯表，若是要展示一個定性變量和一個定量變量的關系，可以采用分組直方圖、分組箱線圖。若是要分析兩個定性變量的關系，可以采用獨立性檢驗。若是要分析一個定性變量和一個定量變量的關系，可以運用方差分析。若是分析兩個定量變量的關系，則需要采用相關和回歸分析的方法。學生在理解教材知識點時，由于每一章的課后習題都和這一章的知識點相對應，學生在解題時不會遇到統計分析方法選擇的困難。但是在實踐中，當學生面臨的是一組數據，沒有人告訴他們要分析什么，要用什么方法。在實踐中，需要學生對統計分析方法有一種全局觀，領會根據數據類型和研究目標選擇統計方法，積累數據分析的實戰經驗。

第四，在競賽作品的提交和匯報階段，與學生討論作品的修改。由于學生缺乏學術寫作、學術匯報的經驗，對學術作品的細節不了解。常常學生團隊在前期投入了大量的時間和精力，但是比較忽視報告的寫作和呈現。在這一階段，老師要引導學生了解學術寫作的特征，完整的學術報告要包括摘要、關鍵詞、論文的主題、參考文獻等。在報告中如何突出團隊工作的價值，如何表達研究結論吸引讀者的興趣，表格和圖形的規范，作品形式上的規范。在作品匯報階段，如何制作一份精美的PPT，其中PPT 的配色、字體大小等，在演講時的節奏、時間的控制，如何吸引觀眾的興趣，演講的技巧等，都需要給予學生充分的指導。

4.3 總結參賽經驗與教訓

“挑戰杯”等學術競賽通常都有校賽、省賽、國賽多輪選拔。學生參加完每一輪比賽，指導老師應該引導學生總結和分析比賽的經驗和教訓。根據答辯評委的點評和建議修改、完善作品。分析其他參賽作品的優點，吸取其長處。在實踐中，同學們往往在剛剛組隊時，熱情高漲，大家參賽的積極性很高。通常這類學術競賽的賽程都很長，短則1～2個月，長則半年以上。在這個過程中需要對參賽作品反復修改，需要學生和指導老師投入大量的精力。在這個漫長的參賽過程中，有些團隊成員容易倦怠，將工作都推到一個同學身上去完成，導致最終的作品質量欠佳。

5 結語

“挑戰杯”競賽在廣大高校有著廣泛的影響力，挑戰杯堅持“崇尚科學、追求真知、勤奮學習、銳意創新、迎接挑戰”的宗旨，與高校的人才培養理念相契合。統計學課程的教學改革要以“挑戰杯”等學術競賽為契機，更新課程內容，引入項目式教學，優化課程考核方案，探索“賽教融合”的人才培養模式，提高人才培養質量。