碩士研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)初探*

楊 磊

（中原工學(xué)院）

一、前言

教育部于2014年發(fā)布的《關(guān)于改進和加強研究生課程建設(shè)的意見》（以下簡稱《意見》）中指出，研究生課程應(yīng)根據(jù)需要按一級學(xué)科設(shè)置課程和設(shè)置跨學(xué)科課程，增加研究方法類、研討類和實踐類等課程[1]。《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》是理工類碩士研究生必修的研究方法類課程，對于提升碩士研究生學(xué)術(shù)成果水平具有顯著的積極影響。我校于2003年開始，在部分工科碩士學(xué)位點將該課程設(shè)置為專業(yè)必修課程，有效地促進研究生開展更有深度的學(xué)術(shù)研究。全國大多數(shù)高校也針對理工類專業(yè)開設(shè)了這門課程。但是，課程教學(xué)的效果并不十分理想，普遍反映存在課程晦澀難懂、理論抽象、學(xué)生厭學(xué)等問題[2]。因此，教育部在《意見》中強調(diào)，重視通過對經(jīng)典理論構(gòu)建、關(guān)鍵問題突破和前沿研究進展的案例式教學(xué)等方式[1]。因此，在理論性較強、突出研究方法的《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程中開展案例教學(xué)勢在必行。由于課程內(nèi)容非常龐大，理論性較強，概念較抽象，如何運用好案例教學(xué)成為切實提升課程教學(xué)效果的關(guān)鍵問題[3]。本文針對課程教學(xué)過程中的上述問題，探討了案例教學(xué)在該課程授課中的積極作用，并以學(xué)生體質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)為例，嘗試說明理論課程案例教學(xué)的實現(xiàn)路徑、教學(xué)模式和效果評價，特別提出了學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)三個重要的影響因素及其實施成效，為《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)的進一步改革和創(chuàng)新提供參考。

二、研究方法與材料

通過文獻研究、案例分析等方法，探索影響普通高等學(xué)校碩士研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)效果的影響因素。文獻研究采用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索的方式開展；案例分析主要是對某高校課程案例教學(xué)的經(jīng)驗開展分析。采用的案例為某普通高校碩士研究生體質(zhì)調(diào)研實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析。

三、結(jié)果與討論

本文以“實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”為關(guān)鍵詞，在中國知網(wǎng)進行文獻檢索，發(fā)現(xiàn)截至目前共有16篇教研論文圍繞《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程進行了研究。其中，面向碩士研究生課設(shè)課程的4篇、本科課程10篇、高職等其他層次課程3篇。可以看出，盡管該課程已經(jīng)成為理工類學(xué)科專業(yè)研究生修習(xí)的重要課程，但是針對研究生層次課程的研究尚不夠充分。文獻研究發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)過程中存在較多問題，主要包括：課程教學(xué)中存在著內(nèi)容多、理論性強、難度較大等教學(xué)難點[4]；數(shù)學(xué)原理較多，涉及大量統(tǒng)計學(xué)原理和計算公式，教學(xué)過程較為困難[5]。特別有文獻發(fā)現(xiàn)，該課程普遍存在實踐教學(xué)比例少、學(xué)生參與度低、課程專業(yè)關(guān)聯(lián)性不足的問題[6]。為解決上述問題，有文獻認(rèn)為該課程需要注重啟發(fā)和案例式教學(xué)，采用生活中的實際問題作為案例，調(diào)動學(xué)生參與課程授課過程的積極性[7]。正如某文獻中所指出的，“以學(xué)生為中心”就需要以案例為引導(dǎo)，以網(wǎng)絡(luò)課程為平臺，加強階段性實踐練習(xí)，不斷討論反饋，實踐增強理解，注重過程考核[8]。較多任課教師會遇到課程學(xué)時不夠的問題，因此有文獻認(rèn)為應(yīng)當(dāng)壓縮理論教學(xué)內(nèi)容，增加實踐教學(xué)學(xué)時，同時改變實踐教學(xué)模式，保證學(xué)生能夠擁有較多機會進行計算機上機實踐[9]。當(dāng)然，也可以鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過程中，積極參加全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽等創(chuàng)新能力賽事，將實驗設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理技巧與課題研究或項目案例相結(jié)合，發(fā)揮以賽促教、以賽促學(xué)等積極作用[10]。更有文獻針對本課程所面對專業(yè)進行了針對性案例設(shè)計，比如在對能源與環(huán)境類研究生授課過程中，在課程教學(xué)內(nèi)容中引入溫濕度和風(fēng)速等建筑環(huán)境實驗常用物理量的測試方法，并且非常積極地引導(dǎo)學(xué)生將參與的科研項目數(shù)據(jù)用于本課程的案例教學(xué)過程中[3]。此外，還有文獻指出，采用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析軟件，例如SPSS、Origin、Excel、SAS、BMDP等，可以幫助提高學(xué)生的主動思考能力和增加教師的教學(xué)手段[11]。在教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新方面，有文獻將研究生課程《數(shù)據(jù)處理與實驗設(shè)計》引入CDIO模式，即在碩士研究生開題之后至中期檢查之前的階段實施構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計（Design），在中期檢查之后至論文撰寫之前的階段進行實施（Implement），在論文撰寫至答辯間的階段進行運作（Operate），將自我成長力、快速適應(yīng)力和價值創(chuàng)造力作為學(xué)生培養(yǎng)的內(nèi)在驅(qū)動力，強調(diào)碩士研究生的創(chuàng)新能力和實踐能力[12]。總之，上述文獻認(rèn)為本門課程應(yīng)突出應(yīng)用性和實用性，加強實踐環(huán)節(jié)，重點在案例教學(xué)上下功夫，做到學(xué)生積極參與、與實際生活密切結(jié)合等教學(xué)模式貫穿教學(xué)始終。

作者基于十余年《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》研究生課程的授課經(jīng)驗，以學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)為例，進行了案例教學(xué)實踐。通過該案例的實施，學(xué)生參與度達到了非常理想的效果，100%參與到數(shù)據(jù)調(diào)研和分析過程中，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式確保了每一位選課研究生能夠掌握該課程的基本理論，在結(jié)課時全體研究生均結(jié)合課題撰寫了學(xué)術(shù)論文，教學(xué)效果較為理想。具體實施過程如下：

（一）課程授課起始階段

在該階段全面了解研究生課題范圍，熟悉研究生數(shù)學(xué)特長和不足，為每個研究生在《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)中進行能力的精準(zhǔn)畫像。組織研究生針對課題中的案例，進行課程教學(xué)內(nèi)容、思路和產(chǎn)出的路線構(gòu)思和方案設(shè)計。以學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)為例，要求全體選題研究生查閱相關(guān)文獻，構(gòu)思開展研究生在體育素質(zhì)課結(jié)束后體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研的實驗方案，包括實驗的目的、方法、設(shè)備、結(jié)果分析和結(jié)論等內(nèi)容，并設(shè)計符合上述實驗方案的調(diào)研問卷，應(yīng)包括受訪者個人信息、基本健康數(shù)據(jù)、體育素質(zhì)課前體質(zhì)狀況和體育素質(zhì)課后體質(zhì)狀況等內(nèi)容，可采用紙質(zhì)問卷形式，也可以采用問卷星線上問卷形式。本階段為實驗方案的順利實施奠定了基礎(chǔ)，確保《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)和案例教學(xué)的有效開展。通過構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計（Design）環(huán)節(jié)，使選課研究生盡快深入到課程案例教學(xué)的環(huán)境中，同時確保課程案例實驗和數(shù)據(jù)來源于實際生活。

（二）課程授課過程中

組織選課研究生開展問卷調(diào)研，例如2021年采集了某高校483名碩士研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，采集時間為體育素質(zhì)課結(jié)束后1-2周，利用問卷星調(diào)研學(xué)生的體質(zhì)變化、體育鍛煉現(xiàn)狀、影響因素、體育課程興趣、體育比賽參與度等方面的原始數(shù)據(jù)。本階段全面開展實施（Implement）和運作（Operate），將上述數(shù)據(jù)用于課程教學(xué)案例分析，讓選課研究生分組負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)研、匯總和分析工作，涉及的課程研究方法主要包括描述性統(tǒng)計分析、標(biāo)準(zhǔn)差分布情況分析、T檢驗分析、F檢驗分析等基本統(tǒng)計方法，學(xué)生課堂匯報數(shù)據(jù)調(diào)研情況和分析結(jié)果，分組進行相互評比和競賽。本階段確保了研究生深度參與數(shù)據(jù)獲得，因為數(shù)據(jù)源自實際，選課研究生可以自如地參加翻轉(zhuǎn)式教學(xué)過程。

（三）課程授課結(jié)束后

持續(xù)跟蹤選課研究生使用課程教學(xué)內(nèi)容的情況，課程教學(xué)組組織選課研究生設(shè)計研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》教育質(zhì)量評價調(diào)查表，由選修過課程的研究生對本課程包括教學(xué)態(tài)度、準(zhǔn)備情況、語言舉止、參考資料、教學(xué)方法、教學(xué)手段、溝通互動、課堂組織、內(nèi)容完整、知識前沿、案例教學(xué)等在內(nèi)的情況進行評價，為下一屆選課研究生的案例教學(xué)改革與創(chuàng)新提供參考和依據(jù)。其中，對研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)案例教學(xué)內(nèi)容和過程設(shè)置了多個題項，收集選課研究生對該案例教學(xué)的學(xué)生參與度、數(shù)據(jù)來源實際情況和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)情況，從而實現(xiàn)課程案例教學(xué)及評價反饋的閉環(huán)式建設(shè)。從調(diào)查結(jié)果來看，95%以上選課研究生對本課程的案例教學(xué)是滿意的，其中87%的研究生對于采用研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)案例進行教學(xué)興趣濃厚，有利于優(yōu)化后續(xù)課題研究中實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理內(nèi)容。

綜上所述，作者通過以上案例實踐，認(rèn)為學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)三個因素顯著影響課程的教學(xué)效果，建議該課程案例教學(xué)的改革應(yīng)從如下幾個方面開展：

（1）加強課程教學(xué)的頂層設(shè)計，凝練出實踐性和實用性教學(xué)理念，創(chuàng)新互動式教學(xué)模式，積極采用源于生活的教學(xué)案例。例如，作者在開展本課程教學(xué)過程中，與體育部協(xié)同開展了研究生體質(zhì)現(xiàn)狀問卷調(diào)研工作，案例數(shù)據(jù)來源于本校研究生群體，更有課程選課研究生群體的參與，極大地提高了選課研究生參與課程理論內(nèi)容學(xué)習(xí)的積極性。

（2）鼓勵選課研究生深度參與教學(xué)過程，采用學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研案例，部分選課研究生同時為研究生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研工作的骨干，在收集、分析數(shù)據(jù)過程中，充分地利用課堂所學(xué)知識，撰寫了課程報告，較為明顯地提升了課程教學(xué)效果。

（3）參照“翻轉(zhuǎn)式課堂”教學(xué)方法，在課程講授過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，研究生組織設(shè)計課程內(nèi)容、案例教學(xué)方法、集體研討模式、分組競賽環(huán)節(jié)等各項工作，充分挖掘課程教學(xué)內(nèi)容與案例教學(xué)的有機結(jié)合優(yōu)勢，使課程關(guān)鍵內(nèi)容入心入腦，真正成為研究生掌握住的科研工具。在實施翻轉(zhuǎn)課堂過程中，小班教學(xué)模式應(yīng)為首要考慮因素，一般不超過30人，這樣便于實現(xiàn)小組討論、特性化教學(xué)設(shè)計、課前及課后互動，甚至于學(xué)生個性化視頻錄制。

（4）積極引入CDIO教學(xué)模式，采用“內(nèi)聯(lián)式”+“外延式”教學(xué)模式，把構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）有機融入課程教學(xué)全過程中，甚至外延至學(xué)生入學(xué)、課題開題、課題研究、論文撰寫、答辯總結(jié)的研究生培養(yǎng)全過程，實現(xiàn)實驗設(shè)計觀念和數(shù)據(jù)分析理念的閉環(huán)教育。

（5）借鑒工程教育專業(yè)認(rèn)證的制度化、常態(tài)化評價模式，在課程案例教學(xué)中建立“評價-反饋-改進”循環(huán)螺旋上升的教學(xué)質(zhì)量提升機制，教師不斷通過探索、實踐、改進和研究來提高課堂教學(xué)效果，對質(zhì)量評估的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行抽取和分析，實現(xiàn)問題導(dǎo)向，整改薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合課程教學(xué)后的《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》教育質(zhì)量評價調(diào)查活動，為下一次持續(xù)改進課程案例教學(xué)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

（6）結(jié)合各類計算機統(tǒng)計軟 件（SPSS、Origin、Excel、SAS、Matlab等），持續(xù)實踐案例教學(xué)。甚至可以考慮，輔助高級計算機編程工具（C語言、Basic、Fortran等），鼓勵學(xué)生設(shè)計符合專業(yè)課題研究需要的《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)專用軟件，將主要統(tǒng)計學(xué)分析方法與課題研究內(nèi)容融入軟件功能模塊中，輔助學(xué)生科學(xué)設(shè)計實驗方案和對數(shù)據(jù)進行深入分析，進一步激發(fā)學(xué)生深入再學(xué)習(xí)和操作數(shù)據(jù)分析方法的動力。

四、結(jié)論與改進建議

本文針對研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》的案例教學(xué)問題，梳理了中國知網(wǎng)文獻研究現(xiàn)狀，匯總分析了課程教學(xué)中普遍存在的問題，整合了文獻研究結(jié)論，并結(jié)合作者十余年課程教學(xué)經(jīng)驗，有針對性地提出了各類改進措施。通過文獻綜合研究發(fā)現(xiàn)，研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)中面臨許多普遍的問題，包括教學(xué)內(nèi)容偏理論、計算公式較多、教學(xué)效果不理想和學(xué)時偏少等。針對上述這些問題，多數(shù)文獻也認(rèn)為本課程應(yīng)該加大實踐性操作教學(xué)內(nèi)容，增強課程授課內(nèi)容的實用性，提高授課內(nèi)容與課題、專業(yè)、科研等工作的密切聯(lián)系，實現(xiàn)學(xué)生參與度的提高。本文結(jié)合作者在任課中的案例教學(xué)經(jīng)驗認(rèn)為，研究生課程《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)效果的三個重要影響因素為學(xué)生參與度、案例來源和教學(xué)方式，針對上述因素，本文提出了學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)等改革途徑并在實際教學(xué)過程中加以實踐，包括加強頂層設(shè)計、鼓勵選課研究生深度參與教學(xué)過程、借鑒“翻轉(zhuǎn)式課堂”教學(xué)方法、積極引入CDIO教學(xué)模式和結(jié)合各類計算機統(tǒng)計軟件等具體措施。選課研究生反饋結(jié)果顯示上述因素和措施顯著影響《實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》的案例教學(xué)效果，通過改善上述三個因素和實施上述措施，可以較好地提升研究生修課成效，為研究生提升研究水平奠定了基礎(chǔ)。