碩士研究生課程《實驗設計與數據處理》案例教學初探*

楊 磊

（中原工學院）

一、前言

教育部于2014年發布的《關于改進和加強研究生課程建設的意見》（以下簡稱《意見》）中指出，研究生課程應根據需要按一級學科設置課程和設置跨學科課程，增加研究方法類、研討類和實踐類等課程[1]。《實驗設計與數據處理》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術成果水平具有顯著的積極影響。我校于2003年開始，在部分工科碩士學位點將該課程設置為專業必修課程，有效地促進研究生開展更有深度的學術研究。全國大多數高校也針對理工類專業開設了這門課程。但是，課程教學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、學生厭學等問題[2]。因此，教育部在《意見》中強調，重視通過對經典理論構建、關鍵問題突破和前沿研究進展的案例式教學等方式[1]。因此，在理論性較強、突出研究方法的《實驗設計與數據處理》課程中開展案例教學勢在必行。由于課程內容非常龐大，理論性較強，概念較抽象，如何運用好案例教學成為切實提升課程教學效果的關鍵問題[3]。本文針對課程教學過程中的上述問題，探討了案例教學在該課程授課中的積極作用，并以學生體質調研數據為例，嘗試說明理論課程案例教學的實現路徑、教學模式和效果評價，特別提出了學生深度參與、數據源自實際、翻轉式教學三個重要的影響因素及其實施成效，為《實驗設計與數據處理》課程教學的進一步改革和創新提供參考。

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校碩士研究生課程《實驗設計與數據處理》案例教學效果的影響因素。文獻研究采用中國知網數據庫檢索的方式開展；案例分析主要是對某高校課程案例教學的經驗開展分析。采用的案例為某普通高校碩士研究生體質調研實驗設計與數據分析。

三、結果與討論

本文以“實驗設計與數據處理”為關鍵詞，在中國知網進行文獻檢索，發現截至目前共有16篇教研論文圍繞《實驗設計與數據處理》課程進行了研究。其中，面向碩士研究生課設課程的4篇、本科課程10篇、高職等其他層次課程3篇。可以看出，盡管該課程已經成為理工類學科專業研究生修習的重要課程，但是針對研究生層次課程的研究尚不夠充分。文獻研究發現課程教學過程中存在較多問題，主要包括：課程教學中存在著內容多、理論性強、難度較大等教學難點[4]；數學原理較多，涉及大量統計學原理和計算公式，教學過程較為困難[5]。特別有文獻發現，該課程普遍存在實踐教學比例少、學生參與度低、課程專業關聯性不足的問題[6]。為解決上述問題，有文獻認為該課程需要注重啟發和案例式教學，采用生活中的實際問題作為案例，調動學生參與課程授課過程的積極性[7]。正如某文獻中所指出的，“以學生為中心”就需要以案例為引導，以網絡課程為平臺，加強階段性實踐練習，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時不夠的問題，因此有文獻認為應當壓縮理論教學內容，增加實踐教學學時，同時改變實踐教學模式，保證學生能夠擁有較多機會進行計算機上機實踐[9]。當然，也可以鼓勵學生在學習本課程過程中，積極參加全國研究生數學建模競賽等創新能力賽事，將實驗設計方法和數據處理技巧與課題研究或項目案例相結合，發揮以賽促教、以賽促學等積極作用[10]。更有文獻針對本課程所面對專業進行了針對性案例設計，比如在對能源與環境類研究生授課過程中，在課程教學內容中引入溫濕度和風速等建筑環境實驗常用物理量的測試方法，并且非常積極地引導學生將參與的科研項目數據用于本課程的案例教學過程中[3]。此外，還有文獻指出，采用適當的統計分析軟件，例如SPSS、Origin、Excel、SAS、BMDP等，可以幫助提高學生的主動思考能力和增加教師的教學手段[11]。在教學模式的改革與創新方面，有文獻將研究生課程《數據處理與實驗設計》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思（Conceive）和設計（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、快速適應力和價值創造力作為學生培養的內在驅動力，強調碩士研究生的創新能力和實踐能力[12]。總之，上述文獻認為本門課程應突出應用性和實用性，加強實踐環節，重點在案例教學上下功夫，做到學生積極參與、與實際生活密切結合等教學模式貫穿教學始終。

作者基于十余年《實驗設計與數據處理》研究生課程的授課經驗，以學生體質現狀調研數據為例，進行了案例教學實踐。通過該案例的實施，學生參與度達到了非常理想的效果，100%參與到數據調研和分析過程中，翻轉課堂教學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，在結課時全體研究生均結合課題撰寫了學術論文，教學效果較為理想。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，熟悉研究生數學特長和不足，為每個研究生在《實驗設計與數據處理》課程教學中進行能力的精準畫像。組織研究生針對課題中的案例，進行課程教學內容、思路和產出的路線構思和方案設計。以學生體質現狀調研數據為例，要求全體選題研究生查閱相關文獻，構思開展研究生在體育素質課結束后體質現狀調研的實驗方案，包括實驗的目的、方法、設備、結果分析和結論等內容，并設計符合上述實驗方案的調研問卷，應包括受訪者個人信息、基本健康數據、體育素質課前體質狀況和體育素質課后體質狀況等內容，可采用紙質問卷形式，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，確保《實驗設計與數據處理》課程教學和案例教學的有效開展。通過構思（Conceive）和設計（Design）環節，使選課研究生盡快深入到課程案例教學的環境中，同時確保課程案例實驗和數據來源于實際生活。

（二）課程授課過程中

組織選課研究生開展問卷調研，例如2021年采集了某高校483名碩士研究生體質現狀數據，采集時間為體育素質課結束后1-2周，利用問卷星調研學生的體質變化、體育鍛煉現狀、影響因素、體育課程興趣、體育比賽參與度等方面的原始數據。本階段全面開展實施（Implement）和運作（Operate），將上述數據用于課程教學案例分析，讓選課研究生分組負責數據的調研、匯總和分析工作，涉及的課程研究方法主要包括描述性統計分析、標準差分布情況分析、T檢驗分析、F檢驗分析等基本統計方法，學生課堂匯報數據調研情況和分析結果，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據獲得，因為數據源自實際，選課研究生可以自如地參加翻轉式教學過程。

（三）課程授課結束后

持續跟蹤選課研究生使用課程教學內容的情況，課程教學組組織選課研究生設計研究生課程《實驗設計與數據處理》教育質量評價調查表，由選修過課程的研究生對本課程包括教學態度、準備情況、語言舉止、參考資料、教學方法、教學手段、溝通互動、課堂組織、內容完整、知識前沿、案例教學等在內的情況進行評價，為下一屆選課研究生的案例教學改革與創新提供參考和依據。其中，對研究生體質現狀數據案例教學內容和過程設置了多個題項，收集選課研究生對該案例教學的學生參與度、數據來源實際情況和翻轉課堂教學情況，從而實現課程案例教學及評價反饋的閉環式建設。從調查結果來看，95%以上選課研究生對本課程的案例教學是滿意的，其中87%的研究生對于采用研究生體質現狀數據案例進行教學興趣濃厚，有利于優化后續課題研究中實驗設計與數據處理內容。

綜上所述，作者通過以上案例實踐，認為學生深度參與、數據源自實際、翻轉式教學三個因素顯著影響課程的教學效果，建議該課程案例教學的改革應從如下幾個方面開展：

（1）加強課程教學的頂層設計，凝練出實踐性和實用性教學理念，創新互動式教學模式，積極采用源于生活的教學案例。例如，作者在開展本課程教學過程中，與體育部協同開展了研究生體質現狀問卷調研工作，案例數據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容學習的積極性。

（2）鼓勵選課研究生深度參與教學過程，采用學生體質現狀調研案例，部分選課研究生同時為研究生體質現狀調研工作的骨干，在收集、分析數據過程中，充分地利用課堂所學知識，撰寫了課程報告，較為明顯地提升了課程教學效果。

（3）參照“翻轉式課堂”教學方法，在課程講授過程中根據教學內容，研究生組織設計課程內容、案例教學方法、集體研討模式、分組競賽環節等各項工作，充分挖掘課程教學內容與案例教學的有機結合優勢，使課程關鍵內容入心入腦，真正成為研究生掌握住的科研工具。在實施翻轉課堂過程中，小班教學模式應為首要考慮因素，一般不超過30人，這樣便于實現小組討論、特性化教學設計、課前及課后互動，甚至于學生個性化視頻錄制。

（4）積極引入CDIO教學模式，采用“內聯式”+“外延式”教學模式，把構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）有機融入課程教學全過程中，甚至外延至學生入學、課題開題、課題研究、論文撰寫、答辯總結的研究生培養全過程，實現實驗設計觀念和數據分析理念的閉環教育。

（5）借鑒工程教育專業認證的制度化、常態化評價模式，在課程案例教學中建立“評價-反饋-改進”循環螺旋上升的教學質量提升機制，教師不斷通過探索、實踐、改進和研究來提高課堂教學效果，對質量評估的關鍵數據進行抽取和分析，實現問題導向，整改薄弱環節，結合課程教學后的《實驗設計與數據處理》教育質量評價調查活動，為下一次持續改進課程案例教學提供基礎和依據。

（6）結合各類計算機統計軟 件（SPSS、Origin、Excel、SAS、Matlab等），持續實踐案例教學。甚至可以考慮，輔助高級計算機編程工具（C語言、Basic、Fortran等），鼓勵學生設計符合專業課題研究需要的《實驗設計與數據處理》課程教學專用軟件，將主要統計學分析方法與課題研究內容融入軟件功能模塊中，輔助學生科學設計實驗方案和對數據進行深入分析，進一步激發學生深入再學習和操作數據分析方法的動力。

四、結論與改進建議

本文針對研究生課程《實驗設計與數據處理》的案例教學問題，梳理了中國知網文獻研究現狀，匯總分析了課程教學中普遍存在的問題，整合了文獻研究結論，并結合作者十余年課程教學經驗，有針對性地提出了各類改進措施。通過文獻綜合研究發現，研究生課程《實驗設計與數據處理》教學中面臨許多普遍的問題，包括教學內容偏理論、計算公式較多、教學效果不理想和學時偏少等。針對上述這些問題，多數文獻也認為本課程應該加大實踐性操作教學內容，增強課程授課內容的實用性，提高授課內容與課題、專業、科研等工作的密切聯系，實現學生參與度的提高。本文結合作者在任課中的案例教學經驗認為，研究生課程《實驗設計與數據處理》案例教學效果的三個重要影響因素為學生參與度、案例來源和教學方式，針對上述因素，本文提出了學生深度參與、數據源自實際、翻轉式教學等改革途徑并在實際教學過程中加以實踐，包括加強頂層設計、鼓勵選課研究生深度參與教學過程、借鑒“翻轉式課堂”教學方法、積極引入CDIO教學模式和結合各類計算機統計軟件等具體措施。選課研究生反饋結果顯示上述因素和措施顯著影響《實驗設計與數據處理》的案例教學效果，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。