打造環境專業研究生《試驗設計與數據處理》金課教學改革探索*

王治科

(河南師范大學環境學院，河南 新鄉 453007)

當前，很多研究生把更多精力放到了做試驗、發論文上，而對課程學習重視不夠，他們認為研究生課程教學對科研幫助不大，不愿在課程學習上投入過多精力，上課只是為了混學分。淘汰“水課”，打造“金課”，是對本科教學的基本要求，也應是對研究生教學的基本要求。因此，打造研究生“金課”刻不容緩[1-2]。環境、化學、化工等多門類學科專業需要通過試驗和觀測以尋找所研究與觀測對象的變化規律。如何科學設計試驗，對試驗數據進行分析和處理，獲得研究對象的變化規律，是每個需要進行試驗的人員需要解決的問題。因此，試驗設計與數據處理是化工、化學、環境、材料、生物、農學等學科的專業必修課，是科研工作者應該掌握的一門工具課、方法課[3-7]。我校環境專業碩士生招生始于1987年，已成為河南省乃至全國環境科學與工程人才培養和科學研究的重要基地，培養了一批服務國家和河南省經濟發展所需要的高層次環境科學與工程專業人才。試驗設計與數據處理是我校環境科學與工程專業碩士生的一門學位課，選用的教材為李云雁和胡傳榮編著的《試驗設計與數據處理》(第三版)，通過本課程的學習，要求研究生掌握試驗設計與數據處理的理論、知識、方法和技能。為了進一步提高教學效果，滿足研究生開展科研的需求，實現教學助力科研、科研促進教學的目標，本文總結我校研究生課程《試驗設計與數據處理》教學改革經驗，探討如何拓展課程教學內容的廣度和深度，如何增加課堂互動環節，提高學生的參與度，突出以學生為中心的教學理念，開展研究性、自主性學習，培養研究生獨立研究能力和思考能力。

1 開放的教學內容

我校環境學院研究生開展的科研涉及廢水、大氣、固廢、土壤等多個領域，研究生來自不同的學校，不同的學科背景，在試驗設計與數據處理方面的知識儲備差別較大，如今又從事不同的研究方向，對具體試驗設計和數據處理方面的知識需求側重點不同，甚至差別較大，同學們渴望更能貼近自己科研的教學內容。近15年來，一直選用一本教材，盡管多次再版，教學內容不斷更新，也無法滿足不同研究方向上研究生科研需求。另外，試驗設計與數據處理方面的軟件較多，不同的課題組、不同的研究領域對所用的軟件可能有所偏好，在課堂教學上，無法進行常用軟件的講解和示范。為了解決教學內容陳舊、單一、覆蓋度低這一問題，我們從科研項目和學術論文中收集素材，拓展教學內容，突出教學內容的前沿性、寬廣性和靈活性。讓教學內容隨科研進展而變，隨學生而更新。以科研項目和學術論文為載體拓展教學內容，要淡化專業知識，突出試驗設計與數據處理方法。在保證教學內容系統性的前提下，關注學生的試驗進展，激發學生的主觀能動性，使其感到學之有用，提高教學和學習效率。如根據研究生對數據處理和制圖軟件的需求，我們增加了Origin軟件方面的教學內容，在數據制圖方面，重點介紹3D表面圖、等高線圖、掃描圖及3D圖形的個性化。同時，用研究生紅外、熱重、氮吸附-脫附等試驗數據制圖。在數據分析方面，重點介紹統計、平滑、擬合、頻譜分析等內容。同時，結合研究生進行吸附試驗獲得的吸附等溫線數據，進行非線性擬合。學校購買X射線光電子能譜(XPS)儀后，我們及時增加了XPS數據處理方面的有關知識，主要介紹樣品準備、不同格式間數據轉換、峰歸屬、定性定量分析以及如何分峰等方面的內容。為了分析X射線衍射數據，增加了MDI JADE軟件使用方面的教學內容，包括軟件安裝、文件導入、尋峰、圖譜平滑、扣除背景、峰擬合和物相檢索等方面。在安排回歸分析教學內容時，結合研究生的試驗數據，探討如何進行動力學試驗設計及其數據處理，給研究生推送了取樣體積對動力學影響的相關文獻(如Choo W L，et al. Hydrometallurgy，82(2006):110-116)。

2 互動的授課方式

總結最近幾年的教學實踐表明，開展互動教學容易出現以下問題：(1)冷場。在互動環節，出現沒有學生提問這種冷場情況。(2)部分學生互動積極性不高。每一屆總是有一些學生課堂上保持沉默，始終不參與互動。(3)互動環節質量不高。提出的問題不夠深入，針對性不強，浮于表面。同時也存在著學生對于問題的解答過于簡單這種情況。分析出現冷場、互動積極性不高和互動環節質量不高這些情況的原因，我們強化教學助力科研，科研促進教學的理念，以教學與科研的有機統一提高研究生學習本課程的主動性、積極性。在課堂教學上，讓研究生分享自己本領域內的經典文獻、分享自己科研項目的試驗設計方案和數據處理方法，使每一位學生暫時成為老師，老師成為學生，與同學們一塊提出問題，分析問題，解決問題，讓研究生帶著問題、思考來，拿著答案、理解走。課堂教學以研究生為中心，從研究生的角度組織教學過程，通過互動加深學生對課程的理解。安排研究生根據自己的科研方向，自學專業軟件(如SPSS，Origin，Design-Expert，Jade等)，并在課堂上與同學們分享，交流軟件使用過程中的心得體會，探討使用技巧，讓更多的學生參與到課堂教學，避免了教師漫無目的滿堂灌。安排研究生課下研讀學術論文，并結合自己的試驗進展，通過視頻、照片等多種方式展示自己科研進展，分享試驗方案的難點、試驗細節以及注意事項，探討導致試驗失敗的原因。為了不讓課堂互動流于形式，浮于表面，我們通過課程微信群提前共享每位同學的分享內容，讓同學們提前掌握相關知識，力爭使課堂互動針對性更強，質量更高，效果更好。教師課堂上要鼓勵更多的同學以分享內容為載體參與到課堂互動，實現師生間、生生間真正互動，讓課堂教學“活”起來。為了實施互動授課方式，我們按照研究方向對研究生進行分組，通過成員分工合作，以小組為單位共同完成分享內容。小組成員之間首先互動起來，就某一問題展開討論甚至辯論，共同解決問題。同時，也為高質量課堂互動奠定了基礎。

3 充分的教學準備

面對開放的教學內容，互動的授課方式，要想上好一堂課，老師和學生都要做好充分的準備。教師要第一時間參與到同學們準備分享內容的過程中，指導好、引導好每一個準備環節，把師生互動從課堂延伸到課前和課后，以此不斷提高課程互動內容質量。教師還要第一時間從學科背景、知識層次、工作經歷、讀研目的等方面摸清學生情況，多角度了解同學們對本課程的需求，力爭使教學內容針對性更強，照顧到大多數學生的需求。不斷更新的教學內容，互動的教學方式，需要每一位研究生積極參與到整個教學過程中，把課堂教學延伸到課前和課后，勢必會增加同學們的學習時間，甚至引發抵觸情緒。我們引導同學們把課程學習與自己的科研緊密結合起來，強調教學過程和科研過程的有機統一。學習課程內容，精讀學術論文，自學專業軟件，都要從自己的試驗設計與數據處理需要出發。引導研究生以自己的試驗設計與數據處理方法為載體，分享自己科研過程中的心得體會，提出自己遇到的問題，與老師、同學一塊分析問題，嘗試解決問題的方案，達到學習課程、助力科研的雙重目的。比如在準備試驗數據的回歸分析這一章教學內容時，引導小組成員在準備一元線性回歸分析、多元線性回歸分析和非線性回歸分析理論知識的基礎上，準備Excel在回歸分析中的應用，重點突出Origin在回歸分析中的應用，利用自己科研的試驗數據(如吸附試驗數據)，進行吸附動力學、吸附等溫線分析，再結合試驗設計分析存在的問題。

4 嚴格的過程考核

課程的考核由平時成績(50%)和期末成績(50%)兩部分組成。平時成績考核同學們參與教學的廣度和深度，分別從考勤(40%)、課堂互動(20%)、分享內容(30%)、課程群互動(10%)等方面考核，由學生自主管理完成平時成績的考核。考勤、互動次數由班委統計，分享內容成績由同學們無記名投票打分，去掉一個最高分和最低分，以平均成績為分享內容成績。

5 結 語

打造《試驗設計與數據處理》金課，教師要主導、引導整個教學過程，調動研究生的主觀能動性，幫助學生找到課程學習和促進科研項目的共同點，以滿足科研需求豐富、更新教學內容，以課程學習助力科研，真正做到學以致用。