陳曉娟，徐 頌

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，廣東佛山 528000）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高等教育教學(xué)也在逐步更新，如何提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才成為當(dāng)前高等教育改革發(fā)展的重要方向之一。《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是各高校研究生培養(yǎng)計(jì)劃中重要的課程之一，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)能力具有顯著影響?！秾?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是以數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，以及大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從而構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的總體評(píng)估，從而達(dá)到減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、縮短實(shí)驗(yàn)周期、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的目的[1]?？偟膩?lái)說(shuō)，《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程主要涉及兩大部分內(nèi)容：①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，以優(yōu)化整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。②數(shù)據(jù)處理。強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理方法和手段的認(rèn)識(shí)，以更好地理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和整個(gè)科研課題內(nèi)在的本質(zhì)?！秾?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是研究生階段的必修課程，更是一種工具性課程，也是為學(xué)生提供開(kāi)展科研課題研究所必備技能的重要基礎(chǔ)課程。在信息化時(shí)代背景下，課程的講授也面臨著多重壓力和挑戰(zhàn)，需要綜合運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，結(jié)合時(shí)代發(fā)展需求，在學(xué)習(xí)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，更重要的是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)“舉一反三”，學(xué)會(huì)“學(xué)以致用”，從而切實(shí)地提高研究生的綜合素質(zhì)。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

1.1 課程涉及的理論內(nèi)容廣泛，但不夠深入

《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程的教材有很多版本，但總體上主要包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分（正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、序貫實(shí)驗(yàn)、析因設(shè)計(jì)、響應(yīng)面設(shè)計(jì)等）和數(shù)據(jù)分析處理部分（誤差分析、方差分析、回歸分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等）。從內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，內(nèi)容涉及面很廣，理論性很強(qiáng)[1-2]。但是，該課程通常只安排32學(xué)時(shí)，很難在有限時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)整個(gè)知識(shí)板塊。基于課時(shí)和內(nèi)容的雙方面考慮，課堂上大多仍是以灌輸式教學(xué)為主，學(xué)生也只是單方面地接受知識(shí)，而缺乏思考。而且，教材上的內(nèi)容更多的是認(rèn)識(shí)某一內(nèi)容背后的理論知識(shí)及概念，內(nèi)容相對(duì)比較抽象，對(duì)于如何在合適的場(chǎng)景正確地運(yùn)用該理論，則缺乏直觀的理解；同時(shí)，單純的知識(shí)灌輸也非常枯燥，同學(xué)們的課堂學(xué)習(xí)效果也不甚理想。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)背景參差不齊，學(xué)習(xí)能力有明顯差異

生源是導(dǎo)致不同學(xué)生之間學(xué)習(xí)能力差異的重要因素之一。高考在某種程度上也確實(shí)體現(xiàn)和評(píng)價(jià)了學(xué)生的能力。不同高校畢業(yè)的本科生，在進(jìn)入研究生階段，學(xué)習(xí)能力多多少少會(huì)有些不太一樣?；蛘哒f(shuō)，學(xué)生擅長(zhǎng)的思維模式不太一樣，能夠接收的理論知識(shí)的深度也會(huì)有所差異。另一方面，很多學(xué)生和家長(zhǎng)把考研看作是改變命運(yùn)的第二次機(jī)會(huì)，所以會(huì)選擇跨考熱門(mén)專業(yè)（譬如電子、機(jī)械類等），尤其是從文科跨到工科或理科。這些文科學(xué)生對(duì)于抽象的、微觀的，甚至有些枯燥的理論推導(dǎo)過(guò)程的接收通常相對(duì)緩慢。再者，有部分學(xué)生認(rèn)為本科畢業(yè)不好找工作，所以想讀研究生，減緩就業(yè)壓力。在不能滿足考研第一志愿的情況下，廣撒網(wǎng)，只為“有學(xué)上”，導(dǎo)致同一年級(jí)的學(xué)生中，專業(yè)背景差異大，接受同一知識(shí)的能力也參差不齊，給老師的教學(xué)帶來(lái)了很大壓力。

2 課程教學(xué)改革與創(chuàng)新模式

2.1 更新教學(xué)內(nèi)容，契合專業(yè)特點(diǎn)和需求

隨著高等教育人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)和計(jì)劃的調(diào)整，新時(shí)代的高等教育人才需要與社會(huì)需求契合，加強(qiáng)產(chǎn)教融合、科教融合的體制機(jī)制的完善。而高等教育課程的安排和學(xué)習(xí)也必須有計(jì)劃地與實(shí)際產(chǎn)業(yè)和技術(shù)需求相結(jié)合，提升學(xué)生服務(wù)社會(huì)發(fā)展的意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生服務(wù)社會(huì)的技能和智慧。傳統(tǒng)的課程安排中大量理論教學(xué)內(nèi)容讓整個(gè)課程缺乏趣味性和理解性，也很難讓學(xué)生自己聯(lián)想到理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的匹配。因此，各個(gè)學(xué)校、各個(gè)專業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)，凝練出適合自己專業(yè)需求和學(xué)科發(fā)展的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法，有針對(duì)性地教授相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生切實(shí)地認(rèn)識(shí)到課程內(nèi)容對(duì)于研究生學(xué)習(xí)的重要性[3]。

譬如環(huán)境科學(xué)與工程，導(dǎo)師們的研究方向雖不一樣，但是總體上會(huì)涉及環(huán)保功能材料的研制、有機(jī)污染物（水或大氣中）的降解去除、土壤中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化、固廢的資源化利用等?？筛鶕?jù)這些研究方向所用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方法，結(jié)合教材的內(nèi)容，提煉出能夠讓學(xué)生們有直觀感受的課程內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，可重點(diǎn)關(guān)注正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)和響應(yīng)面設(shè)計(jì)，并結(jié)合具體的案例數(shù)據(jù)，剖析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；數(shù)據(jù)處理方面，可重點(diǎn)關(guān)注Excel 和Origin 軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用和技巧、誤差分析、方差分析，以及具體材料表征處理軟件（XRD、FT-IR、Raman、XPS 等）、污染物檢測(cè)分析處理軟件（HPLC、GC、HPLC/MS 等）和統(tǒng)計(jì)分析處理軟件（SPSS 等）。經(jīng)過(guò)教學(xué)內(nèi)容的不斷凝練和完善，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，能更深入地認(rèn)識(shí)科研課題所涉及的內(nèi)容，對(duì)科學(xué)研究有前期的了解，有利于更好地開(kāi)展課題。

2.2 豐富教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生興趣和主動(dòng)性

傳統(tǒng)的教學(xué)模式更多的是按照教材逐一講授。但由于教材內(nèi)容的理論性特別強(qiáng)，還涉及很多的公式推導(dǎo)，所以整個(gè)過(guò)程難免枯燥，也很難將所有的知識(shí)都講得透徹。因此，在提煉教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，也要充分利用信息化時(shí)代的資源，豐富教學(xué)模式[3-4]。

（1）立體展示式教學(xué)模式。充分利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)資源的慕課及案例分析，強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的講授，以及對(duì)軟件實(shí)際操作過(guò)程的系統(tǒng)化演示，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)[5]。具體地說(shuō)，能夠針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的某一典型研究?jī)?nèi)容，或者結(jié)合學(xué)生自身的研究方向，從整體的研究思路出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)思維的鍛煉；針對(duì)研究所用到的實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行詳細(xì)講解，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)如何能夠具體地實(shí)施某一方案，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)；再者，結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體分析數(shù)據(jù)處理方法及其應(yīng)用場(chǎng)景，詳細(xì)分析數(shù)據(jù)處理的目的，以及所得結(jié)果內(nèi)在的本質(zhì)?？傮w上來(lái)說(shuō)，結(jié)合具體的案例分析，將枯燥的理論課程知識(shí)融入實(shí)際，可使學(xué)生充分理解專業(yè)與課程的緊密關(guān)聯(lián)程度，深入體會(huì)課程在學(xué)生的科研課題研究和工作中的應(yīng)用價(jià)值，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)技能儲(chǔ)備。

（2）互動(dòng)實(shí)踐式教學(xué)模式。有針對(duì)性地設(shè)置一些練習(xí)，譬如說(shuō)文獻(xiàn)閱讀、研究熱點(diǎn)分享、某一關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法或數(shù)據(jù)處理手段的應(yīng)用分析，讓學(xué)生具體地進(jìn)行操作，針對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行詳細(xì)拆解分析，幫學(xué)生解決實(shí)際遇到的問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生的理解；引導(dǎo)學(xué)生參與到課程中來(lái)，授課教師可以多角度地提供一些科研課題，或者讓學(xué)生結(jié)合自己即將開(kāi)展的科研課題，提出簡(jiǎn)單的科學(xué)問(wèn)題和所要達(dá)到的目的，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并探討自己研究課題即將用到的數(shù)據(jù)處理和分析方法，充分分析對(duì)整個(gè)課程的認(rèn)識(shí)，從而有針對(duì)性地增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解；加強(qiáng)小組間的討論，通過(guò)不同研究課題的學(xué)生間相互交流，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己看待問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)和局限，拓寬學(xué)生視野，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)處理手段的認(rèn)識(shí)和理解?？偟膩?lái)說(shuō)，要讓學(xué)生對(duì)所理解的知識(shí)進(jìn)行多方面展示，多提供PPT 匯報(bào)、翻轉(zhuǎn)課堂、固定小組和隨機(jī)小組討論等機(jī)會(huì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)細(xì)節(jié)和操作過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

（3）實(shí)驗(yàn)式教學(xué)模式。針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，給出一些具體的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景或者研究?jī)?nèi)容，并明確研究目的，讓學(xué)生有針對(duì)性地對(duì)比各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇合適的設(shè)計(jì)方法，借助具體的軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體過(guò)程進(jìn)行分析，從而考查達(dá)到研究目的的可行性。針對(duì)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和操作能力，譬如給定某一實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生結(jié)合研究目的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理方法的選擇，以及對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行正確的表達(dá)；同時(shí)，提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用及場(chǎng)景選擇的能力，使得學(xué)生能夠基于處理結(jié)果詳細(xì)地認(rèn)識(shí)研究?jī)?nèi)容的本質(zhì)。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)評(píng)價(jià)，完善教學(xué)目的和效果

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)主要是考試，內(nèi)容還涉及公式的推導(dǎo)和計(jì)算。但是，目前大多數(shù)理論知識(shí)或公示都很完美地嵌套入數(shù)據(jù)分析處理軟件中，只需要對(duì)原理有簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)如何操作軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的充分分析。因此，教學(xué)評(píng)價(jià)方式也應(yīng)該轉(zhuǎn)變，減少對(duì)理論知識(shí)的考察，更多地關(guān)注實(shí)踐性[6-7]。如增加平時(shí)練習(xí)作業(yè)的分值，期末評(píng)價(jià)改成考查課，讓學(xué)生通過(guò)PPT 匯報(bào)或者小論文的方式，談?wù)勛约赫n題中所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)處理手段，從而有針對(duì)性地給學(xué)生提供指導(dǎo)。若有可能，可將講授與指導(dǎo)貫穿于學(xué)生的整個(gè)研究生階段，結(jié)合研究生自己的整個(gè)科研過(guò)程，提高課程的總體效果。

2.4 構(gòu)建思政理念，突出科學(xué)素養(yǎng)和思維

在《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)過(guò)程中，構(gòu)建思政理念，讓學(xué)生們懂得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和思維[8-10]。①?gòu)?qiáng)調(diào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該具有正確的價(jià)值取向。②引領(lǐng)學(xué)生了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要遵循科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性等。③引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)合理地制訂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并充分考慮研究的倫理性、安全性和科學(xué)規(guī)范性。④強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)處理需要遵循科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ǎ苊鈹?shù)據(jù)造假和誤導(dǎo)等問(wèn)題。思政教育的引入，旨在提高學(xué)生對(duì)知識(shí)本身的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，能夠衍生到對(duì)于人生觀、價(jià)值觀建立的指導(dǎo)作用，從而培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的高綜合素質(zhì)應(yīng)用型研究生人才。

3 總結(jié)與展望

作為研究生培養(yǎng)計(jì)劃的主干課程之一，《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程在以往以及今后都有很重要的地位。總體上來(lái)說(shuō)，凝練規(guī)劃課程體系，注重理論和實(shí)踐結(jié)合，是課程改革的最主要方面；豐富教學(xué)模式和創(chuàng)新教學(xué)評(píng)價(jià)，是課程改革的重要環(huán)節(jié)；在課程教學(xué)中構(gòu)建思政理念，是超越課程內(nèi)容之上的科研素養(yǎng)和思維培養(yǎng)的關(guān)鍵。這些教學(xué)創(chuàng)新和改革的嘗試將有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)精神和科學(xué)素質(zhì)，更好地為他們的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。