丁昌江 宋智青 陳浩 賈蕓

摘要：《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程能夠有效指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和實(shí)踐性。本文結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀，提出以科研驅(qū)動為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方案和案例教學(xué)等幾方面入手，對《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》研究生課程進(jìn)行理論與實(shí)踐融合、實(shí)例設(shè)計(jì)與分析以及多元實(shí)踐等方面的教學(xué)改革。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析；科研驅(qū)動；多元實(shí)踐教學(xué)

1?概述

《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》是關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析和處理的技能，最終達(dá)到提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力的目的，具有理論性強(qiáng)、涉及面廣、實(shí)踐性要求高等特點(diǎn)，它以概率理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、專業(yè)技術(shù)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不僅要求培養(yǎng)學(xué)生的理論思維方式，更注重培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識與解決工業(yè)實(shí)際問題的能力，是一門理論性與應(yīng)用性并重的課程，對研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在許多高校都開設(shè)了《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程，且各高校都進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革和實(shí)踐，取得了一定的研究成果[1-9]。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)將《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程作為一門專業(yè)選修課，面向物理學(xué)碩士研究生進(jìn)行開設(shè)。經(jīng)過多年的教學(xué)探索和文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該課程存在一些問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

隨著社會的發(fā)展，對人才數(shù)量和質(zhì)量的需求也越來越高。《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程作為培養(yǎng)理工科人才非常重要的一部分，對其教學(xué)要求和水平也越來越高。與本科階段的《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程教學(xué)目的不同，研究生開設(shè)該課程更應(yīng)該注重綜合素質(zhì)和科研能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐動手能力的訓(xùn)練。因此，進(jìn)一步深化《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》教學(xué)改革，構(gòu)建現(xiàn)代化的《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》教學(xué)體系和教學(xué)模式，能夠激發(fā)研究生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的綜合能力，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，具有非常重要的意義。

2?《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》教學(xué)過程中面臨的問題

（1）考取內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)物理學(xué)的研究生，本科院校差異非常大。且大多研究生對本科階段學(xué)過的《高等數(shù)學(xué)》、《數(shù)理統(tǒng)計(jì)》等基礎(chǔ)課程內(nèi)容掌握不扎實(shí)，造成研究生的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)薄弱。當(dāng)教學(xué)過程中涉及到統(tǒng)計(jì)理論知識時(shí)，不少學(xué)生感覺該課程難度較大，學(xué)習(xí)上感到吃力。

（2）現(xiàn)在教學(xué)主要以理論為主，對實(shí)踐部分重視不夠，缺少實(shí)際案例的講解，使研究生即使學(xué)習(xí)了《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程，仍然不能在實(shí)際科學(xué)研究中進(jìn)行應(yīng)用，理論分析和實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。在科學(xué)研究和撰寫論文中仍不能將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想與數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行熟練應(yīng)用，使得論文中還存在較多的相關(guān)錯誤，這大大降低了物理學(xué)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量。

（3）目前該課程仍然“以教師為中心”和“灌輸式”教學(xué)方法為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生被動地接受知識，教學(xué)手段單一。這造成課堂教學(xué)過于理論化，加上研究生自身的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)相對薄弱，從而使學(xué)生高漲的學(xué)習(xí)熱情在學(xué)習(xí)過程中逐漸消退，難以體現(xiàn)該課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性特點(diǎn)。

針對教學(xué)過程中存在的問題，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)理學(xué)院以科研應(yīng)用為驅(qū)動，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方案和案例教學(xué)等幾方面入手，對《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程進(jìn)行理論與實(shí)踐融合、實(shí)例設(shè)計(jì)與分析以及多元實(shí)踐等多方面的教學(xué)改革，取得了一定的教學(xué)成果。本文介紹了《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》研究生課程的改革思路，總結(jié)了我校開展的教學(xué)探索、實(shí)踐和取得的效果，為提高教學(xué)效果提供一定的線索。

3?《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程教學(xué)改革

3.1?理論與實(shí)踐融合

針對《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程教學(xué)中存在的問題，對課程教學(xué)模式和內(nèi)容改革，使之更好地為提升教學(xué)效果服務(wù)。課程內(nèi)容主要做了以下幾點(diǎn)修改：

（1）將統(tǒng)計(jì)原理、公式推導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算等學(xué)生難以理解的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精簡，重點(diǎn)講解各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的基本方法和理論，讓學(xué)生能夠運(yùn)用這些知識對實(shí)際問題進(jìn)行簡化和建立數(shù)學(xué)模型，提高其分析問題和解決問題的能力，加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（2）利用四學(xué)時(shí)講解Endnote，Origin和Excel等幾種常用軟件的部分內(nèi)容，在講解過程中增加Origin和Excel等軟件在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方面的應(yīng)用舉例。

（3）在教學(xué)過程中，將統(tǒng)計(jì)與實(shí)踐之間關(guān)系的思想灌輸給學(xué)生，重點(diǎn)講解正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，讓學(xué)生能夠真正運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)解決實(shí)際問題。

3.2?實(shí)例設(shè)計(jì)與分析訓(xùn)練

針對實(shí)踐部分重視不夠的問題，以科研項(xiàng)目為導(dǎo)向，將教師團(tuán)隊(duì)在科研過程中的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方法作為實(shí)際案例介紹給學(xué)生。主要做法有：

（1）對教師自身科研過程中采用的科學(xué)思想、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論等方面逐一進(jìn)行講解。指出隨著科技的進(jìn)步，人們越來越重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，也就要求我們做科研時(shí)拿出更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和數(shù)據(jù)處理方法。重點(diǎn)講解如何利用數(shù)據(jù)結(jié)果來系統(tǒng)地揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律，從理論上和數(shù)據(jù)上探索實(shí)驗(yàn)本質(zhì)。

（2）最近幾年主講教師指導(dǎo)了三項(xiàng)本科生國家級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，一項(xiàng)內(nèi)蒙古自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和一項(xiàng)內(nèi)蒙古自治區(qū)級研究生創(chuàng)新項(xiàng)目。在完成這些項(xiàng)目過程中，學(xué)生遇到了各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方面的問題。在《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》教學(xué)中，將這些項(xiàng)目作為案例分享給學(xué)生，分析他們是如何遇到和解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析問題的方法，并指出本科生能夠做到的，研究生一定也能做到。

（3）將教師在投稿過程中遇到的問題，特別是審稿人對實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生疑問的審稿意見，拿出來作為特殊案例進(jìn)行重點(diǎn)講解和分析，讓學(xué)生知道如何解決和回答審稿人的疑問，并使他們認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的重要性。

（4）把前期研究生的成功案例放到教學(xué)中，讓研究生親身體會本課程的重要性。

通過這些案例，讓研究生更形象的充分理解統(tǒng)計(jì)理論，將理論聯(lián)系實(shí)際思維方式潛移默化的傳遞給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂學(xué)習(xí)效果。

3.3?多元實(shí)踐教學(xué)

針對教學(xué)手段單一的問題，改變“以教師為中心”和“灌輸式”教學(xué)方法，結(jié)合多媒體技術(shù)，以及現(xiàn)場的軟件實(shí)例操作，在課堂上進(jìn)行研究生講解和討論式多元化實(shí)踐教學(xué)，轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式。主要措施有：

（1）教師課上講解查文獻(xiàn)方法和文獻(xiàn)管理軟件Endnote的用法。讓研究生課后完成一定量的相關(guān)作業(yè)，查閱一些相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容和自身科研經(jīng)歷，分析文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和統(tǒng)計(jì)分析方法的合理性。

（2）讓一個(gè)研究生作為主講，在課堂上對其課下查找的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行講解和分析，其他研究生作為聽眾，對所講內(nèi)容不懂的地方進(jìn)行提問，讓研究生之間產(chǎn)生互動。讓研究生對所學(xué)內(nèi)容有更系統(tǒng)和深入的理解，提高了主動學(xué)習(xí)的熱情和科研興趣。

（3）通過課堂師生間的互動學(xué)習(xí)，達(dá)到教學(xué)相長，活躍課堂氣氛。

4?結(jié)論

經(jīng)過多年教學(xué)改革，取得了一系列較滿意的結(jié)果，上過《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程的研究生獲得內(nèi)蒙古自治區(qū)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目1項(xiàng)，內(nèi)蒙古自治區(qū)直屬高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目1項(xiàng)；發(fā)表科研論文27篇，其中SCI檢索18篇（一區(qū)top2篇），EI檢索2篇；獲得內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校級優(yōu)秀畢業(yè)論文8篇，內(nèi)蒙古自治區(qū)優(yōu)秀畢業(yè)論文2篇。通過《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》課程教學(xué)模式的系統(tǒng)改革，提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，受到了研究生的好評，為培養(yǎng)高質(zhì)量復(fù)合型人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡介：?丁昌江（?1978—???）?，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，博士，教授，主要從事《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》、《近代物理實(shí)驗(yàn)》、《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析》和《高電壓與放電等離子體應(yīng)用》等課程的教學(xué)工作和電磁場技術(shù)與應(yīng)用、放電等離子體應(yīng)用方面的科研工作。