基于实验数据分析的课程改革探索

    段洪浪 蒋亚南 沈芳芳 刘文飞 吴建平

    摘?要：实验数据统计与分析兼具理论性和应用性特点，对自然科学领域科学研究具有重要意义。本文以该课程为例，从教学内容、教学方法以及考核方式等方面提出了教学改革的措施和对策，旨在提升教学质量，培养学生实践能力，为读者提供教学改革参考。

    关键词：实验数据统计与分析;教学改革;理论实践

    实验设计能力与数据分析能力是自然科学领域科研工作者必备的知识和技能，可为以后正常开展科研活动奠定坚实基础。如何分析数据，筛选出准确可靠的信息，是科学界不断探索的方向（宋明丽，2020）。然而，刚进入研究生阶段学习的学生，对于如何设计实验、开展实验，如何获取实验数据、控制数据质量及其对数据进行分析等方面的能力还很欠缺，缺乏系统性训练。相关实验设计与数据分析能力的缺乏将不利于学生进一步开展科研活动。为此，在南昌工程学院水土保持与荒漠化防治专业硕士培养过程中，笔者引入了《实验数据统计与分析》课程，该课程可作为研究生的必修课或者专业选修课。本文基于笔者几年的课程教学实践，对课程改革进行初步性的探索。

    1 课程介绍

    《实验数据统计与分析》的课程定位是基于水土保持与荒漠化防治专业，引导研究生学习实验设计的基本理论，并掌握实验数据的获取及分析能力。本课程从理论与实践二者入手，兼具理论与实用双重属性。理论方面，讲解实验设计基本原理和数据统计分析的基本方法。实践方面，利用Excel、Sigmaplot等软件学习数据展示，利用SPSS软件学习数据统计与分析。

    2 教学改革初探

    2.1 教学内容改革

    目前没有一本合适的教材能完全覆盖本课程的教学内容。因此，本课程采用“参考书籍+网络资源”相结合，为学生提供教学参考。比如李春喜老师主编的《生物统计学》和卢纹岱老师主编的《SPSS统计分析》都是本课程重要的参考书目。另外，互联网技术飞速发展，知识的更新速度也明显加快。为了获取最新的教学资源，笔者引导学生充分利用各种网络资源平台，如慕课、精品在线课程及其他与实验设计和数据分析相关的在线电子资源，紧跟时代发展的步伐。例如，华东师范大学周迎春教授主讲的慕课《实验设计与分析》是上海市重点课程建设项目，可为本课程提供很好的教学参考，同时也为学生提供自主学习的资源。总之，学生可以通过网络资源在课前进行自主学习，对课堂上所要学习的内容有初步的理解，厘清能掌握的知识点和不懂的知识点，从而可以带着问题在课堂上更有针对性学习（任丙忠等，2020;孟伟，2020）。当然，学生自主学习的前提是要有任务性。教师需要提前为学生布置网上自主学习的专题，明确自主学习的主要任务，让学生带着任务去教师推荐的网络资源平台学习，这样才能做到有的放矢，目标明确。另外，在课堂上教师需要对学生的自主学习成果进行现场检验，比如邀请同学上台进行所学内容的要点展示及感想心得分享等。只有通过“任务驱动—学习检验”相結合，才能达到更好的自主学习效果，提高学习质量。

    当然，尽管以上各种教学资源可以为学生提供最基本的知识参考，然而相关内容或多或少与学生所学专业契合度方面有一定的差异。因此，这就可能导致学生学习效率不高、接受度不强等问题。因此，本课程在利用以上资源的同时，创新教学内容，即以学生所学专业为背景开展教学。比如，在讲授实验设计内容时，以学生即将或正在开展的水土保持或生态学实验为例进行分析讲解。在讲授数据方差分析内容时，以学生实验所搜集的数据为例讲解。例如，研究坡度变化梯度与水土流失关系是水土保持专业研究生的研究内容。课堂上即以此实验采集的数据为例，进行单因素方差分析，并进行多重比较，最终得出坡度梯度对水土流失量大小的影响，从而评价坡度与水土流失的关系。因此，贴近学生科研的课程内容具有更强的针对性，有助于学生更有效地掌握所学知识。

    2.2 教学方法改革初探

    当前，单纯以教师讲授的教学方法已经越来越受到诟病，主要存在学生参与度不高、缺乏主动思考、学习效率不高等问题。因此，教学方法改革一直是教育界的重要课题。研究生较之其他学历阶段的学生，需要具备更高的发现问题、分析问题和解决问题的素质。因此，教学方法也应该呈现多样化。根据笔者几年的理论学习和教学实践，形成了以下几种教学方法供读者探讨。

    2.2.1 教师讲授型

    教师讲授型，即以教师讲授知识为主的教学方式，这也是当前教育界最普遍的教学方式。此种教学方法不受班级学生规模大小的影响。本课程中，对于基础理论部分，以教师讲授为主开展教学活动。例如，讲授实验设计内容时，对于实验设计基本原理、实验设计的基本类型，如随机区组设计、拉丁方设计、正交设计等均需要教师主导讲授。另外，生物统计基本原理、t检验和方差分析等也应由教师讲授。通过教师的讲授，能对各理论知识点进行深入剖析，阐明其背后的原理，因此，可有助于学生对知识点的理解和掌握。教师讲授型教学方法在各阶段教育中均占有举足轻重的地位，是现代教育的主体。

    2.2.2 师生互动型

    师生互动型，即教师与学生针对一个话题进行互动式交流、探讨、演示等活动的教学方式。以本课程为例，在教师讲授过程中，会根据教学内容与学生的反应，有计划地提出一系列问题，引导学生展开深入讨论，充分发表自己的看法，阐述自己的观点。这种讨论可以以个人发言的方式进行，也可以进行分组讨论。最后教师根据讨论情况进行点评和总结。这种模式提高了学生的参与度，调动了积极性，加深了理解。另外，在数据分析上机操作过程中，要充分注重“教师教+学生练”的有机结合。数据统计软件与绘图软件的学习需要大量的上机练习。因此，教师在进行软件操作演示后，要立即指导学生利用实验数据进行软件操作练习。通过具有针对性的练习，发现相关问题，讨论出现问题的原因，并引导学生解决问题，最大程度帮助学生掌握软件操作，从而提高学习质量。另外，教师还可以根据学习的实际情况，临时增加一些练习任务，拓展学习内容，让学生进一步掌握相关的软件操作。经过教学实践，学生们普遍对此比较欢迎，达到了很好的学习效果。但是，此种教学方法要求的学生规模不宜过大，最好能在20人以下，学生人数过多则达不到很好的互动交流效果。

    2.2.3 学生主导型

    学生主导型，即学生讲授知识点的教学方式。学生主导型教学方法让学生形成从“我听课”到“我讲课”的转变，从“我来学”到“我想学”的转变，从“被动的接受知识”到“主动的传授知识”的转变。根据费曼学习方法理论，判断学生是否真正掌握所学内容的重要方法就是“想象你要把这个概念教授给一名新生”（王青，2018）。以本课程为例，课前将需要讲解的知识点分配给学生，以便其对该知识点进行充分的准备，制作教学课件和其他相关教学内容，准备教学环节。课堂上，主讲的学生引导所有人进行知识点的学习，并主导课堂，增加与其他学生交流互动。最后，教师对本节课主讲的讲授情况、学生的学习情况以及互动情况都加以评论、补充、总结，最终形成对教学内容的充分理解。学生主导型教学方法进一步提高了学生学习的主动性，督促学生充分掌握学习内容，并锻炼了学生的讲演能力和对课堂的把控，取得了良好的教学效果。同样，学生主导型的班级规模也不宜过大。

    2.3 考核方式改革初探

    课程考核不仅要考核学生对理论知识点的掌握，还要求对知识点进行灵活应用。然而，传统的考核方式基于应试教育思想，主要以期末闭卷考试为主，缺乏对师生教学效果真实评价（袁颖红和周际海，2019）。考核方式多样化是现代教育改革的重要内容，很有必要在期末闭卷考试中加入其他考核方式，重点考查学生对知识点的应用能力（郭萍倩和张淑英，2013）。本课程的考核注重知识点的应用和发现问题-分析问题-解决问题的过程。因此，本课程的考核模式为“平时表现+课程论文”。平时表现主要体现在课堂出勤、交流发言、课程主导等方面，重点考查学生的学习过程。此考核方式可以有效提高课堂的出勤率和课堂的活跃程度，加强师生互动交流。而课程论文以学生自身的研究方向为背景，设计实验，并将搜集的数据进行统计分析和图表化展示。更重要的是，论文需要体现实验设计的思想、数据分析过程以及图表化操作流程，并最終得出结论。通过这一系列的考核，可以充分评价学生对理论知识与软件应用的掌握程度，从而锻炼学生发现问题—分析问题—解决问题的能力，并为自己即将开展的实验和数据分析提供思路。

    3 结语

    研究生阶段的学习需要更注重学生对知识点的应用及发现问题—分析问题—解决问题的能力培养，以期为以后工作实践和学习深造奠定坚实的基础。研究生的教育不同于本科生教育，教学方式需要改革创新。作为授课教师，需要转变传统的教学思想，顺应高等教育改革发展潮流，积极推进研究生课程的教学改革。本文从教学内容、教学方法以及考核方式等方面阐述了笔者在《实验数据统计与分析》课程中的改革初探，以期为读者提供教学改革参考，为提升教学质量贡献绵薄之力。

    参考文献：

    [1]宋明丽.基于成果展示的数据分析实验课程改革探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020，4：35-36.

    [2]任丙忠，朱其刚，杨金梁，毛文杰.基于“互联网+”的混合式教学模式构建[J].中国教育信息化，2020，4：65-67，71.

    [3]孟伟.运筹学课程线上线下混合式教学模式的实践研究[J].科技视界，2020，21：13-14.

    [4]王青.小班教学与翻转课堂：《费曼物理学II》的10年教学实践——纪念费曼先生百年诞辰[J].物理与工程，2018，28（4）：20-38.

    [5]袁颖红，周际海.基于应用型人才培养的生态保护导论课程教学改革研究——以南昌工程学院为例[J].安徽农业科学，2019，47（3）：276-277，280.

    [6]郭萍倩，张淑英.参与式教学在高校就业指导课中的应用与思考[J].宿州学院学报，2013，28（9）：120-123.

    基金项目：江西省杰出青年基金项目（20192BCBL23016）;江西省高等学校教学改革研究课题（JXJG-19-18-8）

    通讯作者：段洪浪（1984—?），男，四川资阳人，博士，副教授，主要从事生态学研究。