基于OBE理念的 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

丁 倩， 陳 霞， 汪 軍

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620)

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法之一?！皯?yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程將數(shù)學(xué)中的優(yōu)化理論應(yīng)用于試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用科學(xué)有效的方法安排試驗(yàn)，利用應(yīng)用統(tǒng)計(jì)等手段處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，旨在消耗最少的人力和物力，在最短的時(shí)間內(nèi)取得更好的效果。優(yōu)化設(shè)計(jì)為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使得在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題時(shí)能從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋到盡可能完善或最適宜的設(shè)計(jì)方案。因而“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”成為工程類專業(yè)碩士的重點(diǎn)課程之一，該課程的一大特點(diǎn)是需要理論聯(lián)系實(shí)踐，從而導(dǎo)致教學(xué)相對(duì)困難，教學(xué)效果不甚理想?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》強(qiáng)調(diào)，要以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，把改革創(chuàng)新作為教育發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。OBE(Out-come Based Education，成果導(dǎo)向教育)理念是一種創(chuàng)新型教育認(rèn)知與思想，強(qiáng)調(diào)以成果為導(dǎo)向，以討論式學(xué)習(xí)等方法培養(yǎng)學(xué)生能力[1-2]。本文基于OBE理念，在“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中注重綜合實(shí)踐的改革，以提高學(xué)生的理論與實(shí)踐結(jié)合的綜合能力。

一、“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程特點(diǎn)及存在問題

“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”為紡織類專業(yè)碩士研究生的一門必修課程，其教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握假設(shè)檢驗(yàn)、回歸分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、最優(yōu)化模型建立與求解、數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)處理分析等專業(yè)知識(shí)[3]，并能將其綜合應(yīng)用于解決紡織工程問題。對(duì)前幾屆畢業(yè)生問卷調(diào)研結(jié)果表明，學(xué)生普遍認(rèn)為該課程內(nèi)容繁雜，綜合性較強(qiáng)，雖然易聽懂，但具體應(yīng)用于實(shí)踐或課題方面存在一定困難。究其原因主要在于[4-6]：(1)課程以理論教學(xué)為主，考核以閉卷筆試為主，綜合實(shí)際操練較少，實(shí)踐考核方面欠缺；(2)教學(xué)內(nèi)容分為試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、最優(yōu)化分析等若干部分，各部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立且缺乏系統(tǒng)而詳實(shí)的案例資源；(3)實(shí)踐應(yīng)用模塊缺少行業(yè)實(shí)例，課程內(nèi)容在行業(yè)中的應(yīng)用展示不夠。

為解決上述問題，基于OBE理念，通過改變教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)自主權(quán)[7-8]。OBE理念注重學(xué)生受教育后掌握知識(shí)及獲得能力的程度，一切教育實(shí)施和教學(xué)設(shè)計(jì)均以學(xué)生的學(xué)習(xí)預(yù)期成果為導(dǎo)向[9-10]。群體動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為，學(xué)生在互動(dòng)時(shí)依靠的是合作的力量，在不同智力水平、思維方式和知識(shí)架構(gòu)的學(xué)習(xí)者之間會(huì)呈現(xiàn)互補(bǔ)的模式[11]?！皯?yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革，旨在探索一種以學(xué)生為中心，以目標(biāo)和成果為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為抓手，以參與式教學(xué)為手段的教學(xué)模式，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)了數(shù)理統(tǒng)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等專業(yè)知識(shí)后，以團(tuán)隊(duì)合作形式對(duì)紡織領(lǐng)域的相關(guān)問題進(jìn)行綜合練習(xí)，培養(yǎng)其綜合能力。

二、教學(xué)改革方案設(shè)計(jì)

1. 目標(biāo)設(shè)計(jì)

為便于學(xué)生了解“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)要求，明確所要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，我們將課程內(nèi)容進(jìn)行分解，對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化。如表1所示，“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容分為4個(gè)模塊，學(xué)生需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論知識(shí)，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)操作優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)案例實(shí)踐。

表1 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容分解與目標(biāo)細(xì)化

2. 體系構(gòu)建

通過對(duì)“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的內(nèi)容分解及目標(biāo)細(xì)化，學(xué)生可以學(xué)到理論知識(shí)和基本應(yīng)用技能，但是對(duì)課程的最終目標(biāo)不甚清晰，把握學(xué)習(xí)重點(diǎn)有困難。為此我們構(gòu)建了教學(xué)體系，使學(xué)生清楚本課程學(xué)習(xí)目的及可能獲得的學(xué)習(xí)效果，以便根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行完善和提升。如圖1所示，學(xué)生可以清晰地了解通過學(xué)習(xí)所要提高的各項(xiàng)能力。

圖1 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)體系

3. 總目標(biāo)達(dá)成

如圖2所示，“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)提升技能、提高素養(yǎng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，以及包括人際交往能力、職業(yè)能力和社會(huì)表現(xiàn)力等在內(nèi)的綜合能力。通過將這些能力培養(yǎng)細(xì)化為各個(gè)小目標(biāo)，構(gòu)建課程教學(xué)總目標(biāo)的方式，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的。

圖2 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合課程教學(xué)實(shí)際，以學(xué)生為中心，以目標(biāo)和成果為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為抓手，以參與式教學(xué)為手段，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流，可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度，小組間的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)激發(fā)學(xué)生的集體榮譽(yù)感，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力[8]。通過改革教學(xué)方式，使學(xué)生敢于提出見解，主動(dòng)與教師及同學(xué)進(jìn)行溝通交流，提升其解決問題的能力。

三、教學(xué)組織和評(píng)價(jià)

1. 教學(xué)組織

“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)重在加強(qiáng)綜合實(shí)踐訓(xùn)練，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師僅講解基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本設(shè)計(jì)思路。學(xué)生通過查找資料、交流探討等方式，確定綜合練習(xí)內(nèi)容，為紡織行業(yè)中的某一問題提出最佳解決辦法，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；通過文獻(xiàn)查找或虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析，最終形成綜合練習(xí)報(bào)告和PPT演示文稿。課程教學(xué)流程包括以下環(huán)節(jié)：(1)知識(shí)講解。教師系統(tǒng)講解應(yīng)用統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論知識(shí)，并介紹目前常用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)及應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(2)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建。學(xué)生自由組合，每組3～5人，推選組長(zhǎng)1名，并明確各自分工。(3)選題。教師發(fā)布紡織專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)題庫(kù)，學(xué)生從中選定題目，自行查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)所需知識(shí)和分析方法。(4)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。學(xué)生經(jīng)小組討論后確定題目開展方向，設(shè)計(jì)具體實(shí)施方案，小組成員明確分工，查找資料，數(shù)學(xué)建模，確定最優(yōu)方案并進(jìn)行相關(guān)顯著性檢驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生自己探究解決方案，采用的方法及軟件不限，但需要有明確的過程，如遇到問題可以向教師請(qǐng)教。(5)匯報(bào)展示。每組撰寫詳細(xì)的分析報(bào)告，并制作PPT演示文稿，派代表進(jìn)行10 分鐘左右的成果展示,教師和其他同學(xué)針對(duì)小組的匯報(bào)情況進(jìn)行提問或提出建議。

2. 教學(xué)過程監(jiān)督及評(píng)價(jià)體系

OBE理念還強(qiáng)調(diào)過程監(jiān)督與評(píng)價(jià)體系。過程監(jiān)督的有效實(shí)施不僅可以提升學(xué)生的產(chǎn)出質(zhì)量，有利于更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，而且使教師對(duì)教學(xué)工作有更好的把控，可以持續(xù)不斷地改進(jìn)教學(xué)方法[12]?！皯?yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)采用小組的形式，組內(nèi)成員互相監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)改進(jìn)完善；教師在小組探究過程中了解學(xué)生的進(jìn)展情況，恰當(dāng)?shù)亟o予指導(dǎo)，并對(duì)未能履行職責(zé)的學(xué)生予以適時(shí)提醒。

課程教學(xué)后期，學(xué)生以小組為單位通過現(xiàn)場(chǎng)演示的方式進(jìn)行答辯，學(xué)生和教師通過提問等方式檢驗(yàn)其學(xué)習(xí)成果，并對(duì)其成果進(jìn)行打分，匯報(bào)小組根據(jù)大家的意見和建議完善方案設(shè)計(jì)，并提交紙質(zhì)報(bào)告。在提問過程中，不僅匯報(bào)小組能夠得到更多的建議，其他小組亦可從匯報(bào)者的介紹中發(fā)現(xiàn)問題，積極思考，激發(fā)求知欲，增強(qiáng)參與度。教師也可以從中發(fā)現(xiàn)一些共性問題，并進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)與點(diǎn)評(píng)，從而提升課程教學(xué)效果。

學(xué)生的最終成績(jī)由小組內(nèi)打分、匯報(bào)展示、紙質(zhì)報(bào)告、平時(shí)成績(jī)、考試成績(jī)等部分組成。具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3. 教學(xué)改革效果

“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程改革前后學(xué)生的表現(xiàn)如表3所示，其中學(xué)生滿意度采用問卷調(diào)查的形式獲得，聽取畢業(yè)生反饋；學(xué)生參與程度通過組內(nèi)評(píng)價(jià)、平時(shí)考勤及成果展示綜合得出。改革前后學(xué)生成績(jī)的對(duì)比如表4所示。

表3 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程改革前后學(xué)生的表現(xiàn)

表4 “應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程改革前后學(xué)生成績(jī)的對(duì)比

四、結(jié)語(yǔ)

提高解決問題的能力是專業(yè)碩士培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)的重要方面之一。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種行之有效的方法，在紡織新產(chǎn)品研發(fā)和試制過程中可以發(fā)揮重要作用，讓學(xué)生更好地掌握并熟練運(yùn)用這種方法，是“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。將OBE理念引入“應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程教學(xué)是一次積極嘗試，基于OBE理念，將課程目標(biāo)進(jìn)行分解，把每個(gè)小目標(biāo)融入教學(xué)過程，形成一個(gè)多目標(biāo)總體系的教學(xué)方法，并建立了行之有效的過程監(jiān)督和評(píng)價(jià)體系。特別是抓住了實(shí)踐環(huán)節(jié)這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，以實(shí)踐應(yīng)用為案例，讓學(xué)生全程自主參與，取得了良好的教學(xué)效果。教學(xué)實(shí)踐表明，在課程教學(xué)中學(xué)生的主體作用明顯提升，參與式教學(xué)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)各項(xiàng)能力和素質(zhì)均得到提高，為學(xué)生走向社會(huì)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。