基于信息技術(shù)的水務(wù)管理實驗課程改革與實踐

鄒勁松

摘 要：鑒于目前水務(wù)管理實驗課程中存在的淡化數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)、學(xué)生數(shù)據(jù)分析與處理能力低下和計算機基礎(chǔ)與專業(yè)實驗課程脫節(jié)等問題，本研究將數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)貫穿于實驗的各個環(huán)節(jié)，將數(shù)學(xué)、計算機基礎(chǔ)和專業(yè)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)團隊深度融合，解決了計算機基礎(chǔ)技能何時用、怎么用兩個關(guān)鍵性教學(xué)問題。實踐證明，這樣做增強了學(xué)生利用數(shù)學(xué)和專業(yè)課知識提升其信息技術(shù)分析與處理的能力，提高了實驗的準確性和有效性，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析處理；課程改革；協(xié)同；教研；教改

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.06.035

Reform and Practice of Experimental Courses for Water Management Based on Information Technology

ZOU Jinsong

（Chongqing Water Resources and Electric Engineering College， Chongqing 402160， China）

Abstract： In view of the present water management experiments course，the ability of the students to handle data is weaken，data analysis and processing capabilities of the students is also low，and experimental courses are out of computer basic course. Course content and teaching team deeply merged mathematics courses， computer courses and professional experiment course together， and two key problems in teaching are solved that are when to use and how to use basic computer application skills learned. The practical result showed that the ability of students using math and specialized knowledge to upgrade their information technology analysis and processing ability are enhanced， the accuracy and effectiveness of experiment course are increasing， and it achieved good teaching results.

Key words： data analysis and processing；curriculum reform；cooperation；teaching research；teaching reform

目前，水務(wù)管理專業(yè)的主干課程“水環(huán)境監(jiān)測與評價”、“水處理運行與管理”、 “城市防洪”、“水污染控制工程”、“城市給排水工程”等均開設(shè)有實驗課，實驗教學(xué)在該專業(yè)的教學(xué)中占有十分重要的地位。在所有的實驗實訓(xùn)教學(xué)過程中，必然產(chǎn)生大量的實驗數(shù)據(jù)，如何嫻熟地運用信息技術(shù)對實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行科學(xué)、高效、準確的分析與處理，則體現(xiàn)了實驗的有效性、準確性和科學(xué)性。同時，通過數(shù)據(jù)分析軟件對相應(yīng)理論知識的驗證和追蹤，不僅可以激發(fā)[1]學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，而且能夠鍛煉學(xué)生結(jié)合實際情況靈活應(yīng)用和掌握理論知識的能力，不斷提高學(xué)生的動手能力及分析問題和解決問題的能力。

1 水務(wù)管理所涉實驗課程數(shù)據(jù)處理存在的問題

1.1 水務(wù)管理實驗淡化了數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)

通過文獻調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)水務(wù)管理實驗活動更多的是強調(diào)實驗的綜合性、項目性、過程考核性等，較少涉及對實驗數(shù)據(jù)的精確和有效的分析。宋穎等[2]指出，通過實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)模式和實驗成績評定等方面的改革來解決過去實驗課程之間缺乏連慣性、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏完整性和實驗教學(xué)考核體系不完善等問題；高雁等[3]指出，通過教師轉(zhuǎn)變觀念，優(yōu)化、整合實驗內(nèi)容、開發(fā)綜合設(shè)計性實驗和改進驗證性實驗教學(xué)方法等方式來解決實驗教學(xué)體系不統(tǒng)一、實驗過程不全面、教學(xué)方法和手段單一、驗證性實驗多、綜合性和設(shè)計性實驗少等不足；宋剛等[4]指出，通過制定實驗教學(xué)目標、基本教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程跟蹤、教學(xué)手段、實驗報告規(guī)范和評分標準等來解決單獨實驗所帶來的種種弊端；趙雨[5]雖提及對實驗數(shù)據(jù)的處理及注意事項，但介紹過于籠統(tǒng)和理論化，無具體的實驗數(shù)據(jù)處理的方法、技巧和經(jīng)驗，過多地談及水質(zhì)監(jiān)測采樣過程中技術(shù)應(yīng)用、水質(zhì)監(jiān)測實驗室的環(huán)境條件、水質(zhì)監(jiān)測的分析儀器及試劑應(yīng)用和技術(shù)運用操作不當?shù)葐栴}。

1.2 學(xué)生數(shù)據(jù)分析與處理能力低下

學(xué)生數(shù)據(jù)分析與處理能力低下的主要原因大致有幾下幾點：首先，高職學(xué)生普遍數(shù)學(xué)功底較差，對概率與數(shù)量統(tǒng)計等課程的學(xué)習(xí)不感興趣，對隨機變量的常見分布、數(shù)據(jù)期望、方差、協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)、回歸分析等基本核心知識點掌握不牢，數(shù)學(xué)老師在傳授相關(guān)數(shù)學(xué)知識的過程中僅是孤立地講解其相關(guān)的知識點，沒有與專業(yè)知識的應(yīng)用結(jié)合起來，更沒有與相關(guān)的統(tǒng)計分析軟件聯(lián)系起來，對于學(xué)生來講，就是被動的接受其枯燥的數(shù)學(xué)原理和公式，故其學(xué)習(xí)興趣低下，最終導(dǎo)致教學(xué)效果不理想；其次，專業(yè)課教師在專業(yè)課程的授課過程中，大多也僅是從深奧和枯燥的專業(yè)角度對知識點進行講解，很少有既精通于專業(yè)知識，又能進行計算機編程和嫻熟運用多種統(tǒng)計分析軟件的教師，即專業(yè)知識與數(shù)據(jù)分析處理脫節(jié)，最終，學(xué)生也就在專業(yè)課的學(xué)習(xí)過程中忽視了數(shù)據(jù)分析與處理的重要性；再次，高職院校普遍對數(shù)據(jù)實驗的軟硬件投入不到位，有的院校實驗機房建立起來了，但是缺少有針對性的軟件配套，甚至即便配套了軟件，也受制于相應(yīng)的師資投入，結(jié)果，相應(yīng)的實驗室成了擺設(shè)和應(yīng)付各種檢查的道具；最后，當下大多數(shù)院校的水務(wù)管理人才培養(yǎng)方案大而全，對實驗課程的課時分配不多[6]，如黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院的環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè)在16門專業(yè)主干課程中僅有環(huán)境工程制圖、數(shù)據(jù)處理與實驗設(shè)計和化學(xué)檢驗等少數(shù)課程開設(shè)有實驗，山東水利職業(yè)學(xué)院的環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè)在15門專業(yè)主干課程中只有工程制圖與CAD和水質(zhì)分析與微生物處理等少數(shù)實驗課程，沒有專門的數(shù)據(jù)處理與分析課程，四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院的環(huán)境監(jiān)測與評價專業(yè)共21門專業(yè)課程，有分析化學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等少量實驗課程的開設(shè)，同時，實驗室的開放僅在上課期間，所以，學(xué)生進入實驗機房進行練習(xí)的機會很少。

1.3 計算機基礎(chǔ)課程與專業(yè)實驗課程脫節(jié)

目前，大多數(shù)的高職院校均設(shè)有基礎(chǔ)教學(xué)部，主要是專門講解大學(xué)語文、大學(xué)數(shù)學(xué)、英語、體育、思政和計算機應(yīng)用基礎(chǔ)等公共基礎(chǔ)性質(zhì)的課程。但現(xiàn)在出現(xiàn)了三個邊緣化：學(xué)生學(xué)習(xí)類似計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程時，不知所學(xué)何時用？怎么用？即學(xué)生的計算機基礎(chǔ)操作應(yīng)用能力被邊緣化于專業(yè)課程之外；計算機基礎(chǔ)課程等基礎(chǔ)課老師被專業(yè)課老師邊緣化，學(xué)院搞示范建設(shè)會選派教師訪學(xué)進修、企業(yè)掛職鍛煉等，這些機會大多給了專業(yè)課老師，有的院校專業(yè)課教師一年出去培訓(xùn)好幾次，但一部分公共基礎(chǔ)課程教師任職10多年了，還沒出去培訓(xùn)過一次；基礎(chǔ)類課程被邊緣化，學(xué)院所做的精品課程建設(shè)、精品視頻公開課等，一般都是各專業(yè)課占據(jù)了主要位置，而基礎(chǔ)課程很難有機會成為精品課程等，如縱覽黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院歷年的國家級、省級、校級精品課程，僅有一次計算機基礎(chǔ)被推薦為省級精品課程，其余則全是專業(yè)課程。

2 教學(xué)改革措施

2.1 修訂完善人才培養(yǎng)方案

基于信息技術(shù)的水務(wù)管理實驗課程改革不是單一從水務(wù)管理專業(yè)群中相應(yīng)的實驗課程進行改革，而是一個涉及大學(xué)數(shù)學(xué)、計算機應(yīng)用基礎(chǔ)及其他數(shù)據(jù)處理課程和專業(yè)實驗課程的多位一體的立體式的聯(lián)動改革，從根本上改變目前水務(wù)管理實驗課程在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)薄弱的現(xiàn)狀。

在計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)過程中，有針對性地將水務(wù)管理實驗課程的實驗計劃、實驗報告等格式，安排在教學(xué)上機過程中加以專項訓(xùn)練；在水務(wù)管理實驗課程的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中，對所涉及的誤差分析、回歸分析、正交試驗設(shè)計等函數(shù)的使用進行重點介紹，并輔以專業(yè)背景的例子進行講解和上機實驗；同時，在大學(xué)數(shù)學(xué)的授課過程中，可根據(jù)所學(xué)專業(yè)，有針對性地制定數(shù)學(xué)知識學(xué)習(xí)的教學(xué)計劃，按照高職“理論夠用、實踐為主”的課程設(shè)置原則，加大對隨機變量、概率、方差分析、誤差分析、回歸分析等數(shù)理統(tǒng)計知識的講解。通過計算機基礎(chǔ)和大學(xué)數(shù)學(xué)兩門課程的教學(xué)計劃的修訂，強化了學(xué)生在水務(wù)管理實驗課程學(xué)習(xí)中信息技術(shù)處理的能力、數(shù)學(xué)知識的運用和理解力，促進了學(xué)生對水務(wù)管理實驗課程的學(xué)習(xí)積極性和主動性，為水務(wù)管理實驗課程取得較好的學(xué)習(xí)效果奠定了一個堅實的基礎(chǔ)。

上述教學(xué)改革僅是在基礎(chǔ)層次上對學(xué)生的信息技術(shù)能力的一個提升，完善水務(wù)管理專業(yè)中水務(wù)管理信息化方向的課程設(shè)置，還需增設(shè)一門面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言課程如C#程序設(shè)計或JAVA程序設(shè)計，一門數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)的課程如SQL SERVER 2014或Access數(shù)據(jù)庫，其教學(xué)目標為使學(xué)生具備水務(wù)管理的專業(yè)知識基礎(chǔ)，具備獨立開發(fā)、維護水務(wù)管理常見的信息管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析及處理的能力。

2.2 創(chuàng)建協(xié)同教研團隊

本課題組是在水務(wù)管理信息化專業(yè)方向下進行水務(wù)管理實驗課程的創(chuàng)新與實踐，要完成2.1節(jié)中的教改措施，必須聯(lián)合數(shù)學(xué)教研室、計算機教研室和水務(wù)管理教研室，組建協(xié)同教研團隊，方能破解教改過程中的難題。水務(wù)管理專業(yè)教師向數(shù)學(xué)教師和計算機教師介紹在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中學(xué)生必須具備哪些章節(jié)的數(shù)學(xué)知識點和計算機操作技能點，重點是上機演練水務(wù)管理實驗課程中的操作技能點，而不是所有的大學(xué)數(shù)學(xué)知識逐一講解，那樣既耗時，又無針對性，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔。在水務(wù)管理實驗室的搭建過程中，應(yīng)請數(shù)學(xué)教師和計算機教師給出合理化建議包括軟件的安裝、硬件的配置等。

總之，協(xié)同教研團隊應(yīng)形成定期交流機制，在人才培養(yǎng)模式構(gòu)建、人才培養(yǎng)方案修訂、教學(xué)計劃的制定及實施過程中，三方應(yīng)全程參于，共建、共管、共評，創(chuàng)造最大的聚集效應(yīng)，形成跨學(xué)科的教研教改團隊，從根本上提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

2.3 改革傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是，實驗教師首先對本次實驗內(nèi)容進行示范性的講解和演示，然后，學(xué)生按步驟照著做。實際上，這樣的教學(xué)模式，抹殺了學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性，弱化了學(xué)生的動手能力。這樣違背了開設(shè)實驗課程的宗旨和意義，使其實驗教學(xué)效果大打折扣。學(xué)生在實驗教學(xué)過程居于中心地位，是主體，而實驗教師則主導(dǎo)這一實驗過程[7]，引導(dǎo)、配合和服務(wù)于學(xué)生及實驗，這樣才能最大程度地調(diào)動學(xué)生參與實驗的主動性、積極性和創(chuàng)造性，才能取得較好的學(xué)習(xí)效果。整個實驗過程中，教師負責指導(dǎo)并解決學(xué)生遇到的實驗難題及創(chuàng)新實驗內(nèi)容，這要求教師要不斷地更新自己的知識點，提高自己的實際操作能力，對實驗教師提出了更高的要求。

2.4 修訂實驗課程教材

水務(wù)管理實驗教材不但應(yīng)包括實驗的內(nèi)容、方法、儀器配置、實驗章程及注意事項，還應(yīng)以附錄的形式增加信息化的內(nèi)容，如常見的概率與數(shù)理統(tǒng)計的知識點、各種分布表及各種數(shù)學(xué)公式， Excel涉及的相關(guān)的數(shù)理統(tǒng)計函數(shù)，函數(shù)參數(shù)及常見使用形式，數(shù)據(jù)庫語言中常見的查詢語句等。增加這些數(shù)學(xué)及數(shù)據(jù)分析處理知識技能點，可方便學(xué)生在實驗過程中快速查收，高效應(yīng)用，從而達到提高學(xué)生信息化技術(shù)應(yīng)用能力的目的。同時，應(yīng)該關(guān)注并追蹤目前最新數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展，實時掌握并應(yīng)用這些新技術(shù)[8-10]，以提高實驗數(shù)據(jù)的準確率和效率，并使學(xué)生能夠掌握并應(yīng)用當前行業(yè)企業(yè)主流的信息處理技術(shù)，以實現(xiàn)與就業(yè)崗位的無縫對接。

3 案例應(yīng)用分析

3.1 實驗項目

筆者就水務(wù)管理化學(xué)分析中的一個簡單項目，利用Excel2016以可重復(fù)雙因素方差分析為例進行演示。案例中，給出某種化工產(chǎn)品在3種濃度、4種溫度水平下得率的數(shù)據(jù)，檢驗各因素及交互作用對產(chǎn)品得率的影響是否顯著。

3.2 實驗數(shù)據(jù)

給出不同濃度和溫度時產(chǎn)品的得率，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3 實驗結(jié)果

通過Excel2016數(shù)據(jù)菜單下的數(shù)學(xué)分析工具得出以下結(jié)果，如表2。

在表2中，“樣本”代表的是濃度，“列”代表的是溫度，“交互”表示的是兩因素的交互作用，“內(nèi)部”表示的是誤差。顯然，由表2可知：“樣本”代表的濃度F統(tǒng)計量大約為3.75，即濃度對產(chǎn)品得率有顯著影響；“列”代表的溫度F統(tǒng)計量值為1.04；“交互”代表交互作用的F統(tǒng)計量值為1.35，均無顯著影響。

4 結(jié) 論

通過新的教學(xué)模式和實驗教材的教學(xué)實驗，2013—2014級水務(wù)管理專業(yè)學(xué)生取得了以下成果：（1）學(xué)生利用數(shù)據(jù)分析處理軟件高效地完成了相關(guān)實驗，將課堂理論知識在實驗中再現(xiàn)并驗證的過程極大地增強了學(xué)生參與實驗的積極性和主動性，提高了學(xué)生參與、協(xié)作、動手的能力；（2）改變了以往學(xué)生對數(shù)學(xué)知識掌握不牢、信息化技術(shù)運用能力不強的現(xiàn)狀，客觀上減輕了水務(wù)管理專業(yè)實驗教師的教學(xué)壓力，提高了實驗的效率和數(shù)據(jù)的準確性和實時性；（3）顯著提高了學(xué)生在實驗課程中運用信息化技術(shù)分析問題和解決問題的能力，水務(wù)管理實驗課程獲得了較好的教學(xué)效果。

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