工科專(zhuān)業(yè)偏理科類(lèi)課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)置研究

李建林 鄭繼東

摘要：工科專(zhuān)業(yè)偏理科類(lèi)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容相對(duì)枯燥，增加上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)水平的提高。以水文統(tǒng)計(jì)學(xué)課程為例，探討了實(shí)驗(yàn)設(shè)置、前期準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等問(wèn)題，以期為高校課程教學(xué)改革提供有益的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：偏理科類(lèi)課程；工科專(zhuān)業(yè)；上機(jī)實(shí)驗(yàn)；水文統(tǒng)計(jì)學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）48-0265-02

工科是應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的原理，是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐所積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)展起來(lái)的學(xué)科，是我國(guó)高校第一大學(xué)科（共55個(gè)專(zhuān)業(yè)），其培養(yǎng)目標(biāo)是在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。在工科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程（尤其是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程）中，有些課程偏理科，理論性較強(qiáng)，以致教師和學(xué)生在該門(mén)課程的教與學(xué)的過(guò)程都感覺(jué)比較吃力。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于抽象概念和理論的理解非常重要，是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和探索能力的重要環(huán)節(jié)。本文以水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)水文統(tǒng)計(jì)學(xué)課程為例，探討了上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置，以期為提高工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)水平提供有益的借鑒作用。

一、水文統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

水文統(tǒng)計(jì)學(xué)是根據(jù)水文現(xiàn)象的特點(diǎn)，將概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法用于水文數(shù)據(jù)的分析并做出推斷的學(xué)科，它是水利工程學(xué)科水文與水資源工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。這門(mén)課程的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生掌握水文統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本概念、常見(jiàn)水文統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法、P-III型水文曲線(xiàn)繪制以及回歸分析、假設(shè)檢驗(yàn)等常見(jiàn)的水文數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)水文水力計(jì)算、流域水文模型等課程以及今后從事水文專(zhuān)業(yè)教學(xué)及其相關(guān)研究打下基礎(chǔ)。但課程基本概念比較抽象，不易掌握，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。

按照高校水利學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)組織編審，黃振平、陳元芳主編的教材，教學(xué)內(nèi)容一共包括12章，其中第1～5章為概率部分，第6～9章為統(tǒng)計(jì)部分，第10～12章為其他部分（包括誤差理論、隨機(jī)過(guò)程和時(shí)間序列分析三部分）。學(xué)時(shí)安排各高校大多在32～40學(xué)時(shí)之間，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)一般為4～8學(xué)時(shí)。

課時(shí)短、內(nèi)容多、任務(wù)重是本課程面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，所以壓縮教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)是講授本門(mén)課程的教師不得不做出的選擇。但如何壓縮，不同教師有不同的做法。筆者自2008年承擔(dān)水文統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)至今，也進(jìn)行了不同的嘗試。目前在教學(xué)中，課堂學(xué)時(shí)安排如表1所示。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新意識(shí)和探索能力不可替代的手段。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能，而且能深入理解專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中的基本理論知識(shí)。水文統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容都是以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的水文概率計(jì)算與分析，理論性強(qiáng)；但只學(xué)理論、方法，而不應(yīng)用于實(shí)踐，學(xué)生學(xué)完之后會(huì)很快將知識(shí)還給教師，所以開(kāi)設(shè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)效率、鞏固學(xué)習(xí)成果較好的途徑。為此，在對(duì)教學(xué)內(nèi)容認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，從第7章開(kāi)始，每一章都至少開(kāi)設(shè)一個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表2）。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇

第7章水文頻率計(jì)算是本課程核心的教學(xué)內(nèi)容，P-III型曲線(xiàn)的相關(guān)內(nèi)容更是本章的重點(diǎn)，所以“Excel下的P-III型曲線(xiàn)的繪制”實(shí)驗(yàn)的安排可以加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解和應(yīng)用，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。其主要內(nèi)容包括：海森幾率格紙的繪制、參數(shù)的適線(xiàn)法估計(jì)、曲線(xiàn)的繪制和擬合程度的判定，其中海森幾率格紙的繪制需要保持足夠的細(xì)心和耐心，所以安排4學(xué)時(shí)。課堂授課階段要對(duì)該方法進(jìn)行初步的講解。

第8章假設(shè)檢驗(yàn)的“Excel下的水文數(shù)據(jù)的非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：整體分布的假設(shè)檢驗(yàn)、獨(dú)立性檢驗(yàn)和一致性檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，安排2學(xué)時(shí)。但在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，需要授課教師準(zhǔn)備好需要的水文數(shù)據(jù)。

第9章回歸分析的“SPSS下的水文曲線(xiàn)回歸分析”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：水文數(shù)據(jù)的線(xiàn)性回歸和非線(xiàn)性回歸，較為簡(jiǎn)單，安排2學(xué)時(shí)。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，需要授課教師準(zhǔn)備好需要的水文數(shù)據(jù)，同時(shí)在前期需要學(xué)生下載并學(xué)習(xí)SPSS軟件，不然實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，所以鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生自己完成SPSS軟件基本知識(shí)的學(xué)習(xí)是該實(shí)驗(yàn)順利完成的關(guān)鍵。

第11章隨機(jī)過(guò)程的“Excel下的水文序列的Markov預(yù)測(cè)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：水文數(shù)據(jù)的狀態(tài)劃分、計(jì)算轉(zhuǎn)移矩陣、一步及多步轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)。其中轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算需要花費(fèi)較多的時(shí)間，需要保持足夠的細(xì)心和耐心，所以安排4學(xué)時(shí)。

第12章水文時(shí)間序列分析的“Excel下水文時(shí)間序列組成成分識(shí)別”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：水文數(shù)據(jù)趨勢(shì)成分識(shí)別和檢驗(yàn)（利用滑動(dòng)平均法和Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法）和突變點(diǎn)的識(shí)別。數(shù)據(jù)量較大，所以安排4學(xué)時(shí)。

四、教學(xué)效果分析

目前，一般高校本課程實(shí)驗(yàn)安排為4～8學(xué)時(shí)，所以可根據(jù)不同情況自行選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。其中“Excel下的P-III型曲線(xiàn)的繪制”實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是必選實(shí)驗(yàn)。近年來(lái)，本人在授課過(guò)程中，選擇“Excel下的水文序列的Markov預(yù)測(cè)”實(shí)驗(yàn)作為另一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課后學(xué)生的評(píng)價(jià)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)起到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)效率、鞏固學(xué)習(xí)成果的目的（見(jiàn)表3）。

五、結(jié)語(yǔ)

1.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)與概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)有很多重復(fù)的內(nèi)容，如果在教學(xué)過(guò)程中不突出水文的特點(diǎn)，學(xué)生的意見(jiàn)會(huì)比較大，教學(xué)效果也會(huì)較差，所以這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)置對(duì)于學(xué)生加深水文統(tǒng)計(jì)學(xué)課程基本概念的理解和應(yīng)用，會(huì)起到積極的作用。

2.這5個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求授課教師在前期準(zhǔn)備大量的水文序列數(shù)據(jù)；要求學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件，掌握計(jì)算機(jī)基本操作技能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及前期相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與互動(dòng)，可以增加師生的交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.工科專(zhuān)業(yè)偏理科類(lèi)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容相對(duì)枯燥，增加上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳占秀，萬(wàn)青，楊歷.充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的作用[J].教育教學(xué)論壇，2013，（219）：250-251.

[2]王春振，鄧歡，金鑫，等.芻議桂理工水文統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中的幾點(diǎn)問(wèn)題[J].科教文匯，2014，（284）：38-39.