基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的課程改革探索

段洪浪 蔣亞南 沈芳芳 劉文飛 吳建平

摘?要：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析兼具理論性和應(yīng)用性特點(diǎn)，對(duì)自然科學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究具有重要意義。本文以該課程為例，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面提出了教學(xué)改革的措施和對(duì)策，旨在提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，為讀者提供教學(xué)改革參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析;教學(xué)改革;理論實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與數(shù)據(jù)分析能力是自然科學(xué)領(lǐng)域科研工作者必備的知識(shí)和技能，可為以后正常開展科研活動(dòng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如何分析數(shù)據(jù)，篩選出準(zhǔn)確可靠的信息，是科學(xué)界不斷探索的方向（宋明麗，2020）。然而，剛進(jìn)入研究生階段學(xué)習(xí)的學(xué)生，對(duì)于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)，如何獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)質(zhì)量及其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等方面的能力還很欠缺，缺乏系統(tǒng)性訓(xùn)練。相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析能力的缺乏將不利于學(xué)生進(jìn)一步開展科研活動(dòng)。為此，在南昌工程學(xué)院水土保持與荒漠化防治專業(yè)碩士培養(yǎng)過程中，筆者引入了《實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析》課程，該課程可作為研究生的必修課或者專業(yè)選修課。本文基于筆者幾年的課程教學(xué)實(shí)踐，對(duì)課程改革進(jìn)行初步性的探索。

1 課程介紹

《實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析》的課程定位是基于水土保持與荒漠化防治專業(yè)，引導(dǎo)研究生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本理論，并掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取及分析能力。本課程從理論與實(shí)踐二者入手，兼具理論與實(shí)用雙重屬性。理論方面，講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基本方法。實(shí)踐方面，利用Excel、Sigmaplot等軟件學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)展示，利用SPSS軟件學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 教學(xué)改革初探

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

目前沒有一本合適的教材能完全覆蓋本課程的教學(xué)內(nèi)容。因此，本課程采用“參考書籍+網(wǎng)絡(luò)資源”相結(jié)合，為學(xué)生提供教學(xué)參考。比如李春喜老師主編的《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》和盧紋岱老師主編的《SPSS統(tǒng)計(jì)分析》都是本課程重要的參考書目。另外，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，知識(shí)的更新速度也明顯加快。為了獲取最新的教學(xué)資源，筆者引導(dǎo)學(xué)生充分利用各種網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，如慕課、精品在線課程及其他與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析相關(guān)的在線電子資源，緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。例如，華東師范大學(xué)周迎春教授主講的慕課《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》是上海市重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目，可為本課程提供很好的教學(xué)參考，同時(shí)也為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的資源。總之，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)資源在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，對(duì)課堂上所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有初步的理解，厘清能掌握的知識(shí)點(diǎn)和不懂的知識(shí)點(diǎn)，從而可以帶著問題在課堂上更有針對(duì)性學(xué)習(xí)（任丙忠等，2020;孟偉，2020）。當(dāng)然，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的前提是要有任務(wù)性。教師需要提前為學(xué)生布置網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)的專題，明確自主學(xué)習(xí)的主要任務(wù)，讓學(xué)生帶著任務(wù)去教師推薦的網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)學(xué)習(xí)，這樣才能做到有的放矢，目標(biāo)明確。另外，在課堂上教師需要對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)成果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，比如邀請(qǐng)同學(xué)上臺(tái)進(jìn)行所學(xué)內(nèi)容的要點(diǎn)展示及感想心得分享等。只有通過“任務(wù)驅(qū)動(dòng)—學(xué)習(xí)檢驗(yàn)”相結(jié)合，才能達(dá)到更好的自主學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

當(dāng)然，盡管以上各種教學(xué)資源可以為學(xué)生提供最基本的知識(shí)參考，然而相關(guān)內(nèi)容或多或少與學(xué)生所學(xué)專業(yè)契合度方面有一定的差異。因此，這就可能導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率不高、接受度不強(qiáng)等問題。因此，本課程在利用以上資源的同時(shí)，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，即以學(xué)生所學(xué)專業(yè)為背景開展教學(xué)。比如，在講授實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，以學(xué)生即將或正在開展的水土保持或生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行分析講解。在講授數(shù)據(jù)方差分析內(nèi)容時(shí)，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)所搜集的數(shù)據(jù)為例講解。例如，研究坡度變化梯度與水土流失關(guān)系是水土保持專業(yè)研究生的研究?jī)?nèi)容。課堂上即以此實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行單因素方差分析，并進(jìn)行多重比較，最終得出坡度梯度對(duì)水土流失量大小的影響，從而評(píng)價(jià)坡度與水土流失的關(guān)系。因此，貼近學(xué)生科研的課程內(nèi)容具有更強(qiáng)的針對(duì)性，有助于學(xué)生更有效地掌握所學(xué)知識(shí)。

2.2 教學(xué)方法改革初探

當(dāng)前，單純以教師講授的教學(xué)方法已經(jīng)越來越受到詬病，主要存在學(xué)生參與度不高、缺乏主動(dòng)思考、學(xué)習(xí)效率不高等問題。因此，教學(xué)方法改革一直是教育界的重要課題。研究生較之其他學(xué)歷階段的學(xué)生，需要具備更高的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的素質(zhì)。因此，教學(xué)方法也應(yīng)該呈現(xiàn)多樣化。根據(jù)筆者幾年的理論學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐，形成了以下幾種教學(xué)方法供讀者探討。

2.2.1 教師講授型

教師講授型，即以教師講授知識(shí)為主的教學(xué)方式，這也是當(dāng)前教育界最普遍的教學(xué)方式。此種教學(xué)方法不受班級(jí)學(xué)生規(guī)模大小的影響。本課程中，對(duì)于基礎(chǔ)理論部分，以教師講授為主開展教學(xué)活動(dòng)。例如，講授實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本類型，如隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)等均需要教師主導(dǎo)講授。另外，生物統(tǒng)計(jì)基本原理、t檢驗(yàn)和方差分析等也應(yīng)由教師講授。通過教師的講授，能對(duì)各理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入剖析，闡明其背后的原理，因此，可有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。教師講授型教學(xué)方法在各階段教育中均占有舉足輕重的地位，是現(xiàn)代教育的主體。

2.2.2 師生互動(dòng)型

師生互動(dòng)型，即教師與學(xué)生針對(duì)一個(gè)話題進(jìn)行互動(dòng)式交流、探討、演示等活動(dòng)的教學(xué)方式。以本課程為例，在教師講授過程中，會(huì)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的反應(yīng)，有計(jì)劃地提出一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生展開深入討論，充分發(fā)表自己的看法，闡述自己的觀點(diǎn)。這種討論可以以個(gè)人發(fā)言的方式進(jìn)行，也可以進(jìn)行分組討論。最后教師根據(jù)討論情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。這種模式提高了學(xué)生的參與度，調(diào)動(dòng)了積極性，加深了理解。另外，在數(shù)據(jù)分析上機(jī)操作過程中，要充分注重“教師教+學(xué)生練”的有機(jī)結(jié)合。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件與繪圖軟件的學(xué)習(xí)需要大量的上機(jī)練習(xí)。因此，教師在進(jìn)行軟件操作演示后，要立即指導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件操作練習(xí)。通過具有針對(duì)性的練習(xí)，發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，討論出現(xiàn)問題的原因，并引導(dǎo)學(xué)生解決問題，最大程度幫助學(xué)生掌握軟件操作，從而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。另外，教師還可以根據(jù)學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，臨時(shí)增加一些練習(xí)任務(wù)，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生進(jìn)一步掌握相關(guān)的軟件操作。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生們普遍對(duì)此比較歡迎，達(dá)到了很好的學(xué)習(xí)效果。但是，此種教學(xué)方法要求的學(xué)生規(guī)模不宜過大，最好能在20人以下，學(xué)生人數(shù)過多則達(dá)不到很好的互動(dòng)交流效果。

2.2.3 學(xué)生主導(dǎo)型

學(xué)生主導(dǎo)型，即學(xué)生講授知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方式。學(xué)生主導(dǎo)型教學(xué)方法讓學(xué)生形成從“我聽課”到“我講課”的轉(zhuǎn)變，從“我來學(xué)”到“我想學(xué)”的轉(zhuǎn)變，從“被動(dòng)的接受知識(shí)”到“主動(dòng)的傳授知識(shí)”的轉(zhuǎn)變。根據(jù)費(fèi)曼學(xué)習(xí)方法理論，判斷學(xué)生是否真正掌握所學(xué)內(nèi)容的重要方法就是“想象你要把這個(gè)概念教授給一名新生”（王青，2018）。以本課程為例，課前將需要講解的知識(shí)點(diǎn)分配給學(xué)生，以便其對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，制作教學(xué)課件和其他相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂上，主講的學(xué)生引導(dǎo)所有人進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，并主導(dǎo)課堂，增加與其他學(xué)生交流互動(dòng)。最后，教師對(duì)本節(jié)課主講的講授情況、學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及互動(dòng)情況都加以評(píng)論、補(bǔ)充、總結(jié)，最終形成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的充分理解。學(xué)生主導(dǎo)型教學(xué)方法進(jìn)一步提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，督促學(xué)生充分掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并鍛煉了學(xué)生的講演能力和對(duì)課堂的把控，取得了良好的教學(xué)效果。同樣，學(xué)生主導(dǎo)型的班級(jí)規(guī)模也不宜過大。

2.3 考核方式改革初探

課程考核不僅要考核學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握，還要求對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行靈活應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的考核方式基于應(yīng)試教育思想，主要以期末閉卷考試為主，缺乏對(duì)師生教學(xué)效果真實(shí)評(píng)價(jià)（袁穎紅和周際海，2019）?？己朔绞蕉鄻踊乾F(xiàn)代教育改革的重要內(nèi)容，很有必要在期末閉卷考試中加入其他考核方式，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力（郭萍倩和張淑英，2013）。本課程的考核注重知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題的過程。因此，本課程的考核模式為“平時(shí)表現(xiàn)+課程論文”。平時(shí)表現(xiàn)主要體現(xiàn)在課堂出勤、交流發(fā)言、課程主導(dǎo)等方面，重點(diǎn)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。此考核方式可以有效提高課堂的出勤率和課堂的活躍程度，加強(qiáng)師生互動(dòng)交流。而課程論文以學(xué)生自身的研究方向?yàn)楸尘?，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并將搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表化展示。更重要的是，論文需要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想、數(shù)據(jù)分析過程以及圖表化操作流程，并最終得出結(jié)論。通過這一系列的考核，可以充分評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)與軟件應(yīng)用的掌握程度，從而鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題的能力，并為自己即將開展的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析提供思路。

3 結(jié)語

研究生階段的學(xué)習(xí)需要更注重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用及發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題的能力培養(yǎng)，以期為以后工作實(shí)踐和學(xué)習(xí)深造奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究生的教育不同于本科生教育，教學(xué)方式需要改革創(chuàng)新。作為授課教師，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)思想，順應(yīng)高等教育改革發(fā)展潮流，積極推進(jìn)研究生課程的教學(xué)改革。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面闡述了筆者在《實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析》課程中的改革初探，以期為讀者提供教學(xué)改革參考，為提升教學(xué)質(zhì)量貢獻(xiàn)綿薄之力。

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通訊作者：段洪浪（1984—?），男，四川資陽人，博士，副教授，主要從事生態(tài)學(xué)研究。