打造環(huán)境專業(yè)研究生《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》金課教學(xué)改革探索*

王治科

(河南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

當前，很多研究生把更多精力放到了做試驗、發(fā)論文上，而對課程學(xué)習重視不夠，他們認為研究生課程教學(xué)對科研幫助不大，不愿在課程學(xué)習上投入過多精力，上課只是為了混學(xué)分。淘汰“水課”，打造“金課”，是對本科教學(xué)的基本要求，也應(yīng)是對研究生教學(xué)的基本要求。因此，打造研究生“金課”刻不容緩[1-2]。環(huán)境、化學(xué)、化工等多門類學(xué)科專業(yè)需要通過試驗和觀測以尋找所研究與觀測對象的變化規(guī)律。如何科學(xué)設(shè)計試驗，對試驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得研究對象的變化規(guī)律，是每個需要進行試驗的人員需要解決的問題。因此，試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理是化工、化學(xué)、環(huán)境、材料、生物、農(nóng)學(xué)等學(xué)科的專業(yè)必修課，是科研工作者應(yīng)該掌握的一門工具課、方法課[3-7]。我校環(huán)境專業(yè)碩士生招生始于1987年，已成為河南省乃至全國環(huán)境科學(xué)與工程人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的重要基地，培養(yǎng)了一批服務(wù)國家和河南省經(jīng)濟發(fā)展所需要的高層次環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)人才。試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理是我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)碩士生的一門學(xué)位課，選用的教材為李云雁和胡傳榮編著的《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》(第三版)，通過本課程的學(xué)習，要求研究生掌握試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的理論、知識、方法和技能。為了進一步提高教學(xué)效果，滿足研究生開展科研的需求，實現(xiàn)教學(xué)助力科研、科研促進教學(xué)的目標，本文總結(jié)我校研究生課程《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)改革經(jīng)驗，探討如何拓展課程教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，如何增加課堂互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的參與度，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，開展研究性、自主性學(xué)習，培養(yǎng)研究生獨立研究能力和思考能力。

1 開放的教學(xué)內(nèi)容

我校環(huán)境學(xué)院研究生開展的科研涉及廢水、大氣、固廢、土壤等多個領(lǐng)域，研究生來自不同的學(xué)校，不同的學(xué)科背景，在試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方面的知識儲備差別較大，如今又從事不同的研究方向，對具體試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方面的知識需求側(cè)重點不同，甚至差別較大，同學(xué)們渴望更能貼近自己科研的教學(xué)內(nèi)容。近15年來，一直選用一本教材，盡管多次再版，教學(xué)內(nèi)容不斷更新，也無法滿足不同研究方向上研究生科研需求。另外，試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方面的軟件較多，不同的課題組、不同的研究領(lǐng)域?qū)λ玫能浖赡苡兴?，在課堂教學(xué)上，無法進行常用軟件的講解和示范。為了解決教學(xué)內(nèi)容陳舊、單一、覆蓋度低這一問題，我們從科研項目和學(xué)術(shù)論文中收集素材，拓展教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)內(nèi)容的前沿性、寬廣性和靈活性。讓教學(xué)內(nèi)容隨科研進展而變，隨學(xué)生而更新。以科研項目和學(xué)術(shù)論文為載體拓展教學(xué)內(nèi)容，要淡化專業(yè)知識，突出試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法。在保證教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性的前提下，關(guān)注學(xué)生的試驗進展，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，使其感到學(xué)之有用，提高教學(xué)和學(xué)習效率。如根據(jù)研究生對數(shù)據(jù)處理和制圖軟件的需求，我們增加了Origin軟件方面的教學(xué)內(nèi)容，在數(shù)據(jù)制圖方面，重點介紹3D表面圖、等高線圖、掃描圖及3D圖形的個性化。同時，用研究生紅外、熱重、氮吸附-脫附等試驗數(shù)據(jù)制圖。在數(shù)據(jù)分析方面，重點介紹統(tǒng)計、平滑、擬合、頻譜分析等內(nèi)容。同時，結(jié)合研究生進行吸附試驗獲得的吸附等溫線數(shù)據(jù)，進行非線性擬合。學(xué)校購買X射線光電子能譜(XPS)儀后，我們及時增加了XPS數(shù)據(jù)處理方面的有關(guān)知識，主要介紹樣品準備、不同格式間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、峰歸屬、定性定量分析以及如何分峰等方面的內(nèi)容。為了分析X射線衍射數(shù)據(jù)，增加了MDI JADE軟件使用方面的教學(xué)內(nèi)容，包括軟件安裝、文件導(dǎo)入、尋峰、圖譜平滑、扣除背景、峰擬合和物相檢索等方面。在安排回歸分析教學(xué)內(nèi)容時，結(jié)合研究生的試驗數(shù)據(jù)，探討如何進行動力學(xué)試驗設(shè)計及其數(shù)據(jù)處理，給研究生推送了取樣體積對動力學(xué)影響的相關(guān)文獻(如Choo W L，et al. Hydrometallurgy，82(2006):110-116)。

2 互動的授課方式

總結(jié)最近幾年的教學(xué)實踐表明，開展互動教學(xué)容易出現(xiàn)以下問題：(1)冷場。在互動環(huán)節(jié)，出現(xiàn)沒有學(xué)生提問這種冷場情況。(2)部分學(xué)生互動積極性不高。每一屆總是有一些學(xué)生課堂上保持沉默，始終不參與互動。(3)互動環(huán)節(jié)質(zhì)量不高。提出的問題不夠深入，針對性不強，浮于表面。同時也存在著學(xué)生對于問題的解答過于簡單這種情況。分析出現(xiàn)冷場、互動積極性不高和互動環(huán)節(jié)質(zhì)量不高這些情況的原因，我們強化教學(xué)助力科研，科研促進教學(xué)的理念，以教學(xué)與科研的有機統(tǒng)一提高研究生學(xué)習本課程的主動性、積極性。在課堂教學(xué)上，讓研究生分享自己本領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)典文獻、分享自己科研項目的試驗設(shè)計方案和數(shù)據(jù)處理方法，使每一位學(xué)生暫時成為老師，老師成為學(xué)生，與同學(xué)們一塊提出問題，分析問題，解決問題，讓研究生帶著問題、思考來，拿著答案、理解走。課堂教學(xué)以研究生為中心，從研究生的角度組織教學(xué)過程，通過互動加深學(xué)生對課程的理解。安排研究生根據(jù)自己的科研方向，自學(xué)專業(yè)軟件(如SPSS，Origin，Design-Expert，Jade等)，并在課堂上與同學(xué)們分享，交流軟件使用過程中的心得體會，探討使用技巧，讓更多的學(xué)生參與到課堂教學(xué)，避免了教師漫無目的滿堂灌。安排研究生課下研讀學(xué)術(shù)論文，并結(jié)合自己的試驗進展，通過視頻、照片等多種方式展示自己科研進展，分享試驗方案的難點、試驗細節(jié)以及注意事項，探討導(dǎo)致試驗失敗的原因。為了不讓課堂互動流于形式，浮于表面，我們通過課程微信群提前共享每位同學(xué)的分享內(nèi)容，讓同學(xué)們提前掌握相關(guān)知識，力爭使課堂互動針對性更強，質(zhì)量更高，效果更好。教師課堂上要鼓勵更多的同學(xué)以分享內(nèi)容為載體參與到課堂互動，實現(xiàn)師生間、生生間真正互動，讓課堂教學(xué)“活”起來。為了實施互動授課方式，我們按照研究方向?qū)ρ芯可M行分組，通過成員分工合作，以小組為單位共同完成分享內(nèi)容。小組成員之間首先互動起來，就某一問題展開討論甚至辯論，共同解決問題。同時，也為高質(zhì)量課堂互動奠定了基礎(chǔ)。

3 充分的教學(xué)準備

面對開放的教學(xué)內(nèi)容，互動的授課方式，要想上好一堂課，老師和學(xué)生都要做好充分的準備。教師要第一時間參與到同學(xué)們準備分享內(nèi)容的過程中，指導(dǎo)好、引導(dǎo)好每一個準備環(huán)節(jié)，把師生互動從課堂延伸到課前和課后，以此不斷提高課程互動內(nèi)容質(zhì)量。教師還要第一時間從學(xué)科背景、知識層次、工作經(jīng)歷、讀研目的等方面摸清學(xué)生情況，多角度了解同學(xué)們對本課程的需求，力爭使教學(xué)內(nèi)容針對性更強，照顧到大多數(shù)學(xué)生的需求。不斷更新的教學(xué)內(nèi)容，互動的教學(xué)方式，需要每一位研究生積極參與到整個教學(xué)過程中，把課堂教學(xué)延伸到課前和課后，勢必會增加同學(xué)們的學(xué)習時間，甚至引發(fā)抵觸情緒。我們引導(dǎo)同學(xué)們把課程學(xué)習與自己的科研緊密結(jié)合起來，強調(diào)教學(xué)過程和科研過程的有機統(tǒng)一。學(xué)習課程內(nèi)容，精讀學(xué)術(shù)論文，自學(xué)專業(yè)軟件，都要從自己的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理需要出發(fā)。引導(dǎo)研究生以自己的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法為載體，分享自己科研過程中的心得體會，提出自己遇到的問題，與老師、同學(xué)一塊分析問題，嘗試解決問題的方案，達到學(xué)習課程、助力科研的雙重目的。比如在準備試驗數(shù)據(jù)的回歸分析這一章教學(xué)內(nèi)容時，引導(dǎo)小組成員在準備一元線性回歸分析、多元線性回歸分析和非線性回歸分析理論知識的基礎(chǔ)上，準備Excel在回歸分析中的應(yīng)用，重點突出Origin在回歸分析中的應(yīng)用，利用自己科研的試驗數(shù)據(jù)(如吸附試驗數(shù)據(jù))，進行吸附動力學(xué)、吸附等溫線分析，再結(jié)合試驗設(shè)計分析存在的問題。

4 嚴格的過程考核

課程的考核由平時成績(50%)和期末成績(50%)兩部分組成。平時成績考核同學(xué)們參與教學(xué)的廣度和深度，分別從考勤(40%)、課堂互動(20%)、分享內(nèi)容(30%)、課程群互動(10%)等方面考核，由學(xué)生自主管理完成平時成績的考核?？记?、互動次數(shù)由班委統(tǒng)計，分享內(nèi)容成績由同學(xué)們無記名投票打分，去掉一個最高分和最低分，以平均成績?yōu)榉窒韮?nèi)容成績。

5 結(jié) 語

打造《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》金課，教師要主導(dǎo)、引導(dǎo)整個教學(xué)過程，調(diào)動研究生的主觀能動性，幫助學(xué)生找到課程學(xué)習和促進科研項目的共同點，以滿足科研需求豐富、更新教學(xué)內(nèi)容，以課程學(xué)習助力科研，真正做到學(xué)以致用。