“新工科”背景下線上線下一體化教學(xué)模式探討
——以《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程為例*

劉淑敏，胡小軍，王標(biāo)詩(shī)，楊 娟

(嶺南師范學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 湛江 524048)

當(dāng)前，應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)已成為高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。2017年以來(lái)，教育部積極引導(dǎo)高校開展工程教育的改革創(chuàng)新，提出了高等工程教育“新工科”建設(shè)人才培養(yǎng)思路[2]。相較于“老工科”，“新工科”更強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)用性、交叉性和綜合性[3-4]。對(duì)于具體課程而言，“新工科”的核心就是優(yōu)化課程知識(shí)體系和內(nèi)容，拓寬課程知識(shí)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，全面提升學(xué)生分析和解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，為培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型“新工科”人才服務(wù)[5-7]。作為一門理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)且內(nèi)容多而廣的課程，《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是高等學(xué)校食品、化學(xué)化工、生物、環(huán)境、材料等理工科專業(yè)本科生和研究生重要的專業(yè)課程，是培養(yǎng)學(xué)生科研工作能力和科學(xué)素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)具有較強(qiáng)獨(dú)立設(shè)計(jì)試驗(yàn)和處理數(shù)據(jù)能力學(xué)生的重要手段，是學(xué)生完成畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與論文撰寫的基礎(chǔ)，是學(xué)生從事專業(yè)相關(guān)工作和讀研深造的必備知識(shí)和技術(shù)手段[8-10]。

隨著信息時(shí)代和“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在高等教育中的應(yīng)用比重有所提升[11]。與傳統(tǒng)教學(xué)變比，其具有靈活、互動(dòng)方便、省時(shí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，便于幫助學(xué)生充分掌握所學(xué)知識(shí)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性[12]。受新冠肺炎影響，2020年上半年，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在我國(guó)大規(guī)模開展，其異地、實(shí)時(shí)、互動(dòng)的教學(xué)模式受到很多學(xué)生的認(rèn)可和喜愛[13]。但是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也有其缺陷，如學(xué)習(xí)氛圍不強(qiáng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性高、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果監(jiān)督評(píng)價(jià)難度大等，一定程度上限制了其應(yīng)用[14]。將“線上”互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與“線下”傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的混合式教學(xué)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)間和空間，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[15]。

課題組立足“新工科”課程核心理念，以學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)和升學(xué)需求為導(dǎo)向，對(duì)《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》線上線下一體化教學(xué)模式進(jìn)行系統(tǒng)性探討，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，適應(yīng)新形勢(shì)下食品專業(yè)人才培養(yǎng)需求，最大限度地滿足社會(huì)及學(xué)生個(gè)人發(fā)展的需求，為食品專業(yè) “高素質(zhì)、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、善創(chuàng)新”應(yīng)用型人才培養(yǎng)服務(wù)，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的“新工科”人才。

1 《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程在各大高校理工科專業(yè)(食品、化學(xué)化工、生物、環(huán)境、材料等)均有開設(shè)，所采用的教材基本以《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理(李云雁)》第二版和第三版為主，授課學(xué)時(shí)多為24學(xué)時(shí)。當(dāng)前，該課程在實(shí)際講授過程中主要存在以下問題：

1)課程開設(shè)時(shí)間與學(xué)生需求契合度不夠

大部分高校該課程的開始時(shí)間為大四上學(xué)期，此時(shí)部分學(xué)生已經(jīng)開始畢業(yè)論文工作，且大部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)課和科研項(xiàng)目參與工作已經(jīng)結(jié)束，課程開始時(shí)間過晚，無(wú)法更好地為學(xué)生實(shí)驗(yàn)課、科研項(xiàng)目和畢業(yè)論文服務(wù)。部分高校在大三上學(xué)期開設(shè)課程，時(shí)間雖相對(duì)合理，但是也存在開設(shè)偏早的問題，導(dǎo)致部分學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中無(wú)法順利聯(lián)系自身知識(shí)體系和科研項(xiàng)目、畢業(yè)論文理解課程內(nèi)容，代入感不夠，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不足。

2)教材匹配度不夠，缺少專業(yè)相關(guān)科研實(shí)例分析

目前采用的教材雖能滿足基本教學(xué)需求，但是由于教材涵蓋專業(yè)范圍廣，例題的側(cè)重點(diǎn)與本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題所不同，因而學(xué)生無(wú)法很好地將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際專業(yè)應(yīng)用研究相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該課程的認(rèn)同感不足、認(rèn)知程度低，系統(tǒng)運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際專業(yè)問題的能力偏低。

3)課程知識(shí)點(diǎn)繁雜，實(shí)際應(yīng)用性差

本課程所用教材教學(xué)內(nèi)容繁多，其突出特點(diǎn)是公式多、理論多、計(jì)算多、推導(dǎo)多，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求偏高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程中畏難情緒較強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性不高。但是學(xué)生在實(shí)際操作過程中對(duì)原理、公式等理論知識(shí)的記憶要求并不高，更偏向于科研軟件的應(yīng)用，導(dǎo)致課程內(nèi)容與專業(yè)實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力，需要對(duì)教材內(nèi)容化繁為簡(jiǎn)甚至部分剔除。本課程的學(xué)習(xí)的最終目的，應(yīng)當(dāng)是為了實(shí)現(xiàn)科研數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化，課程學(xué)習(xí)和考核的重點(diǎn)應(yīng)該是學(xué)生對(duì)各類科研軟件操作的掌握程度。

4)課時(shí)緊張，課堂效果受限

目前本課程在各大高?；咀鳛閷I(yè)限選課，課時(shí)偏少，而學(xué)生實(shí)際畢業(yè)論文完成過程中，需要用到的科研軟件較多，如Origin、SPSS、Excel、Noteexpress、Design-Expert、ChemDraw等，繁雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容使得學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)課程內(nèi)容消化理解，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果欠佳。

2 《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程改革的內(nèi)容

根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)要求、食品專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求及《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程知識(shí)體系和內(nèi)容，本研究對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方法進(jìn)行改革，以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，采用線上線下一體化，課內(nèi)、課外同步學(xué)，理論與實(shí)操并重的方式，提高學(xué)生對(duì)《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》知識(shí)的理解能力和運(yùn)用能力。

2.1 結(jié)合專業(yè)需求，調(diào)整教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，補(bǔ)充新知識(shí)

興趣是最好的老師，根據(jù)不同教學(xué)章節(jié)，以畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、文獻(xiàn)查找及引用、論文撰寫等實(shí)際問題作為授課切入點(diǎn)，并貫穿于整個(gè)課程內(nèi)容體系，保證知識(shí)的學(xué)習(xí)應(yīng)用導(dǎo)向，可以很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。食品專業(yè)學(xué)生在其他專業(yè)課實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文、畢業(yè)后工作及讀研深造過程中，應(yīng)用最多的是單因素實(shí)驗(yàn)、正交試驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，而對(duì)于優(yōu)選法、均勻設(shè)計(jì)和配方試驗(yàn)設(shè)計(jì)的需求不高。在實(shí)際課程講授過程中，對(duì)涉及到單因素、正交和響應(yīng)面的內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)化，對(duì)于需求不高的內(nèi)容進(jìn)行剔除。同時(shí)，根據(jù)學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)、升學(xué)需求，補(bǔ)充文獻(xiàn)查找和論文撰寫等應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容。

2.2 以例串點(diǎn)，增加課堂科研實(shí)例分析和討論式教學(xué)的比重

采用案例教學(xué)，在授課過程中每部分內(nèi)容以教師科研項(xiàng)目、往屆學(xué)生畢業(yè)論文、學(xué)生其他專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)等為案例進(jìn)行討論、分析，或者讓學(xué)生分享自己畢業(yè)課題或其他科研課題的實(shí)驗(yàn)方案或數(shù)據(jù)分析中遇到的問題，現(xiàn)場(chǎng)討論、點(diǎn)評(píng)、分析，從而激發(fā)學(xué)生興趣，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，把對(duì)知識(shí)原理的學(xué)習(xí)演變成解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生自主思考能力的提升。

2.3 弱化公式記憶和推導(dǎo)，通過“線上”學(xué)習(xí)強(qiáng)化科研軟件實(shí)操

淡化 “為什么”的知識(shí)講授，把“怎么做”的知識(shí)作為教授重點(diǎn)，即不要求學(xué)生對(duì)原理和公式的分析、推導(dǎo)、記憶，只需要理解公式中參數(shù)的意義，把重點(diǎn)放在科研軟件的操作上。利用計(jì)算機(jī)軟件事先制作Origin、SPSS、Excel、Noteexpress、Design-Expert、ChemDraw等課內(nèi)軟件實(shí)操微視頻，并將其通過微信、百度云盤等發(fā)送給學(xué)生，不僅便于學(xué)生利用片段化時(shí)間自學(xué)和鞏固復(fù)習(xí)，還可以大大節(jié)省教師逐個(gè)指導(dǎo)的時(shí)間。借助專業(yè)科研軟件，將繁瑣的人工數(shù)據(jù)處理過程化繁為簡(jiǎn)，不僅可以讓學(xué)生在軟件實(shí)操過程中體會(huì)到應(yīng)用計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)，也能由此帶來(lái)學(xué)習(xí)參與感和獲得感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。

2.4 充分利用線上教學(xué)平臺(tái)，加強(qiáng)課前、課中和課后管理

運(yùn)用超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等多種智慧課堂平臺(tái)，將手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)工具。課前，將上周知識(shí)回顧、本周教學(xué)課件推送給學(xué)生，監(jiān)督學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)工作。課中，通過掃碼簽到、實(shí)時(shí)答疑、答疑彈幕、習(xí)題發(fā)送等形式增強(qiáng)師生互動(dòng)，解決到課率、抬頭率和入腦率“三率”問題。同時(shí)，進(jìn)行課程錄制。課后，發(fā)送授課視頻和課堂作業(yè)，使得學(xué)生課后可以反復(fù)回看課堂內(nèi)容，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成知識(shí)點(diǎn)自測(cè)。

2.5 加強(qiáng)知識(shí)歸納，搭建知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

加強(qiáng)課程內(nèi)容的總結(jié)串講，每周通過知識(shí)結(jié)構(gòu)圖對(duì)上周內(nèi)容進(jìn)行回顧，并引出本周講授內(nèi)容，講授結(jié)束后通過知識(shí)結(jié)構(gòu)圖對(duì)所授內(nèi)容進(jìn)行歸納梳理，搭建各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系，有效促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化。

2.6 改革考核內(nèi)容與方式，細(xì)化考核指標(biāo)

期末考試過程中，將傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷課堂作答轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)作答，通過要求學(xué)生采用Origin、SPSS、Excel、Noteexpress、Design-Expert等軟件進(jìn)行作答，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)課程各個(gè)環(huán)節(jié)包括單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、正交和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理、文獻(xiàn)查找和引用、圖表規(guī)范制作等內(nèi)容的掌握程度。細(xì)化考核評(píng)價(jià)，從期末考試、課堂作業(yè)、智慧課堂平臺(tái)數(shù)據(jù)、課堂發(fā)言四個(gè)方面，全方位考核評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)能力達(dá)成情況和個(gè)人效能達(dá)成情況。

3 結(jié)語(yǔ)

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，通過對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方法的改革，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)“數(shù)學(xué)式”教學(xué)模式的不足，使得學(xué)生能夠?qū)⒈菊n程與其他專業(yè)課程尤其是專業(yè)實(shí)驗(yàn)課緊密聯(lián)系起來(lái)，基本具備獨(dú)立查找文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析和處理數(shù)據(jù)并得到科學(xué)結(jié)論、撰寫論文的能力，為食品專業(yè)應(yīng)用型“新工科”人才培養(yǎng)服務(wù)，為學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)、升學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。