碩士研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)初探*

楊 磊

（中原工學(xué)院）

一、前言

教育部于2014年發(fā)布的《關(guān)于改進(jìn)和加強(qiáng)研究生課程建設(shè)的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》）中指出，研究生課程應(yīng)根據(jù)需要按一級(jí)學(xué)科設(shè)置課程和設(shè)置跨學(xué)科課程，增加研究方法類、研討類和實(shí)踐類等課程[1]。《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是理工類碩士研究生必修的研究方法類課程，對(duì)于提升碩士研究生學(xué)術(shù)成果水平具有顯著的積極影響。我校于2003年開(kāi)始，在部分工科碩士學(xué)位點(diǎn)將該課程設(shè)置為專業(yè)必修課程，有效地促進(jìn)研究生開(kāi)展更有深度的學(xué)術(shù)研究。全國(guó)大多數(shù)高校也針對(duì)理工類專業(yè)開(kāi)設(shè)了這門課程。但是，課程教學(xué)的效果并不十分理想，普遍反映存在課程晦澀難懂、理論抽象、學(xué)生厭學(xué)等問(wèn)題[2]。因此，教育部在《意見(jiàn)》中強(qiáng)調(diào)，重視通過(guò)對(duì)經(jīng)典理論構(gòu)建、關(guān)鍵問(wèn)題突破和前沿研究進(jìn)展的案例式教學(xué)等方式[1]。因此，在理論性較強(qiáng)、突出研究方法的《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程中開(kāi)展案例教學(xué)勢(shì)在必行。由于課程內(nèi)容非常龐大，理論性較強(qiáng)，概念較抽象，如何運(yùn)用好案例教學(xué)成為切實(shí)提升課程教學(xué)效果的關(guān)鍵問(wèn)題[3]。本文針對(duì)課程教學(xué)過(guò)程中的上述問(wèn)題，探討了案例教學(xué)在該課程授課中的積極作用，并以學(xué)生體質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)為例，嘗試說(shuō)明理論課程案例教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑、教學(xué)模式和效果評(píng)價(jià)，特別提出了學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實(shí)際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)三個(gè)重要的影響因素及其實(shí)施成效，為《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)的進(jìn)一步改革和創(chuàng)新提供參考。

二、研究方法與材料

通過(guò)文獻(xiàn)研究、案例分析等方法，探索影響普通高等學(xué)校碩士研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)效果的影響因素。文獻(xiàn)研究采用中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的方式開(kāi)展；案例分析主要是對(duì)某高校課程案例教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展分析。采用的案例為某普通高校碩士研究生體質(zhì)調(diào)研實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析。

三、結(jié)果與討論

本文以“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”為關(guān)鍵詞，在中國(guó)知網(wǎng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)截至目前共有16篇教研論文圍繞《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程進(jìn)行了研究。其中，面向碩士研究生課設(shè)課程的4篇、本科課程10篇、高職等其他層次課程3篇?？梢钥闯?，盡管該課程已經(jīng)成為理工類學(xué)科專業(yè)研究生修習(xí)的重要課程，但是針對(duì)研究生層次課程的研究尚不夠充分。文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)過(guò)程中存在較多問(wèn)題，主要包括：課程教學(xué)中存在著內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、難度較大等教學(xué)難點(diǎn)[4]；數(shù)學(xué)原理較多，涉及大量統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和計(jì)算公式，教學(xué)過(guò)程較為困難[5]。特別有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該課程普遍存在實(shí)踐教學(xué)比例少、學(xué)生參與度低、課程專業(yè)關(guān)聯(lián)性不足的問(wèn)題[6]。為解決上述問(wèn)題，有文獻(xiàn)認(rèn)為該課程需要注重啟發(fā)和案例式教學(xué)，采用生活中的實(shí)際問(wèn)題作為案例，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程授課過(guò)程的積極性[7]。正如某文獻(xiàn)中所指出的，“以學(xué)生為中心”就需要以案例為引導(dǎo)，以網(wǎng)絡(luò)課程為平臺(tái)，加強(qiáng)階段性實(shí)踐練習(xí)，不斷討論反饋，實(shí)踐增強(qiáng)理解，注重過(guò)程考核[8]。較多任課教師會(huì)遇到課程學(xué)時(shí)不夠的問(wèn)題，因此有文獻(xiàn)認(rèn)為應(yīng)當(dāng)壓縮理論教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，同時(shí)改變實(shí)踐教學(xué)模式，保證學(xué)生能夠擁有較多機(jī)會(huì)進(jìn)行計(jì)算機(jī)上機(jī)實(shí)踐[9]。當(dāng)然，也可以鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過(guò)程中，積極參加全國(guó)研究生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等創(chuàng)新能力賽事，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)處理技巧與課題研究或項(xiàng)目案例相結(jié)合，發(fā)揮以賽促教、以賽促學(xué)等積極作用[10]。更有文獻(xiàn)針對(duì)本課程所面對(duì)專業(yè)進(jìn)行了針對(duì)性案例設(shè)計(jì)，比如在對(duì)能源與環(huán)境類研究生授課過(guò)程中，在課程教學(xué)內(nèi)容中引入溫濕度和風(fēng)速等建筑環(huán)境實(shí)驗(yàn)常用物理量的測(cè)試方法，并且非常積極地引導(dǎo)學(xué)生將參與的科研項(xiàng)目數(shù)據(jù)用于本課程的案例教學(xué)過(guò)程中[3]。此外，還有文獻(xiàn)指出，采用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析軟件，例如SPSS、Origin、Excel、SAS、BMDP等，可以幫助提高學(xué)生的主動(dòng)思考能力和增加教師的教學(xué)手段[11]。在教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新方面，有文獻(xiàn)將研究生課程《數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)》引入CDIO模式，即在碩士研究生開(kāi)題之后至中期檢查之前的階段實(shí)施構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design），在中期檢查之后至論文撰寫之前的階段進(jìn)行實(shí)施（Implement），在論文撰寫至答辯間的階段進(jìn)行運(yùn)作（Operate），將自我成長(zhǎng)力、快速適應(yīng)力和價(jià)值創(chuàng)造力作為學(xué)生培養(yǎng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，強(qiáng)調(diào)碩士研究生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[12]?？傊?，上述文獻(xiàn)認(rèn)為本門課程應(yīng)突出應(yīng)用性和實(shí)用性，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，重點(diǎn)在案例教學(xué)上下功夫，做到學(xué)生積極參與、與實(shí)際生活密切結(jié)合等教學(xué)模式貫穿教學(xué)始終。

作者基于十余年《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》研究生課程的授課經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行了案例教學(xué)實(shí)踐。通過(guò)該案例的實(shí)施，學(xué)生參與度達(dá)到了非常理想的效果，100%參與到數(shù)據(jù)調(diào)研和分析過(guò)程中，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式確保了每一位選課研究生能夠掌握該課程的基本理論，在結(jié)課時(shí)全體研究生均結(jié)合課題撰寫了學(xué)術(shù)論文，教學(xué)效果較為理想。具體實(shí)施過(guò)程如下：

（一）課程授課起始階段

在該階段全面了解研究生課題范圍，熟悉研究生數(shù)學(xué)特長(zhǎng)和不足，為每個(gè)研究生在《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)中進(jìn)行能力的精準(zhǔn)畫像。組織研究生針對(duì)課題中的案例，進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容、思路和產(chǎn)出的路線構(gòu)思和方案設(shè)計(jì)。以學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù)為例，要求全體選題研究生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，構(gòu)思開(kāi)展研究生在體育素質(zhì)課結(jié)束后體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研的實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)的目的、方法、設(shè)備、結(jié)果分析和結(jié)論等內(nèi)容，并設(shè)計(jì)符合上述實(shí)驗(yàn)方案的調(diào)研問(wèn)卷，應(yīng)包括受訪者個(gè)人信息、基本健康數(shù)據(jù)、體育素質(zhì)課前體質(zhì)狀況和體育素質(zhì)課后體質(zhì)狀況等內(nèi)容，可采用紙質(zhì)問(wèn)卷形式，也可以采用問(wèn)卷星線上問(wèn)卷形式。本階段為實(shí)驗(yàn)方案的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，確?！秾?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)和案例教學(xué)的有效開(kāi)展。通過(guò)構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）環(huán)節(jié)，使選課研究生盡快深入到課程案例教學(xué)的環(huán)境中，同時(shí)確保課程案例實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)際生活。

（二）課程授課過(guò)程中

組織選課研究生開(kāi)展問(wèn)卷調(diào)研，例如2021年采集了某高校483名碩士研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為體育素質(zhì)課結(jié)束后1-2周，利用問(wèn)卷星調(diào)研學(xué)生的體質(zhì)變化、體育鍛煉現(xiàn)狀、影響因素、體育課程興趣、體育比賽參與度等方面的原始數(shù)據(jù)。本階段全面開(kāi)展實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），將上述數(shù)據(jù)用于課程教學(xué)案例分析，讓選課研究生分組負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)研、匯總和分析工作，涉及的課程研究方法主要包括描述性統(tǒng)計(jì)分析、標(biāo)準(zhǔn)差分布情況分析、T檢驗(yàn)分析、F檢驗(yàn)分析等基本統(tǒng)計(jì)方法，學(xué)生課堂匯報(bào)數(shù)據(jù)調(diào)研情況和分析結(jié)果，分組進(jìn)行相互評(píng)比和競(jìng)賽。本階段確保了研究生深度參與數(shù)據(jù)獲得，因?yàn)閿?shù)據(jù)源自實(shí)際，選課研究生可以自如地參加翻轉(zhuǎn)式教學(xué)過(guò)程。

（三）課程授課結(jié)束后

持續(xù)跟蹤選課研究生使用課程教學(xué)內(nèi)容的情況，課程教學(xué)組組織選課研究生設(shè)計(jì)研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》教育質(zhì)量評(píng)價(jià)調(diào)查表，由選修過(guò)課程的研究生對(duì)本課程包括教學(xué)態(tài)度、準(zhǔn)備情況、語(yǔ)言舉止、參考資料、教學(xué)方法、教學(xué)手段、溝通互動(dòng)、課堂組織、內(nèi)容完整、知識(shí)前沿、案例教學(xué)等在內(nèi)的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，為下一屆選課研究生的案例教學(xué)改革與創(chuàng)新提供參考和依據(jù)。其中，對(duì)研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)案例教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程設(shè)置了多個(gè)題項(xiàng)，收集選課研究生對(duì)該案例教學(xué)的學(xué)生參與度、數(shù)據(jù)來(lái)源實(shí)際情況和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)情況，從而實(shí)現(xiàn)課程案例教學(xué)及評(píng)價(jià)反饋的閉環(huán)式建設(shè)。從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，95%以上選課研究生對(duì)本課程的案例教學(xué)是滿意的，其中87%的研究生對(duì)于采用研究生體質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)案例進(jìn)行教學(xué)興趣濃厚，有利于優(yōu)化后續(xù)課題研究中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理內(nèi)容。

綜上所述，作者通過(guò)以上案例實(shí)踐，認(rèn)為學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實(shí)際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)三個(gè)因素顯著影響課程的教學(xué)效果，建議該課程案例教學(xué)的改革應(yīng)從如下幾個(gè)方面開(kāi)展：

（1）加強(qiáng)課程教學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，凝練出實(shí)踐性和實(shí)用性教學(xué)理念，創(chuàng)新互動(dòng)式教學(xué)模式，積極采用源于生活的教學(xué)案例。例如，作者在開(kāi)展本課程教學(xué)過(guò)程中，與體育部協(xié)同開(kāi)展了研究生體質(zhì)現(xiàn)狀問(wèn)卷調(diào)研工作，案例數(shù)據(jù)來(lái)源于本校研究生群體，更有課程選課研究生群體的參與，極大地提高了選課研究生參與課程理論內(nèi)容學(xué)習(xí)的積極性。

（2）鼓勵(lì)選課研究生深度參與教學(xué)過(guò)程，采用學(xué)生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研案例，部分選課研究生同時(shí)為研究生體質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)研工作的骨干，在收集、分析數(shù)據(jù)過(guò)程中，充分地利用課堂所學(xué)知識(shí)，撰寫了課程報(bào)告，較為明顯地提升了課程教學(xué)效果。

（3）參照“翻轉(zhuǎn)式課堂”教學(xué)方法，在課程講授過(guò)程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，研究生組織設(shè)計(jì)課程內(nèi)容、案例教學(xué)方法、集體研討模式、分組競(jìng)賽環(huán)節(jié)等各項(xiàng)工作，充分挖掘課程教學(xué)內(nèi)容與案例教學(xué)的有機(jī)結(jié)合優(yōu)勢(shì)，使課程關(guān)鍵內(nèi)容入心入腦，真正成為研究生掌握住的科研工具。在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂過(guò)程中，小班教學(xué)模式應(yīng)為首要考慮因素，一般不超過(guò)30人，這樣便于實(shí)現(xiàn)小組討論、特性化教學(xué)設(shè)計(jì)、課前及課后互動(dòng)，甚至于學(xué)生個(gè)性化視頻錄制。

（4）積極引入CDIO教學(xué)模式，采用“內(nèi)聯(lián)式”+“外延式”教學(xué)模式，把構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)作（Operate）有機(jī)融入課程教學(xué)全過(guò)程中，甚至外延至學(xué)生入學(xué)、課題開(kāi)題、課題研究、論文撰寫、答辯總結(jié)的研究生培養(yǎng)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)觀念和數(shù)據(jù)分析理念的閉環(huán)教育。

（5）借鑒工程教育專業(yè)認(rèn)證的制度化、常態(tài)化評(píng)價(jià)模式，在課程案例教學(xué)中建立“評(píng)價(jià)-反饋-改進(jìn)”循環(huán)螺旋上升的教學(xué)質(zhì)量提升機(jī)制，教師不斷通過(guò)探索、實(shí)踐、改進(jìn)和研究來(lái)提高課堂教學(xué)效果，對(duì)質(zhì)量評(píng)估的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取和分析，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)向，整改薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合課程教學(xué)后的《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》教育質(zhì)量評(píng)價(jià)調(diào)查活動(dòng)，為下一次持續(xù)改進(jìn)課程案例教學(xué)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

（6）結(jié)合各類計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)軟 件（SPSS、Origin、Excel、SAS、Matlab等），持續(xù)實(shí)踐案例教學(xué)。甚至可以考慮，輔助高級(jí)計(jì)算機(jī)編程工具（C語(yǔ)言、Basic、Fortran等），鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)符合專業(yè)課題研究需要的《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)專用軟件，將主要統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法與課題研究?jī)?nèi)容融入軟件功能模塊中，輔助學(xué)生科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生深入再學(xué)習(xí)和操作數(shù)據(jù)分析方法的動(dòng)力。

四、結(jié)論與改進(jìn)建議

本文針對(duì)研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》的案例教學(xué)問(wèn)題，梳理了中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)研究現(xiàn)狀，匯總分析了課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，整合了文獻(xiàn)研究結(jié)論，并結(jié)合作者十余年課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性地提出了各類改進(jìn)措施。通過(guò)文獻(xiàn)綜合研究發(fā)現(xiàn)，研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)中面臨許多普遍的問(wèn)題，包括教學(xué)內(nèi)容偏理論、計(jì)算公式較多、教學(xué)效果不理想和學(xué)時(shí)偏少等。針對(duì)上述這些問(wèn)題，多數(shù)文獻(xiàn)也認(rèn)為本課程應(yīng)該加大實(shí)踐性操作教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)課程授課內(nèi)容的實(shí)用性，提高授課內(nèi)容與課題、專業(yè)、科研等工作的密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生參與度的提高。本文結(jié)合作者在任課中的案例教學(xué)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，研究生課程《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》案例教學(xué)效果的三個(gè)重要影響因素為學(xué)生參與度、案例來(lái)源和教學(xué)方式，針對(duì)上述因素，本文提出了學(xué)生深度參與、數(shù)據(jù)源自實(shí)際、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)等改革途徑并在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中加以實(shí)踐，包括加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、鼓勵(lì)選課研究生深度參與教學(xué)過(guò)程、借鑒“翻轉(zhuǎn)式課堂”教學(xué)方法、積極引入CDIO教學(xué)模式和結(jié)合各類計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)軟件等具體措施。選課研究生反饋結(jié)果顯示上述因素和措施顯著影響《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》的案例教學(xué)效果，通過(guò)改善上述三個(gè)因素和實(shí)施上述措施，可以較好地提升研究生修課成效，為研究生提升研究水平奠定了基礎(chǔ)。