基于OBE理念的 “应用统计与优化设计”课程教学改革

丁 倩， 陈 霞， 汪 军

(东华大学 纺织学院，上海 201620)

应用统计与优化设计是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法之一。“应用统计与优化设计”课程将数学中的优化理论应用于试验设计，采用科学有效的方法安排试验，利用应用统计等手段处理试验数据，旨在消耗最少的人力和物力，在最短的时间内取得更好的效果。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，使得在解决复杂设计问题时能从众多的设计方案中寻到尽可能完善或最适宜的设计方案。因而“应用统计与优化设计”成为工程类专业硕士的重点课程之一，该课程的一大特点是需要理论联系实践，从而导致教学相对困难，教学效果不甚理想。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》强调，要以学生为主体、以教师为主导，充分发挥学生的主观能动性，把改革创新作为教育发展的强大动力，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习。OBE(Out-come Based Education，成果导向教育)理念是一种创新型教育认知与思想，强调以成果为导向，以讨论式学习等方法培养学生能力[1-2]。本文基于OBE理念，在“应用统计与优化设计”课程教学中注重综合实践的改革，以提高学生的理论与实践结合的综合能力。

一、“应用统计与优化设计”课程特点及存在问题

“应用统计与优化设计”为纺织类专业硕士研究生的一门必修课程，其教学目标是要求学生掌握假设检验、回归分析、试验设计、最优化模型建立与求解、数学建模、数据处理分析等专业知识[3]，并能将其综合应用于解决纺织工程问题。对前几届毕业生问卷调研结果表明，学生普遍认为该课程内容繁杂，综合性较强，虽然易听懂，但具体应用于实践或课题方面存在一定困难。究其原因主要在于[4-6]：(1)课程以理论教学为主，考核以闭卷笔试为主，综合实际操练较少，实践考核方面欠缺；(2)教学内容分为试验设计、数据处理、最优化分析等若干部分，各部分内容相对独立且缺乏系统而详实的案例资源；(3)实践应用模块缺少行业实例，课程内容在行业中的应用展示不够。

为解决上述问题，基于OBE理念，通过改变教师讲、学生听的传统教学模式，以学生为主体，给予学生更大的学习自主权[7-8]。OBE理念注重学生受教育后掌握知识及获得能力的程度，一切教育实施和教学设计均以学生的学习预期成果为导向[9-10]。群体动力学理论认为，学生在互动时依靠的是合作的力量，在不同智力水平、思维方式和知识架构的学习者之间会呈现互补的模式[11]。“应用统计与优化设计”课程的教学改革，旨在探索一种以学生为中心，以目标和成果为导向，以能力培养为抓手，以参与式教学为手段的教学模式，要求学生在学习了数理统计及优化设计方法等专业知识后，以团队合作形式对纺织领域的相关问题进行综合练习，培养其综合能力。

二、教学改革方案设计

1. 目标设计

为便于学生了解“应用统计与优化设计”课程教学要求，明确所要学习的理论知识，我们将课程内容进行分解，对教学目标进行细化。如表1所示，“应用统计与优化设计”课程教学内容分为4个模块，学生需要系统学习应用统计和优化设计理论知识，在此基础上学习操作优化设计相关软件，进行优化设计案例实践。

表1 “应用统计与优化设计”课程教学内容分解与目标细化

2. 体系构建

通过对“应用统计与优化设计”课程的内容分解及目标细化，学生可以学到理论知识和基本应用技能，但是对课程的最终目标不甚清晰，把握学习重点有困难。为此我们构建了教学体系，使学生清楚本课程学习目的及可能获得的学习效果，以便根据自身特点进行完善和提升。如图1所示，学生可以清晰地了解通过学习所要提高的各项能力。

图1 “应用统计与优化设计”课程教学体系

3. 总目标达成

如图2所示，“应用统计与优化设计”课程的教学目标是使学生在学习知识的同时提升技能、提高素养，进而培养学生利用所学理论知识解决实际问题的能力，以及包括人际交往能力、职业能力和社会表现力等在内的综合能力。通过将这些能力培养细化为各个小目标，构建课程教学总目标的方式，使学生明确学习目的。

图2 “应用统计与优化设计”课程教学目标

结合课程教学实际，以学生为中心，以目标和成果为导向，以能力培养为抓手，以参与式教学为手段，鼓励学生主动学习，激发其学习兴趣。通过团队协作和交流，可以极大地提高学生的学习积极性和参与度，小组间的竞争也会激发学生的集体荣誉感，增强其学习动力[8]。通过改革教学方式，使学生敢于提出见解，主动与教师及同学进行沟通交流，提升其解决问题的能力。

三、教学组织和评价

1. 教学组织

“应用统计与优化设计”课程教学重在加强综合实践训练，以学生自主学习为主，教师仅讲解基础理论知识和基本设计思路。学生通过查找资料、交流探讨等方式，确定综合练习内容，为纺织行业中的某一问题提出最佳解决办法，然后进行方案设计；通过文献查找或虚拟试验数据，对方案进行优化设计及分析，最终形成综合练习报告和PPT演示文稿。课程教学流程包括以下环节：(1)知识讲解。教师系统讲解应用统计和优化设计理论知识，并介绍目前常用优化设计软件，为学生的后续学习及应用打好坚实的基础。(2)团队创建。学生自由组合，每组3～5人，推选组长1名，并明确各自分工。(3)选题。教师发布纺织专业优化设计题库，学生从中选定题目，自行查阅相关资料，学习所需知识和分析方法。(4)方案设计与实施。学生经小组讨论后确定题目开展方向，设计具体实施方案，小组成员明确分工，查找资料，数学建模，确定最优方案并进行相关显著性检验。鼓励学生自己探究解决方案，采用的方法及软件不限，但需要有明确的过程，如遇到问题可以向教师请教。(5)汇报展示。每组撰写详细的分析报告，并制作PPT演示文稿，派代表进行10 分钟左右的成果展示,教师和其他同学针对小组的汇报情况进行提问或提出建议。

2. 教学过程监督及评价体系

OBE理念还强调过程监督与评价体系。过程监督的有效实施不仅可以提升学生的产出质量，有利于更好地实现目标，而且使教师对教学工作有更好的把控，可以持续不断地改进教学方法[12]。“应用统计与优化设计”课程教学采用小组的形式，组内成员互相监督，发现问题并及时改进完善；教师在小组探究过程中了解学生的进展情况，恰当地给予指导，并对未能履行职责的学生予以适时提醒。

课程教学后期，学生以小组为单位通过现场演示的方式进行答辩，学生和教师通过提问等方式检验其学习成果，并对其成果进行打分，汇报小组根据大家的意见和建议完善方案设计，并提交纸质报告。在提问过程中，不仅汇报小组能够得到更多的建议，其他小组亦可从汇报者的介绍中发现问题，积极思考，激发求知欲，增强参与度。教师也可以从中发现一些共性问题，并进行针对性指导与点评，从而提升课程教学效果。

学生的最终成绩由小组内打分、汇报展示、纸质报告、平时成绩、考试成绩等部分组成。具体评价标准如表2所示。

表2 “应用统计与优化设计”课程评价标准

3. 教学改革效果

“应用统计与优化设计”课程改革前后学生的表现如表3所示，其中学生满意度采用问卷调查的形式获得，听取毕业生反馈；学生参与程度通过组内评价、平时考勤及成果展示综合得出。改革前后学生成绩的对比如表4所示。

表3 “应用统计与优化设计”课程改革前后学生的表现

表4 “应用统计与优化设计”课程改革前后学生成绩的对比

四、结语

提高解决问题的能力是专业硕士培养强调的重要方面之一。应用统计与优化设计作为一种行之有效的方法，在纺织新产品研发和试制过程中可以发挥重要作用，让学生更好地掌握并熟练运用这种方法，是“应用统计与优化设计”课程教学改革的重点。将OBE理念引入“应用统计与优化设计”课程教学是一次积极尝试，基于OBE理念，将课程目标进行分解，把每个小目标融入教学过程，形成一个多目标总体系的教学方法，并建立了行之有效的过程监督和评价体系。特别是抓住了实践环节这个关键点，以实践应用为案例，让学生全程自主参与，取得了良好的教学效果。教学实践表明，在课程教学中学生的主体作用明显提升，参与式教学充分调动了学生的学习积极性和主动性，使学生在学习知识的同时各项能力和素质均得到提高，为学生走向社会奠定了扎实的基础。