硕士研究生课程《实验设计与数据处理》案例教学初探*

杨 磊

（中原工学院）

一、前言

教育部于2014年发布的《关于改进和加强研究生课程建设的意见》（以下简称《意见》）中指出，研究生课程应根据需要按一级学科设置课程和设置跨学科课程，增加研究方法类、研讨类和实践类等课程[1]。《实验设计与数据处理》是理工类硕士研究生必修的研究方法类课程，对于提升硕士研究生学术成果水平具有显著的积极影响。我校于2003年开始，在部分工科硕士学位点将该课程设置为专业必修课程，有效地促进研究生开展更有深度的学术研究。全国大多数高校也针对理工类专业开设了这门课程。但是，课程教学的效果并不十分理想，普遍反映存在课程晦涩难懂、理论抽象、学生厌学等问题[2]。因此，教育部在《意见》中强调，重视通过对经典理论构建、关键问题突破和前沿研究进展的案例式教学等方式[1]。因此，在理论性较强、突出研究方法的《实验设计与数据处理》课程中开展案例教学势在必行。由于课程内容非常庞大，理论性较强，概念较抽象，如何运用好案例教学成为切实提升课程教学效果的关键问题[3]。本文针对课程教学过程中的上述问题，探讨了案例教学在该课程授课中的积极作用，并以学生体质调研数据为例，尝试说明理论课程案例教学的实现路径、教学模式和效果评价，特别提出了学生深度参与、数据源自实际、翻转式教学三个重要的影响因素及其实施成效，为《实验设计与数据处理》课程教学的进一步改革和创新提供参考。

二、研究方法与材料

通过文献研究、案例分析等方法，探索影响普通高等学校硕士研究生课程《实验设计与数据处理》案例教学效果的影响因素。文献研究采用中国知网数据库检索的方式开展；案例分析主要是对某高校课程案例教学的经验开展分析。采用的案例为某普通高校硕士研究生体质调研实验设计与数据分析。

三、结果与讨论

本文以“实验设计与数据处理”为关键词，在中国知网进行文献检索，发现截至目前共有16篇教研论文围绕《实验设计与数据处理》课程进行了研究。其中，面向硕士研究生课设课程的4篇、本科课程10篇、高职等其他层次课程3篇。可以看出，尽管该课程已经成为理工类学科专业研究生修习的重要课程，但是针对研究生层次课程的研究尚不够充分。文献研究发现课程教学过程中存在较多问题，主要包括：课程教学中存在着内容多、理论性强、难度较大等教学难点[4]；数学原理较多，涉及大量统计学原理和计算公式，教学过程较为困难[5]。特别有文献发现，该课程普遍存在实践教学比例少、学生参与度低、课程专业关联性不足的问题[6]。为解决上述问题，有文献认为该课程需要注重启发和案例式教学，采用生活中的实际问题作为案例，调动学生参与课程授课过程的积极性[7]。正如某文献中所指出的，“以学生为中心”就需要以案例为引导，以网络课程为平台，加强阶段性实践练习，不断讨论反馈，实践增强理解，注重过程考核[8]。较多任课教师会遇到课程学时不够的问题，因此有文献认为应当压缩理论教学内容，增加实践教学学时，同时改变实践教学模式，保证学生能够拥有较多机会进行计算机上机实践[9]。当然，也可以鼓励学生在学习本课程过程中，积极参加全国研究生数学建模竞赛等创新能力赛事，将实验设计方法和数据处理技巧与课题研究或项目案例相结合，发挥以赛促教、以赛促学等积极作用[10]。更有文献针对本课程所面对专业进行了针对性案例设计，比如在对能源与环境类研究生授课过程中，在课程教学内容中引入温湿度和风速等建筑环境实验常用物理量的测试方法，并且非常积极地引导学生将参与的科研项目数据用于本课程的案例教学过程中[3]。此外，还有文献指出，采用适当的统计分析软件，例如SPSS、Origin、Excel、SAS、BMDP等，可以帮助提高学生的主动思考能力和增加教师的教学手段[11]。在教学模式的改革与创新方面，有文献将研究生课程《数据处理与实验设计》引入CDIO模式，即在硕士研究生开题之后至中期检查之前的阶段实施构思（Conceive）和设计（Design），在中期检查之后至论文撰写之前的阶段进行实施（Implement），在论文撰写至答辩间的阶段进行运作（Operate），将自我成长力、快速适应力和价值创造力作为学生培养的内在驱动力，强调硕士研究生的创新能力和实践能力[12]。总之，上述文献认为本门课程应突出应用性和实用性，加强实践环节，重点在案例教学上下功夫，做到学生积极参与、与实际生活密切结合等教学模式贯穿教学始终。

作者基于十余年《实验设计与数据处理》研究生课程的授课经验，以学生体质现状调研数据为例，进行了案例教学实践。通过该案例的实施，学生参与度达到了非常理想的效果，100%参与到数据调研和分析过程中，翻转课堂教学方式确保了每一位选课研究生能够掌握该课程的基本理论，在结课时全体研究生均结合课题撰写了学术论文，教学效果较为理想。具体实施过程如下：

（一）课程授课起始阶段

在该阶段全面了解研究生课题范围，熟悉研究生数学特长和不足，为每个研究生在《实验设计与数据处理》课程教学中进行能力的精准画像。组织研究生针对课题中的案例，进行课程教学内容、思路和产出的路线构思和方案设计。以学生体质现状调研数据为例，要求全体选题研究生查阅相关文献，构思开展研究生在体育素质课结束后体质现状调研的实验方案，包括实验的目的、方法、设备、结果分析和结论等内容，并设计符合上述实验方案的调研问卷，应包括受访者个人信息、基本健康数据、体育素质课前体质状况和体育素质课后体质状况等内容，可采用纸质问卷形式，也可以采用问卷星线上问卷形式。本阶段为实验方案的顺利实施奠定了基础，确保《实验设计与数据处理》课程教学和案例教学的有效开展。通过构思（Conceive）和设计（Design）环节，使选课研究生尽快深入到课程案例教学的环境中，同时确保课程案例实验和数据来源于实际生活。

（二）课程授课过程中

组织选课研究生开展问卷调研，例如2021年采集了某高校483名硕士研究生体质现状数据，采集时间为体育素质课结束后1-2周，利用问卷星调研学生的体质变化、体育锻炼现状、影响因素、体育课程兴趣、体育比赛参与度等方面的原始数据。本阶段全面开展实施（Implement）和运作（Operate），将上述数据用于课程教学案例分析，让选课研究生分组负责数据的调研、汇总和分析工作，涉及的课程研究方法主要包括描述性统计分析、标准差分布情况分析、T检验分析、F检验分析等基本统计方法，学生课堂汇报数据调研情况和分析结果，分组进行相互评比和竞赛。本阶段确保了研究生深度参与数据获得，因为数据源自实际，选课研究生可以自如地参加翻转式教学过程。

（三）课程授课结束后

持续跟踪选课研究生使用课程教学内容的情况，课程教学组组织选课研究生设计研究生课程《实验设计与数据处理》教育质量评价调查表，由选修过课程的研究生对本课程包括教学态度、准备情况、语言举止、参考资料、教学方法、教学手段、沟通互动、课堂组织、内容完整、知识前沿、案例教学等在内的情况进行评价，为下一届选课研究生的案例教学改革与创新提供参考和依据。其中，对研究生体质现状数据案例教学内容和过程设置了多个题项，收集选课研究生对该案例教学的学生参与度、数据来源实际情况和翻转课堂教学情况，从而实现课程案例教学及评价反馈的闭环式建设。从调查结果来看，95%以上选课研究生对本课程的案例教学是满意的，其中87%的研究生对于采用研究生体质现状数据案例进行教学兴趣浓厚，有利于优化后续课题研究中实验设计与数据处理内容。

综上所述，作者通过以上案例实践，认为学生深度参与、数据源自实际、翻转式教学三个因素显著影响课程的教学效果，建议该课程案例教学的改革应从如下几个方面开展：

（1）加强课程教学的顶层设计，凝练出实践性和实用性教学理念，创新互动式教学模式，积极采用源于生活的教学案例。例如，作者在开展本课程教学过程中，与体育部协同开展了研究生体质现状问卷调研工作，案例数据来源于本校研究生群体，更有课程选课研究生群体的参与，极大地提高了选课研究生参与课程理论内容学习的积极性。

（2）鼓励选课研究生深度参与教学过程，采用学生体质现状调研案例，部分选课研究生同时为研究生体质现状调研工作的骨干，在收集、分析数据过程中，充分地利用课堂所学知识，撰写了课程报告，较为明显地提升了课程教学效果。

（3）参照“翻转式课堂”教学方法，在课程讲授过程中根据教学内容，研究生组织设计课程内容、案例教学方法、集体研讨模式、分组竞赛环节等各项工作，充分挖掘课程教学内容与案例教学的有机结合优势，使课程关键内容入心入脑，真正成为研究生掌握住的科研工具。在实施翻转课堂过程中，小班教学模式应为首要考虑因素，一般不超过30人，这样便于实现小组讨论、特性化教学设计、课前及课后互动，甚至于学生个性化视频录制。

（4）积极引入CDIO教学模式，采用“内联式”+“外延式”教学模式，把构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）有机融入课程教学全过程中，甚至外延至学生入学、课题开题、课题研究、论文撰写、答辩总结的研究生培养全过程，实现实验设计观念和数据分析理念的闭环教育。

（5）借鉴工程教育专业认证的制度化、常态化评价模式，在课程案例教学中建立“评价-反馈-改进”循环螺旋上升的教学质量提升机制，教师不断通过探索、实践、改进和研究来提高课堂教学效果，对质量评估的关键数据进行抽取和分析，实现问题导向，整改薄弱环节，结合课程教学后的《实验设计与数据处理》教育质量评价调查活动，为下一次持续改进课程案例教学提供基础和依据。

（6）结合各类计算机统计软 件（SPSS、Origin、Excel、SAS、Matlab等），持续实践案例教学。甚至可以考虑，辅助高级计算机编程工具（C语言、Basic、Fortran等），鼓励学生设计符合专业课题研究需要的《实验设计与数据处理》课程教学专用软件，将主要统计学分析方法与课题研究内容融入软件功能模块中，辅助学生科学设计实验方案和对数据进行深入分析，进一步激发学生深入再学习和操作数据分析方法的动力。

四、结论与改进建议

本文针对研究生课程《实验设计与数据处理》的案例教学问题，梳理了中国知网文献研究现状，汇总分析了课程教学中普遍存在的问题，整合了文献研究结论，并结合作者十余年课程教学经验，有针对性地提出了各类改进措施。通过文献综合研究发现，研究生课程《实验设计与数据处理》教学中面临许多普遍的问题，包括教学内容偏理论、计算公式较多、教学效果不理想和学时偏少等。针对上述这些问题，多数文献也认为本课程应该加大实践性操作教学内容，增强课程授课内容的实用性，提高授课内容与课题、专业、科研等工作的密切联系，实现学生参与度的提高。本文结合作者在任课中的案例教学经验认为，研究生课程《实验设计与数据处理》案例教学效果的三个重要影响因素为学生参与度、案例来源和教学方式，针对上述因素，本文提出了学生深度参与、数据源自实际、翻转式教学等改革途径并在实际教学过程中加以实践，包括加强顶层设计、鼓励选课研究生深度参与教学过程、借鉴“翻转式课堂”教学方法、积极引入CDIO教学模式和结合各类计算机统计软件等具体措施。选课研究生反馈结果显示上述因素和措施显著影响《实验设计与数据处理》的案例教学效果，通过改善上述三个因素和实施上述措施，可以较好地提升研究生修课成效，为研究生提升研究水平奠定了基础。