试验设计与统计分析的课程思政教学探索与实践*

胡 荣，刘玉荣，吴 芳，郭朝中，李 璐

(重庆文理学院材料科学与工程学院，重庆 402160)

思政元素与课程知识的双向融合是全面落实高校立德树人的重要任务，是当前培养合格大学生的重要手段，是引导当代大学生具有正确价值观、世界观、人生观的重要保障。课程思政元素引入课程教学是多样的，包括时代精神(榜样)、工匠精神、民族精神、爱国主义、社会主义核心价值观、科学发展观、红色基因、古代哲学智慧、马列主义哲学思想等[1-4]。思政元素与专业知识的有效融合需要任课教师在充分了解专业和课程特点的基础上，可采用合理的教学形式将思政元素引入课程知识点之中，通过特定的思政元素与知识点的高度契合，使学生掌握专业知识的同时，又能提升学习热情、明确学习目的和奋斗方向、增强对我国文化自信、制度自信的认可、热爱祖国，实现知识的正能量传播。因而，课程思政是培养合格社会主义事业接班人的重要途径。

1 思政元素在试验设计与统计分析教学中的重要性

《试验设计与统计分析》是试验者通过合理地、科学地、经济地设计出一个可行的试验方案，并以一定的数学理论(如概率论与统计分析)为基础对所得试验结果进行分析，以达到试验者所设定的指标[5]，是一门理论联系实际非常紧密的专业技能课程，对学生将来从事科学研究、工艺技术开发、技术管理等工作具有重要的作用。《试验设计与统计分析》课程一般涉及到的教学内容包括试验设计的简介、试验数据与误差分析、数学模型与数据处理、方差分析、回归分析、正交试验设计、参数设计、均匀设计、现代软件技术(如Excel、Origin、SPSS、Matlab等)在试验设计与统计分析中的应用。通过此课程的学习可达到如下三个目标，(1)学生需掌握试验设计的基本原理和方法，能够正确地针对具体的试验对象制定出合适的实验方案；(2)能够运用计算机技术对试验数据进行分析、得出正确的结论；(3)能将所学的试验设计知识运用到专业领域，并能在运用过程中体现出创新意识、良好的工艺/技术研发素质、科研素养和团队合作意识，具备解决实际工程问题的能力。目前，理工、农、林、医等类的高校学生均涉及到试验(或实验)实践环节的学习。因而，做好《试验设计与统计分析》课程的教学对学生就显得十分的重要。

作为一所新建的应用型本科高校，我校在材料和化学类专业开设了《试验设计与统计分析》这门课程，根据我校和专业的特点和性质，任课教师选择赵选民教授所编著的《试验设计方法》为教材。该教材的课程内容涉及单(双)因素的方差分析、一(多)元线性回归分析、一(多)元非线性回归分析、正交试验设计(方法、设计原理、数据的方差分析等)、参数设计(稳健设计与灵敏度设计等)、均匀设计(基本思想、试验安排、分析及应用等)、响应曲面分析法等；此外，还涉及几种软件(Excel、Origin、SPSS)在课程中的教学与实际应用。通过该课程的学习使学生能够掌握试(实)验的设计方法、数据分析方法、并具有利用现代计算机技术解决实际问题的能力。但是教师在教学过程中发现一些不足，如学生的学习兴趣不浓、学习动力不强、解决实际问题(化学与材料工程方面的问题)的能力偏弱等等。为此，任课教师应充分结合当前新时期教学改革的发展要求，以提升学生对课程的认知、分析与解决实际问题能力。课程的思政建设为当前的教学内容和教学形式指明了方向，因为思政元素的课堂导入就是为了正确引导学生的学习动机、热情和目的，使学生成为自我学习与实践的主体、克服困难，并能够用科学的思维模式和方法分析和解决问题，从而实现立德树人的目标。

2 思政元素融入试验设计方法的课程教学中

2.1 将科学家贡献与事迹融入课程教学过程中

为了提升学生的学习动力、明确学习动机，可将老一辈科学家为国奉献的精神与事迹融入教学，如在课程的绪论环节，讲解试验设计的发展历程和各试验方法的应用领域的过程中，教师将重点引入我国科学家在此领域的贡献，如我国著名的统计学家许宝禄在20世纪50年代的努力下将我国的科研与技术人员引入试验设计领域，为我国培养了一批优秀的试验设计工作者，这些试验设计工作者为新中国的工业、农业、军事和经济建设作出了重要贡献。在讲到下最新试验设计方向—计算机仿真试验时，可以为同学们介绍我国的超级计算机神威太湖之光(国家并行计算机工程技术研究中心研制)和天河二号(国防科学技术大学研制)，超级计算机具有非常快的运算能力，在军事、气象、核能、化工、人工智能、重大科学研究等领域具有很重要的应用，是国之重器，是按少数国家掌握的技术，通过这一讲解以此增强学生的民族自豪感和认同感。

在讲解正交试验设计的内容时，可以引入讲解张里千院士为推动正交试验设计在我国的推广与应用所作出的贡献，他本人也摸索出一套正交表优化使用方法，为科研人员和技术人员运用正交表提供极大的便利，使得正交试验技术为我国国民经济的发展作出了重大贡献。在均匀试验设计部分，引入王元院士和方开泰教授为解决我国导弹弹道系统的指挥仪的设计问题时，创新地提出了均匀试验设计方法，该方法可以极大地减少试验次数、且可靠性高、可较好地判定主要因素、次要因素，确定出最好的试验条件，得到最优方案。该方法在武器装备试验(如雷达动态跟踪精度试验、潜射导弹试验、鱼雷航路规划等)有成熟的应用，为我国的国防建设作出了重要贡献。通过科学家的事迹的融入，正面引导学生的价值观、人生观和世界观；充分拓展学生视野，激发他们发奋向上、追求真理和爱国情怀[6]。

2.2 将实事求是的精神融入课程教学

《试验设计与统计分析》作为一门试验方法与数据处理、统计分析类课程，通过试(实)验获得数据是一个非常重要的环节，这个过程中试(实)验者不仅要真实记录试(实)验所得的数据，还要真实记录试(实)验的环境、条件、设备运行、仪器测试等参数；同时，数据的分析过程也要真实地、科学地进行，只有这样才能真实地反映实验所得到的结果。不能因为个人目的，对数据进行美化、修饰、甚至篡改，进而对单位、社会、国家造成不良影响和损失。为此，在课程教学过程中将实事求是的精神思想融入课程教学是非常重要的。在课堂教学过程中，教师首先从大的历史发展方向讲述“实事求是”一词的最初来源和典故(《汉书·河间献王传》)，再讲述伟大领袖毛主席将实事求是发展为马克思主义认识论，为马克思主义中国化发展作出了巨大贡献，并利用实事求是的精神取得了中国革命最终的胜利；我们党和国家的另一位领导人邓小平同志也用实事求是的精神思想主导我国的改革开放和经济建设，才有了我们国家现在的繁荣昌盛。其次，在科学与技术研究层面，教师会向学生举例讲解名人科学家实事求是的科学态度，如爱因斯坦就在晚年承认了他在静态宇宙模型上的失误，这一失误并未受到人们的指责，反倒是爱因斯坦实事求是的态度受到了人们的尊敬。此外，我国著名核动力专家彭士禄院士也是实事求是的典型榜样，他负责我国初代潜艇核动力装置的论证、设计、试验及运行工作，在工作中他对试验过程、试验数据及数据的计算要求极为严格，常为一个公式的推导、一个数据或参数的得出而反复演算、精益求精。他在自述里也曾提到自己在工作过程中也出现过错误，但并没有因为错误而掩盖错误，而是改过错误，重新再来。这是因为彭士禄院士实事求是和勇于担当的精神，造就了我们的国之重器，守护了人民的安全和尊严，是我们值得学习的时代榜样。总之，通过将实事求是的哲学思想融入《试验设计与统计分析》课程思政的教学，引导学生树立踏踏实实做事、清清白白做人的品质。

2.3 将集体主义精神融入课程教学

当今世界社会的分工也来越细，完成一项科研工作需要多领域、多学科、多专业、多层次的人员共同参与和完成，体现出团队合作意识，才能高效、保质保量地实现。虽然《试验设计与统计分析》这门课程的教学目标是教会学生科学地设计试验、分析数据、得出正确的结果，但现代的科学研究、技术开发基本都是系统化的工程，单靠一人的力量是很难实现的。因而，通过团队及团队间的密切合作、整合各方优势是一个非常重要的途径。为此，将集体主义精神融入课程的教学过程中就显得特别的重要，实际的教学过程中教师可以具体的案例进行讲解，如新冠疫情爆发后，我国各部门通力合作、积极发挥集体主义办大事的优势，政府部门制定高效合理的防疫政策，科研部门积极投入到病毒结构的解析(样本获取、分离、研究等)、溯源、病理研究、疫苗研发，生物制药单位按工艺条件进行生产，医疗部门进行病毒检测、临床试验等等。通过这样的集体合作可保障我们抗疫斗争取得全面胜利。上世纪的疟疾防治药物研究工作也是集体主义在科学研究中的一个非常重要的典范，当时为了药物研发的顺利进行，先后成立了多个科学研究组(如化学合成药、驱避剂、中医中药、针灸、疟疾免疫等工作组)，各工作组间相互协作、相互进行学术与技术交流，各组在合作期间都取得了非常显著的科研成果、如获得了一些对疟疾有效的化合物如抗疟单体鹰爪甲素、暗罗素、常山碱、青蒿素等。在抗疟药品研究过程中，相关研究人员在1996年获得了求是“杰出科技成就集体奖”。另外，由于青蒿素神奇的抗疟效果，挽救了无数人的生命，为此，青蒿素研究团队的负责人屠呦呦研究员获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖，并获2016年国家最高科学技术奖。通过集体主义精神融入《试验设计与统计分析》课程思政的教学，引导学生正确认识到个人与集体间关系、发挥个人在集体中的作用、不计得失、甘于奉献，认识到科学研究和技术研发的过程中集体主义精神可以发挥出“一加一大于二”的效果。

2.4 课后思政教与学的重要性

为了进一步增强学生解决实际问题的能力和夯实课程思政在教学过程中的效果，笔者认为课后环节将思政元素的融入是课堂教学的重要补充和重要阵地。因为《试验设计与统计分析》是一门实践性很强的课程，课堂上的教与学还不能很好地巩固课程的知识。因而，教师积极鼓励学生在课余时间积极参加科研项目，尤其是参加教师有国家级和省部级的项目，因为这些项目中一定涉及到实验的设计、数据的分析。为此，教师在指导学生进行科学实验的过程融入思政教学，必然会起到良好的效果，学生在进行科研实验的过程中，既了巩固了课堂的知识，又增强了自主解决实际问题的能力。《试验设计与统计分析》的课后思政教学得到了学院的大力支持，不少学生在课后都参与到教师的科研项目之中，学生在参与科研项目过程中深深地感受到利用所学知识为国家服务的骄傲感和自豪感。有的学生通过自己的努力将科研论文发表于SCI国际期刊上，有的同学通过科研实验参加了重庆市创新物理竞赛并获奖，有的同学通过科研实验参加中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛并获得金奖和重庆市青少年科技创新市长奖。总之，课后思政的教与学在学生的成长过程中也是具有重要的意义的。

3 结 语

《试验设计与统计分析》是材料和化学类专业一门非常重要的专业技能课，学好此门课程可为学生将来从事科学研究、工艺创新、技术开发、技术管理打下坚实的基础。将课程思政元素(如爱国科学家精神、实事求是的精神、集体主义精神等)与《试验设计与统计分析》专业知识双向融合的教与学不仅可有效提升大学生的学习动机、热情和目的，增强了学生的自主学习能力和分析与解决实际问题的能，还可以激发学生奋发向上的意志和真挚的爱国热情。通过课程思政的探索与实践，我校材料类专业学生在《试验设计与统计分析》课程的学习过程中收获满满，教学结果取得了明显成效。