丁 倩， 陳 霞， 汪 軍

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計是當代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法之一?！皯?yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程將數(shù)學中的優(yōu)化理論應(yīng)用于試驗設(shè)計，采用科學有效的方法安排試驗，利用應(yīng)用統(tǒng)計等手段處理試驗數(shù)據(jù)，旨在消耗最少的人力和物力，在最短的時間內(nèi)取得更好的效果。優(yōu)化設(shè)計為工程設(shè)計提供了一種重要的科學設(shè)計方法，使得在解決復雜設(shè)計問題時能從眾多的設(shè)計方案中尋到盡可能完善或最適宜的設(shè)計方案。因而“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”成為工程類專業(yè)碩士的重點課程之一，該課程的一大特點是需要理論聯(lián)系實踐，從而導致教學相對困難，教學效果不甚理想?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》強調(diào)，要以學生為主體、以教師為主導，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，把改革創(chuàng)新作為教育發(fā)展的強大動力，倡導啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生學會學習。OBE(Out-come Based Education，成果導向教育)理念是一種創(chuàng)新型教育認知與思想，強調(diào)以成果為導向，以討論式學習等方法培養(yǎng)學生能力[1-2]。本文基于OBE理念，在“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學中注重綜合實踐的改革，以提高學生的理論與實踐結(jié)合的綜合能力。

一、“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程特點及存在問題

“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”為紡織類專業(yè)碩士研究生的一門必修課程，其教學目標是要求學生掌握假設(shè)檢驗、回歸分析、試驗設(shè)計、最優(yōu)化模型建立與求解、數(shù)學建模、數(shù)據(jù)處理分析等專業(yè)知識[3]，并能將其綜合應(yīng)用于解決紡織工程問題。對前幾屆畢業(yè)生問卷調(diào)研結(jié)果表明，學生普遍認為該課程內(nèi)容繁雜，綜合性較強，雖然易聽懂，但具體應(yīng)用于實踐或課題方面存在一定困難。究其原因主要在于[4-6]：(1)課程以理論教學為主，考核以閉卷筆試為主，綜合實際操練較少，實踐考核方面欠缺；(2)教學內(nèi)容分為試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、最優(yōu)化分析等若干部分，各部分內(nèi)容相對獨立且缺乏系統(tǒng)而詳實的案例資源；(3)實踐應(yīng)用模塊缺少行業(yè)實例，課程內(nèi)容在行業(yè)中的應(yīng)用展示不夠。

為解決上述問題，基于OBE理念，通過改變教師講、學生聽的傳統(tǒng)教學模式，以學生為主體，給予學生更大的學習自主權(quán)[7-8]。OBE理念注重學生受教育后掌握知識及獲得能力的程度，一切教育實施和教學設(shè)計均以學生的學習預期成果為導向[9-10]。群體動力學理論認為，學生在互動時依靠的是合作的力量，在不同智力水平、思維方式和知識架構(gòu)的學習者之間會呈現(xiàn)互補的模式[11]?！皯?yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程的教學改革，旨在探索一種以學生為中心，以目標和成果為導向，以能力培養(yǎng)為抓手，以參與式教學為手段的教學模式，要求學生在學習了數(shù)理統(tǒng)計及優(yōu)化設(shè)計方法等專業(yè)知識后，以團隊合作形式對紡織領(lǐng)域的相關(guān)問題進行綜合練習，培養(yǎng)其綜合能力。

二、教學改革方案設(shè)計

1. 目標設(shè)計

為便于學生了解“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學要求，明確所要學習的理論知識，我們將課程內(nèi)容進行分解，對教學目標進行細化。如表1所示，“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學內(nèi)容分為4個模塊，學生需要系統(tǒng)學習應(yīng)用統(tǒng)計和優(yōu)化設(shè)計理論知識，在此基礎(chǔ)上學習操作優(yōu)化設(shè)計相關(guān)軟件，進行優(yōu)化設(shè)計案例實踐。

表1 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學內(nèi)容分解與目標細化

2. 體系構(gòu)建

通過對“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程的內(nèi)容分解及目標細化，學生可以學到理論知識和基本應(yīng)用技能，但是對課程的最終目標不甚清晰，把握學習重點有困難。為此我們構(gòu)建了教學體系，使學生清楚本課程學習目的及可能獲得的學習效果，以便根據(jù)自身特點進行完善和提升。如圖1所示，學生可以清晰地了解通過學習所要提高的各項能力。

圖1 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學體系

3. 總目標達成

如圖2所示，“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程的教學目標是使學生在學習知識的同時提升技能、提高素養(yǎng)，進而培養(yǎng)學生利用所學理論知識解決實際問題的能力，以及包括人際交往能力、職業(yè)能力和社會表現(xiàn)力等在內(nèi)的綜合能力。通過將這些能力培養(yǎng)細化為各個小目標，構(gòu)建課程教學總目標的方式，使學生明確學習目的。

圖2 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學目標

結(jié)合課程教學實際，以學生為中心，以目標和成果為導向，以能力培養(yǎng)為抓手，以參與式教學為手段，鼓勵學生主動學習，激發(fā)其學習興趣。通過團隊協(xié)作和交流，可以極大地提高學生的學習積極性和參與度，小組間的競爭也會激發(fā)學生的集體榮譽感，增強其學習動力[8]。通過改革教學方式，使學生敢于提出見解，主動與教師及同學進行溝通交流，提升其解決問題的能力。

三、教學組織和評價

1. 教學組織

“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學重在加強綜合實踐訓練，以學生自主學習為主，教師僅講解基礎(chǔ)理論知識和基本設(shè)計思路。學生通過查找資料、交流探討等方式，確定綜合練習內(nèi)容，為紡織行業(yè)中的某一問題提出最佳解決辦法，然后進行方案設(shè)計；通過文獻查找或虛擬試驗數(shù)據(jù)，對方案進行優(yōu)化設(shè)計及分析，最終形成綜合練習報告和PPT演示文稿。課程教學流程包括以下環(huán)節(jié)：(1)知識講解。教師系統(tǒng)講解應(yīng)用統(tǒng)計和優(yōu)化設(shè)計理論知識，并介紹目前常用優(yōu)化設(shè)計軟件，為學生的后續(xù)學習及應(yīng)用打好堅實的基礎(chǔ)。(2)團隊創(chuàng)建。學生自由組合，每組3～5人，推選組長1名，并明確各自分工。(3)選題。教師發(fā)布紡織專業(yè)優(yōu)化設(shè)計題庫，學生從中選定題目，自行查閱相關(guān)資料，學習所需知識和分析方法。(4)方案設(shè)計與實施。學生經(jīng)小組討論后確定題目開展方向，設(shè)計具體實施方案，小組成員明確分工，查找資料，數(shù)學建模，確定最優(yōu)方案并進行相關(guān)顯著性檢驗。鼓勵學生自己探究解決方案，采用的方法及軟件不限，但需要有明確的過程，如遇到問題可以向教師請教。(5)匯報展示。每組撰寫詳細的分析報告，并制作PPT演示文稿，派代表進行10 分鐘左右的成果展示,教師和其他同學針對小組的匯報情況進行提問或提出建議。

2. 教學過程監(jiān)督及評價體系

OBE理念還強調(diào)過程監(jiān)督與評價體系。過程監(jiān)督的有效實施不僅可以提升學生的產(chǎn)出質(zhì)量，有利于更好地實現(xiàn)目標，而且使教師對教學工作有更好的把控，可以持續(xù)不斷地改進教學方法[12]。“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學采用小組的形式，組內(nèi)成員互相監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題并及時改進完善；教師在小組探究過程中了解學生的進展情況，恰當?shù)亟o予指導，并對未能履行職責的學生予以適時提醒。

課程教學后期，學生以小組為單位通過現(xiàn)場演示的方式進行答辯，學生和教師通過提問等方式檢驗其學習成果，并對其成果進行打分，匯報小組根據(jù)大家的意見和建議完善方案設(shè)計，并提交紙質(zhì)報告。在提問過程中，不僅匯報小組能夠得到更多的建議，其他小組亦可從匯報者的介紹中發(fā)現(xiàn)問題，積極思考，激發(fā)求知欲，增強參與度。教師也可以從中發(fā)現(xiàn)一些共性問題，并進行針對性指導與點評，從而提升課程教學效果。

學生的最終成績由小組內(nèi)打分、匯報展示、紙質(zhì)報告、平時成績、考試成績等部分組成。具體評價標準如表2所示。

表2 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程評價標準

3. 教學改革效果

“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程改革前后學生的表現(xiàn)如表3所示，其中學生滿意度采用問卷調(diào)查的形式獲得，聽取畢業(yè)生反饋；學生參與程度通過組內(nèi)評價、平時考勤及成果展示綜合得出。改革前后學生成績的對比如表4所示。

表3 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程改革前后學生的表現(xiàn)

表4 “應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程改革前后學生成績的對比

四、結(jié)語

提高解決問題的能力是專業(yè)碩士培養(yǎng)強調(diào)的重要方面之一。應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計作為一種行之有效的方法，在紡織新產(chǎn)品研發(fā)和試制過程中可以發(fā)揮重要作用，讓學生更好地掌握并熟練運用這種方法，是“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學改革的重點。將OBE理念引入“應(yīng)用統(tǒng)計與優(yōu)化設(shè)計”課程教學是一次積極嘗試，基于OBE理念，將課程目標進行分解，把每個小目標融入教學過程，形成一個多目標總體系的教學方法，并建立了行之有效的過程監(jiān)督和評價體系。特別是抓住了實踐環(huán)節(jié)這個關(guān)鍵點，以實踐應(yīng)用為案例，讓學生全程自主參與，取得了良好的教學效果。教學實踐表明，在課程教學中學生的主體作用明顯提升，參與式教學充分調(diào)動了學生的學習積極性和主動性，使學生在學習知識的同時各項能力和素質(zhì)均得到提高，為學生走向社會奠定了扎實的基礎(chǔ)。