曹英麗 許童羽 田有文 陳春玲 鄒秋瀅 于豐華

摘要：以《數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程》課程為例，探索新工科背景下案例課程的建設、推廣與實施，提出立足學生培養(yǎng)目標與課程知識點、跟蹤行業(yè)發(fā)展進程、結合具體科學研究項目、設計與提煉教學案例等方法，探索課程案例庫構建思路、案例教學應用與推廣模式。

關鍵詞：新工科;案例課程建設;數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程;工程實踐

中圖分類號：G642;O21? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）03-0090-03

“新工科”注重產(chǎn)業(yè)需求導向、跨界交叉融合和支撐服務，努力推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育緊密結合，注重培養(yǎng)工科學生設計思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。全面推廣“卓越計劃”、探索新模式、建立能力與課程體系之間一一對應關系，如何在新工科教育背景下，打造具有激發(fā)學生潛能、訓練學生實踐能力、引導學生創(chuàng)新的課程和課程體系是研究生教育面臨的基本問題，也是極具挑戰(zhàn)性的問題。

調動學生的參與性一直是高等教育教學探索的方向和改革難點?！鞍咐虒W”是以學生為中心，以案例為基礎，通過呈現(xiàn)案例情境，將理論與實踐緊密結合，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、提高能力的一種教學方式。教學案例通過對工程應用實踐的深入分析、精心提煉與充分整合，將理論知識具體化、形象化，可更直觀的向學生展示理論知識;案例教學鼓勵學生獨立思考、引導學生從注重知識變?yōu)樽⒅啬芰?，有助于學生將理論知識轉變?yōu)閷嵺`技能、有助于培養(yǎng)學生團隊合作意識、有助于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，從而大大激發(fā)學生學習興趣、提升教學質量。因此在學生培養(yǎng)過程中，立足學生實踐能力培養(yǎng)目標，結合課程知識點與行業(yè)發(fā)展方向，對教師科研項目進行篩選與提煉，設計教學案例，融入到具體課程，構建案例課程，是強化專業(yè)學位研究生實踐能力培養(yǎng)，推進教學改革，促進教學與實踐有機融合的重要途徑，是推動專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革的重要手段。

1 案例課程建設過程與實踐

案例課程建設需圍繞學生培養(yǎng)目標，解決課程知識點與特色分析、知識點對應實踐能力要求分析、教學案例匹配與設計等環(huán)節(jié)的重要問題。本研究以電子信息專業(yè)學位研究生領域主干學位課《應用數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程》為例，闡述案例課程建設的實踐過程。

1.1 課程知識點與實踐能力培養(yǎng)需求分析

電子信息專業(yè)學位研究生培養(yǎng)目標為：培養(yǎng)具有高尚的思想品德、正確的政治立場、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實的創(chuàng)新精神、較強專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，掌握電子信息專業(yè)堅實的基礎理論和寬廣的專業(yè)知識，能夠創(chuàng)造性地從事電子信息專業(yè)各項工程實際工作的實踐創(chuàng)新型高層次應用型專門人才。立足電子信息專業(yè)研究生“應用型專門人才”的培養(yǎng)定位，對《數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程》課程知識點進行梳理與篩選，結合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對信息技術的工程需求，利用該課程培養(yǎng)學生對隨機過程、隨機數(shù)據(jù)收集、處理和統(tǒng)計分析的能力;揭示隨機數(shù)據(jù)總體特征和事務內(nèi)部統(tǒng)計規(guī)律的能力;進行農(nóng)業(yè)信息正確預測和控制的能力等等。設計課程的知識點及實踐能力需求分析如下表1所示。

1.2 教學案例匹配與設計

立足沈陽農(nóng)業(yè)大學電子信息專業(yè)學位研究生農(nóng)業(yè)工程背景，培養(yǎng)能夠解決農(nóng)業(yè)信息技術工程問題的應用型人才目標，針對《數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程》的知識點與能力培養(yǎng)需求，匹配了8個方面的課程案例：

1） 基于無人機遙感的農(nóng)情監(jiān)測應用案例;2） 基于貝葉斯模型的水稻穗圖像分割問題描述;3） 水稻穗先驗概率密度函數(shù)設計;4） 水稻葉綠素含量隨機數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析;5） 典型隨機分布的函數(shù)推導與仿真;6） 基于高光譜的水稻葉綠素含量的線性回歸建模;7） 基于EM算法的水稻穗分割模型的求解;8） 基于KNN和GMM算法的水稻冠層影像分割。

這些案例均來源于具體的科研項目，水稻營養(yǎng)監(jiān)測、水稻穗分割等需求均來源于精準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，水稻冠層無人機高光譜影像、數(shù)碼正射影像、水稻氮素、葉綠素含量等相關數(shù)據(jù)是項目實施過程中采集的真實數(shù)據(jù)，將這些真實的來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際、解決農(nóng)業(yè)信息化的真實案例引入到課程理論知識的講解，使枯燥、復雜的數(shù)學方法與農(nóng)業(yè)工程實際相聯(lián)系，克服了該課程理論性強、數(shù)學公式復雜、知識點繁多的特點，使得學生在學習過程中可以理論聯(lián)系實際、利用理論知識解決實際問題，能夠大大提升學生的學習興趣、增加參與度，促進學生從宏觀掌握知識、掌握隨機數(shù)據(jù)分析和處理的技能。

2 構建課程案例基本范式

圍繞新工科教育需求，緊跟綠色發(fā)展、科技與信息化、智能農(nóng)業(yè)等行業(yè)發(fā)展方向，從農(nóng)業(yè)工程領域搜集素材、捕捉前沿信息，并對素材進行加工、篩選、甄別、提煉，設計課程案例、構建案例庫。一方面，根據(jù)課程目的和內(nèi)容，考慮計劃在案例中體現(xiàn)的知識點，有針對性地設置問題和話題，規(guī)劃問題的展開和分析，充分思考知識點包含的意義，注重工程實踐發(fā)展中出現(xiàn)的現(xiàn)實問題，將探索上升到科學分析的理論高度，不斷設計和完善課程案例;另一方面，推進不同課程之間、不同專業(yè)學位之間案例課程建設與研究，積極開展案例研討、開發(fā)和使用的交流與合作，整合案例資源，構建專業(yè)學位案例庫，完善案例庫建設、管理和使用辦法，總結案例設計方法和規(guī)范、提高案例使用效率，探索案例庫共享機制。結合電子信息專業(yè)研究生《數(shù)理統(tǒng)計與隨機過程》課程知識點，選擇農(nóng)業(yè)信息技術應用背景，設計了該課程案例范式如下。

案例設計應該包含如下內(nèi)容：1） 案例的工程背景分析，該部分內(nèi)容給出案例的工程來源、問題需求、背景意義、技術路線、涉及到的理論知識、問題解決的結果與不足等。2） 數(shù)據(jù)來源分析，闡述數(shù)據(jù)的來源、試驗設計、采集方法、數(shù)據(jù)分析等，明確數(shù)據(jù)的物理意義、性質、隨機統(tǒng)計特性等。3） 闡述隨機數(shù)據(jù)分析處理應用的理論方法、公式、推導過程、關鍵參數(shù)、算法改進等，利用數(shù)理統(tǒng)計知識，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)問題的數(shù)學描述、模型構建、模型求解等。4） 結果分析，圖、表、文字多元素結合展示試驗結果，給出結果的對比與理論分析，直觀展示數(shù)理統(tǒng)計理論在解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題中的運用。

3 案例課程教學模式的應用

3.1 開展案例教學應用與實踐

基于課程案例庫，研究案例教學的實施與推廣，充分發(fā)揮案例教學在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的優(yōu)勢，增加師生雙向交流與互動，激發(fā)學生的學習積極性，改變學生在“灌輸式”教學中被動聽講和記錄的狀態(tài)，引導學生在案例教學過程中，主動思考、分析和討論，鼓勵學生針對案例的不同解決方案進行開放式辯論、轉換思路、嘗試設計新的解決方案，培養(yǎng)學生解決問題的能力。結合新工科教育跨界交叉融合、綜合實踐能力、創(chuàng)新意識、工程思維培養(yǎng)的總體目標，探索案例教學的實施過程：在案例教學實施過程中總結理論知識、綜合設計、工程實踐等不同層面案例的合理選擇與展示;規(guī)范案例教學程序，研究案例分析過程中如何講解對應知識點、解決方案討論過程中如何啟發(fā)學生工程設計思維、學生設計解決方案過程中如何提升創(chuàng)新能力等，不斷在案例教學實踐過程中完善實施程式，強化案例教學效果，培養(yǎng)學生應用自然之理解決實際問題的能力。

3.2 持續(xù)改進的案例教學培養(yǎng)模式

在實施案例教學的研究生創(chuàng)新及實踐能力培養(yǎng)過程中，鼓勵學生參加科研項目和科技競賽，在此基礎上，研究創(chuàng)新工程人才的可持續(xù)性培養(yǎng)與綜合能力提升的策略，總結人才培養(yǎng)的教學實踐經(jīng)驗，進一步完善教學案例。依托遼寧省農(nóng)業(yè)信息化工程技術中心、沈陽農(nóng)業(yè)大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實習基地、國家十三五重點研發(fā)項目、遼寧省重點研發(fā)項目、“三菱電機杯杯”全國大學生電氣與自動化大賽、“東方紅”杯全國大學生智能農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新大賽等平臺，鼓勵和組織學生參與科研項目研發(fā)、參加科技設計競賽等，延續(xù)案例教學成果，繼續(xù)培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，通過項目分析、解決方案設計、程序實現(xiàn)、結果展示、報告撰寫等環(huán)節(jié)的實踐，進一步提升學生綜合能力。同時，鼓勵學生總結和分析實踐過程中遇到問題，并發(fā)現(xiàn)自身理論的欠缺，逆向反饋并完善課程案例，使學生既是案例教學的受訓者又是案例教學的實施者和設計者，從而形成案例教學的持續(xù)改進模式。

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Case Course Construction and Practice of Applied Mathematical Statistics and

Stochastic Process under New Engineering Course Background

CAO Yingli， Xu Tongyu， TIAN Youwen， CHEN Chunling， ZOU Qiuying， Yu Fenghua

（School of Information and Electrical Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： Taking the course mathematical statistics and stochastic process as an example， this paper explores the construction， promotion and implementation of case courses under the background of new engineering course， and puts forward methods such as basing on students' training objectives and curriculum knowledge points， tracking the development process of the industry， combining with specific scientific research projects， designing and refining teaching cases， etc.， to explore the construction of course case database and the application and promotion mode of case teaching.

Key words： new engineering course; case course construction; mathematical statistics and stochastic processes; engineering practice