李今心 陳 波

江蘇第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院 江蘇南京 211200

新工科(Emerging Engineering Education)是國家基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展的戰(zhàn)略需求而提出的我國工程教育改革方向[1]。較之傳統(tǒng)工科,新工科內(nèi)涵更豐富,強調(diào)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)是新工科的核心內(nèi)容之一[2]?！按竽懠僭O(shè)”和“小心求證”是創(chuàng)新活動相輔相成的兩個方面,在對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中科學(xué)規(guī)范和科學(xué)方法教育是非常必要的。作為方法論的統(tǒng)計學(xué)是科學(xué)研究中不可或缺的工具,如果科研工作者僅簡單地把統(tǒng)計學(xué)當(dāng)作學(xué)術(shù)論文修飾工具,對統(tǒng)計學(xué)在科學(xué)研究中的作用重視不夠,將會嚴重影響科學(xué)研究的嚴謹性[3]。有調(diào)查顯示僅在全球發(fā)表的生物學(xué)研究論文中有高達約50%存在著統(tǒng)計學(xué)方法運用錯誤[4]。因此,在新工科背景下,大學(xué)生統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)對學(xué)生未來工程實踐中從事創(chuàng)新性和研究性工作具有重要意義。Bromage等研究表明,統(tǒng)計學(xué)知識的教學(xué)對高校學(xué)生創(chuàng)新教育至關(guān)重要[5]。Chiel等報道,統(tǒng)計學(xué)知識的學(xué)習(xí)有利于學(xué)生對專業(yè)知識的理解[6]。本科畢業(yè)設(shè)計是工科院校本科教學(xué)的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一,也是“新工科”人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是教學(xué)活動中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)規(guī)范和科學(xué)方法的重要契機[7-8]。在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中統(tǒng)計學(xué)方法的應(yīng)用直接關(guān)系到實驗結(jié)果的可靠性和研究結(jié)論的科學(xué)性,對畢業(yè)論文質(zhì)量有重要影響。潘聲旺等的調(diào)查研究結(jié)果顯示,本科畢業(yè)設(shè)計中近九成存在統(tǒng)計缺陷[9]。魏敏等報道,相當(dāng)數(shù)量的藥學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)論文中統(tǒng)計學(xué)方法運用不當(dāng)[10]。本文僅就新工科背景下本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程中統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)做初步探討。

1 新工科背景下的大學(xué)生統(tǒng)計學(xué)的知識基礎(chǔ)

新工科建設(shè)是我國高等教育對科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的主動戰(zhàn)略行動,因應(yīng)新技術(shù)與新經(jīng)濟的需要,改革課程體系、強化數(shù)理基礎(chǔ)和信息技術(shù)教學(xué)是高校在新工科背景下針對創(chuàng)新人才培養(yǎng)所實行的改革措施之一[11]。統(tǒng)計學(xué)作為一門收集、分析數(shù)據(jù)并從數(shù)據(jù)分析中得出并展示研究結(jié)果的科學(xué)越來越受到重視,在我國大多數(shù)高校工學(xué)專業(yè)課程中一門必修數(shù)學(xué)課開設(shè)了“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”課程,該課程主要教授數(shù)理統(tǒng)計理論知識,因此,工學(xué)專業(yè)的學(xué)生在開始本科畢業(yè)設(shè)計前已經(jīng)具備了一定的統(tǒng)計學(xué)理論基礎(chǔ)知識。但作為工科專業(yè)的公共課程,學(xué)生所學(xué)的“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”教學(xué)內(nèi)容偏重于抽樣分布、參數(shù)估計、假設(shè)檢驗和方差分析等統(tǒng)計學(xué)理論,關(guān)于統(tǒng)計學(xué)方法的教學(xué)內(nèi)容相對較少,尤其是缺少與專業(yè)知識結(jié)合的應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)教學(xué)內(nèi)容[11],課程教學(xué)內(nèi)容中雖然有案例教學(xué),但所選教學(xué)案例通常沒有專業(yè)的針對性。這種缺少與實踐相結(jié)合的統(tǒng)計學(xué)理論教學(xué),經(jīng)常致使學(xué)生對統(tǒng)計思想理解不足,缺乏綜合運用統(tǒng)計學(xué)方法解決實際問題的能力和經(jīng)驗。目前,這種統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用能力的缺乏已經(jīng)直接反映到學(xué)生所完成的本科畢業(yè)論文中。張菁華等調(diào)查發(fā)現(xiàn),統(tǒng)計錯誤在本科畢業(yè)論文錯誤中占很大比例,在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2020年186篇本科畢業(yè)論文中出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤的占66.7%[12]。因此,本科畢業(yè)設(shè)計階段培養(yǎng)學(xué)生正確運用統(tǒng)計學(xué)知識,對改善本科畢業(yè)論文質(zhì)量具有重要意義。本科畢業(yè)設(shè)計階段也為學(xué)生將其所學(xué)統(tǒng)計學(xué)理論基礎(chǔ)知識應(yīng)用于專業(yè)實踐活動提供了契機。陳莉等認為本科畢業(yè)設(shè)計階段在教師指導(dǎo)下的統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力[13]。符裕紅等認為本科畢業(yè)設(shè)計中的學(xué)以致用對學(xué)生深入理解統(tǒng)計學(xué)知識具有較好效果[14]。

統(tǒng)計學(xué)是一門既傳統(tǒng)又現(xiàn)代的應(yīng)用型學(xué)科,作為統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)理論的“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”教學(xué)內(nèi)容經(jīng)典而傳統(tǒng),但基礎(chǔ)理論的實際應(yīng)用需要現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐[15]。在新工科背景下,高校更加重視信息技術(shù)教育,普遍開設(shè)了計算機技術(shù)和計算機語言類課程,這為學(xué)生使用統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行收集和分析提供了基礎(chǔ)[16]。但筆者的教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),學(xué)生在實踐中面對統(tǒng)計軟件經(jīng)常不知從何下手,茫然不知所措,雖然能在教師的指導(dǎo)下利用如Excel等較為傳統(tǒng)的工具軟件完成基本的數(shù)據(jù)分析與結(jié)果展示,但對統(tǒng)計分析過程則處于懵懂狀態(tài),知其然不知其所以然。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,各種新型統(tǒng)計軟件,如SPSS、SAS、Minitab、R等,層出不窮,學(xué)生這種理論與應(yīng)用不能很好結(jié)合的情況會越來越嚴重。但從另一方面看,對于任何一款統(tǒng)計軟件,只有使用者具備扎實的概率論與數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ),才能準確理解統(tǒng)計數(shù)據(jù),正確使用相關(guān)公式和進行相關(guān)演算?？偠灾?在新工科背景下,高校學(xué)生普遍受到了較好的統(tǒng)計學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和信息技術(shù)教育,但亟須提高其對所學(xué)相關(guān)知識的應(yīng)用能力。只有如此,才能達成新工科建設(shè)中對學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)的要求。

2 本科畢業(yè)設(shè)計中統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)方法

本科畢業(yè)設(shè)計作為學(xué)生專業(yè)綜合實踐能力培養(yǎng)的實踐課程,是提升學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新思維的重要契機。本科畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生對基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識、動手實踐能力綜合運用的體現(xiàn),也是學(xué)生本科階段四年學(xué)習(xí)成果的集中體現(xiàn),對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題能力有著重要作用,也為學(xué)生從事未來相關(guān)實踐工作奠定扎實基礎(chǔ)。統(tǒng)計學(xué)是一門從試驗設(shè)計到數(shù)據(jù)收集與試驗結(jié)果統(tǒng)計融為一體的課程,而試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集、試驗結(jié)果統(tǒng)計與展示一般會貫穿在本科畢業(yè)設(shè)計的整個過程,因此,本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)也是培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用能力的重要契機。

科學(xué)實驗通常是昂貴的實踐活動。人們希望以較少的人力、物力和財力,用最短的時間內(nèi)來獲取最多的實驗結(jié)果和數(shù)據(jù),因此,實驗設(shè)計直接影響著科學(xué)研究的效率和成敗,而實驗設(shè)計的科學(xué)性和統(tǒng)計學(xué)方法的正確運用密切相關(guān)。由于實驗設(shè)計上的某些缺陷致使喪失部分珍貴實驗數(shù)據(jù)和信息的情況并不鮮見,嚴重時還直接或間接導(dǎo)致研究結(jié)論出現(xiàn)錯誤或偏差,究其原因,很多是由于實驗設(shè)計者缺乏統(tǒng)計學(xué)知識。本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)工作中,在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗時,教師需要提醒和引導(dǎo)學(xué)生使用正確的統(tǒng)計學(xué)方法,在這個過程中,指導(dǎo)教師要注意學(xué)生的學(xué)習(xí)心理,因為部分同學(xué)有“統(tǒng)計學(xué)焦慮”。這是一種在知道將要運用統(tǒng)計學(xué)知識時出現(xiàn)的緊張、憂慮、擔(dān)心和恐懼等焦慮情緒,這種心理源自學(xué)生在學(xué)習(xí)統(tǒng)計學(xué)理論知識過程中的不愉快經(jīng)歷,認為統(tǒng)計學(xué)知識抽象性強、難學(xué),通常這部分同學(xué)所取得的考試成績也不是很理想[17]。這種“統(tǒng)計學(xué)焦慮”心理會使學(xué)生對應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)知識產(chǎn)生畏難情緒,在設(shè)計實驗時會刻意回避使用統(tǒng)計學(xué)方法。針對這部分同學(xué)的焦慮心理和畏難情緒,本科畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師應(yīng)采取先易后難的方法提高學(xué)生自信心,喚起學(xué)生對統(tǒng)計學(xué)知識的興趣。例如,可以先教會學(xué)生用正交試驗方法來應(yīng)對實驗中出現(xiàn)的多樣本、多因素的組合實驗,在處理實驗數(shù)據(jù)時計算標準差,在數(shù)據(jù)圖中添加誤差線等相對較簡單的應(yīng)用技巧,當(dāng)學(xué)生體驗到統(tǒng)計學(xué)的實用性和對統(tǒng)計學(xué)知識的成功應(yīng)用,“統(tǒng)計學(xué)焦慮”心理會慢慢減弱直至消失,進而從畏難回避到主動應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)知識。

統(tǒng)計學(xué)知識滲透到具體的科學(xué)實驗中有利于培育學(xué)生的統(tǒng)計思想,而統(tǒng)計思想對提高大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力具有重要意義。根據(jù)筆者觀察,剛進入本科畢業(yè)設(shè)計階段的大學(xué)生并非沒有掌握相關(guān)的統(tǒng)計學(xué)基本理論知識,而是面臨實際問題時想不到用統(tǒng)計學(xué)方法來解決,這就需要畢業(yè)論文指導(dǎo)教師在教學(xué)中解釋應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)知識的原因,強調(diào)正確運用統(tǒng)計學(xué)方法是科研工作中“小心求證”的重要保證,強調(diào)統(tǒng)計學(xué)方法對科研工作嚴謹性的重要意義。指導(dǎo)教師要在具體統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用上細心指點和傳授,指導(dǎo)學(xué)生正確選擇樣本、合理設(shè)置對照、注意實驗誤差、正確處理實驗數(shù)據(jù),向?qū)W生說明研究中要用什么統(tǒng)計法、為何要用該統(tǒng)計法、何種情況下需要使用檢驗法等。

統(tǒng)計學(xué)方法的正確使用與統(tǒng)計結(jié)果的描述規(guī)范與否直接影響畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。本科畢業(yè)設(shè)計最常出現(xiàn)的問題包括統(tǒng)計分析方法描述欠缺、統(tǒng)計方法誤用、統(tǒng)計推斷結(jié)果表述不規(guī)范、圖表不規(guī)范或不恰當(dāng)?shù)萚9,12]。針對畢業(yè)論文中的具體統(tǒng)計學(xué)問題,指導(dǎo)教師需要結(jié)合專業(yè)知識認真把關(guān)和給予學(xué)生耐心、仔細的指導(dǎo)。例如,在固定化酶研究領(lǐng)域的本科畢業(yè)論文中經(jīng)常會出現(xiàn)用曲線圖來描述固定化酶重復(fù)使用次數(shù)的問題,指導(dǎo)教師應(yīng)指出固定化酶重復(fù)使用次數(shù)為不連續(xù)數(shù)據(jù),向?qū)W生說明統(tǒng)計學(xué)知識中連續(xù)數(shù)據(jù)與不連續(xù)數(shù)據(jù)的區(qū)別和統(tǒng)計結(jié)果描述的不同。

本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)中必須將統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用能力培養(yǎng)和計算機運用相結(jié)合,指導(dǎo)學(xué)生利用專業(yè)軟件來進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、研究結(jié)果展示和闡釋。目前,工科學(xué)生在學(xué)習(xí)和研究中廣泛使用的統(tǒng)計學(xué)軟件主要包括Excel、Origin、SPSS、SAS等,其中Excel應(yīng)用得最為廣泛,但在本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn),部分學(xué)生對利用Excel制作圖表很陌生,表現(xiàn)為不知道標準的圖表要求,做出來的圖表不符合要求,更談不上美觀,還有為數(shù)不少的學(xué)生不知道Excel具有統(tǒng)計分析功能,在實驗研究中耗時耗力地采用人工演算的方法進行統(tǒng)計分析,效率低下且容易出錯。鄭海波建議,在學(xué)生完成本科畢業(yè)設(shè)計時教師應(yīng)著重在Excel表格的制作、Excel圖表的制作、Excel函數(shù)與公式及統(tǒng)計分析工具方面對學(xué)生進行指導(dǎo)[18]。據(jù)筆者了解,在用軟件解決專業(yè)研究中的具體統(tǒng)計問題后,多數(shù)學(xué)生會對統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生濃厚的興趣,有利于提高學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)知識的能力。

通過注重畢業(yè)設(shè)計教學(xué)中統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用能力的培養(yǎng),反映在畢業(yè)論文中可以發(fā)現(xiàn):學(xué)生更喜歡用圖表進行數(shù)據(jù)分析和說明自己的實驗結(jié)果,并且對不同圖表用途理解得更加深刻,可針對不同類型變量使用相應(yīng)的圖表,如用餅圖、氣泡圖、條形圖等對類別型變量進行分析,用折線圖、直方圖、散點圖、時間序列圖等對數(shù)值型變量進行分析。論文中的圖表也更為規(guī)范美觀,如表格標題、線條粗細等。

結(jié)語

新工科背景下,高校中的工科學(xué)生在本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)開始前已經(jīng)具備較好的統(tǒng)計學(xué)知識和信息技術(shù)基礎(chǔ)。一方面,在本科畢業(yè)設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)計學(xué)方法的應(yīng)用能力,能夠潛移默化地建立起學(xué)生的統(tǒng)計思想。另一方面,通過統(tǒng)計學(xué)知識在具體實驗工作中的應(yīng)用,能夠使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的理解更加深入。