淺談理工科研究生試驗設計能力的培養(yǎng)

　　摘要:本文根據(jù)作者培養(yǎng)研究生試驗設計能力的實踐和體會,介紹了綜合運用開設講授研究生專業(yè)基礎課程“應用數(shù)學――試驗設計與分析”,培養(yǎng)學生掌握試驗設計與數(shù)據(jù)處理軟件的應用,引導研究生結合畢業(yè)論文工作或課題方向進行試驗設計與分析,支持研究生參加全國高校數(shù)學建模競賽等等主要途徑和方法,有效提高理工科研究生的試驗設計能力,為國家培養(yǎng)更多高質量、高素質的復合型人才。
　　關鍵詞:試驗設計 培養(yǎng) 研究生
　　
　　一名優(yōu)秀的理工科研究生應該具備創(chuàng)新能力、綜合分析能力、動手能力以及自學能力,因此通過著力培養(yǎng)理工科研究生的試驗設計能力,能夠有效促進上述能力的提升,有利于提高理工科研究生的綜合素質。
　　自2000年起,我們在鄭州大學面向材料學科研究生開設了“應用數(shù)學——試驗設計與分析”課程并出版了正式教材《現(xiàn)代試驗設計優(yōu)化方法及應用》,聽課學生認為有實用價值,反應很好。同時我們也把數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化的時代特征融入到研究生教學與培養(yǎng)過程中,使學生掌握試驗設計與數(shù)據(jù)處理軟件的應用、相關計算機網(wǎng)絡使用,在此基礎上結合學生自己的論文或課題方向進行實際應用,有的同學還運用所學參加了全國高校數(shù)學建模競賽并取得優(yōu)異成績。因此我們認為采用科學的方式和方法、有針對性地培養(yǎng)理工科研究生的試驗設計能力是非常有意義的。文獻探討了開展“試驗設計與數(shù)據(jù)處理”類課程教學工作的情況,下面我們根據(jù)自己的實踐體會分幾個主要方面具體談談理工科研究生試驗設計能力的培養(yǎng)問題。
　　
　　一、加強理論與實踐教學
　　
　　試驗設計及其優(yōu)化是當代科學研究、工程技術與管理中得到廣泛應用的一門學科,也是數(shù)理統(tǒng)計學的的應用方法之一。在統(tǒng)計、農業(yè)、冶金、材料、化工、機械電子、交通運輸?shù)榷鄠�行業(yè),以及經營管理和科學研究等各個領域都得到了廣泛的應用和發(fā)展,并取得了顯著成績和非�？捎^的經濟效益。穩(wěn)健設計和質量工程學創(chuàng)始人日本科學家田口玄一博士曾經說過“不懂試驗設計的工程師只能算半個工程師�！崩砉た蒲芯可�在畢業(yè)論文或課題研究等環(huán)節(jié)需要進行大量的試驗,系統(tǒng)地掌握科學的試驗設計方法,加強學生科研能力的培養(yǎng)是很有必要的。如果試驗安排得好,且分析得當,就能以較少的試驗次數(shù)、較短的試驗時間、較低的費用,得到較滿意的實驗結果;反之,如果試驗安排得不好,分析不得當,則試驗次數(shù)增加、試驗時間延長,浪費人力、物力、財力,難以達到預期的結果,甚至導致試驗失敗。
　　因此我們在鄭州大學開設了研究生專業(yè)基礎課程“應用數(shù)學――試驗設計與分析”,為獲得更好地教學效果,還編著了37.5萬字的教材《現(xiàn)代試驗設計優(yōu)化方法及應用》(鄭州大學出版社)。針對理工科研究生的具體情況,采用多媒體授課、課堂討論、啟發(fā)式教學、案例教學相結合的教學模式,改變了學生被動聽課,使學生在課堂上積極思考、積極提問、參與演講,加深了學生對理論知識的把握和對實際問題的分析,培養(yǎng)了學生的演講能力。這種教學模式獲得較好的教學效果,得到了學生的歡迎。
　　“應用數(shù)學――試驗設計與分析” 這門課程理論性和實踐性都很強,教學過程中我們立足于理論與實踐相結合,既介紹各種試驗設計方法的原理,又講解討論這些設計方法的應用實例,綜合運用各種教學方法和手段,達到學生既能聽懂又會應用的效果,努力將所學的理論知識應用于科學試驗研究和生產實踐之中,這樣才能培養(yǎng)出合格的應用型高素質研究生。
　　
　　二、培養(yǎng)學生掌握試驗設計與數(shù)據(jù)處理軟件的應用,提高計算機實際應用能力
　　
　　為努力培養(yǎng)學生的自學習、自適應、自發(fā)展的能力,啟迪學生創(chuàng)新的意識和提高科學研究的能力,我們將數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化的時代特征融入教學之中,專門增加了和“應用數(shù)學――試驗設計與分析” 這門課程同步的上機操作練習時間,培養(yǎng)學生掌握在windows環(huán)境下用excel, origin, mathcad這些實用數(shù)據(jù)處理應用軟件進行計算機數(shù)據(jù)處理和分析;采用Statistics, SAS統(tǒng)計軟件包、正交設計助手、Monte Carlo計算機模擬軟件、PCA模式識別軟件、人工神經網(wǎng)絡等現(xiàn)代應用軟件處理具體問題。
　　我們在校園網(wǎng)上建立了“實驗設計與數(shù)據(jù)處理課程網(wǎng)站”。網(wǎng)站有多個基本模塊,各具不同的功能,組合構成服務于教學需要的網(wǎng)絡體系。在教學中充分利用網(wǎng)絡資源,教會學生獲取資料,取得信息的方法。提交課程論文是培養(yǎng)創(chuàng)新意識和提高研究能力的有效途徑,許多同學習慣了老師問學生答的考試模式,留戀著老師劃范圍、定重點的被動學習方法,當提出讓同學們自主選題時,不知道研究什么,寫什么。針對這種情況引導學生通過校園網(wǎng)瀏覽中國期刊網(wǎng),查看學術論文,另外把往屆同學的優(yōu)秀課程論文放在校園網(wǎng)的FTP站點上,讓大家參考借鑒,提倡大家勇于創(chuàng)新,爭取寫出優(yōu)秀課程論文放在網(wǎng)上,讓新的同學借鑒和共享學習的成果。
　　學生通過計算機實踐操作和網(wǎng)絡應用,夯實了實驗設計、數(shù)據(jù)處理和計算機應用方面的理論基礎和實踐基礎,并在軟件練習過程中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,提高了計算機實際應用能力,同時也有效地培養(yǎng)了學生的試驗設計能力。
　　
　　三、引導研究生結合畢業(yè)論文工作或課題方向進行試驗設計與分析
　　
　　理工科研究生在畢業(yè)論文或畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)需要進行大量的試驗,系統(tǒng)地掌握科學的試驗設計方法,加強學生科研能力的培養(yǎng)很有必要。解決問題的方式方法的優(yōu)劣,直接影響到對問題的解決過程。高水平的策略可以使學生在較短的時間內有效解決問題。在研究生試驗工作中,講究研究方法,注意試驗技巧,嚴格對待各個所要經歷的環(huán)節(jié),無疑會幫助學生把研究工作推向成功之路。
　　我們將研究生按專業(yè)方向分成學習小組,每個小組討論商定各自的問題處理方法、應用軟件類型和分析結果。不同專業(yè)學生通過課堂討論,還可達到相互交流,拓寬專業(yè)面和知識面的目的。掌握了試驗設計分析與數(shù)據(jù)處理的知識來解決生產和科研所遇到的實際問題,對研究生來說是非常重要的培養(yǎng)環(huán)節(jié),因此,我們引導研究生結合畢業(yè)論文工作或課題方向進行試驗設計與分析,靈活運用各類試驗設計方法來解決專業(yè)問題,提高教學效果,又可讓學生學以致用,增強學習興趣,提高學習積極性和自覺性。多個研究生應用所學內容安排設計試驗、分析數(shù)據(jù)結果,寫出了高水平的畢業(yè)論文,獲得河南省和鄭州大學優(yōu)秀研究生畢業(yè)論文。
　　
　　四、大力支持研究生參加全國高校數(shù)學建模競賽,提高研究生培養(yǎng)質量
　　
　　全國研究生數(shù)學建模競賽是教育部研究生教育創(chuàng)新計劃項目之一,其目的在于培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力和團隊精神,提高研究生培養(yǎng)質量,提高實際應用的綜合素質。為更好地配合研究生數(shù)學建模競賽的開展,同時也為培養(yǎng)學生解決實際問題的能力、創(chuàng)新意識和團隊精神,促進高校應用數(shù)學課程教學改革,我校對此非常重視,我們相關教師也全力以赴、創(chuàng)造條件支持研究生參加全國高校數(shù)學建模競賽。我們鼓勵學生積極參與這種非常有益的課外科技活動,對參賽學生集中培訓、強化訓練,通過這種形式培養(yǎng)學生數(shù)學實踐應用能力、解決實際問題的能力和創(chuàng)新意識。近年來我們學生組成的代表隊,經過積極努力取得了優(yōu)良的成績。獲得多個全國一等獎和二等獎。
　　綜上所述,為了提高理工科研究生試驗設計能力,培養(yǎng)復合型、應用型高素質人才,我們采用了開設講授研究生專業(yè)基礎課程“應用數(shù)學――試驗設計與分析”,培養(yǎng)學生掌握試驗設計與數(shù)據(jù)處理軟件的應用,引導研究生結合畢業(yè)論文工作或課題方向進行試驗設計與分析,支持研究生參加全國高校數(shù)學建模競賽等等,以上途徑和方法的綜合運用取得了顯著成效。試驗設計能力和探究能力的培養(yǎng)不可能一蹴而就,所謂“冰凍三尺,非一日之寒”,必須潛移默化,由量變促成質變。應根據(jù)學生的認知規(guī)律,由淺入深,由簡單到復雜,循序漸進,否則欲速不達。我們希望大家能重視理工科研究生試驗設計能力的培養(yǎng),共同努力為國家培養(yǎng)更多高質量、高素質的復合型人才。
　　
　　參考文獻
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