浅谈理工科研究生试验设计能力的培养
摘要:本文根据作者培养研究生试验设计能力的实践和体会,介绍了综合运用开设讲授研究生专业基础课程“应用数学――试验设计与分析”,培养学生掌握试验设计与数据处理软件的应用,引导研究生结合毕业论文工作或课题方向进行试验设计与分析,支持研究生参加全国高校数学建模竞赛等等主要途径和方法,有效提高理工科研究生的试验设计能力,为国家培养更多高质量、高素质的复合型人才。
关键词:试验设计 培养 研究生
一名优秀的理工科研究生应该具备创新能力、综合分析能力、动手能力以及自学能力,因此通过着力培养理工科研究生的试验设计能力,能够有效促进上述能力的提升,有利于提高理工科研究生的综合素质。
自2000年起,我们在郑州大学面向材料学科研究生开设了“应用数学——试验设计与分析”课程并出版了正式教材《现代试验设计优化方法及应用》,听课学生认为有实用价值,反应很好。同时我们也把数字化、信息化、网络化的时代特征融入到研究生教学与培养过程中,使学生掌握试验设计与数据处理软件的应用、相关计算机网络使用,在此基础上结合学生自己的论文或课题方向进行实际应用,有的同学还运用所学参加了全国高校数学建模竞赛并取得优异成绩。因此我们认为采用科学的方式和方法、有针对性地培养理工科研究生的试验设计能力是非常有意义的。文献探讨了开展“试验设计与数据处理”类课程教学工作的情况,下面我们根据自己的实践体会分几个主要方面具体谈谈理工科研究生试验设计能力的培养问题。
一、加强理论与实践教学
试验设计及其优化是当代科学研究、工程技术与管理中得到广泛应用的一门学科,也是数理统计学的的应用方法之一。在统计、农业、冶金、材料、化工、机械电子、交通运输等多个行业,以及经营管理和科学研究等各个领域都得到了广泛的应用和发展,并取得了显著成绩和非常可观的经济效益。稳健设计和质量工程学创始人日本科学家田口玄一博士曾经说过“不懂试验设计的工程师只能算半个工程师。”理工科研究生在毕业论文或课题研究等环节需要进行大量的试验,系统地掌握科学的试验设计方法,加强学生科研能力的培养是很有必要的。如果试验安排得好,且分析得当,就能以较少的试验次数、较短的试验时间、较低的费用,得到较满意的实验结果;反之,如果试验安排得不好,分析不得当,则试验次数增加、试验时间延长,浪费人力、物力、财力,难以达到预期的结果,甚至导致试验失败。
因此我们在郑州大学开设了研究生专业基础课程“应用数学――试验设计与分析”,为获得更好地教学效果,还编著了37.5万字的教材《现代试验设计优化方法及应用》(郑州大学出版社)。针对理工科研究生的具体情况,采用多媒体授课、课堂讨论、启发式教学、案例教学相结合的教学模式,改变了学生被动听课,使学生在课堂上积极思考、积极提问、参与演讲,加深了学生对理论知识的把握和对实际问题的分析,培养了学生的演讲能力。这种教学模式获得较好的教学效果,得到了学生的欢迎。
“应用数学――试验设计与分析” 这门课程理论性和实践性都很强,教学过程中我们立足于理论与实践相结合,既介绍各种试验设计方法的原理,又讲解讨论这些设计方法的应用实例,综合运用各种教学方法和手段,达到学生既能听懂又会应用的效果,努力将所学的理论知识应用于科学试验研究和生产实践之中,这样才能培养出合格的应用型高素质研究生。
二、培养学生掌握试验设计与数据处理软件的应用,提高计算机实际应用能力
为努力培养学生的自学习、自适应、自发展的能力,启迪学生创新的意识和提高科学研究的能力,我们将数字化、信息化、网络化的时代特征融入教学之中,专门增加了和“应用数学――试验设计与分析” 这门课程同步的上机操作练习时间,培养学生掌握在windows环境下用excel, origin, mathcad这些实用数据处理应用软件进行计算机数据处理和分析;采用Statistics, SAS统计软件包、正交设计助手、Monte Carlo计算机模拟软件、PCA模式识别软件、人工神经网络等现代应用软件处理具体问题。
我们在校园网上建立了“实验设计与数据处理课程网站”。网站有多个基本模块,各具不同的功能,组合构成服务于教学需要的网络体系。在教学中充分利用网络资源,教会学生获取资料,取得信息的方法。提交课程论文是培养创新意识和提高研究能力的有效途径,许多同学习惯了老师问学生答的考试模式,留恋着老师划范围、定重点的被动学习方法,当提出让同学们自主选题时,不知道研究什么,写什么。针对这种情况引导学生通过校园网浏览中国期刊网,查看学术论文,另外把往届同学的优秀课程论文放在校园网的FTP站点上,让大家参考借鉴,提倡大家勇于创新,争取写出优秀课程论文放在网上,让新的同学借鉴和共享学习的成果。
学生通过计算机实践操作和网络应用,夯实了实验设计、数据处理和计算机应用方面的理论基础和实践基础,并在软件练习过程中发现问题,解决问题,提高了计算机实际应用能力,同时也有效地培养了学生的试验设计能力。
三、引导研究生结合毕业论文工作或课题方向进行试验设计与分析
理工科研究生在毕业论文或毕业设计等实践环节需要进行大量的试验,系统地掌握科学的试验设计方法,加强学生科研能力的培养很有必要。解决问题的方式方法的优劣,直接影响到对问题的解决过程。高水平的策略可以使学生在较短的时间内有效解决问题。在研究生试验工作中,讲究研究方法,注意试验技巧,严格对待各个所要经历的环节,无疑会帮助学生把研究工作推向成功之路。
我们将研究生按专业方向分成学习小组,每个小组讨论商定各自的问题处理方法、应用软件类型和分析结果。不同专业学生通过课堂讨论,还可达到相互交流,拓宽专业面和知识面的目的。掌握了试验设计分析与数据处理的知识来解决生产和科研所遇到的实际问题,对研究生来说是非常重要的培养环节,因此,我们引导研究生结合毕业论文工作或课题方向进行试验设计与分析,灵活运用各类试验设计方法来解决专业问题,提高教学效果,又可让学生学以致用,增强学习兴趣,提高学习积极性和自觉性。多个研究生应用所学内容安排设计试验、分析数据结果,写出了高水平的毕业论文,获得河南省和郑州大学优秀研究生毕业论文。
四、大力支持研究生参加全国高校数学建模竞赛,提高研究生培养质量
全国研究生数学建模竞赛是教育部研究生教育创新计划项目之一,其目的在于培养研究生创新能力和团队精神,提高研究生培养质量,提高实际应用的综合素质。为更好地配合研究生数学建模竞赛的开展,同时也为培养学生解决实际问题的能力、创新意识和团队精神,促进高校应用数学课程教学改革,我校对此非常重视,我们相关教师也全力以赴、创造条件支持研究生参加全国高校数学建模竞赛。我们鼓励学生积极参与这种非常有益的课外科技活动,对参赛学生集中培训、强化训练,通过这种形式培养学生数学实践应用能力、解决实际问题的能力和创新意识。近年来我们学生组成的代表队,经过积极努力取得了优良的成绩。获得多个全国一等奖和二等奖。
综上所述,为了提高理工科研究生试验设计能力,培养复合型、应用型高素质人才,我们采用了开设讲授研究生专业基础课程“应用数学――试验设计与分析”,培养学生掌握试验设计与数据处理软件的应用,引导研究生结合毕业论文工作或课题方向进行试验设计与分析,支持研究生参加全国高校数学建模竞赛等等,以上途径和方法的综合运用取得了显著成效。试验设计能力和探究能力的培养不可能一蹴而就,所谓“冰冻三尺,非一日之寒”,必须潜移默化,由量变促成质变。应根据学生的认知规律,由浅入深,由简单到复杂,循序渐进,否则欲速不达。我们希望大家能重视理工科研究生试验设计能力的培养,共同努力为国家培养更多高质量、高素质的复合型人才。
参考文献
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