工科专业偏理科类课程的上机实验环节设置研究

李建林 郑继东

摘要：工科专业偏理科类课程理论性强，内容相对枯燥，增加上机实验环节，可以提高学生的学习兴趣，促进教学水平的提高。以水文统计学课程为例，探讨了实验设置、前期准备和实验注意事项等问题，以期为高校课程教学改革提供有益的借鉴作用。

关键词：偏理科类课程；工科专业；上机实验；水文统计学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0265-02

工科是应用数学、物理学、化学等基础科学的原理，是结合生产实践所积累的技术经验而发展起来的学科，是我国高校第一大学科（共55个专业），其培养目标是在相应的工程领域从事规划、勘探、设计、施工、原材料的选择研究和管理等方面工作的高级工程技术人才。在工科专业的专业课程（尤其是专业基础课程）中，有些课程偏理科，理论性较强，以致教师和学生在该门课程的教与学的过程都感觉比较吃力。专业基础课中的实验教学对于抽象概念和理论的理解非常重要，是培养大学生创新意识和探索能力的重要环节。本文以水文与水资源工程专业水文统计学课程为例，探讨了上机实验环节的设置，以期为提高工科专业基础课程的教学水平提供有益的借鉴作用。

一、水文统计学教学内容及学时安排

水文统计学是根据水文现象的特点，将概率论与数理统计的原理和方法用于水文数据的分析并做出推断的学科，它是水利工程学科水文与水资源工程专业的一门专业基础课。这门课程的学习可以使学生掌握水文统计学的基本概念、常见水文统计计算方法、P-III型水文曲线绘制以及回归分析、假设检验等常见的水文数据处理技术，为学生进一步学习水文水力计算、流域水文模型等课程以及今后从事水文专业教学及其相关研究打下基础。但课程基本概念比较抽象，不易掌握，数学基础要求高。

按照高校水利学科教学指导委员会组织编审，黄振平、陈元芳主编的教材，教学内容一共包括12章，其中第1～5章为概率部分，第6～9章为统计部分，第10～12章为其他部分（包括误差理论、随机过程和时间序列分析三部分）。学时安排各高校大多在32～40学时之间，实验学时一般为4～8学时。

课时短、内容多、任务重是本课程面临的现实问题，所以压缩教学内容和实验学时是讲授本门课程的教师不得不做出的选择。但如何压缩，不同教师有不同的做法。笔者自2008年承担水文统计学教学至今，也进行了不同的尝试。目前在教学中，课堂学时安排如表1所示。

二、实验内容的选择

实验教学是培养大学生专业领域创新意识和探索能力不可替代的手段。通过实验，学生不仅可以掌握基本的实验技能，而且能深入理解专业基础课中的基本理论知识。水文统计学教学内容都是以概率统计为基础的水文概率计算与分析，理论性强；但只学理论、方法，而不应用于实践，学生学完之后会很快将知识还给教师，所以开设上机实验是激发学生学习热情、提高学习效率、巩固学习成果较好的途径。为此，在对教学内容认真分析的基础上，从第7章开始，每一章都至少开设一个上机实验（见表2）。

三、实验内容的选择

第7章水文频率计算是本课程核心的教学内容，P-III型曲线的相关内容更是本章的重点，所以“Excel下的P-III型曲线的绘制”实验的安排可以加深学生对基本概念的理解和应用，为后续课程的学习打下良好的基础。其主要内容包括：海森几率格纸的绘制、参数的适线法估计、曲线的绘制和拟合程度的判定，其中海森几率格纸的绘制需要保持足够的细心和耐心，所以安排4学时。课堂授课阶段要对该方法进行初步的讲解。

第8章假设检验的“Excel下的水文数据的非参数假设检验”实验内容包括：整体分布的假设检验、独立性检验和一致性检验，实验较为简单，安排2学时。但在实验准备阶段，需要授课教师准备好需要的水文数据。

第9章回归分析的“SPSS下的水文曲线回归分析”实验内容包括：水文数据的线性回归和非线性回归，较为简单，安排2学时。在实验准备阶段，需要授课教师准备好需要的水文数据，同时在前期需要学生下载并学习SPSS软件，不然实验无法进行，所以鼓励、引导学生自己完成SPSS软件基本知识的学习是该实验顺利完成的关键。

第11章随机过程的“Excel下的水文序列的Markov预测”实验内容包括：水文数据的状态划分、计算转移矩阵、一步及多步转移的预测。其中转移矩阵的计算需要花费较多的时间，需要保持足够的细心和耐心，所以安排4学时。

第12章水文时间序列分析的“Excel下水文时间序列组成成分识别”实验内容包括：水文数据趋势成分识别和检验（利用滑动平均法和Kendall秩次相关检验法）和突变点的识别。数据量较大，所以安排4学时。

四、教学效果分析

目前，一般高校本课程实验安排为4～8学时，所以可根据不同情况自行选择实验内容。其中“Excel下的P-III型曲线的绘制”实验应该是必选实验。近年来，本人在授课过程中，选择“Excel下的水文序列的Markov预测”实验作为另一个实验。通过课后学生的评价，上机实验环节起到了激发学生学习热情、提高学习效率、巩固学习成果的目的（见表3）。

五、结语

1.水文统计学与概率论与数理统计有很多重复的内容，如果在教学过程中不突出水文的特点，学生的意见会比较大，教学效果也会较差，所以这些实验的设置对于学生加深水文统计学课程基本概念的理解和应用，会起到积极的作用。

2.这5个实验都要求授课教师在前期准备大量的水文序列数据；要求学生在进行实验之前学习相关的软件，掌握计算机基本操作技能。通过实验以及前期相关知识的学习与互动，可以增加师生的交流，提高学生的学习兴趣。

3.工科专业偏理科类课程理论性强，内容相对枯燥，增加上机实验环节可以促进传统教学模式的改革，提高教学质量。

参考文献：

[1]陈占秀，万青，杨历.充分发挥专业基础课中实验环节的作用[J].教育教学论坛，2013，（219）：250-251.

[2]王春振，邓欢，金鑫，等.刍议桂理工水文统计学教学中的几点问题[J].科教文汇，2014，（284）：38-39.