“R语言数理统计”课程开展思想政治教育教学的探索
——以北京林业大学为例

李耀明 苏德荣 纪宝明

(北京林业大学草业与草原学院，北京 100083)

2020年教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》(简称《指导纲要》)，指出理科类课程在教学中要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。当前随着科技发展，我们所掌握的数据量飞速增长，人类已经迈入了大数据时代，数据资源成为重要的生产要素和战略资源。对大数据的统计分析就是从海量数据集合中发现新知识、创造新价值、提升新能力，服务国民经济、国家安全和科学研究等[1]。美国高度重视大数据的研发与应用，是首个研究大数据并将其列为国家战略的国家，随后欧洲、澳大利亚、日本、韩国等国家和地区也纷纷出台大数据战略。近年来，我国推出了一系列政策来促进大数据战略的发展，在大数据科学领域正处于从追随者、模仿者到开拓者、引领者的过渡和关键时期[2]。结合大数据的草原生态监测是大数据科学在我国生态文明建设领域的应用典型。当前草原监测、保护和生态治理成为国家的战略性工作，同时技术发展使得对天然草地和人工草地等生态系统状况的大范围、高频度时空监测和深层次机制分析成为可能，并产出了海量的数据。这些数据具有体量大和类别多样等特点，快速、有效、科学分析这些数据是支撑草原资源管理、促进绿色产业发展等国家重大战略任务的关键。传统的Excel等统计工具已经不能满足当前的大数据分析要求，对这些海量数据的信息挖掘需要更加专业的处理工具和技能[3]。R语言是用于数据统计分析、图形展示和报告的编程语言和软件环境，以其特有的开放性、高可扩展性以及顶尖的制图功能被越来越多的数据分析尤其是大数据分析工作者应用，并成为当前世界范围内最受欢迎的大数据挖掘开发语言之一。由于相对前沿的技术和极为广泛的应用领域，R语言相关课程蕴含了大量的国家发展战略、大国竞争和数据安全等思政元素。相关课程的教师可以将思政教育融合在课程专业知识教学中，教授学生专业技能的同时培养学生服务国家建设、投身我国社会主义事业发展的责任感和使命感。

“R语言数理统计”课程是北京林业大学草学专业大三学生的一门专业选修课程。在学生学习了“多元统计”“概率论与数理统计”和“生物统计学”等基础课程之后，“R语言数理统计”课程主要教授学生利用R语言统计分析草原生态监测数据，并进行结果的可视化展示，使学生掌握R语言统计分析的基本技能，能够使用此软件对现实草原生态学数据或案例进行分类统计与分析。该课程需要掌握的主要专业技能包括：①了解R语言的安装和数据的输入、编辑与输出等基本功能；②掌握基于R语言的基本数据统计分析技能；③掌握对数据统计结果的可视化技能。本文以北京林业大学草学专业“R语言数理统计”课程为例，从分析课程思政教学存在的问题、提升课程思政教学的路径及评估课程思政教学效果等方面探讨该课程思政教学的改革措施。

一、“R语言数理统计”课程开展思想政治教育教学情况的调查分析

近年来北京林业大学高度重视课程思政教学工作。为了更好地了解“R语言数理统计”课程思政教学情况和存在的问题，笔者于2020年1月利用问卷星向北京林业大学草学专业大三和大四学生发放了该课程思政教学情况调查问卷。调查问卷的问题主要围绕7个内容设计：①学生对课程思政教育的整体认可度；②“R语言数理统计”课程教学中学生感兴趣的思政元素类型；③学生对我国数理统计领域历史成就和发展现状的认识；④学生喜欢的课程思政的教学方式；⑤影响“R语言数理统计”课程思政教学效果的重要因素；⑥“R语言数理统计”课程思政教学效果及存在的问题；⑦提升“R语言数理统计”课程思政教学效果的建议。该调查共回收有效问卷75份，参与调查的大学生男女生比例为30∶45。

调查结果表明，草学专业大学生对课程思政教学本身的认可程度较高，93.33%的同学认同结合专业课程的思想政治教育有助于建立正确的价值观、提高思想觉悟。学生感兴趣的思政元素类型多样，有65.33%的学生对时事政治类的思政元素最感兴趣，有57.33%的学生对国家在经济、科技、外交等领域的杰出成就等感兴趣，有44.00%的学生对国家民族的历史文化等感兴趣。对于该课程思政的教学方式，学生更喜欢思政元素和专业知识有机融合的案例式教学，对单一的课堂讲授教学形式和空洞的说教接受度低，有57.33%的同学喜欢结合视频、动画等多媒体形式开展课程思政的教学。对于课程思政教学的影响因素，学生对教师自身的道德情操、人格魅力的认可程度最高，约为78.67%，其次是教师过硬的学识和专业素养，为73.33%。

通过调查，笔者发现学生对“R语言数理统计”课程思政教学的满意度较低。有42.67%的同学认为学习“R语言数理统计”课程提高了专业知识和技能，但是思想意识和价值引领效果不明显；有38.67%的同学认为课程思政元素与专业知识的契合度不够密切，选择的思政元素不够生动、具体，难以让学生印象深刻并引起学生的共鸣，甚至有10.67%的同学反馈学习结束后对课程的思政元素没有明显的印象；有46.67%的同学认为教师思政教育的方式单一，以教师课堂讲授为主的方式枯燥，导致学生的参与度和认可度不高。因此，“R语言数理统计”课程思政实际的教学效果并没有达到预期目标，课程的情感态度与价值观培养效果不突出。学生对“R语言数理统计”课程思政建设的具体效果存在质疑又进一步影响到课程教学。

笔者通过与学生进一步座谈和讨论，总结“R语言数理统计”课程思政教学效果欠佳的主要原因有以下几点。①课程思政教学总体目标不具体，章节的思政教学目标不明确，没有很好地指导教师完成思政教学设计和对教学成效的科学评估。②教师对课程思政教育教学的意义认识不足，思政教学经验和能力不足。“R语言数理统计”课程授课教师长期从事科研实践和专业知识教学工作，课程思政教育教学的理念和经验不足，在教学中还是以专业知识教学为主，思政教育为辅。③思政元素不突出、与专业知识契合度不够密切，没有很好地将专业知识和思政元素有机融合。教师在授课过程中没能精心挖掘和筛选每一章节的思政元素，尤其是对具体化、生动化的典型思政元素的挖掘和凝练做得不够。④课程教学方式单一，学生参与度不高。大多思政内容以单一的课堂讲授和说教为主，学生只是被动地接受，缺乏参与的动力和兴趣。

二、“R语言数理统计”课程完善思想政治教育教学的措施

(一)明确“R语言数理统计”课程的教学目标

做好“R语言数理统计”课程的思政元素设计首先需要明确育人目标。《指导纲要》中明确指出理工科专业课程教学要把马克思主义立场、观点和方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。笔者依据《指导纲要》的育人要求和大学生的实际学习需求，结合该课程具体特点、思维方法和价值理念，提出该课程的育人目标为：培养掌握利用R语言对草原大数据进行统计分析的能力，培养在草原生态文明建设领域执着追求、勇于探索并热爱祖国、热爱专业、服务国家草原事业发展和生态文明建设的优秀人才。基于总体育人目标，根据每个章节的教学内容和特点制定相应的育人目标(见表1)。

(二)提高任课教师的专业素养、思想政治教育意识和教学能力

《指导纲要》明确提出，提升教师课程思政建设的意识和能力是实现课程思政建设工作目标的关键。“R语言数理统计”课程思政实施主体是教师，教学的成效也取决于教师的认识和素养。笔者首先不断钻研专业知识，提高学术素养，力求将最有价值的专业知识有效传递给学生。例如，笔者在草原生态学研究中不断积累R语言数据分析、挖掘的经验，并积极参加国内外R语言应用会议和培训等，提高对R语言的理解和应用能力。在学术研究中，笔者严守学术规范，坚持科学实验数据的真实性和可靠性，在公开发表的论文中提交原始数据和R语言的数据分析代码。通过这些途径，笔者坚守自身严谨的学术态度和敬业精神，为学生树立榜样形象，培养学生严谨求实和勇于探索的科学态度。其次，笔者通过教研室联学、参加培训和文献资料学习等形式主动学习和理解当前高校课程思政教育的背景、意义和目标，进一步提升自身的思政教学能力。通过学习，笔者清楚地认识到在课程教学过程中融入思政教育对培养和提高学生思政素养的重要意义。课程思政的教学与单纯的专业课程和思政课程教学不同，需要将价值观引导隐蔽在教育教学活动中，使学生在不知不觉中受到思想教育。笔者利用以学生为中心的教学方法，如翻转课堂和案例研究性学习等，引导学生主动学习融合在专业知识中的思政元素，在课程思政教学方法上积累了大量经验。

(三)深入挖掘与课程专业知识高度契合的思想政治教育元素

挖掘优质思政元素对于成功的课程思政教学至关重要。将“R语言数理统计”课程核心专业知识的发展过程与国家历史进程结合是获得该课程优质思政资源的重要途径。中国五千年文明史充满了令我们自豪的文化和精神内涵，为教师挖掘课程思政元素提供了宝贵并且丰富的资源库。前文的问卷调查结果显示，只有21.33%的大学生对我国的数学历史成就和对数学发展的贡献有所了解。因此，教师可以选择具体案例，包含清晰的历史事件、时间、地点、人物等，让学生明确认识到我国在数据科学发展历史中作出的卓越成就，让思政教学更有代入感和说服力。以《九章算术》为例，它是我国西汉张苍、耿寿昌整理西汉之前先人的著作汇编而成的一部数学专著，是世界上最早系统叙述了分数运算的著作，代表了中国古人在数学方面的智慧探索。印度、阿拉伯和欧洲的数学发展都受到这本著作的影响。在“基本数据统计及R语言实现”部分的教学中，笔者结合数据统计发展史，以视频和图片等形式介绍《九章算术》在数学发展历史中的地位，阐述中国古人的伟大成就，培养学生的民族自豪感。在此基础上，笔者进一步介绍我国科研人员自主研发的量子计算原型机“九章”，它使我国成为全球第二个实现“量子计算优越性”的国家，进一步阐述我国当代科技发展成就。笔者通过适时提出引导性问题，如第一个实现“量子计算优越性”的国家是哪个、我国的“九章”与他们对比的优势是什么等问题，让学生讨论对大国间科技竞争的认识和看法，并了解我国在高性能计算领域的科技成就，提升学生的国家认同感。

另外，笔者通过调查发现，学生对草学专业相关的思政元素更敏感，接受度也相对较高。笔者在挖掘历史文化和精神资源的同时也充分学习和了解了当前国家在大数据和草原生态方面的重大战略，并积极参与其中。笔者长期从事草原生态学研究工作，在课堂上结合自身的草原研究将草原生态文明建设、发展中的现实问题和取得的重要成就等元素有机地融入教学之中。例如笔者在讲授“R语言绘图初阶”部分时，利用我国2000—2019年的草原资源调查数据作为案例，通过对草原生物量、毒杂草含量以及退化草地面积等的分析和绘图，将我国在恢复草原生态方面的工作和成就以及我国的生态文明建设思想潜移默化地传递给学生。

(四)利用PBL教学法提升学生的参与度

笔者选择基于问题学习的PBL(problem-based learning，简称PBL)教学法提升学生的参与度。PBL教学法是一种以学生为中心、以问题为导向的教学方法。教师通过选择有明确思政元素的实际数据和案例，采用学生分小组讨论分析的形式，围绕问题独立收集数据、分析数据并获得结果，培养学生的自主学习能力和创新能力[4]。笔者利用PBL教学法指导学生在解决专业问题、培养专业能力的同时实现对思政元素的自主发现和深刻认识。例如，“多元方差分析及R语言实现策略”部分的教学流程设计为：教师设计数据分析问题—学生分组查阅资料与分析思考—分组分析数据并可视化结果—分组汇报讨论—总结反馈。笔者设计的问题为“利用R语言的多元方差分析方法分析2005—2015年我国在全国、省、市、县不同级别上草地生产力如何变化，相应的草地碳库对世界草地碳库的贡献如何”，学生自由组合形成3～5人的学习小组后，笔者将问题在上课前两周通过雨课堂发放给学生，要求每个学习小组自学、搜集相关资料，由组长组织同学对上述2个问题进行深入分析和讨论，然后准备课堂汇报材料。课堂上，各小组选派一名学生对问题分析结果进行汇报，组内所有同学参与讨论。同时，笔者组织学生对问题展开进一步讨论，引导学生学习案例所蕴含的专业知识和思政元素。在“多元方差分析及R语言实现策略”部分的PBL教学案例中，笔者设计的思政元素为以下几个方面：①“绿水青山就是金山银山”的生态理念，草原是人类生存与发展的重要基础；②我国的草原生产力从2005年国家实施草畜平衡以来有了显著的改善，体现我国草原事业发展成就；③我国明确做出碳中和承诺，体现了负责任大国的担当，激发学生的民族自豪感。在分析讨论过程中，笔者引导学生发现问题与不足，如新疆、西藏等草原大省的数据缺失值较多，意味着这些偏远地方的草原监测力量需要进一步加强，以此鼓励学生学好专业知识以服务国家草原事业发展。最后笔者依据各小组在数据收集、统计分析、可视化和认识深度等方面的情况对各学习小组进行评分，计入平时成绩。

三、“R语言数理统计”课程开展思想政治教育教学探索的成效

笔者对北京林业大学2018级草学专业学生进行了思政教育教学实践，并通过教学反思、学生评教、与学生座谈等形式评估了教学成效，主要表现在以下几个方面。

①在课前建立了明确的整体课程思政教学目标和每个章节的具体思政目标，有效指导了笔者把握整个教学过程中思政教育的方向和节奏以及对教学效果的准确评估。②笔者通过转变教育教学理念，有意识积累专业知识、思政资源以及教育教学实践经验，显著提升了自身对思政教育的认识和对应的教学能力，教学的节奏把握和思政元素的讲授技巧也更加娴熟。学生对笔者的思政教学设计和教学方法认可度有了显著的提升。③根据每个章节的特点，笔者精心筛选的思政元素与专业知识契合度高、内容鲜活有趣并有感染力。学生反映教学中没有明显的空洞说教的感觉，对笔者讲授的思政元素认可度高并且印象深刻。④PBL教学法充分调动了学生参与教学的积极性和主动性，学生的出勤率比之前增加了5.9%，课堂教学效果明显提高。学生在思考、讨论、汇报的过程中进行理论知识与实践技能结合，学习质量显著提升。笔者通过引导和案例分析及讨论潜移默化地对学生进行了思政教育。学生认为PBL教学法让他们更积极主动地参与到教学过程中，通过思考、分析和解决问题加深了对知识的掌握程度，同时对其中蕴含的思政元素的接受度和认可度有了显著提升。

总之，“R语言数理统计”课程的改革实践取得了比较理想的效果，学生掌握了利用R语言对草原生态学数据进行初步分析和可视化的能力，提高了对我国的草原事业发展的认识以及服务我国生态文明建设的责任感，体现了课程思政教育的价值引领作用。