创客教育对统计建模能力培养的启示
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作者:陈国艳 王利东 张运杰
摘要：创新是国家进步和社会发展的动力。现在，探索培养创新创业人才模式是高等教育教学改革的趋向，已成为世界各国高校的共识。创客教育作为一种思维方法教育，以激发人的创新意识、挖掘和培养人的创新能力、弘扬人的创新精神为宗旨，全面促进人才培养质量的提升。文章通过分析在大数据时代社会对统计人才的需求和学生内在发展的渴求，以创客精神为视角，对有效提升本科生统计建模能力的途径进行了探讨。作者切合实际教学，在课程设置与考核方式、师生角色转变与教学方式、搭建创新平台及融合学科竞赛四个方面提出改革建议，充分体现以学生为中心，加强了学生在具体任务或挑战情境中主动探究、自主建模实践及创新的能力。
关键词：实践教学;统计建模;创客教育;大数据时代
引言
兴趣是学生职业发展最重要的因素之一。对于学生而言，有兴趣才能把学习的积极性调动起来，这是最好的学习方式。随着云计算、大数据及人工智能时代到来，教育开始向“自我学习”创新模式转变，社会对跨界融合型人才更加青睐。因此，激发学生的内在想象力和求知欲，自主动手融合不同学科知识进行实践建模的能力是十分必要的。
创客教育以学习者为中心，集专业理论与实践、认知与探索、创造价值和分享价值相统一。创客教育在社会情境中进行专业实践，以项目学习的方式，让学生深刻体会到项目经理或者工程师所面临的需求，综合科学、技术、工程、艺术和数学等方面的知识，通过自主学习、团队协作，最终完成该项目，从而培养学习者跨学科解决问题的能力、团队协作能力及敢于创新能力。因此，借鉴创客教育的方式可以充分调动学生的内在兴趣，自觉地去认识与体验，发挥自身的创意思维和创造能力。
本文根据社会人才的需求方向变化，从外部环境变化与个人发展内在需求分析入手，借鉴创客教育模式分析如何促进学生自主学习数据分析与处理技术，提升统计建模能力，培养具有多学科背景的综合性人才。
一、统计建模能力培养模式现状与改革的必要性
随着社会的快速发展，外部环境和个人发展需要推动统计学专业学生建模能力的培养。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》（以下简称《规划纲要》）规定，到2020年我国要基本实现教育现代化。教育现代化就是教育“现代性”的实现，它要使受教育者得到自由、充分的发展。要做到这一点，就要在教育过程中转变教学观念和改变教学模式，以学生为中心，注意学生的个体差异性，充分调动学生的主体性、主动性和创造性，对每一个学生因材施教，量身定做合适的教育，充分激发学生内在潜能的发挥。当今，教学信息来源、人才培养方向及社会环境都不同以往。对于统计学处理的最直接的对象——统计数据来说，无论从概念上还是从类型、结构及量级上都冲破了传统思维下数据的范畴，“信息”特征更为明显。所以，搜集、整理数据资料的方式，数据分析、研究方法及存储、传输技术等方面也随之发生改变。从社会技术需求来看，大数据与统计方法的有机融合是热点问题，各行业均可通过统计建模挖掘数据所蕴含的实时信息。
如果在统计学课程教学中过分追求知名院校的培养方案和教学模式，造成专业的趋同化，教学中缺乏个性化的培养。在实践教学环节，受教学条件的限制，学生所学的统计知识未能和实际案例数据有效结合，没有形成系统的适合个性发展需要的实践模式与实练平台。事实上，创新能力和意识是个人发展和成长的必备素质，它往往与个人的特长和天赋有关。创新教育就是“以人为本”的个性化教育，它很好地保护了产生创新意识的源泉——个性。因此，对培养学生创新能力和意识来说，重要的是要协调好人才培养过程中“共性”与“个性”之间的矛盾。随着人工智能时代的来临，教师和学生都意识到了个性发展与社会需要相统一的重要性，结合个性发展来培养专业技能，这也将成为个人发展的前进动力和社会发展的重要推动力量。
二、对统计学课程教学改革的思考
在学生未来的个人发展和职业需求中，创新能力、跨学科解决实际问题的实操实力及团队协作能力是不可或缺的，这和创客教育的宗旨是一致的。将创客教育的思想融入到统计建模实践教育中，以此促进结合个性发展培养专业技能。在统计学的教学改革中，要坚持以学生为中心，达到自然科学与人文科学相结合、课内与课外相结合、教学与科研相结合（简称一中心，三结合），促进复合型、创新型人才的成长。
（一）课程设置与考核注重个性化发展
创客教育情境下凸显共性与个性协同发展，课内和课外相互配合。当前，统计学本科專业课程设置要体现社会对统计人才培养的要求，增加实践学时及相应的课程群或课程模块，结合学生个人发展提供发展机会与平台。在大数据背景下，针对社会对统计人才的需求，通过与数据相关的优势学科交叉建立课程模块及校企合作构建实践教学基地，整合数据资源协同创新。在产教融合、协同育人方式下，培养学生的跨学科思维，将统计学、数据处理技术与现实世界联系起来，综合运用多学科知识和方法通过建模解决复杂的工程和社会问题。
着重实践教学改革的同时，也要注重对课程考核评价办法进行相应的调整。在“一中心，三结合”的人才培养模式下，实践环节中，实行教学与研究相结合，让本科生参与到研究活动中，鼓励他们以个人或团队方式申报创新创业类项目，鼓励学生参加各类学科竞赛、创业竞赛，推荐优秀的学生加入教师研究团队进行学术研究。所以，在不改变教学计划和大纲的条件下，落实实践创新学分的确认制度，将各类实践活动中的成绩折合为创新学分，予以认可。课程考核要注重全面，既要考核理论知识的学习能力，也要考核学生解决实际问题的创新实践能力。实际操作中，可以利用单个或多个方式综合进行，如调整平时分、项目答辩及撰写论文等方式，督促学生动手实践，提升学生的创新实践能力。在这种环境下，学生会对学习目标及学习资源的选择都有一定的自主权，在解决问题的同时又进行了知识上的学习，这属于深度学习，个性化发展与专业技能同时得到提升。 （二）注重教学方式及师生角色的转变
创客教育中，学生是中心，为了培养学生的建模能力与探究创新精神，实践教学应从两个方面入手。首先，营造创新与探究的氛围。教师在教学过程中鼓励学生独立思考和大胆猜测，尊重学生的兴趣和爱好，激发学生的创新潜能及思想火花，这种和谐、平等、民主的师生关系和学习氛围为学生创造性思维的养成，创新探究能力的培养创造了良好的环境。其次，灵活运用多种教学方式提高学习效果。教学过程中可采用启发式、讨论式、探究式、案例式、情景式等教学方式，充分调动学生的主动性和积极性，发挥学生的特长，有效培养其创新与建模实践能力。所以，在统计教学中，创客教育与实践训练的融合，将从根本上转变以教师为主体的教学模式，推动“任务式教学”向“兴趣式教学”迈进。
（三）依托相关的创客空间和实习基地，搭建创新平台
如何给学生搭建一个“脚踏实地”的创新空间是有效提升统计建模能力的重要途径。统计专业的创新实践活动可涉及先进的数据处理、咨询及统计建模等活动。为了尽快提升大学生的统计建模能力，需要将教学和科研有效结合起来，让学生广泛参与到科研活动中，所以，以专业实验室和科研课题为依托，根据学生掌握理论知识程度，分层次拟订实验室章程。对于理论知识薄弱的学习者，以通识教育为主，主要剖析基本理论适用价值及数据信息提取的意义;对于掌握了统计学的基本知识和计算软件的学习者，以实验教育为主，在相关课程实践实验环节中鼓励学生利用参与的教师课题、自选题目及实习基地等题目进行探索，以达到对实际背景数据的理解、推理、发现和建模决策能力。
创客空间为学习者提供了一个实践空间。在实践空间中，要让学生运用所学，衍生为科学家、发明家等多重身份。例如，如果单纯使用UCI、满足特定分布的人工数据对所设计的算法进行测试，这种实践活动可能不会引起学生的兴趣。因此需要将知识学习转变为能力运用，将杂乱的数据转变为有意义的知识，通过加强与当地统计局、市场咨询公司、市场调查公司、企业等单位之间的合作，让学生接触社会决策活动，将创客教育的理念嵌入到统计实践环节中。事实上，与统计学相关的创客空间不需要真正的工厂车间那样复杂，它只是将算法程序化嵌入机器车测试路径规划、购物行为分析等这些实践活动中，给学生搭建一个与实际情景类似的操作平台，能有效地激发学生自主实践的兴趣。
（四）以学科竞赛为契机，接触建模应用新领域
学科竞赛是促进高等教育教学改革的有力抓手，它将激发实践教学改革中产生新型的实践教学手段及方法，为建立具有实践特色的创新人才培养模式注入强劲动力，促进创新人才培养质量的提高。同时，学科竞赛目标明确，规则清晰，时间节奏感强，竞技性强，有软硬件支撑，吸引大学生踊跃参加，并且以自身驱动力激发起学生自主开放实验，促进其统计建模能力的提高。
当下，在政府部门、科研院所、社会企业及网络平台的支持下，与统计学相关的学科竞赛都在定期有计划的举行，开放性的竞赛题目为学生发挥创新潜能创造了机会。例如：全国大学生数学建模竞赛、全国大学生统计建模大赛、中国国际大数据挖掘竞赛、全国大学生创客大赛、“泰迪杯”全国数据挖掘挑战赛和阿里巴巴大数据竞赛等。比赛主要有三类：其一，针对环境、网商和政府财政等统计数据或者网络文本数据挖掘新知识、新规则，从不同角度客观地反映某一项现象/群体的规模、结构、发展变化及影响;其二，针对时代的热点、企业的需求设计、制定调查方案，自行搜集数据，提出问题和假设条件，运用统计分析方法和统计分析软件进行分析，提出存在的问题以及解决问题的对策和建议;其三，展示实用商业软件的熟练程度。与统计学相关的学科竞赛无论是赛题难度，还是竞赛宗旨都非常适宜学生参加，而且赛题是管理科学、工程技术或社会热点等方面简化完善出来的实际问题，这为教師和学生接触学科前沿、把握研究动向和利用真实数据进行实操提供了机会。
由这些相关的学科竞赛主题及赛题模式，按照创客课题的八个要点要求（如表1所示），搜集整理与之相关的基础知识、数据处理技术及相关统计分析等一系列自主开放实验项目（如表2所示），将其穿插于数学建模、统计软件、统计数据挖掘、生物统计、贝叶斯理论、时间序列分析与投资组合学等课程教学中。以此，形成以实验室与竞赛为平台，以培养学生自主学习和创新能力为中心，以课程为阶梯的实践建模教学模式。
通过相关的学科竞赛及自主实验项目可以锻炼学生搜集数据，提出问题和假设条件，建立统计模型，自主编程或运用软件进行模型求解、结果分析与检验的能力。
三、结语
在大众创业、万众创新的时代，如何有效激发学生的创新活力和创新激情，如何利用自身专业理论知识及创客教育理念，提高他们的统计建模能力是一个值得思考的教育问题。本文从个性发展与社会需求的角度，对提升统计建模能力培养模式改进提出了建议。实际教学中，对学生统计建模能力的培养，在创客理念下，在统计理论的教学中，突显统计基本理论及方法的适用性，使学生形成创新实践意识，激发学生利用统计建模的方法，高效地解决实际问题，为学生的职业发展做好充分准备。
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编辑∕杨波
作者简介：陈国艳（1978-），女，黑龙江肇东人，硕士，讲师，研究方向：创新创业教育、概率论与数理统计、课程教育教学改革等。
基金项目：2018年教育部第一批产学合作协同育人项目“数学建模案例选讲教学改革与实践”（201801039027）;2018年大连海事大学本科教改项目“面向新工科建设的‘产教融合’创新人才培养模式研究”（2018Y79）;2018年大连海事大学本科生在线开放课程项目“数学建模案例选讲”（J20180129）
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