基于“挑战杯”竞赛的统计学课程“赛教融合”教学改革与实践
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作者:李宗璋
该文以统计学课程“赛教融合”的教学改革与实践为研究主题。首先，概括了“挑战杯”获奖作品的特点，分析了参赛学生的常见困难。然后，结合“挑战杯”竞赛的特点，指出在统计学教学中以竞赛为导向可以激发学生对统计学的学习兴趣，以竞赛为载体注重统计思维和统计意识的培养。该文提出了“赛教融合”的统计学课程教学改革措施，包括更新课程内容，引入项目式教学，优化课程考核方案。最后，总结了统计学课程“赛教融合”的实践经验，主要有教师要鼓励学生积极参赛，推进探究式学习，教师要全程跟踪指导学生的参赛过程，帮助学生总结参赛经验与教训。
挑战杯 统计学 赛教融合 教学改革
文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2022）11（b）-0000-00
Competition-Teaching Integration
LI Zongzhang
（South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong Province， 510642 China）
This paper takes the teaching reform and practice of "integration of teaching and competition" in statistics course as the research theme. Firstly， the characteristics of the winning works of Challenge Cup are outlined and the typical difficulties of the participating students are analyzed. Then， we point out that the competition can stimulate students' interest in statistics， and focuse on cultivating statistical thinking and statistical awareness with the competition as a carrier. This paper proposes the teaching reform measures for the statistics course oriented from "integration of competition and education"， including updating the course content， introducing project-based teaching， and optimizing the course assessment scheme. Finally， the practical experience of "integration of teaching and learning" in statistics course is summarized. Teachers should encourage students to actively participate in the competition， promote inquiry-based learning. Teachers should follow the whole process of guiding students' participation， and help students summarize their experience and lessons learned in the competition.
Key Words： Challenge Cup；Statistics；“Competition-Teaching” integration; Teaching reform
“挑鸨”竞赛是目前在大学生中最具影响力和号召力的比赛。自1989年首届竞赛举办以来，挑战杯已举行了十七届。“挑战杯”竞赛有两个赛道，一是“大学生课外学术科技作品竞赛”，二是“大学生创业计划竞赛”，这两个赛道都是每两年举办一届，隔年交叉轮流开展。“大学生课外学术科技作品竞赛”申报参赛的作品分为自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作三大类。参赛作品中的社会调查报告的完成与统计分析的过程由这密切的联系，需要综合运用统计分析方法。在大学人文社科类专业开设的统计学课程系统介绍了数据的收集、整理、统计分析方法。将统计学课程的教学与“挑战杯”竞赛相融合，可以给统计学教学注入新的活力，激发学生的学习兴趣，提高学生学术竞争力和综合素质。
1 “挑战杯”竞赛概况
1.1 “挑战杯”竞赛获奖作品分析
对2021年举办的第17届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛进行整理，如表1所示，全国决赛中特等奖、一等奖、二等奖中调研类作品占24%，三等奖中调研类作品占21%，全国决赛1 233项获奖作品中共有调研类作品272项，占获奖总数的22%。这说明“挑战杯”竞赛中社会调查报告类作品占到较大比重，这类作品的完成都离不开统计方法的运用。
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通过对获奖的272项社会调查报告类作品的标题进行文本分析，绘制出词云图，如图1所示。从图1中可以发现，社会调查报告类作品标题的高频词有学生、乡村、高校、社区、教育、疫情、发展、文化、脱贫等，这些也展示了获奖作品的聚焦点，说明当代大学生关注社会经济发展的热点问题，具有多元化的研究视角。
1.2 参赛学生的常见困难
学生在参与“挑战杯”等学科竞赛时常常会遇到以下几方面的困难：
第一，选题。学科竞赛通常都是自由选题，学生在选题时会感到茫然，不知道该如何选题。有时选题过于宏大，难以凝练研究的问题，有时选题过于狭隘，现实意义不足。
第二，问卷设计。学生在设计调查问卷时，主题不够明确，问卷题目不够深入，题项设置不够科学，导致通过问卷收集的数据质量欠佳，缺乏研究价值。
第三：统计方法的运用。学生面临大量的数据，不知道该运用哪种统计分析方法。由于缺乏对统计方法的全局性认R，在实践中不能将分析目标与数据特征联系起来，去选择适当的统计方法。
第四，研究结论的提炼。学生在运用统计方法分析调查数据后，通常只是在报告中罗列了统计分析结果，而忽视研究结论的提炼，不能突出体现调研报告的研究价值。
2 “挑战杯”竞赛给统计学课程教学改革带来的启示
2.1 以竞赛为导向，激发学生对统计学的学习兴趣
“挑战杯”竞赛以“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战”为宗旨，这也是时代对当代大学生提出的具体要求。统计学任课老师可以在课程中向学生们介绍“挑战杯”比赛的形式、对参赛作品的要求、展示历届比赛中优秀的社会调查报告类作品。让学生明确学习目标，激发学生的统计学学习兴趣，树立参加课外学术竞赛的信心，调动学生参加课外学术竞赛的积极性。
2.2 以竞赛为载体，注重统计思维和统计意识的培养
在“挑战杯”社会调查报告类获奖作品的写作中强调统计方法的综合运用。在统计学课程中要注重对学生统计思维和统计意识的培养，培养学生对数字的直觉和敏感，培养从数字现象中去发现问题的能力。因此，以“挑战杯”学术竞赛为载体，学生在投入比赛的过程中，选取自己感性的研究对象、开展调研、收集数据、开展统计分析，在实践中培养批判性思维，提升数据分析综合素养。
3 “赛教融合”的统计学课程教学改革措施
3.1 将参赛所需的能力素质的培养纳入课程目标
“挑战杯”竞赛以培养学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新的能力为目标，强调学生的创新精神和实践能力。需要对统计学课程目标进行更高地定位，将培养学生创新精神和实践能力纳入课程目标。具体而言，可以从以下几方面实施。
3.1.1 将统计分析实践能力的培养作为统计学课程的核心目标
统计学是一门应用性课程，在教学中教师不能停留在传授统计学知识的层面，而是要重视学生统计分析实践能力的培养。统计分析包括数据收集、数据整理、数据分析和提炼研究结论四个步骤。在大数据时代，数据无处不在，如何根据研究目标和研究场景收集数据，是亲自开展调查或实验的方式收集一手数据，还是通过网站、宏观数据库、微观数据收集二手数据，需要引导学生创设研究场景，去体验不同数据收集方式。无论是二手数据还是一手数据，都需要对其进行整理，对缺失值、异常值进行处理，对文本数据的重新编码等。在数据分析阶段，需要综合运用所学的统计方法，将书本知识迁移到实践运用中。在实践中去体会如何根据数据类型、研究目标选择恰当的统计分析方法。最后，提炼研究结论也是统计分析中非常重要的一环。如何将统计分析的发现，提炼成有现实意义的研究结论，而不是众所周知的常识性结论。所以，在教学中要重视统计分析实践能力的培养，引导学生在实践中学习，积累统计分析的经验，树立独立开展统计分析工作的信心。
3.1.2 在统计学课程教学中要重视学生综合素质的培养
统计分析过程中需要学生具有数据搜索能力、问卷设计能力、统计软件运用能力、办公软件运用能力、写作表达能力和团结协作能力。参加“挑战杯”竞赛，从组队到分工协作，从计划、实施、作品的完成、答辩等是一个庞大的工程。在实践中，比较常见的现象是学生会运用统计软件，但是数据搜索能力不强，不会使用数据库，不会利用数据库资源。学生在问卷设计时，措辞不当，思维不严谨，导致问卷调查收集的数据质量较差。在撰写和汇报统计分析报告时，对语言表达能力、文字图表排版都有较高的要求，如何呈现统计分析结果，如何将统计表格和图形清晰美观地呈现在报告中，如何提炼研究结论，体现统计分析的研究价值。此外，还需要在教学中培养学生的团队协作能力，统计分析是一个系统工程，需要团队成员分工协作，培养对工作的责任心和担当精神。
3.2 在统计学课程教学中纳入前沿方法
目前统计学的教学内容与二十年前的教学内容几乎相同，主要涵盖了图表工具、描述性统计量的计算、参数估计、假设检验、独立性检验、相关和回归分析、时间序列分析和指数等。随着新一代大学生知识结构的更新，他们对于传统的图表工具、描述性统计量已经非常熟悉，独立性检验更是纳入高中阶段的数学课程。在大学阶段的统计学课程中，再次讲授饼图、条形图、平均数、中位数、独立性检验等知识点，学生会毫无新鲜感，会对学习感到倦怠。因此可以结合在学术竞赛中需要用到的统计分析方法，在统计学课程中引入近十几年来出现的新方法，让统计学课程体现统计技术的更新，更上时代的步伐。具体而言，可以纳入以下几部分内容。
3.2.1 增加数据可视化工具的介绍
如今，随着软件技术的更新，一方面传统的统计分析软件例如Excel、SPSS、MATLAB软件中的图形工具日益丰富，另一方面免费的统计分析软件R中的ggplot2包的图形绘制功能非常强大，可以表现多维数据的分布。 在数字经济时代给统计分析带来了新的应用场景，例如电商平台销售业务数据、物流数据、顾客依存度数据等，可以运用更加多元化的图形工具来展示数据的分布。在移动互联网时代，每天大量的信息充斥着各种大小的屏幕，在碎片化阅读时代，数据可视化已经成为传递信息的重要渠道。因此，在统计学课程中引入一些新颖的数据可视化工具，例如甘特图、热力图、树状图、瀑布图、漏斗图的介绍，可以让统计学的课程教学内容更加丰富，贴近时代，激发学生的学习兴趣。
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3.2.2 增加文本分析工具的介绍
文本分析又称作文本挖掘，从文本中抽出特征词进行量化来概括文本信息的特征。在大数据时代，文本分析有广泛的应用场景，例如电商产品的客户评论分析、影视作品的弹幕分析等，这些评论、弹幕都是文本类型的数据，用传统的统计分析方法是无法分析其特征的。文本分析中的词频分析、词云图工具，可以展示高频词的分布，总结文本数据的共性特征。
3.2.3 增加非参数统计方法的介绍
在现有的统计学课程中介绍的参数检验方法，通常都要求总体服从正态分布，然后在现实中，总体并不一定能满足该假定，从而使得t检验、F检验等方法的运用受到限制。因此，可以在课程中引入非参数检验方法，例如中位数检验、秩和检验、Kruskal-Wallis检验等，让学生对统计方法有一个全局的了解。
3.2.4 在课程中介绍机器学习方法
随着大数据时代的来临，给统计学也带来了新的机遇和挑战，在课程中介绍随机森林、神经网络等机器学习领域的基础方法，向学生打开一扇新的大门，拓展学生的视野和学习空间。
３.３优化课程考核评价体系
统计学课程的考核一般通过期末闭卷考试，平时成绩由课堂表现、作业完成、测验、考勤等构成。在传统的考核方案下，是以教材为主，考试的灵活度不够，对综合运用统计方法的能力考查不足。一个能够顺利完成作业、测验、笔试成绩也很好的学生，可能并擅长统计软件的运用，也无法独立开展一个统计分析工作。因此，在统计学课程中可以引入项目式学习，让学生3～4人自由组合成团队，以团队为单位就一个现实问题开展一个完整的统计分析。类似于参加挑战杯等学术竞赛，以团队为单位完成选题、收集数据、整理数据、分析数据、形成研究报告、展示研究成果这一系列过程。这一活动贯穿于统计学课程的全程，随着课程的推进，让学生运用所学的方法分析项目的数据。让学生创设一个真实的研究场景，让学生将课程的项目式作业作为参加学术竞赛的演练。 在课程考核评价体系中，开展小组团队成员互评，即可以提升团队协作精神，也能让每位同学都投入到项目式作业中，培养学生的责任心和担当精神，避免搭便车现象。教师跟踪学生的项目作业开展过程，从学生的学习态度、投入程度、数据分析方法的运用、工作量和难度等综合评价学生的学习效果。从而让客户课程考核不再仅仅是局限于书本知识的考查，而更多地体现对学生的实践能力、综合素质的考查。
４统计学课程“赛教融合”的实践经验
4.1 鼓励学生积极参赛，推进探究式学习
任课老师在统计学课程第一次课程介绍时可以对挑战杯等学术竞赛的比赛形式、要求做一个详细介绍，引导学生关注大学阶段的学术竞赛活动。向学生介绍一个获奖作品，点评该作品的研究思路，运用的统计分析方法，总结该作品的优点和改进方向。在这个过程中，让学生了解学术竞赛的参与过程，积极参加学术竞赛可以得到专业学习、个人综合素质的提升。引导学生开展探究式学习，将学术竞赛与专业学习相融合，在参与竞赛过程中，发现自己的短板，找到学习的方向和动力。刚刚进入的大学的学生，由于没有了高考的压力，容易感到迷茫，不知道如何利用自由的时间。经常性地加学术竞赛，与志同道合的同学一起努力，在竞赛中充实锻炼自己，提升专业素B，形成自己的竞争优势。
任课老师要全程跟踪指导学生的参赛过程。首先，“挑战杯”等学术竞赛要求参赛作品有一个好的选题立意，确定一个好的选题方向，是能够获奖的关键。一个选题是否有研究价值？是否有现实意义？可能的研究结论是什么？评委、读者和观众是否会感兴趣？这个是在选题阶段要考虑的一系列问题。由于学生缺乏参加学术竞赛的经验，有时会纯凭兴趣或者跟风热点问题来选题，对研究的可行性、现实意义评估不足等，导致随后项目的开展遇到困难。在学生的选题阶段，教师要引导学生关注社会经济现象的热点问题，选择有地域特色、专业特色、特定人群的选题。选题不能过于宏大，要从细节处入手，才能得出有针对性的结论。此外，还需要考虑研究的可行性，收集数据的可行性，研究方法的可行性，与学生进行充分的讨论。
第二，在数据收集阶段，要与学生讨论数据收集的方式，如何获取高质量的数据。若是通过问卷调查收集数据，问卷的设计非常关键。问题的设置、题项的设置，收集的数据的类型，这些都关系到将来适宜选用的统计方法。很多同学对问卷设计不够重视，匆匆设计问卷回收问卷数据后，才发现只能对题项进行汇总统计、计算百分比等基础的统计分析。由于数据类型单一，无法运用高阶的统计分析方法，使得整个竞赛作品的难度和工作量都不足。许多同学都喜欢通过用问卷调查的方式收集数据，认为这种方式简便易行，只需要将问卷的链接发送到同学群、朋友圈中就能回收问卷。但是，问卷调查收集的数据的质量参差不齐，问卷的题量太大、问题过于细致，都容易引致被访者的反感。实际上二手数据也是一个很好的资源。北京大学社会调查中心发布的中国家庭动态跟踪调查、西南财经大学发布的中国家庭金融调查，这些权威学术机构发布的微观数据库为研究提供了很好的素材。此外，在网页上也充斥了大量的数据，可以通过网页数据抓取技术，提取淘宝网、大众点评网、京东商城、二手车交易平台等网站上的商品数据、评论数据等，这些也是非常有价值的研究素材。因此任课老师可以为学生提供一些常用的数据资源，引导学生学习数据库的使用、数据清洗、网页数据抓取的技术。
第三，在数据分析阶段，任课老师与学生讨论要运用的统计分析工具。这一阶段学生容易遇到的困惑是：面临大量的数据，不知道该用哪种统计方法。此时，任课老师可以引导学生从分析数据的类型出发，不同类型的数据可以采用的统计方法不同。定性数据和定量数据的图形展示工具不同，定性数据适合于用饼图、条形图、帕累托图来展示，定量数据适宜用直方图、箱线图来展示。若是要展示两个定性数据的分布，则需要采用列联表，若是要展示一个定性变量和一个定量变量的关系，可以采用分组直方图、分组箱线图。若是要分析两个定性变量的关系，可以采用独立性检验。若是要分析一个定性变量和一个定量变量的关系，可以运用方差分析。若是分析两个定量变量的关系，则需要采用相关和回归分析的方法。学生在理解教材知识点时，由于每一章的课后习题都和这一章的知识点相对应，学生在解题时不会遇到统计分析方法选择的困难。但是在实践中，当学生面临的是一组数据，没有人告诉他们要分析什么，要用什么方法。在实践中，需要学生对于统计分析方法有一种全局观，领会根据数据类型和研究目标选择统计方法，积累数据分析的实战经验。
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第四，在竞赛作品的提交和汇报阶段，与学生讨论作品的修改。由于学生缺乏学术写作、学术汇报的经验，对于学术作品的细节不了解。常常学生团队在前期投入了大量的时间和精力，但是比较忽视报告的写作和呈现。在这一阶段，老师要引导学生了解学术写作的特征，完整的学术报告要包括摘要、关键词、论文的主题、参考文献等。在报告中如何突出团队工作的价值，如何表达研究结论吸引读者的兴趣，表格和图形的规范，作品形式上的规范。在作品汇报阶段，如何制作一份精美的PPT，PPT的配色、字体大小等，在演讲时的节奏、时间的控制，如何吸引观众的兴趣，演讲的技巧等，都需要给予学生充分的指导。
４.３总结参赛经验与教训
“挑战杯”等学术竞赛通常都有校赛、省赛、国赛多轮选拔。学生参加完每一轮比赛，指导老师应该引导学生总结和分析比赛的经验和教训。根据答辩评委的点评和建议修改、完善作品。分析其他参赛作品的优点，吸取其长处。在实践中，同学们往往在刚刚组队时，热情高涨，大家参赛的积O性很高。通常这类学术竞赛的赛程都很长，短则一至两个月，长则半年以上。在这个过程中需要对参赛作品反复修改，需要学生和指导老师投入大量的精力。在这个漫长的参赛过程中，有些团队成员容易倦怠，将工作都推到一个同学身上去完成，导致最终的作品质量欠佳。
５结语
“挑战杯”竞赛在广大高校有着广泛的影响力，挑战杯坚持“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战”的宗旨，与高校的人才培养理念相契合。统计学课程的教学改革要以“挑战杯”等学术竞赛为契机，更新课程内容，引入项目式教学，优化课程考核方案，探索“赛教融合”的人才培养模式，提高人才培养质量。
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