基于OBE理念的“多元统计分析”教学改革研究
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作者:刘党社
摘 要：多元统计分析作为提供多指标高维数据统计分析工具与方法的课程，是高校理工类与人文社科等专业的主要统计方法课程，课程讲授的主要方法是大数据时代的重要数据分析工具。文章从当前多元统计分析课程教学中存在的主要问题出发，以OBE理念为指导，从教学目标、教学设计与教学考核评价等方面提出了课程教学改革的思路。
关键词：多元统计分析;OBE理念;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2020）01-0018-03
多元统计分析是研究多变量总体的数量特征与规律的统计学分支学科，是统计学类、数学类专业的专业核心课程，本课程所讲授的主要方法如聚类分析、判别分析、主成分分析、因子分析、对应分析等，广泛应用于经济、管理、地质、医学、教育学、心理学、社会学等领域。近年来，随着大数据时代的来临，聚类分析、判别分析方法在研究数据分类与识别等方面获得广泛应用，主成分分析与因子分析作为常用的数据降维技术，在数据分析领域进一步拓展，多元统计方法已经成为大数据时代数据挖掘与数据分析领域的核心方法。
然而，由于课程内容涉及高维数据处理、矩阵代数计算、较为深奥的概率统计知识以及抽象的数学概念，实际应用中还需要借助计算机软件完成计算分析等因素，在传统以知识传授为主要目标的教学过程中，教学效果并不能令人满意。OBE教育理念强调学习成果，在确定学生要达到的学习成果基础上，根据学习成果按照反向设计原则分阶段对教学过程设计并在教学进程中评价，以评价结果为依据，适时修改、调整教学以促进学习成果的达成[1]。在“多元统计分析”教学中引入OBE理念，以OBE理念指导、改革教学过程，促进教学效果有着重要的现实意义。
一、“多元统计分析”教学存在的问题
作为在诸多大学本科专业开设的统计类课程，目前有关“多元统计分析”教学的研究也比较多，但大多数研究和课程教学实践仍以传统教学理念为指导，强调遵循规定的教学进程，以知识传授为目标，注重教学过程等，学生的學习效果并不尽如人意，总结起来，主要存在以下几方面问题。
（一）教师面临讲清楚方法原理或突出实践操作的两难选择
多元统计方法处理的是多指标、高维度数据，课程内容涉及较深奥抽象的线性代数、概率统计等数学知识，同时在方法实践中需要借助计算机软件实现，所以在教学过程中，教师要讲清楚各种多元统计方法的数学原理、统计思想和软件应用，都需要花费相当的课时，而对于大多数非数学、非统计学类专业学生来说，学好其中一个方面都已经很难。因此在实际教学过程中，大多数教师都面临着在有限的教学课时内讲清楚方法原理还是实践操作的两难选择：讲清楚了方法原理与统计思想，就很难有时间讲软件操作，导致学生不能学以致用;而简化多元统计方法原理与统计思想的讲授，注重软件实践操作又导致学生会用软件实现多元统计方法但看不懂软件结果或者对结果解释出错。这个两难选择的结果也是目前课程教学中最普遍的问题：例如，在一些已发表的运用多元统计方法的论文中常有方法误用与软件结果解释错误等问题，如使用定性数据进行欧氏距离聚类，使用样本量小于指标个数的数据进行主成分分析、对主成分分析误用方差最大化旋转等违反方法基本要求的错误。
（二）课程考核方式单一
考核是检验教学与学习效果最直接有效的方式，也是指导、激励学生学习的重要手段，而目前的“多元统计分析”课程考核方式主要是期末一次性考试：在将本课程作为必修课的专业中，由于大部分高校仍以传统教学理念为主导，要求必修课一般为笔试闭卷形式考试，因此闭卷考试仍是目前最主要的考核方式;而在作为选修课专业的高校，由于教师对选修课的自由度较大，考虑到课程数学原理较难，大部分教师选择以开卷或结课论文形式考核。无论是选择闭卷考试或是结课论文考核，单一的形式都具有明显的弊端：闭卷考试受考试形式所限重在考察课程的理论知识而无法考察应用方面，教学过程中学生必然将学习、复习的重点放在理论知识学习方面，对多元统计方法的软件实现以及实际应用学习不足;而以结课论文形式考核强调对多元统计方法的应用，但单一的结课论文形式会使得学生只注重会操作软件能出结果，以为能“跑程序”跑出结果就是掌握了多元统计方法，而对方法原理与统计思想比较欠缺，这也是软件结果的解释错误、方法误用等问题产生的主要原因。
（三）理论教学与实践教学结合不够合理
近年来，随着素质教育、能力教育理念的深入，实践教学在多元统计教学中得到重视，越来越多的教师在授课过程中引入多媒体教学、案例教学与软件操作演示等实践教学，培养学生应用多元统计方法的能力。但是教学过程中对理论教学与实践教学、传统教学方式与多媒体教学方式的结合仍存在不合理之处，如教学过程中教师面临在有限的课时内讲原理还是讲应用的两难选择时，大部分教师难以做到二者均衡，要么是讲清楚了原理却忽视应用统计软件操作，导致学生对多元统计方法原理基本了解但是不会具体操作应用;要么是简略讲授原理加强统计软件应用，但是学生对软件结果不明白不会解释，甚至不顾多元统计方法使用条件而误用。
另外在当前的教学过程中常常将理论课与实践课严格区分，一般是先系统上完理论课后集中时间上实验课，而不是理论课与实验课有机融合，导致上理论课时，学生面对多元统计方法抽象复杂的数学原理与统计思想，学习上感觉很困难，容易产生对课程的畏难感;而在集中上课的实验课环节，理论课学习的知识已过去一段时间，学生重点是学习软件操作实现多元统计方法，导致忽视或遗忘理论课的知识重点，对软件结果不能正确解释或误用方法等。
（四）教学内容与大纲整齐划一，未与专业有机结合 “多元统计分析”作为统计方法论课程，主要是为各专业各学科提供多指标数据处理与数据分析工具。而不同的学科专业，对多元统计方法的应用有侧重，有不同的应用场景。如医学专业对于判别分析、聚类分析方法应用较多;区域经济研究中对于主成分分析、因子分析方法应用较多;而在经济地理研究中对应分析、典型相关分析等方法应用较多等。因此对不同的学科专业在讲授多元统计方法时应该结合专业特点，教学内容与教学重点应该有侧重有选择。当前在教学实践中，多数学校的教学内容和教学大纲除了按照必修课与选修课有所区别外，整齐划一，并没有考虑授课专业与学科。这样的结果使学生难以理解多元统计方法的实际应用，不能有效地将多元统计方法应用到本专业本学科的问题研究中。
二、基于OBE理念的“多元统计分析”教学
改革思路
成果导向教育（Outcome-Based Education，简称OBE）也被称为产出导向、目标导向或能力导向教育，自从1981年美国学者Spady等人提出以来，很快在欧美发达国家获得的广泛认可，并已成为国际高等教育主流的教育理念[2]。我国自2013年6月被接纳成为《华盛顿协议》签约国以来，OBE教育理念也逐渐深入到我国高等教育领域，成为近年来国家高等教育改革的主导理念。针对“多元统计分析”课程目前教学中出现的问题，结合OBE理念，本文认为应该从以下几点入手，改革教学过程，促进教学效果的提高。
（一）根据专业，确定课程目标
OBE理念是以预期的学习成果倒推、分阶段设计教学过程并在教学中评价以促进学习成果的达成。因此，确定合适的学习目标是OBE理念首先要解决的问题。而课程学习目标的确定要以学生为中心，考虑学生专业以及课程在专业中的地位，与专业培养目标一致。“多元统计分析”作为为各学科领域提供多指标数据分析工具的方法论课程，在各专业、学科有广泛而各具特色的应用，因此，以OBE理念为指导，首先需要结合授课学生专业，确定合适课程学习目标。
具体的，对于应用数学类、统计学类专业，多元统计分析是专业核心课程，也是专业内其他课程的先导课或基础课，如数据挖掘、复杂数据统计分析、统计综合评价等课程。因此学生学习多元统计分析的目标应该以理解多元统计方法的原理、统计思想为重点，在教学过程中注重对多元统计方法原理讲授以及统计思想的解释。而对于医学、经济学、管理学、教育学、心理学等非数学非统计学类专业，多元统计分析主要是为各学科专业提供数量分析工具，以能做多指标数据分析、能正确解释分析结果为主。因此，学生学习目标应以知道各种多元统计方法能做什么、怎么做、结果怎么样解释正确，重在应用。
（二）以课程目标为导向，优化教学设计
在OBE理念下，明确了第一步的课程教学学习目标后，下一步实现学习目标的关键是课程教学设计及实现，包括教学内容、教学形式与教学方法。对于“多元统计分析”课程来说，要根据各授课专业学生的课程学习目标来设计不同的教学内容、教学形式和教学方法，而不应该是整齐划一没有区分的统一教学大纲、上课内容等。例如，在统计学、数学类专业，“多元统计分析”学习目标应以理解多元统计方法的原理、统计思想为重点，教学内容应该聚焦于各种统计方法的原理介绍甚至部分数学原理推导证明，如在因子分析的教學中，对公因子提取需要给学生讲清楚主成分提取的公因子与主成分的关系，在因子简化时的因子旋转原理;在判别分析的教学中，需要对距离判别、Fisher判别与Bayes判别的关系做进一步讲授;等等。而对于其他专业，学习目标在于会用多元统计方法、能正确解释方法结果，这些原理性教学内容可以略讲甚至不讲。在教学方法上，统计学、数学类专业应该以理论课重点讲授课程方法的原理与思想为主，实验课作为补充演示、验证理论课教学内容;而对其他专业，在教学方法与形式上，应该以理论课与实验课并重，理论课重点讲方法是什么、应用条件、怎么用、结果怎么解释，以介绍性为主的讲授;而实验课则应该以案例教学形式，选择与授课学生专业中的问题作为案例，带领学生实现案例中的多元统计分析过程，正确解释案例多元统计分析的结果。
（三）以学生为中心，完善课程考核评价体系
考核评价是对教学效果的直接检验，也是教师授课和学生学习的“指挥棒”。在OBE教育理念下，课程考核评价体系是促进、保证学习成果的核心和关键[3]。不同于传统教育理念下考核评价以教师教学过程为中心，聚焦于教学内容、形式等，OBE理念是以学生学习应达到的成果为导向，反向设计考核评价体系，以学生为中心，聚焦于学生学习之后在素质、知识和能力等方面所取得的学习成果。对于“多元统计分析”课程来说，基于OBE理念的教学考核评价体系可以从以下几方面入手。
首先，改革考核方式。包括改革当前教学中以期末闭卷考试或结课论文形式的单一考核方式，将闭卷考试与课程论文相结合[4]，同时变期末一次性考核为阶段性考核，在平时作业之外根据课程进程设计阶段性的测验、课程小论文或实验课考核等，加强“多元统计分析”课程学习过程控制。
其次，根据学生专业优化考核内容与考核重点。多元统计方法在不同的学科专业领域有不同的应用，体现在学习成果上应该有所区别，那么对于不同的专业，课程考核内容与重点也应该有区别。如对于数学类、统计学类专业，考核内容应以学生对多元统计方法原理、统计思想的理解与方法的应用并重;而其他专业则应以多元统计方法的正确运用和解释为主。
第三，改革教师教学效果评价体系，建立以学生评价为核心的教学效果评价体系。OBE理念聚焦于学生学习成果，学生是学习的主体，教学效果主要从学习后学生素质、知识和能力方面的成果评价。评价人应以在校学生和毕业学生为主体，学校教学管理机构、社会用人单位等为辅，评价内容应聚焦于学生在学习多元统计分析之后，在处理多指标数据统计分析时的能力方面。如在校生应用多元统计方法在做毕业论文、课程设计方面，毕业生工作中处理多指标数据时应用多元统计方法的能力等。 （四）建立“学习目标—教学设计—教学实施—考核评价”闭环系统
OBE理念下课程教学的关键核心点在于将课程置于学生专业培养目标之下，以学生毕业后应达到的专业素质和核心能力为导向确定课程教学的实施，构建从课程学习目标确定、教学设计实施到考核评价，再到学习目标修正的循环往复、持续改进的闭环系统，强调学生中心、结果导向。因此，在OBE理念指导下的“多元统计分析”教学过程的每个环节都应该是相互有机联系的，例如学习目标确定，不仅体现在课程总的学习目标上，如数学类统计学类学习总目标是懂原理与会应用并重，其他专业的课程学习总目标以知道方法是什么、怎么用、会解释为主;在具体的多元统计教学实施环节，根据专业区别在各环节又有不同的学习小目标、具体目标，考核评价体系也是贯穿于教学实施过程，并根据考核评价对学习目标总目标以及教学各环节的小目标具体目标做持续改进;而考核项目、评价体系设计也和学习目标、教学设计实施相关联，最终各环节环环相扣，形成学习目标、教学过程动态调整、教学质量持续改进的有机闭环系统[5]。
三、结论
随着大数据时代的来临，对多指标高维数据的挖掘、数据处理、统计建模分析等应用越来越广泛，“多元统计分析”课程所涉及的主要统计方法在大数据时代有了更为广阔的“用武之地”，如何使学生更有效地学习并掌握多元统计常用分析方法，在大数据分析中正确使用多元統计方法解释分析结果，是当前课程教学实践中必须面对的问题。OBE教育理念正是基于学习成果、学习产出为导向的新型教育理念，与大数据时代强调应用型人才和能力导向的需求不谋而合，本文基于OBE理念对“多元统计分析”课程的教学改革思考正是配合此潮流和我国当下高等教育改革的大背景，希望本文的探讨能为促进本课程教学效果提升提供参考。
参考文献：
[1]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）.
[2]李志义. 解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014，（17）.
[3]孙爱晶，王春娟，吉利萍.基于OBE的课程教学质量评价探索与实践[J].中国现代教育装备，2017，（11）.
[4]谭元元，黄玲花.《多元统计分析》课程教学探讨[J].广西师范学院学报：自然科学版，2016，（4）.
[5]周洪波，周平.基于OBE理念的高校教学模式改革研究 [J].中国成人教育，2018，（4）.
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