食品試驗優化設計課程教學改革與實踐

杜雙奎 張國權 于修燭

摘要：本文對食品試驗優化設計課程教學內容、教學方法、教學手段、教學觀念等方面改革與實踐進行分析闡述，旨在構建合理的課程結構體系，加強學生實踐能力、創新能力以及綜合素質的培養，以期為提高食品科學相關專業食品試驗設計、優化教學質量提供新思路。

關鍵詞：食品試驗優化設計；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2012）03-0013-02

試驗優化設計是以數理統計為基礎，按照試驗設計原理，科學而合理地提出試驗方案，指導試驗的正確實施，達到以最經濟的試驗投入獲得盡可能多的數據信息；然后用科學的統計處理方法進行數據分析，得出可靠的結論以指導生產及科研實踐[1]。試驗優化設計是對試驗進行優化設計與分析的一種現代通用技術，是各種工程人員必備的基本能力[2]。食品試驗優化設計是試驗優化設計在食品科學領域中的具體應用，是食品科學與工程以及相關專業必修的專業基礎課。通過本課程學習，使學生掌握試驗設計的基本原則及常用方法，培養學生從事試驗研究工作的能力，培養學生嚴謹求實、理論聯系實際的科學態度，培養學生獨立地獲取知識和綜合運用知識的能力，全面提高學生的綜合素質，使其成為高質量的應用型人才。

經過多年的教學實踐，我們不斷總結，不斷完善，基本形成比較系統的教學體系、教學內容和教學方法，建成 “食品試驗優化設計精品課程網站”。現就本課程教學談幾點體會與思考，以期與同行進行交流。

一、優化教學內容，提高教學效果

選取優秀的教材，是課程教學取得良好效果的重要基礎。為滿足食品科學與工程專業、食品質量與安全專業對學生的培養要求以及未來食品企業的研發需要，結合專業情況和教學實踐經驗，我們編寫了“十一五”規劃教材——《試驗優化設計與統計分析》，并于2010年6月由科學出版社出版。該教材在內容上重點突出了應用性和實用性，減少了復雜的、抽象的數理統計公式的推導，強化了理論與實際的結合。例如，刪除統計概率計算，強化顯著性檢驗的應用和理解；弱化多元統計分析、可線性化回歸分析內容，強化和突出了正交試驗設計、均勻設計以及回歸設計內容；增添了許多與食品相關的、反映現代食品科研水平的典型案例；增加了常用統計軟件Excel在數據處理中的應用內容。通過以該教材為基礎內容的講授與學習，使學生迅速掌握試驗優化設計的思想和數據處理方法，培養學生從事科研工作的能力，提高學生發現問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力。對食品科學與工程學院近年來的學生畢業論文進行抽樣分析可以看出，單因素試驗設計、正交試驗設計的利用率高達90%以上。學生能緊密結合食品生產，正確地進行選題、設計和實施，正確運用適宜的統計方法對試驗結果進行分析，得出合理的有效結論。

二、改革教學方法，加強學生綜合能力的培養

食品試驗優化設計是一門既有理論又有實踐的專業基礎課。在教學過程中，要注重培養學生獨立獲取知識、發現問題、解決問題的能力。在教學方法上，要改變傳統的“灌輸式”、“填鴨式”的教學方式，更多地采用啟發式、討論式和答疑式等，給學生營造多樣性的學習空間。在教學過程中，根據教學內容的要求、重點、難度，分別采用不同的教學方法，取得了較好的效果。

對試驗優化設計的基本概念、基礎理論以講授為主，力求深入淺出、講深講透。例如，本課程最重要、最基礎的內容“方差分析的基本思想和步驟”一節，采用啟發式講授，首先給出某食品企業不同污水處理方法的實驗結果，然后引導學生分析實驗結果的差異性及其原因，最后引出方差分析統計量的構造方式、顯著性檢驗等；對于復雜的數理統計公式，淡化推理過程，著重講清分析思路，啟迪學生的邏輯思維能力；對于統計圖表的繪制，如直方圖、回歸圖、折線圖、因素水平趨勢圖等，則采用Excel軟件現場演示說明，介紹如何利用繪圖向導，根據試驗數據性質選擇合適的圖表類型，添加趨勢線、誤差線、次坐標等，如何完善圖表格式使其規范化等，使學生的計算機應用知識與專業基礎課程內容有效對接，從概念到方法、從理論到技術，全面加深學生對所學知識的理解。

對于適宜自學的內容，則采用討論法，例如，“多因素試驗設計”一節，首先安排學生自學，根據前邊掌握的知識提出設計方法，然后分組討論，分析不同方法的優缺點，最后由教師總結、歸納，啟發學生提出問題、分析問題，最終解決問題。在這種教學方式中，學生是主體，能充分發揮學生學習的積極性與主動性，學生自學能力、思維能力、表達能力等得到全面鍛煉與提高。

對計算內容較多的章節，輔以大量作業加強練習。譬如，基本統計量計算、假設檢驗、方差分析、回歸分析等必須掌握的內容，在重點講清分析思路和分析過程的基礎上，安排一定數量的作業讓學生訓練。同時，積極指導學生正確使用相關統計軟件去分析有關問題。譬如，指導學生使用Excel軟件進行批量樣本的統計量計算、單雙樣本數據假設檢驗、單（雙）因素試驗資料方差分析、回歸分析等；指導學生應用DPS軟件完成復雜的方差分析和回歸分析，正確應用DPS進行正交試驗設計、均勻試驗設計和回歸設計等。這種教學方法不僅可以使學生及時鞏固所學內容，而且也能提高學生的實踐動手能力，對疑難問題能夠得到及時解決。

食品試驗優化設計課程有著比較深的邏輯性和數學理論，是應用數學的應用再現。數學知識的缺乏，會加重學生學習的思想負擔，嚴重影響學生學習的興趣和學習質量。因此，在第一節課，首先給學生進行啟發性說明，講清本門課程的學習目的、學習方法以及如何克服數學障礙等，消除學生學習憂慮、增強學習信心是必要的。我們引導學生充分認識食品試驗優化設計課是一門應用性較強的工具課，不是數學課。作為工具課，關鍵應在應用中去學習，邊應用邊學習掌握。在學習時，貴在領會基本試驗設計思想，進而掌握必要的設計方法，最終才能靈活地運用到實踐中。在授課中，我們多以本院研究生、本科生近年的優秀畢業論文、試驗數據為講解素材，深入淺出地分析其研究論文的設計思想、設計方法以及數據處理，取得了理想的教學效果，學生滿意度達到98%，學生評教成績一直保持在93分以上。

在考試命題上，打破傳統，避免死記硬背的應付式考查，注重學生的知識應用能力和分析問題能力的考查。譬如，設計單因素試驗方差分析結果的說明、正交試驗結果的分析說明、多因素試驗的靈活設計等試題。由近5年學生考卷分析來看，90%以上的學生基本掌握常用試驗設計方法，能夠進行合理的數據處理，達到預期的教學目的。譬如，學生可以正確運用所學的全面試驗設計、正交試驗設計等方法進行嚴密的試驗設計，能正確運用數據處理方法進行數據分析，給出合理的結論。

實行科學的考核評價。學生總評成績由平時成績、筆試成績及實踐成績三部分組成，其中平時成績占20%、筆試成績占50%、實踐成績占30%。平時成績主要考核學生的上課狀態與作業完成情況，可杜絕平時不認真上課、不做作業的現象；筆試成績主要考核學生應用所學知識解決和分析具體問題的能力；實踐成績主要考核學生應用統計軟件處理分析實際數據的能力。采用綜合評定考核方法更能客觀地反映出學生的真實水平，綜合考查學生的學習效果，也可以反映出教師授課的實效和存在的不足，以便及時改進，逐步提高授課質量。

三、采用多媒體教學，激發學生學習興趣

伴隨教學內容的改革，在教學中，我們根據所授內容，借助現代化多媒體進行教學，激發學生學習興趣，培養學生的創新精神，教學效果較好。通過現代化教學技術的應用，不僅提高了教學效果，而且為學生創造一種全新的知識探求方法和學習方法[3]。多媒體教學的應用，豐富了教學內容，使授課生動活潑；可將多種圖表直觀生動地投射給學生，使復雜的理論更加容易理解。同時，多媒體教學使數據處理軟件的演示和講解成為可能，為課程的應用化和實用化提供有效的平臺。通過講解演示，學生掌握了相關的常用數據處理方法，能夠運用Excel進行基本統計運算，運用DPS進行多元統計回歸分析和方差分析，應用Design expert進行響應面設計、模型建立與分析等。近5年，食品科學與工程學院本科生、研究生科研論文中的試驗設計與數據處理方法的應用更為嚴謹合理，論文數量與質量明顯提高。

四、更新教學觀念，注重學生綜合素質培養

在教學過程中，要把傳授知識、培養能力和提高綜合素質緊密地結合起來，對學生進行辯證性思維教育，培養學生的邏輯思維能力和創新精神；通過指導學生自學，培養學生分析問題、解決問題的能力；通過批改作業和耐心答疑，培養學生嚴謹求實的科學態度。

經過幾年的探索與實踐，食品試驗優化設計課程的教學效果得到了提高，在學校教學質量建設評估中獲得可喜成績。2004年 “食品試驗優化設計多媒體課件建設”項目通過學校驗收合格。2006年 “食品試驗優化設計”獲得校級精品課程。2007年杜雙奎主講“食品試驗優化設計”獲校級青年教師講課比賽二等獎。

總之，食品試驗優化設計是食品科學相關專業的一門主要專業基礎課，對于培養學生的科研能力和實踐能力有著重要的作用，是食品工程人員必備的基本能力，是未來食品工程師共用的語言。隨著科學技術的進步，科研、生產的不斷發展，食品試驗優化設計必將不斷地發展和完善，其應用也必將越來越廣泛。只有我們不斷改革教學內容、改進教學方法，努力培養學生的創新能力和實踐能力，培養學生自主學習、主動獲取知識的能力，培養學生分析問題和解決問題的能力，才能培養出全面發展的科技創新人才。

參考文獻：

[1]周存山，楊虎清，龐林江等.食品試驗設計方法課程教學

的改革探索[J].安徽農學通報，2008，（24）.

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討[J].農機化研究，2004，（2）.

[3]劉海英，李丁.試驗設計與數據分析的教學改革探討

[J].吉林教育學院學報，2008，（11）.