淺談《試驗設計與數據處理》課程教學改革的實踐與探索

李元+李慶+吳會杰

摘要：《實驗設計與數據處理》是一門理論知識與實踐經驗相結合，實用性很強的課程，該課程為從事科學研究、技術研發以及工業生產人員提供試驗設計與數據分析。對于高校大學生來說，通過學習該課程，主要是培養科學的嚴謹態度，正確地確定試驗方案，以及對試驗數據進行分析處理的能力。本文分析了目前高校工科《實驗設計與數據處理》課程教學質量的現狀，以及影響教學質量的主要因素，并提出了該課程教學改革的一些措施。

關鍵詞：工科;實驗設計與數據處理;教學改革;實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0158-02

一、引言

隨著科學技術的不斷發展進步，教學方法和思維方式越來越受到重視，教學在現代社會科學中發揮著巨大作用。《實驗設計與數據處理》是一門應用性很強，且將理論知識與實踐經驗相結合的課程。同時又以數理統計、專業技術知識、概率論和實踐經驗為基礎，通過科學合理地組織試驗得到有效的試驗數據，最后把試驗數據進行分析、處理，以求在最短的時間內達到優化試驗的一種科學分析和計算方法[1，2]。《試驗設計與數據處理》課程介紹了一些常用的試驗設計和數據分析處理方法，是從事科學研究、技術研發以及工業生產人員提供試驗設計與數據分析[3]。對于工科院校學生來說，通常會在實驗室做試驗，在安排試驗步驟以及對試驗數據處理的過程中經常會遇到這些問題，所以學習《試驗設計與數據處理》課程是很有必要的。

《試驗設計與數據處理》課程教學的主要目的是培養學生設計試驗方案，判斷影響試驗效果的主次因素，并能夠對試驗數據進行分析處理的能力。該課程還要求學生能夠熟練運用excel、origin等作圖軟件對數據進行分析處理，為將來從事材料制備和工藝研發提供理論支撐和實踐基礎。該課程內容較多、涉及知識面廣、公式多、計算起來比較復雜，通常需要使用計算機編程軟件來輔助完成[4]。材料科學與工程專業是一門實用性很強的工學學科，本文圍繞專業的工程特色建設，詳細地介紹了高校工科《試驗設計與數據處理》課程的現狀和存在的一些問題，同時，將本科《試驗設計與數據處理》課程與我校材料科學與工程學科的特點結合進行改革探討與實踐。

二、當前課程教學存在的問題

《試驗設計與數據處理》課程比較抽象，涉及的計算公式較多，通常需要用微積分、統計學等數學知識來計算，而計算過程比較復雜，因此要求授課教師要具備扎實的數學知識，才能將這門課程教好。此外，該課程的課時量比較少，但是教學內容比較多[5]。教師需要在有限的教學時數內完成教學任務，于是就出現了教師在課堂上一味地給學生灌輸知識而不注重實際應用和學生能力的培養的現象，使得傳統課堂教學模式的弊端日益突出，主要表現在以下幾方面：

（一）課程內容多，課時量少

《試驗設計與數據處理》課程包含9章內容，只有32學時，其中第3章方差分析、第4章回歸分析、第6章正交試驗設計以及第7章均勻設計是課程重點，每章都包括理論課和上機課，課程內容比較多，課時量少。這就導致了教師往往按部就班地把書本的知識灌輸給學生，毫無創新性，這就造成了學生不求甚解，死記硬背，極大地扼殺了學生的創新意識和能力的培養。

（二）缺乏知識的更新和融入

目前，《試驗設計與數據處理》課程通過引用一些經典實例，來介紹試驗的方差分析、回歸分析、正交設計、均勻設計等在科學研究和工業生產中的實際應用，但是教學內容比較單一、陳舊，缺乏知識的更新和融入，這樣就導致了教學內容與社會前沿知識脫節，教師不能及時把最新的前沿知識傳授給學生，這樣的課堂教學就吸引不了學生的興趣。近年來，隨著計算機技術和數理統計理論的發展，新的分析方法和前沿知識層出不窮。如何有效地把這些分析方法和前沿知識融入到課程教學中，高效率、高質量地完成課程教學，是每一個從事該課程教學的教師面臨的一個嚴峻現實。

（三）教師業務水平不高

當前，有些教師還用傳統的思維方式和教學模式進行教學，沒有用新課標教學理念指導教學。教學中，還是一味地給學生灌輸知識，沒有樹立“以學生發展為本”的新理念。教師滿足于已有的知識，不與時俱進，不注重專業知識的更新。教師與教師之間溝通較少，不注重學科之間的交流，這樣就造成了學科知識的孤立，不利于豐富自己的專業知識。對于學生來說，如果教師業務水平不高，就不利于學生能力的培養和素質的提高。

三、我校工科《實驗設計與數據處理》教學改革實踐與探討

（一）采用啟發式教學方法

現代教育提倡素質教育，在教學過程中，要樹立“學生為主體，教師為主導”的指導思想。教師在授課過程中，要通過書面內容展開思維聯想，采用啟發式教學方法。例如，通過課堂提問的方式，使學生參與課堂教學，逐步引導學生學會思考問題，讓學生在教學過程中充分發揮主觀能動性，同時又能通過教師與學生的交流來增強師生之間的感情，讓學生處在一種愉悅的環境中學習知識，從而達到事半功倍的效果。教師不要滿堂灌，要經常和學生進行課堂互動，開發學生的創新思維，這樣就提高了教學效果。此外，教師要推薦一些具有參考意義的國內外文獻資料讓學生閱讀，以擴大知識面，加深對課堂知識的理解。

（二）融入前沿知識和科研成果

近年來，隨著社會和科技的不斷發展進步，新的計算和分析方法也在不斷出現，《試驗設計與數據處理》課程還只局限于傳統的計算分析方法，新知識融入相對較少，知識更新較慢。為了把學科的前沿知識和最新的科研成果融入到課堂教學中，教師應該在圖書館或網上廣泛搜集相關資料，以文獻的形式穿插到教學體系。以經典的方差分析，回歸分析，正交設計，均勻設計為基礎，逐步增加一些相關科研論文的講解，例如2011年第15期《熱加工工藝》期刊“基于Autoform的汽車覆蓋件正交試驗有限元分析”，2008年第7期《金屬熱處理》期刊“用正交試驗法優化VST55531鈦合金的熱處理工藝”，2005年第3期《航空動力學報》期刊“多因子異方差分析”。endprint

（三）理論聯系實踐，培養學生能力

《試驗設計與數據處理》是一門應用技術學科[6]，目的是培養學生的實際應用技能。由于該課程具有計算公式多，計算過程復雜等特點，教師不應只注重公式推導及計算，而忽視了學生學習該課程的目的。我校材料科學與工程專業使用的教材是由化學工業出版社李云雁主編的《試驗設計與數據處理》，其中本課程的重點包括：方差分析、正交試驗設計、回歸分析、均勻設計，所以，教師要根據各章節重難點進行講授。

（四）提高教師業務水平

首先，通過教師進修，提高教師的專業水平，因為只有專業基礎知識扎實了，在課堂教學中才能做到游刃有余;其次，交叉學科的教師要經常進行溝通交流，這樣才能豐富自己的專業知識;教師與教師之間要相互聽課，要懂得欣賞別人的優點，同時還要指出對方的不足，這樣才能做到查漏補缺，提高自己的業務水平;教學反思是教師專業發展和自我成長的關鍵因素，教師還要經常反思自己，查找自己的不足和缺點;此外，教師要經常與學生交流，傾聽學生的問題和煩惱，并及時解決;還要廣泛收集學生對課堂教學的意見和建議，對于有價值的、好的意見，教師要虛心接受，并認真執行。只有這樣，才能提高教師的業務水平，提高課堂教學效率。

（五）制定完善的考核制度

根據《實驗設計與數據處理》課程特點，考核方式一般是期末成績和平時成績構成，平時成績占30%，期末考試成績占70%。期末考試由筆試和上機考試兩部分構成，筆試主要考察學生對概念、公式的掌握情況、設計試驗的能力以及對試驗結果進行分析的能力;上機考試主要考察學生利用Excel，Origin，PS等作圖軟件對試驗數據進行分析和處理的能力;平時成績主要由學生課后作業的完成情況以及考勤決定，課后作業主要是考察學生對課堂教學內容的掌握情況，考勤就是查看學生的課堂出勤率。這幾種形式的考核方式相輔相成，全面地考察了學生對該課程內容的掌握情況。因此，制定完善的考核制度，不僅可以激勵學生好好學習，又可以考察學生的學習成效，從而對教學效果做出客觀地評價。

四、結束語

《實驗設計與數據處理》是一門理論知識與實踐經驗相結合，實用性很強的課程，通過教學改革與實踐，培養學生掌握基本的試驗設計方法和對試驗數據分析處理的能力，為今后考研或走上工作崗位奠定基礎。

參考文獻：

[1]邱軼兵，張文利，閔凡飛，等.試驗設計與數據處理[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2008：1-2.

[2]李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].化學工業出版社，2011.

[3]孫培勤，劉大壯.實驗設計與數據處理課程的教學實踐[J].化工高等教育，2003，（1）：84-85.

[4]申明金.MATLAB在化學試驗設計與數據處理中的應用[J].長春師范學院學報：自然科學版，2006，2（1）：47-51.

[5]張素斌，劉燕芳.《試驗設計與數據處理》課程的教學探索[J].廣州化工，2014，41（270）：120-122.

[6]夏璐.淺談試驗設計方法在培養學生實踐能力中的應用[J].高教論壇，2005，（1）：77-79.endprint