“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)改革與研究

李 瑋，李德遠(yuǎn)

（湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢 430068）

0 引言

“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”是將數(shù)理統(tǒng)計學(xué)原理和方法引入到工程科學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)而高效地設(shè)計試驗方案，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和歸納，最終利用較少的試驗次數(shù)和最短的試驗周期達(dá)到試驗?zāi)康模瑥膬?yōu)化試驗方案的角度減少試驗預(yù)算和工程成本。它是一門理論與實踐相結(jié)合的科學(xué)，已經(jīng)成為現(xiàn)代食品科學(xué)乃至生命科學(xué)領(lǐng)域必不可少的工具之一，是湖北工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課程。

該課程的開設(shè)旨在培養(yǎng)和鞏固學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)生對試驗數(shù)據(jù)的敏感性和分析能力，為食品工程類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計、未來的科研及就業(yè)選擇奠定理論基礎(chǔ)。為提高課程的教學(xué)質(zhì)量，筆者在自身實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合湖北工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)計劃“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)大綱，總結(jié)當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問題，從課程的重要性、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行探索。

1 本課程在當(dāng)前教學(xué)中存在的問題

“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程具有一定的抽象性和邏輯性，講究的是在數(shù)據(jù)中找到相關(guān)性，為試驗設(shè)計服務(wù)。在當(dāng)前的教學(xué)過程中，為使學(xué)生充分理解試驗設(shè)計和分析的基本原理，需要應(yīng)用大量的統(tǒng)計學(xué)知識和概率論知識，而食品科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生普遍存在數(shù)理統(tǒng)計知識薄弱，他們只是系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過概率論和高等數(shù)學(xué)的相關(guān)知識，至于如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及運(yùn)用這種分析能力來指導(dǎo)試驗設(shè)計，缺乏程序性的訓(xùn)練，加之課程內(nèi)容豐富，公式的選擇和運(yùn)用比較困難，因此該課程在教學(xué)過程中會使大部分學(xué)生感覺枯燥，難以理解和掌握。如果缺乏引導(dǎo)和合適的教學(xué)方法，很容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣的喪失，影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，甚至直接導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生反感情緒，畏學(xué)厭學(xué)。由于課時有限，為了保證學(xué)生能保質(zhì)保量修完全部課程，對部分課程的學(xué)時進(jìn)行了精減。例如，減掉上機(jī)學(xué)時，精簡了案例分析，突出了理論教學(xué)的同時，還出現(xiàn)以下教學(xué)弊端：①對課程的重要性和應(yīng)用性認(rèn)識不足，興趣度偏低，很多學(xué)生認(rèn)為只要修夠?qū)W分應(yīng)付考試和畢業(yè)就達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，這樣缺乏引導(dǎo)的教學(xué)很容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生畏難情緒，一旦產(chǎn)生畏難情緒，就很難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到教學(xué)效果；②上機(jī)課時偏少，減少學(xué)生實踐操作，使得學(xué)生不能熟練運(yùn)用計算機(jī)和軟件解決實際問題，不僅不能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更糟糕的是不能活學(xué)活用，不反復(fù)訓(xùn)練，很難讓學(xué)生記得重難點，達(dá)不到教學(xué)目的；③課堂知識過于強(qiáng)調(diào)理論和公式推導(dǎo)，忽視應(yīng)用環(huán)節(jié)的講解，造成學(xué)生死記硬背后無法付諸實踐，單向性的教學(xué)無法激發(fā)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)的能動性；④一味地板書加公式推導(dǎo)，缺乏教學(xué)創(chuàng)新，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；⑤考核方式過于單一化和模式化，當(dāng)前的考核方式是以平時成績30%和卷面成績70%作為最終的考核成績，缺乏實踐和應(yīng)用，不能全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

由于存在以上問題，工科學(xué)生在做實驗時，需要運(yùn)用課程知識靈活處理實驗數(shù)據(jù)，在未來的科研和工作中缺乏對數(shù)據(jù)圖形的整理和分析，完全無法滿足學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生個人素質(zhì)能力的提升，背棄了開設(shè)該課程的教學(xué)目的。有鑒于此，筆者在自身實踐的基礎(chǔ)上，對課程的教學(xué)方法進(jìn)行了總結(jié)和整理。

2 教學(xué)改革之思考

2.1 強(qiáng)調(diào)課程的重要性，提升學(xué)生的重視程度

教師合理地引導(dǎo)及勉勵在很大程度上決定著學(xué)生課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量，“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象富有邏輯性，不好理解，很容易引起學(xué)生的厭學(xué)情緒，“只要不掛科”就成為大多數(shù)學(xué)生最基本的學(xué)習(xí)目標(biāo)。如果缺乏任課教師的引導(dǎo)，很多學(xué)生會認(rèn)為該課程對未來的就業(yè)和升學(xué)關(guān)系不大，或者認(rèn)為只要掌握基礎(chǔ)的理論知識，臨近考試時突擊復(fù)習(xí)及格就行，填鴨式教學(xué)相反還會引起學(xué)生的畏學(xué)情緒。該課程開設(shè)在大三下半學(xué)期，正處于課程多、壓力大的關(guān)鍵階段，因此不合理的教學(xué)方式極易增強(qiáng)學(xué)生的逆反和逃課心理。由于課程的邏輯性強(qiáng)，課程安排講求連貫性，如果學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中斷，會對下節(jié)課的理解造成嚴(yán)重的影響，因此更會加劇學(xué)生對課程的抵觸情緒。綜合上述原因，讓學(xué)生認(rèn)識到課程的重要性，加強(qiáng)專業(yè)引導(dǎo)就顯得尤為重要，建議教師在開課前就要特別注意強(qiáng)調(diào)課程的重要性，每節(jié)課前都要加強(qiáng)課程導(dǎo)入和學(xué)生的引導(dǎo)工作，深入淺出地扭轉(zhuǎn)學(xué)生對課程的錯誤認(rèn)識。

2.2 重視應(yīng)用環(huán)節(jié)，簡化公式推導(dǎo)

“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”涉及到較多的數(shù)理統(tǒng)計學(xué)理論，學(xué)生對此并不感興趣，相反學(xué)生更在意的是公式的應(yīng)用與實際生活的運(yùn)用。因此，必要時要對公式和定理的分析和推導(dǎo)過程進(jìn)行簡要介紹，甚至可以加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，把重點放在闡述關(guān)鍵的統(tǒng)計量含義、應(yīng)用相應(yīng)的統(tǒng)計量分析具體問題的方法和應(yīng)用的背景等知識模塊上[1]；此外還應(yīng)當(dāng)多應(yīng)用一些分析問題、解決具體問題的應(yīng)用實例，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，只有這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決實際問題的欲望，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)主動性，促進(jìn)學(xué)生掌握關(guān)鍵內(nèi)容，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，還可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)目的。

2.3 加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生主觀能動性

“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程需要運(yùn)用數(shù)據(jù)處理軟件來進(jìn)行分析和處理數(shù)據(jù)，單純的課堂教學(xué)只能讓學(xué)生的感悟停留在課堂上，枯燥的數(shù)據(jù)分析和演算往往使得學(xué)到的知識死板而更容易遺忘，因此需要積極培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性，除了課堂教學(xué)，還要培養(yǎng)他們上機(jī)操作和實踐能力[2]。采用啟發(fā)和實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，聯(lián)系或引用一些食品科學(xué)和工程學(xué)問題，調(diào)動學(xué)生參與教學(xué)的積極性，不僅能活躍課堂氣氛，還能激發(fā)學(xué)生的求學(xué)欲望。例如，運(yùn)用多種數(shù)據(jù)處理軟件（如SPSS，SAS等），與學(xué)生探討這些軟件在數(shù)據(jù)分析和處理中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，再在上機(jī)課教學(xué)過程中，鼓勵大家設(shè)計方案，或者根據(jù)虛擬的實驗結(jié)果采用數(shù)據(jù)處理軟件驗證實驗方案。鼓勵他們對實驗方案提出自己的疑慮或者根據(jù)實驗結(jié)果提出自己的實驗構(gòu)想，這樣不僅調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，而且可以促使他們將所學(xué)的知識靈活地運(yùn)用到實際問題的分析當(dāng)中去，使教學(xué)效果得到提升。

另外，在教學(xué)過程中要重視網(wǎng)絡(luò)信息的應(yīng)用，根據(jù)不同章節(jié)的需求，教師應(yīng)該有意識地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和介紹一些主要的統(tǒng)計學(xué)網(wǎng)站，適當(dāng)運(yùn)用當(dāng)前的多媒體、板書、網(wǎng)絡(luò)等有機(jī)結(jié)合的多種教學(xué)模式，豐富課件信息，營造廣闊的信息空間，靈活地向?qū)W生展示相關(guān)最新的教學(xué)信息及前沿知識，這樣的教學(xué)方法才能在枯燥的邏輯和分析課堂上避免引起學(xué)生的視覺和聽覺疲勞，突出教學(xué)特色[3]。同時，還能督促教師不斷更新教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生的知識面得到拓寬，達(dá)到教學(xué)相長的雙贏局面。

2.4 變換考核模式，促進(jìn)學(xué)生全面鞏固

考核是評估學(xué)生掌握知識、反饋教學(xué)效果的重要手段。為了加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，筆者進(jìn)行了多種考核方式的探索和總結(jié)，認(rèn)為單純的平時成績30%+卷面成績70%的模式難以公平客觀地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。作為一門應(yīng)用性學(xué)科，“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”不僅要求學(xué)生能熟悉掌握書本中的基本知識，更重要的是上機(jī)操作實踐。因此，該課程的考核方式有閉卷、開卷和上機(jī)3種考核方式，而傳統(tǒng)的平時成績+卷面成績很容易造成學(xué)生能力考核不全面，培養(yǎng)出應(yīng)付考試的突擊型考生，這種考核模式無法發(fā)揮出創(chuàng)新型學(xué)生的發(fā)揮優(yōu)勢，開卷考試容易導(dǎo)致學(xué)生得過且過，考過即算的想法，難以鞏固學(xué)生對知識點的全面掌控，而單純的上機(jī)考核則會導(dǎo)致學(xué)生知其然而不知其所以然，只能熟練掌握書本上的案例，但是不了解基本原理及其相關(guān)知識點，不會變通運(yùn)用所學(xué)的內(nèi)容[4]。因此，在考核過程中可以采用以下幾種模式靈活運(yùn)用：①分段考核，把考核分為期中、期末兩段完成，期中又可以分為多次小作業(yè)實施，采用辯論、搶答、獨自練習(xí)等多種形式，綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成效；②多維度考核，不僅僅考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，還要考查學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，比如結(jié)合專業(yè)知識認(rèn)識什么是偶然誤差，什么是系統(tǒng)誤差，以及誤差的影響因素，最后自己設(shè)計試驗解決實際問題；③公開打分，采用辯論的模式講述知識模塊，通過辯論雙方的實際表現(xiàn)由學(xué)生公開給出分?jǐn)?shù)，教師記錄在案，并予以公示。這幾種考核模式有效結(jié)合不僅能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能充分展示出學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，做到公平、公正和公開。

3 結(jié)語

通過有關(guān)“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”教學(xué)改革的思考與嘗試，筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對課程的重視程度及學(xué)習(xí)興趣明顯上升，教學(xué)質(zhì)量也能得到極大地提高。通過多元化的考核模式發(fā)現(xiàn)，不僅增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性，更能調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，不僅可以快速掌握教學(xué)內(nèi)容，更能在解決實際問題的過程中，體現(xiàn)出學(xué)習(xí)質(zhì)量。隨著食品行業(yè)的飛速發(fā)展，課程的知識體系也在不斷地改進(jìn)，將會面臨著更多的新問題值得教學(xué)工作者思考和探索。因此，在未來的教學(xué)工作中，教師要深刻領(lǐng)會“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”的教學(xué)內(nèi)容，透徹把握數(shù)據(jù)分析及運(yùn)用的邏輯聯(lián)系，不斷提升自我修為、更新知識體系，使學(xué)生更容易接受和消化新的知識，形成適合食品科學(xué)與工程專業(yè)特色和學(xué)生實際需要的知識體系[4]。只有通過這樣的不斷創(chuàng)新和凝練，才能適應(yīng)課程發(fā)展的需要，才能培養(yǎng)出合格的高素質(zhì)食品工程類專業(yè)型人才。

[1]薛長國，夏玲燕，滕艷華，等.資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理課程建設(shè) [J].考試周刊，2013（9）：161-162.

[2]王媛媛，王建波．機(jī)械類專業(yè)“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)模式探討 [J].重慶與世界，2013（6）：79-81.

[3]李元，李慶，吳會杰.淺談“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)改革的實踐與探索 [J].教育教學(xué)論壇，2015，（25）：158-159.

[4]夏璐.淺談試驗設(shè)計方法在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力中的應(yīng)用[J].高教論壇，2005（2）：77-79.◇