《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》的教材建設(shè)與課程改革

楊 娟，于立梅，曾曉房，白衛(wèi)東

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院, 廣東 廣州 510225)

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是一門以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等為理論基礎(chǔ)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一門應(yīng)用型課程[1]。已被廣泛作為化工、生物、食品、環(huán)境、材料等工農(nóng)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課。由于該課程理論抽象、公式演算過程繁瑣，所以教師授課難度大，而學(xué)生也難以理解和掌握相關(guān)知識(shí)。本文將以二本院校本科生的生源特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，在教學(xué)中充分貫徹"因材施教"的原則，淺談《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》在授課過程遇到的問題，針對(duì)問題提出的改革建議，以適應(yīng)二本院校本科生對(duì)于《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》這門應(yīng)用型課程的學(xué)習(xí)和理解。

1 現(xiàn)存問題

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》作為一門適用于眾多工農(nóng)學(xué)科的基礎(chǔ)課程，可供選擇的教材眾多，如李云雁主編的《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理(第二版)》，潘麗軍、陳錦權(quán)主編《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》，羅時(shí)光、金紅嬌主編《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》等。盡管眾多編者對(duì)這門課程進(jìn)行了教材編撰，但從內(nèi)容上講，這些教材大多以抽象的理論概念和數(shù)學(xué)公式演算過程為主，如“隨機(jī)誤差的檢驗(yàn)過程”、“單因素試驗(yàn)方差分析基本步驟”、“一元線性回歸方程的建立”等。嚴(yán)重缺乏與專業(yè)密切相關(guān)的案例教學(xué)內(nèi)容，也沒有從不同院校學(xué)生素質(zhì)差異的角度做調(diào)整。

在教材的基礎(chǔ)上，長期以來，課程內(nèi)容多以統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)和公式推算過程為主，內(nèi)容單調(diào)枯燥、復(fù)雜深?yuàn)W。多數(shù)二本院校本科生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，使得很多學(xué)生對(duì)于基本理論、原理和公式的推導(dǎo)等內(nèi)容難以理解和掌握，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量。另一方面，多數(shù)二本院校側(cè)重于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，這要求學(xué)生掌握更多的實(shí)操能力。然而從歷屆二本院校本科生的畢業(yè)論文完成情況看，存在試驗(yàn)設(shè)計(jì)不科學(xué)合理，試驗(yàn)方法單一，數(shù)據(jù)處理不嚴(yán)謹(jǐn)、表述不清楚、分析不透徹，試驗(yàn)值表征沒有平均值、誤差值和顯著性分析等，使得結(jié)果的可信度不高。這與二本院校學(xué)生對(duì)于該課程的理解和掌握不無關(guān)系。

2 教材建設(shè)與課程改革的探討

2.1 教材建設(shè)應(yīng)結(jié)合專業(yè)和授課對(duì)象

為了更好地將社會(huì)需求與教學(xué)定位相結(jié)合，在教材的編寫上應(yīng)注重與專業(yè)知識(shí)的銜接，結(jié)合授課對(duì)象的基礎(chǔ)構(gòu)架差異，按類型、分層次的進(jìn)行教材建設(shè)。對(duì)于工農(nóng)類二本院校的教材，應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，以鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，刪除部分內(nèi)容，降低理論深度，增加與專業(yè)相關(guān)的教學(xué)案例，側(cè)重實(shí)際應(yīng)用。可增設(shè)或加強(qiáng)的內(nèi)容如下：

(1)結(jié)合專業(yè)，強(qiáng)調(diào)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)的重要性。對(duì)于工農(nóng)院校本科生而言，在學(xué)習(xí)和工作中應(yīng)用最多的是單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)。其中，單因素實(shí)驗(yàn)是所有復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中也是應(yīng)用最廣的一種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。正交試驗(yàn)是本科論文中出現(xiàn)頻率最高的一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型，但學(xué)生對(duì)于許多試驗(yàn)點(diǎn)的選擇仍然不夠科學(xué)合理。因此，在教材的編排上，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際案例，將單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)穿插到各個(gè)實(shí)際案例中，以利于學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的接受和吸收，掌握單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)際應(yīng)用。

(2)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析的實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)的目的是得到數(shù)據(jù)，以獲取某種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的"真實(shí)值"，而測(cè)定值與真實(shí)值之間往往存在"誤差值"，實(shí)驗(yàn)組與實(shí)驗(yàn)組之間還需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。這些是數(shù)據(jù)處理中最基礎(chǔ)也最重要的干貨，也是學(xué)生們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)、工作和求學(xué)過程中，勢(shì)必會(huì)應(yīng)用到的知識(shí)。盡管各個(gè)版本的教材對(duì)這些知識(shí)都進(jìn)行了介紹，但是內(nèi)容往往側(cè)重于理論，而忽略了應(yīng)用。考慮到學(xué)生資質(zhì)，建議在教材的編寫中，結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)案例，以案例帶動(dòng)理論，加強(qiáng)印象，達(dá)到目的。

(3)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，軟件的應(yīng)用越來越廣泛，而針對(duì)社會(huì)需求，在《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》課程中，勢(shì)必需要加入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用。包括： Excel是最常用的功能強(qiáng)大的電子表格處理軟件；Origin是科研工作者首選的繪圖軟件；SPSS是最優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)分析軟件。

2.2 課程內(nèi)容設(shè)置需簡化理論突出應(yīng)用

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)內(nèi)容可分為“數(shù)據(jù)處理”和“試驗(yàn)設(shè)計(jì)”兩大部分。根據(jù)二本院校本科生的生源特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，在數(shù)據(jù)處理部分，建議弱化理論，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，重點(diǎn)講解數(shù)據(jù)的規(guī)范化書寫、如何利用軟件處理數(shù)據(jù)以及利用軟件繪制圖表等。應(yīng)強(qiáng)調(diào)excel、spss、origin等軟件的實(shí)操培訓(xùn)，開設(shè)相當(dāng)分量的上機(jī)課程，使學(xué)生們?cè)谡n后能夠熟練的利用excel計(jì)算平均值和誤差值，利用spss對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，利用excel/origin繪制“三線表”、“線形圖”、“柱形圖”等常規(guī)圖表，以及掌握?qǐng)D表制作的規(guī)范。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，建議結(jié)合科研項(xiàng)目中的具體實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行講解，如可將卵白蛋白的提取分離和純化工藝引入“正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的案例教學(xué)分析，將工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量安全與控制等專業(yè)實(shí)驗(yàn)貫徹課堂，提高應(yīng)用性、實(shí)踐性教學(xué)在課程教學(xué)中的分量。通過引入學(xué)科專業(yè)性強(qiáng)的試驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)、了解試驗(yàn)流程以及掌握數(shù)據(jù)處理和圖表的制作的能力，將試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理過程串聯(lián)起來，系統(tǒng)的介紹工農(nóng)專業(yè)“試驗(yàn)”內(nèi)容，如在試驗(yàn)設(shè)計(jì)部分介紹卵白蛋白的提取實(shí)驗(yàn)，而在數(shù)據(jù)處理部分可以介紹經(jīng)過試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)的記錄和分析，做到課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密相連。此外，鑒于課時(shí)所限，可以給出一些規(guī)范性的數(shù)據(jù)處理模板或規(guī)范的圖表制作示范，讓學(xué)生在課余時(shí)間完成。

2.3 改革考核內(nèi)容與方式

考試是評(píng)價(jià)教學(xué)效果的一種最直接的方法，是對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)和所掌握能力的檢查。由于《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》有別于其他專業(yè)課程，建議把課外作業(yè)得分納入期末成績的計(jì)算中，強(qiáng)調(diào)平時(shí)成績的占比，可由常規(guī)的30%提高到50%。同時(shí)考核方式可以由傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理各個(gè)環(huán)節(jié)的理解和掌握。或者可讓每位同學(xué)根據(jù)自身對(duì)于專業(yè)的興趣和擅長，進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考察試驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，以課程論文的形式進(jìn)行提交，此部分占總成績的50%。通過這些環(huán)節(jié)可綜合考察學(xué)生對(duì)知識(shí)應(yīng)用能力。

2.4 教學(xué)目標(biāo)與課程定位的統(tǒng)一

對(duì)于工農(nóng)專業(yè)的絕大多數(shù)學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)和工作中，繞不開“試驗(yàn)”。以仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院食品專業(yè)為例，其畢業(yè)考核多以完成實(shí)驗(yàn)性的論文為依據(jù)，畢業(yè)后70%選擇對(duì)口的企事業(yè)單位，18%選擇考研[2]，這些都與"試驗(yàn)"息息相關(guān)。對(duì)于食品行業(yè)而言，工藝的改進(jìn)、新產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高等都需要經(jīng)過大量的試驗(yàn)來獲得，而科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法可以減少試驗(yàn)次數(shù)、獲取最優(yōu)方案。這就要求從業(yè)人員具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)。另一方面，學(xué)生們考研熱情逐年高漲，截止2019年，仲愷食品專業(yè)考研報(bào)名率接近30%，研究生對(duì)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理能力的要求更高。而在本科階段的眾多通選課和專業(yè)課中，只有《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》能夠在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等科研技能方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。因此，為了滿足畢業(yè)、就業(yè)、升學(xué)的需求，本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠獨(dú)立的設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案和正確的分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生掌握試驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生在科研方面的基本素養(yǎng)。

在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》作為食品類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，其學(xué)時(shí)為36學(xué)時(shí)，記2學(xué)分。其課程設(shè)定目標(biāo)在于，希望通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠從理性和感性層面上認(rèn)識(shí)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)思路，掌握試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和書寫準(zhǔn)則。在后續(xù)參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和完成畢業(yè)論文的過程中，能夠科學(xué)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)，合理的處理和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過理論與實(shí)踐的相互滲透，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)大學(xué)生獨(dú)立開展科研工作的能力和創(chuàng)新思維能力。

3 結(jié)語

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》是一門重要的工具課，具有實(shí)用性。筆者以仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院食品科學(xué)類本科生培養(yǎng)為例，希望以點(diǎn)及面，為該課程更好的服務(wù)各個(gè)院校本科生培養(yǎng)提出一點(diǎn)建議。力爭(zhēng)將本課程建設(shè)成能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展的一門不可缺少的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也成為深受學(xué)生喜愛的一門課程。