應用型高校食品專業研究生“試驗設計與數理統計”課程改革與實踐

胡代花 張志健 李虎 馮自立 張辰露

摘??要：“試驗設計與數理統計”是研究生課程體系中的一門重要工具課程，具有很強的理論性和實踐性。作者結合應用型大學對人才培養的目標和專業特色，在該課程教學中實踐了充分認識課程重要性、理清重點和難點、樹立統計學思維、優化課程教學內容、豐富教學方法手段、以科研促教學、改革課程考核方式等教學改革方法，進一步提高了教學效果和應用型人才培養質量。

關鍵詞：試驗設計;數據處理;教學改革;研究生培養;應用型高校

應用型大學食品類專業的目標是培養具有較高綜合素質和較強實踐能力的專業人才，要求學生掌握較強操作技能的同時，具備運用基礎理論解決專業問題的實踐能力[1-2]。在食品專業研究生教育過程中，“試驗設計與數理統計”課程教學對研究生的創新意識和創新能力的培養至關重要。一個研究者如果具備了一定的專業知識，可以從事科研活動，但是如果他不具備試驗設計與數據處理的能力，那么他不會做出好的科研成果。試驗設計與數據處理的水平是研究生是綜合素養和創新能力的根基，是到達科學研究前沿的理論準備[3-5]。正確掌握和運用試驗設計與數據處理方法是研究生進行科研的一項必備基本功[6]。陜西理工大學建校以來，堅持“立足陜西，服務基層”的辦學定位，秉承“明德、礪志、博學、篤行”的校訓，致力于培養“具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才”[7]。作者通過分析近年來食品科學與工程專業研究生課程教學現狀和存在問題，結合陜西理工大學對應用型人才培養的目標和專業特色，實踐了充分認識課程重要性、理清重點和難點、樹立統計學思維、優化課程教學內容、豐富教學方法手段、以科研促教學、改革課程考核方式等教學改革方法，取得了較高教學效果。通過經驗分享，以期為提高應用型人才培養質量提供參考。

1?以實際案例出發，使學生充分認識課程重要性

（1）科學應用試驗設計和數理統計方法，是有效保障食品安全、積極推進現代食品企業產品研發和生產的重要輔助手段。如利用正交試驗設計、響應面設計、均勻設計等試驗設計方法，結合SPSS數據處理軟件進行方差分析和回歸分析，能夠科學指導和有效完成食品配方和制作工藝優化、以及食品保藏與品質變化的數學模型構建等內容[1，8]。

（2）試驗設計與數理統計類課程逐漸成為國內外知名食品專業的重要專業課程，該類課程也已經成為研究生面試和出國申請的重要參考。如在西北農林科技大學的食品科學與工程，食品質量與安全本科專業培養方案中，均將《食品試驗設計優化》列為專業基礎課（必修），同時將專業選修課中的《食品試驗設計與數據處理》課程列為本研貫通課程，依照學校相關規定，選修本研貫通課程可在本校研究生教育階段認定5學分[9]。陜西理工大學也非常重視試驗設計與數理統計課程在應用型食品專業人才培養中的重要性，在專業人才培養方案中將本課程列為專業必修課。

（3）先進合理的試驗設計和數據分析，以及規范的圖表繪制是撰寫和發表高水平論文的基礎。作者在實際教學中，以《食品科學》、《Journal?of?Agricultural?and?Food?Chemistry》和《Food?Chemistry》等國內外食品類高水平期刊論文對試驗設計和數據處理的要求為例，深刻解讀試驗設計和數據處理在撰寫和發表高水平論文中的重要性。

2?明確課程的主要內容在應用型食品專業中的用途，理清難點和重點

對于應用型大學的研究生來說，把握好理論和應用的平衡是提高上課效率、授課效果，保證人才培養質量的重要前提[1]。為進一步激發學生的學習興趣，提高課程的實際應用性，通過對學生的學情分析，增加各類專業統計繪圖軟件的應用，減少統計學原理、公式推導和計算等內容，增加常用和先進的試驗設計方法。將本課程的難點歸納為統計假設檢驗、方差分析、回歸分析和正交試驗設計等基本原理的掌握和理解，重點歸納為以上原理和方法在食品研發生產中的指導和科學應用，以及運用Office、SPSS、origin和GraphPad?Prism等軟件對數據進行正確處理和分析，規范繪制本專業各類常用圖表等。在具體教學實踐中，以學生專業實踐應用需求為出發點，密切結合食品科學與工程研究專業案例，深入淺出，化繁為簡，并有效結合上機實踐練習，完成從基本原理的理解和掌握、數據處理軟件的熟練使用，以及指導應用生產實踐全方位綜合應用能力培養。

3?樹立統計學的思維

從研究生入學開始，通過講座、科研案例、翻轉課堂討論等方式，使研究生了解試驗設計與數據處理和科研的關系，使學生樹立統計學思維，能夠靈活運用統計思維和方法解決實際問題。例如：讓學生用統計學的思想理解“你所看到的，不一定是事實的真相”，分析“處理效應和誤差效應在總變異中所占的比例”。少部分學生在本科階段接觸了方差分析軟件如SPSS的實踐操作，但只停留于“只知表不知里”階段。由于缺乏統計學知識系統學習，不利于客觀規律和正確結論的科學得出。在數據處理和分析過程中，也不清楚“差異顯著”、“p<0.05”、“p>0.05”、“LSD法”、“q檢驗法”、“Duncan法”等專業表述的統計學意義。根據“正態分布和概率計算”以及“小概率事件在一次事件中不可能發生”的原理介紹，理解“顯著性差異”、“差異不顯著”、“p<0.05”和“p>0.05”等表述蘊含的統計學意義;通過多重比較的統計學意義和分析方法的介紹，熟悉“LSD法”、“q檢驗法”、“Duncan法”等不同多重比較方法的區別與聯系。只有理解了這些不同多重比較方法的區別與聯系，認識到同一試驗結果利用不同多重比較方法分析，可能會得出不同的結論，才能在具體實踐應用中科學準確標注。將統計學思維貫穿于研究生試驗方案設計、課題實施、論文撰寫等全過程中，利用統計學思維深入挖掘實驗數據和結果蘊含的科學規律，正確指導科研和生產實踐工作，讓學生能夠真正運用統計學思維解決實際問題。

4?優化課程教學內容

通過對近年來學生的學情分析，多數學生本科期間未涉獵數據處理與統計分析類課程內容，少數學生僅在大二階段學習過此類課程，且由于學習期間對課程重要性認識不足，對所學知識和應用已基本遺忘。針對學生統計基礎薄弱的問題，對課程教學內容進行調整和優化。在教材選擇上，將張吳平主編的《食品試驗設計與統計分析》作為主修教材[10]。在教學內容上，一方面精簡統計學原理、公式推導和計算等內容，將理論圖形化、形象化;另一方面，注重講授試驗設計和數理統計的方法和應用，并結合大量案例和實踐操作，使學生掌握不同方法的使用前提條件、要解決的問題和基本的統計分析步驟，熟練Office、SPSS、Origin和GraphPad?Prism等統計軟件的使用，并正確理解統計分析結果，得出科學結論和客觀規律，能夠利用所學知識指導和解決科研、生產實踐中遇到的問題。

5?豐富教學方法手段

案例教學法。以教師科研項目為具體案例，對采用的試驗設計思路和方法，以及數據處理方法和研究結論的科學得出進行詳細分析和說明。如教師以自身開展的光催化食用菌生產VD2關鍵技術研究為例，介紹在試驗前期，如何通過大量文獻查閱和調研，明確研究目的及意義，如何科學選取影響因素，并制定科學合理的單因素試驗和正交試驗設計方案;在具體試驗實施和結果分析中，如何通過實驗數據結合實際可行性進行綜合分析，最終確定物料形態、光源種類、光催化時間等關鍵技術參數，最終指導實際生產和應用。通過案例教學，將抽象化統計理論具體化，使學生進一步領會試驗設計的重要性，學會用統計結果科學揭示試驗現象和潛在規律，并進一步應用在研究生課題實施、論文撰寫以及生產實踐中。

翻轉課堂討論式教學法。一方面教師講授完理論知識和例題后，學生對習題從解題思路和具體解題方法和步驟進行講解;另一方面布置課后作業，讓學生自行查閱文獻，分析文獻中所采用的試驗設計和數據處理方法的科學合理性，并在課堂上進行講解、分析和討論。通過文獻查閱、講解、分析、評價和討論，學生能對所學內容有更清楚、深入的理解和掌握，也能夠借鑒文獻方法的優點、彌補自身科研的不足，極大提高了學生主動學習的熱情和科研興趣。

思維導圖教學法。試驗設計與數理統計課程體系中，每章節的內容循序漸進、環環相扣，既有聯系又有區別，在實際應用中也需正確甄別，科學應用。在每章節、章節和章節之間、全部課程內容教學過程中，積極引導學生繪制和優化思維導圖。如在《統計數據的理論分布和抽樣分布》章節學習中，通過繪制思維導圖，對二項分布、泊松分布、正態分布的特點、應用、概率計算，以及三者區別和聯系有更清楚的認識;在《方差分析》章節學習中，通過繪制思維導圖，學生進一步明確方差分析的原理、意義、分析方法，理解方差分析和多重比較的統計學意義，并掌握多重比較不同方法的區別和聯系。通過此環節的鍛煉，學生更進一步掌握試驗設計與數理統計的理論知識，并極大提高分析問題和上機實踐應用能力。

增加上機實踐。上機實踐是檢驗學生理論學習的重要試金石，也是提高應用型人才培養質量的關鍵促進環節。如果學生只是較好掌握了試驗設計和數據處理的理論知識，而不能熟練操作和運用各類數據處理軟件分析、解決和指導實際問題，不利于應用型人才的培養。作者在實踐中教學中充分認識到實踐上機環節的重要性，不斷注重和加強實踐上機環節的學時以及考核權重。為了進一步保障和提高實踐上機環節的教學效果，近年來均采用小班式教學，且理論教學與上機實踐有機結合。授課過程中學生每人一臺電腦，教師在講完理論知識后趁熱打鐵，講解和示范上機實踐操作。學生跟著老師在電腦上操作，加深印象，當場有問題，當場解決。通過此環節的鍛煉，增加學生的參與度，提高學生實踐能力。

6?以科研促教學

本課程的開課時間為第一學期，授課對象是剛入校的研究生，所有學生在本科期間剛完成畢業設計工作，或者主持參與過大學生創新訓練項目，或者參與過教師的科研項目。在教學過程中，借助學生已完成的畢業設計或主持參與過的科研項目，引導學生針對所學知識，對前期試驗設計和數理統計方法的準確性和科學性進行剖析，分析其存在問題，并根據所學知識制定更加嚴謹的試驗設計和統計分析方法。通過此環節的鍛煉，學生不僅鞏固了理論知識，并能夠學以致用。

7?改革課程考核方式

制定和實施更加合理全面的綜合評價考核方式，將課程成績分為平時成績、上機實踐成績和期末考試成績三個部分。其中平時成績占30%，重點考察出勤情況、作業完成情況、翻轉課堂參與度和和討論效果;上機實踐成績占20%，結合具體案例，綜合課堂現場上機實踐操作，考察學生對試驗方案設計和數據處理方法的數理掌握和科學運用，以及實驗結果的客觀分析和判定[11];期末考試成績占50%，重點查看學生對理論知識的綜合掌握和應用。通過這種綜合評價考核方式，充分調動了學生的學習積極性，也更好促進了學生分析問題和解決問題等綜合能力的提高，有效提升了應用型人才的培養質量。

通過上述課程教學改革創新實踐，研究生在科研實施和生產實踐過程中的試驗設計能力和數據處理能力顯著提高，研究生撰寫的論文中試驗設計、數據處理和圖表制作科學規范，順利發表了高水平學術論文;在研究生學位論文評審和答辯過程中，評審和答辯專家對學位論文的試驗設計與數據處理給予了較高評價。所培養研究生具備扎實的統計學思維，以及運用所學基礎理論知識解決實際專業應用問題的實踐能力。

參考文獻：

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[7]?https：//www.snut.edu.cn/xxgk/xxjj.htm

[8]?路輝麗，?王亞平，?尹成華，?等.?小麥品質指標與面團流變學特性的多元回歸分析[J].?糧油食品科技，?2013，?21（1）：62-66.

[9]?https：//food.nwafu.edu.cn/jyjx/bksjy/pyfa/index.htm

[10]?張吳平，?楊堅.?食品試驗設計與統計分析[M].?北京：中國農業大學出版社，?2017：1-99.

[11]?馬麗媛，?尚爾坤，?劉麗美，?等.?應用型高校數理統計與實驗設計課程教學改革[J].?現代農業科技，?2020，?23：258-259+262.

基金項目：陜西理工大學研究生教改項目（SLGYJG2116，?SLGYJG2003）;陜西理工大學“課程思政”教改項目（KCSZ202109）;陜西省科技廳項目（2021NY-154）;陜西省教育廳項目（20JS023）;陜西理工大學博士后項目（SLGBH16-04）

作者簡介：胡代花（1983—??），女，陜西安康人，副教授，研究方向：食品科學與工程相關教學和科研。