田間試驗設計與統計實踐課教學改革與實踐

李金玲， 趙 致， 王華磊， 羅春麗， 羅夫來， 劉紅昌，黃明進， 李丹丹， 梁 瑾

(貴州大學/貴州省藥用植物繁育與種植重點(工程)實驗室， 貴陽 550025)

田間試驗設計與統計是運用數理統計和概率論的理論方法研究農業或生物科學和技術問題，是一門應用性很強的實踐方法學科，是農業和生物學研究工作者必備的工具課程，在教學、科研、技術推廣等方面發揮著重要作用。田間試驗設計與統計包括田間試驗的設計與實施、試驗資料收集整理以及試驗結果統計分析，知識點間邏輯性強，為作物栽培、作物育種、作物營養與施肥、植物生理等農學和生物學相關學科領域的研究與技術推廣服務。

田間試驗設計與統計應用性強，在農業上體現在品種引種[1-7]、新品種選育及配套栽培技術[8-12]、新技術研究與推廣[13-14]等，均源于試驗實施與統計分析，科研結果從試驗中產生，同時試驗又是科研結果的應用先行，每一項投入于生產的成果，都是靠無數的科研試驗支撐，田間試驗設計與統計不僅是農業高校本科生、研究生、農業職業院校大專生的核心課程，也是科研院所科技人員及基層農技推廣人員的必修課，推動農業科技化，農業產業高質量發展。

田間試驗設計與統計理論課程原理多，公式推導多，以習題形式練習統計分析的數據計算，而實踐操作少，在田間試驗操作實施過程中，由于田間地形、土壤、氣候等環境復雜，實施者很難達到試驗的預期結果。為此，本課題對田間試驗設計與統計實踐課程進行改革與實踐，使其能夠與理論課程緊密結合，使學習者能夠系統性學習與應用，理論知識支撐試驗設計，實踐操作靈活應用，保證課程理論與實踐緊密結合。

1 田間試驗設計與統計實踐課程特點與傳統教學分析

田間試驗設計與統計課程理論知識多，但實踐性強、學科交叉性大，重點、難點知識很難理解。課程內容環環相扣，尤其是統計分析部分，邏輯性強，知識的難點多，死記硬背的知識點少，而要求掌握并理解的知識點多，應用性強，相比農學的其他課程，該課程總體偏難。將數學的理論和方法運用到生物學中，學生們普遍認為課程難。

傳統教學，教師以講授為主。田間試驗實施以PPT的形式，講解一塊地怎么布置試驗；或是選擇一塊規則的土地，教師講解讓學生拉線劃小區；試驗統計分析部分，教師以PPT講授的方式講解操作過程，課后學生自己找電腦練習，完成實驗報告，以實驗報告的形式考核實踐課程平時成績。學生以聽講的形式，完成實踐課程，缺乏操作環節鍛煉，學生課后很快忘了操作過程，很難發現實踐中的問題，對實踐課興趣不足，未達到教學效果。

統計軟件應用缺乏。田間試驗設計與統計課程的數據統計分析部分，由于統計軟件需要購買、還需不斷升級等原因，采用Excel軟件進行統計分析，而Excel軟件只能解決部分統計分析問題，如進行方差分析時，只能獲得方差分析表，而不能獲得多重比較的結果，多重比較結果還需手動計算。試驗設計與統計課程公式多，因此掌握分析與計算方法尤為重要，但一些復雜的計算沒有計算機軟件的幫助，使學生產生厭煩心理，從而失去信心。現代大學生基本人手一臺電腦，而沒有統計軟件，學生無法進行操作，對于田間試驗設計與統計課程來說，即使學生學到了一些統計方法，但不能應用于實踐，不能達到教學目的，影響教學效果。

2 田間試驗設計與統計實踐課程教學改革與實踐

田間試驗設計與統計實踐課程安排田間試驗設計與實施、試驗資料的整理與描述及圖表制作、平均數假設檢驗、試驗資料的方差分析、直線回歸與相關五部分內容[15]。

田間試驗設計與實施是獲得試驗結果的基礎，只有試驗設計合理、實施科學，才能獲得可靠的試驗結果。田間試驗設計與實施實驗內容選擇隨機區組試驗設計，因隨機區組試驗設計是最常用、最基本的試驗設計，運用了田間試驗設計的重復、隨機和局部控制三個原則，控制和降低試驗誤差，可獲得試驗誤差的無偏估計值。試驗的實施由原來的規則地塊變成坡地、前茬作物不同、土壤肥力不均、坡度坡向不同等環境條件，讓學習者在不同土地環境安排試驗，要充分應用控制環境差異的小區技術，如小區面積、小區形狀與方向、重復次數、對照區設置、設置保護行、區組與試驗小區排列等，控制降低試驗誤差，獲得科學數據，達到預期效果。通過對不同土壤環境試驗安排，使學習者對不同環境條件在實施試驗時的利弊親身體會，為以后的應用奠定良好的基礎。

試驗資料的整理、描述及圖表制作，結合田間試驗設計與實施內容，將所實施試驗的一個考核指標收集質量性狀或數量性狀資料，如數量性狀直接記錄數據，如質量性狀需進行數量性狀轉換，將試驗資料進行整理，包括數據收集記錄以及在Excel中的排列整理；將整理好的試驗資料在Excel中進行數據的描述性統計，包括標準誤差、中位數、眾數、標準差、方差、最大值、最小值、求和、置信度等；圖表制作是新加入內容，讓學習者了解三線表的標題、橫標目、縱標目、線條、數字等要求與注意事項；常用統計圖的種類及其適用范圍與含義表達，統計圖的標題、縱橫軸刻度單位數值、圖形長寬比例、圖例等；介紹直方圖、多邊形圖、條形圖、圓圖、線圖的制作方法、注意事項以及細節標注等。將試驗指標以圖或表的形式對數據進行分析，進行結論性總結。滿足學習者畢業論文、發表文章、資料總結匯報等應用的需要。

平均數假設檢驗包括平均值的成對二樣本分析t-檢驗、雙樣本等方差假設t-檢驗和雙樣本異方差假設t-檢驗。平均值的成對二樣本分析t-檢驗是針對成對數據的假設檢驗；雙樣本等方差假設t-檢驗是成組數據的假設檢驗，包括兩組數據每組數據個數相同或不同，但兩組數據一定等方差；雙樣本異方差假設t-檢驗是針對成組數據，兩組數據方差不同，進行假設t-檢驗。平均數假設檢驗包括平均值、方差、自由度、t-檢驗值、t單尾臨界值、臨界值概率P、t雙尾臨界值等分析，比較兩個樣本是否有差異。

試驗資料的方差分析是田間試驗設計與統計中應用最廣、最為普遍的試驗結果分析方法[16-21]。試驗資料的方差分析用Excel分析和統計軟件分析兩種方法。用Excel方差分析包括單因素方差分析、可重復雙因素分析以及無重復雙因素分析，得到方差分析表，包括方差(SS)、自由度(df)、均方(MS)、F值、P值(P-Value)、F臨界值(F-crit)，經過F值與F臨界值比較能夠判斷處理間是否存在差異，如存在差異，還需進行多重比較，如不存在差異，則無需繼續分析。多重比較是判斷各處理間存在怎樣的差異，但是Excel方差分析無法進行，還需手動計算進行多重比較。為了彌補Excel方差分析的不足，采用統計軟件進行數據分析，主要用國際認可的SPSS軟件和國產DPS軟件，軟件分析可獲得數據描述性統計表、方差分析表、標記符號法和標記子母法的多重比較表。二因素與多因素進行統計分析時，還能獲得各單因素、二因素組合及多因素組合的多重比較結果，只需結合試驗目的及要求，得出相應結論。

直線回歸與相關分析也是試驗結果統計分析應用較多的方法，最常用的是標準曲線的制作[22-24]、模型的擬合[25-26]、相關性的判斷[27-28]等。直線回歸與相關分析可在Excel數據分析模塊、Excel作散點圖以及統計軟件中進行，但相對應用最多的還是Excel作散點圖。利用Excel作散點圖，可進行方程擬合、獲得決定系數，判斷其關系的正負、顯著程度以及利用擬合的方程推導數值。

3 田間試驗設計與統計實踐課程改革的效果分析

實踐課程促進了對理論課程的理解。實踐課程對試驗設計與實施、數據收集與整理、數據統計分析等操作，促進了學生對重點、難點理論知識的理解，如田間試驗三原則重復、隨機和局部控制，尤其是局部控制，對于土壤肥力有差異、不同前茬作物、不同坡度等環境，應該如何進行區組排列、小區劃分等局部控制方法，才能控制試驗誤差，學生通過親身體會深刻理解了局部控制的理論含義。

實踐課程師生、生生交流，課堂氛圍活躍，實現了學生是課堂的主體。實踐課程在試驗田和機房進行，學生們分小組討論實施方案、數據處理等，教師隨時到各小組，觀察學生發現問題、討論問題的點，與學生交流并適時引導，鼓勵學生講解、互相評價，總結實踐課與理論課程知識點銜接、問題與注意事項等，表揚部分學生的特殊想法或做法，激發學生的學習積極性和學習興趣，有效鞏固了理論知識。

實現了實踐課程教學過程評價。實踐操作過程，學生講解、評價、打分，教師總評打分；實驗報告總結實驗過程與結果，總評打分，實現了實踐課程教學過程評價，打破了傳統的完成實驗報告打分評價標準。調動了學生操作過程積極性，學生為了得到更好的成績，小組同學合作交流與討論，在講解試驗設計與實施、數據收集與整理、數據統計分析等實踐時，討論方案、派小組里思路清晰表達清楚的同學講解、還有同學補充，體現了學生的團結合作精神，鍛煉了學生的語言表達，培養了學生發現、分析、解決問題以及邏輯思維能力，體驗實驗操作過程，學生反饋“終身”難忘。

4 結 語

田間試驗設計與統計實踐課程教學改革與實踐，改變了傳統農學類實踐課程“課堂講解”實驗過程的模式，采用多環境試驗地進行試驗方案實施，在機房運用Excel和統計軟件相結合的方法進行統計分析應用，增加了應用較多的圖、表制作內容。實踐課程采用小組討論、講解，小組間互評等；教師參與各小組討論，表揚學生的特殊想法或做法并總評，達到師生充分交流。實踐課程改革促進了學生對理論知識理解，激發了學生學習興趣和積極性，實現了實踐課程過程性考核，體現了學生是課堂主體，也培養了學生發現、分析、解決問題及創新能力，使學生對農學類實踐課程充分理解與技能掌握。