“試驗設計與數據處理”課程教學改革的實踐與思考

“試驗設計與數據處理”課程具有公式多、計算多、圖表多等特點，涉及較多概率論基礎知識，課程本身的繁雜性決定了理解和掌握起來難度較大。基于此特點，程江峰[1]從商業統計軟件的選用、課件制作、上機操作和完善考試的角度介紹了教學新思路。筆者基于給青島農業大學制藥工程、藥學兩專業學生的授課實踐，從改革教學內容次序、教學方法及考試策略等方面談談思考和實踐。

改革教學內容次序

基于數據處理技術總是伴隨試驗設計方法出現的考慮，統編教材《試驗設計與數據處理》先介紹了數據處理部分，即試驗數據的誤差分析、方差分析和回歸分析，該部分需要概率論、數理統計等數學理論和知識作基礎；然后介紹試驗設計部分，即單因素試驗、雙因素試驗、正交試驗以及均勻試驗設計方法，一些內容需要應用數據處理部分得出的結論。

考慮到學生數學課學時相對不足，概率論、數理統計的知識基礎薄弱，部分學生必然產生膽怯心理，進而可能演化為難以理解、學生厭學、課堂枯燥乏味、教師厭教的悲慘局面。第一次課大部分學生顯露出的憂慮情緒證實了我們的預測。若不能較早地消除學生的疑慮，勢必會影響到接受和應用效果。我們在編寫教學大綱時對教學內容作了大膽的調整，即按照由簡單到復雜、由淺入深的思維發展規律，先講單因素試驗、雙因素試驗、正交試驗、均勻試驗設計等常用試驗設計方法及其常規數據處理方法、再講誤差理論、方差分析、回歸分析等數據處理的理論知識，最后將得出的方差分析、回歸分析等結論和處理方法直接應用到試驗設計方法。受學時限制，本課程共計36學時，我們安排緒論和常用試驗設計方法及其常規數據處理方法約占1/4的學時數。其目的是讓學生先熟悉試驗設計方法，并掌握常規數據處理方法，使學生較早地感受到應用試驗設計方法指導實踐的“收獲”，從而激發、維持學習興趣。

作業和課堂表現表明，大部分學生由怯學逐漸過渡到愛學、樂學，取得了良好的教學效果。

改革教學方法

本課程內容難度大，學生只有從 “要我學”轉變為“我要學”，才能事半功倍，學好、用好。啟發式教學要求教師“運用各種教學手段，采用啟發誘導方法傳授知識、培養能力，使學生積極主動的學習，以促進學生身心發展”。[2] 目前研究型、啟發式教學已成為課堂教學的發展方向。

1.重視“第一課”，激發學習熱情

第一課主要從三方面激發學生的學習興趣。

首先介紹試驗設計的發展史，以經典事例感染學生。上世紀40年代，在第二次世界大戰期間，美國軍方大量應用試驗設計方法。1949年，以田口玄一為首的統計學家在日本電訊研究所發展了正交設計法，給該所帶來幾十億美元的效益。二戰后，日本工業生產飛躍發展的原因之一就是在各領域普遍推廣應用正交試驗設計法。1978年，為適應導彈設計的要求，我國方開泰教授和王元院士提出了 “均勻設計”法。學生們聽得津津有味，激發起強烈的學習熱情。

然后是從學生專業實驗、畢業論文、考研深造、就業及創業等需要出發，介紹學習本課程的一些潛在的收益，使學生體會本課程對學生實踐能力和科研素養的提高大有裨益。

最后以筆者親歷的漂白劑、殺菌劑、供氧劑的過氧化碳酸鈉合成工藝的研究為例，由單因子試驗設計開始，逐步引入多因子試驗、正交試驗和均勻試驗設計，使學生意識到為“多、快、好、省”的進行科學研究必須采用合適的試驗設計與數據處理方法。以我們自己的科研成果和科研方法喚起學生的學習欲望，直接激起學生發現、探索問題的興趣，使學生進入有意義學習的心理狀態。

2.以多種方式進行啟發式教學

⑴適時創設問題

由于未按教材順序授課，教師有了實施啟發式教學的更大空間。在講授常用試驗設計方法和常規數據處理方法期間，適時的創設問題，逐步把學生引入到新領域中去，使學生產生“那邊風景更好”的探索欲望，同時也增強了教學內容的有機聯系。例如在講授單因素試驗設計時創設的問題有：當所有因素的水平都不變時重復實驗的數據符合什么規律？當只改變一個因素的水平時，結果的變化體現了誰的貢獻？怎樣定性地判斷該因子影響的顯著性？有無定量的判斷方法？通過這些問題，把學生引入到誤差理論、方差分析等數學理論上去，拓展了學生的思維空間，為以后的數據處理部分的講解埋下了伏筆。

除了重視為增強不同章節內容間的聯系創設問題外，我們注意在每個知識點皆選擇聯想、對比、由淺入深等方法激活學生的思維。比如在介紹判斷數據是否異常的“拉依達”準則即“3s”準則前，我們增加了教材上沒有的隨機誤差分布理論和“3σ”準則，啟發學生思考：兩個準則的異同？為什么常用“3s”準則？為什么教材上 “3s相當于顯著性水平α=0.01”用了“相當于”三個字？類似問題學生通常能在教師引導下自己找到答案。

⑵及時進行課堂小結和作業點評

筆者認為小結和作業點評是啟發式教學模式的一個重要環節，尤其是對內容較繁雜的課程。教師在學生完成學習任務的基礎上，通過疏理學生的認識結果，得出總結性的結論，使學生由形象思維向抽象思維邁進，達到去偽存真、強化思維訓練的目的。

⑶誘導學生主動提問和敢于質疑

對于創設問題教學，“問題”常是教師課前設置好的，分析問題的思路、角度及問題的答案也常是按教師事先準備好的去演變，教師基本上處于主角地位。筆者擔心僅采用這種方式會在某種程度上形成學生對教師的依賴。問題式教學法應該是師生互動，即教師問學生和學生問教師，其中更重要的還是要激發學生主動思考、主動提問、并敢于闡述自己的見解和超越教師及教材。

完善考試策略

筆者認為考試的功能不僅在于檢驗學習成效，更重要的還在于發展、深化學生對本課程的認識，備考及考試過程應該是鞏固、提高過程。本課程采用閉卷考試，授課期間就經常強調考核重點是對理論知識的實際應用和理解，提醒學生平時不認真學、一到考試靠死記硬背突擊過關的做法將遭遇失敗。教師精心設計了包括選擇、判斷、簡答、計算等題型的試題，幾乎沒有靠死記硬背就能做對的題目。其中計算題給出了部分中間結果以減少計算量，而把重點放點知識點之間的聯系上。學生的成績比較理想，主要原因還是平時加強了學習和思維方法的引導、訓練。

參考文獻：

[1] 程江峰. “試驗設計與數據處理”課程教學新思路[J] . 教書育人，2007 （6） ：49.

[2] 郭方玲.啟發式教學[M]. 青島：青島出版社，2006： 18.