《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)改革——實驗課

摘要：本文從《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)過程的現(xiàn)存問題出發(fā)，提出了以開設(shè)實驗課來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的教學(xué)改革方法，并詳細論述了開設(shè)實驗課的具體方式，同時對開設(shè)實驗課這一舉措的現(xiàn)實意義及可行性進行了分析，最終得出了一套具體的、可行的、能夠有效地幫助學(xué)生學(xué)好《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的實驗課開設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：試驗設(shè)計；實驗課；教學(xué)改革；優(yōu)化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）30-0246-02

一、引言

《試驗優(yōu)化設(shè)計》作為一門設(shè)計試驗的工具式學(xué)科，因為具有計算簡便、可靠性高、適用范圍廣、設(shè)計靈活、試驗次數(shù)少[1]等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于理、工[2]、農(nóng)、醫(yī)、軍事和管理等各個領(lǐng)域，在食品[3]、醫(yī)藥、機械、材料[4]、生物等專業(yè)有著重要地位，并在節(jié)約資源、減少成本、縮短試驗周期[5]等方面做出了突出的貢獻。因此，《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程教學(xué)具有實用性和現(xiàn)實意義。而由實用性導(dǎo)致，本門課程的目標是使學(xué)生在實踐過程中能夠有針對性的設(shè)計試驗。要達到這一目標，僅依靠老師上課時的講解是不夠的，必須給學(xué)生實踐的機會，因而，實驗課的開設(shè)勢在必行。

二、《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)現(xiàn)存問題

《試驗優(yōu)化設(shè)計》作為設(shè)計試驗的工具式學(xué)科，在食品、醫(yī)藥、機械、材料、生物等多學(xué)科專業(yè)廣泛開設(shè)，是一門應(yīng)用廣泛、實用性強的重要學(xué)科。由于本門課程與實際聯(lián)系緊密，因此，在授課過程中，局限于理論知識的課程設(shè)置是不可取的，較為合理的做法是理論聯(lián)系實際，即在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上增加實驗課環(huán)節(jié)。而目前國內(nèi)各大高校在《試驗優(yōu)化設(shè)計》相關(guān)類的課程設(shè)置方面，具備實驗課環(huán)節(jié)的不到10%。這使得初次接觸本門課程的學(xué)生，在面對大量陌生的公式、和試驗設(shè)計方法時，理論與實際脫節(jié)，很難提起興趣，隨著課程的深入，漸漸失去學(xué)習(xí)熱情，呈現(xiàn)一種被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，不利于學(xué)生理解課本上的知識點，想達到活學(xué)活用、舉一反三的程度更是難上加難。而僅有的若干個認識到實驗課重要性的高校，所開設(shè)的實驗課，采取的實驗方式也較為局限，大多是以提供實驗指導(dǎo)書的方式，讓學(xué)生按照指導(dǎo)書上的步驟，按部就班的執(zhí)行一遍即算實驗完成，學(xué)生通常會“依樣畫葫蘆”的將實驗流程操作一遍，其過程高度機械化，沒有給學(xué)生主動思考的空間。這種一次實驗做一道題的實驗課，與課后作業(yè)的效果大同小異，完全達不到讓學(xué)生了解課程價值并對課程產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣的目的。由此，實驗課的開設(shè)是必要的，而實驗方式的改革也是勢在必行的。

三、《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)改革方法

（一）實驗課內(nèi)容

此次對《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程進行的教學(xué)改革主要針對實驗課。在進行實驗之前，首先要對“試驗優(yōu)化設(shè)計”中的“試驗”和“實驗課”中的“實驗”進行區(qū)分。“試驗”是指對未知事物，或?qū)e人已知自己未知的事物進行了解而進行的試探性操作。而“實驗”是為檢驗已有的或新的假說、假設(shè)、原理而進行的明確、具體的技術(shù)操作行為。簡而言之，“試驗”是探索而“實驗”是驗證[6]。讓學(xué)生明確這一點，才能避免在實驗課過程中，許多學(xué)生因為詞語混淆遇到阻礙而無法按時完成實驗安排。為滿足本實驗對設(shè)備的要求，需要將實驗課上課地點選在學(xué)校計算機中心或網(wǎng)絡(luò)中心。實驗內(nèi)容為由學(xué)生自主進行一次廣義試驗設(shè)計，主要分為資料搜集、文獻閱讀、設(shè)計計算和內(nèi)容講解四個方面，具體流程如下：（1）進入學(xué)校圖書館頁面，選擇中國期刊網(wǎng)、中國知網(wǎng)、維普網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫中的任意一個，作為本次實驗的資料搜集平臺；（2）在所選網(wǎng)頁內(nèi)搜索與《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程相關(guān)的關(guān)鍵字，如“試驗設(shè)計”、“正交設(shè)計”、“方差分析”、“實驗設(shè)計”、“交互作用”、“回歸分析”等，經(jīng)過搜索得到大量試驗優(yōu)化設(shè)計案例；（3）在搜索結(jié)果中選擇一篇具有廣義試驗設(shè)計案例的文章（論文、期刊不限），這一過程需要學(xué)生閱讀文獻摘要對搜索結(jié)果進行取舍；（4）閱讀所選文章，并按照文中的試驗設(shè)計流程自己動手計算一遍；（5）總結(jié)并整理自己的計算過程，并用PPT的形式將完整的廣義試驗設(shè)計過程呈現(xiàn)出來，在下一次課上進行PPT講解。實驗過程中，教師隨時解答學(xué)生的疑問，并指導(dǎo)學(xué)生按照實驗流程正確操作。實驗進行到第四步時，由于自身計算不準確或文獻內(nèi)容有誤等原因，可能導(dǎo)致學(xué)生的計算結(jié)果與所閱讀文獻的計算結(jié)果不一致，此時進行檢查和再次計算需要耗費大量時間。因此，確定此次實驗課為4學(xué)時，并且實驗任務(wù)到完成第四步為止。即便有少數(shù)學(xué)生由于計算機應(yīng)用不熟練、文獻搜索能力弱或閱讀速度慢等原因，在試驗設(shè)計計算前耗費了較多時間，4學(xué)時的實驗課也足夠他們完成第一遍計算過程。實驗的目的在于讓學(xué)生親自體會《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的實用性并切實學(xué)會試驗設(shè)計過程和方法，計算的準確度和文獻中的試驗設(shè)計結(jié)果并不是此次實驗的重點，所以，如果遇到計算結(jié)果與文獻內(nèi)容不一致的情況，可以安排學(xué)生課下自行驗證，若確實是文獻有誤，不必另找文獻重新計算，只要總結(jié)其錯誤原因，計算出正確結(jié)果即可。由于學(xué)生所選文獻難度不等、計算速度亦有差異，大部分學(xué)生在實驗第四部分完成后，時間所剩無幾。因此，實驗課第五部分中的計算過程整理和PPT制作，全部由學(xué)生在課下完成，而PPT講解則在下次課上進行，學(xué)時根據(jù)課堂人數(shù)確定。若為30人左右的小班課程，則每人限時5～8分鐘，全部學(xué)生依次進行PPT講解；若為50～100人的中班課程，則根據(jù)班內(nèi)學(xué)生所學(xué)專業(yè)，在各個專業(yè)中按比例抽取總共20～30人進行講解；若為100人以上的大班課程，則可進行隨機抽取學(xué)生講解PPT，其余學(xué)生將PPT上傳至老師郵箱，用以評定實驗課成績，對于主動要求講解PPT的學(xué)生給予適當加分。

（二）實驗課意義

經(jīng)過上述的實驗課改革，學(xué)生能夠在搜索關(guān)鍵字時，感受到本門課程應(yīng)用的廣泛性與普遍性。無論理工方面的數(shù)學(xué)試驗、壽命試驗，還是食品、醫(yī)藥方面的配方配比[7]，甚至是經(jīng)濟與管理方面的市場分析[8]，都能找到試驗設(shè)計的身影。這能夠讓學(xué)生切身體會到《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的實用性，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的欲望和興趣，在學(xué)習(xí)過程中將更有動力，學(xué)習(xí)效果也會更好。而篩選文章的過程，是為學(xué)生提供了一個平臺用以閱讀與課程相關(guān)的文章，在此過程中，學(xué)生有機會閱讀到應(yīng)用不同試驗優(yōu)化設(shè)計方法的各種案例，這是一個理論聯(lián)系實際的過程，對于鞏固所學(xué)知識十分有益。在隨后的動手計算過程中，學(xué)生由宏觀的對試驗設(shè)計方法的認知，細化到對試驗設(shè)計方法計算過程的實踐，從而加深對試驗設(shè)計方法的理解。最后的PPT制作和講解過程，是讓學(xué)生對一次完整的試驗設(shè)計過程進行總結(jié)，并讓學(xué)生對試驗設(shè)計過程中的每一步都充分理解，因為只有自己先充分理解了，才能很好地講述給他人。實驗過程由教師全程答疑，隨時解決學(xué)生的疑問，以保證實驗課能夠順利進行，學(xué)生能夠按時完成實驗任務(wù)。

（三）可行性分析

此次針對《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程進行的教學(xué)改革，在從前單純教學(xué)的基礎(chǔ)上增加實驗課，在設(shè)施方面需要學(xué)校計算機中心的支持，包括電腦和網(wǎng)絡(luò)兩方面，而這些皆為一般高校普遍具備的資源，只需申請排課即能滿足實驗課需求。除此之外，實驗課無需其他特殊支持。因此，在國內(nèi)已開設(shè)《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的高校，皆具備開設(shè)以上所述實驗課的能力。

四、結(jié)束語

本文從實驗課方面出發(fā)，分析了《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程教學(xué)過程的現(xiàn)存問題，并論述了開設(shè)實驗課的必然性和實驗課改革的必要性，最終提出了一套切實可行、行之有效的實驗課具體方案。然而，教學(xué)成果的獲得僅依靠教學(xué)改革方案是不夠的，還需要授課教師具備相當?shù)膶I(yè)素質(zhì)和教學(xué)水平，只有在優(yōu)秀教師的配合下，教學(xué)改革才可能取得理想的效果。

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