農(nóng)業(yè)工程類研究生“試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法”案例教學(xué)模式探討

王瑞麗 白曉虎 秦軍偉 李軼

摘 要：試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法是農(nóng)業(yè)工程類研究生必須掌握的一種科研手段，主要講述科學(xué)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析方法，在研究生課題以及教師科研中應(yīng)用廣泛。采用案例教學(xué)法，詳細(xì)解讀發(fā)表在農(nóng)業(yè)工程學(xué)科權(quán)威期刊《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》和《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》的科研文章，分析其試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方法，并進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的再分析。同時(shí)對(duì)比再分析結(jié)果與原文結(jié)論，如有不同分析其原因。通過(guò)案例分析與實(shí)踐，研究生能充分理解并應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、掌握數(shù)據(jù)分析過(guò)程并進(jìn)行結(jié)果分析，為開(kāi)展研究生課題研究奠定堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；研究生教學(xué)；試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)分析；案例教學(xué)

一、前言

“試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法”是沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程類研究生的必修課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握科學(xué)研究過(guò)程中常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論和數(shù)據(jù)分析方法，課程內(nèi)容在研究生進(jìn)行科研中應(yīng)用非常廣泛。統(tǒng)計(jì)工程學(xué)院近三年的研究生學(xué)位論文發(fā)現(xiàn)，有80%左右用到本課程的相關(guān)理論和方法。農(nóng)業(yè)工程學(xué)科權(quán)威期刊《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》發(fā)表的文章，內(nèi)容中有試驗(yàn)研究的論文都用到了本課程的相關(guān)知識(shí)，包括單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、回歸分析、響應(yīng)面法設(shè)計(jì)等。可見(jiàn)，對(duì)于農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的研究生和科研工作者而言，試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法是從事科學(xué)研究非常重要的手段，應(yīng)該很好地掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中。

目前，本課程在教學(xué)過(guò)程中仍以理論講授為主，與實(shí)踐結(jié)合不夠緊密，而且概念較多，原理抽象，計(jì)算公式冗長(zhǎng)復(fù)雜，加上大部分學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容理解和應(yīng)用比較困難，體會(huì)不到課程的重要性，缺乏學(xué)習(xí)興趣，難以將課程內(nèi)容應(yīng)用到自己的科研實(shí)踐中。

案例教學(xué)法是利用各種案件進(jìn)行研討學(xué)習(xí)，采用開(kāi)放式、互動(dòng)式、體驗(yàn)式的教學(xué)方式，讓學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)一系列案例的選取，為學(xué)生提供可分析的素材和特定的案例情境，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，提高學(xué)生的綜合能力。試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法屬于應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，需要通過(guò)案例課這種教學(xué)模式告訴學(xué)生如何通過(guò)科學(xué)合理地安排試驗(yàn)，在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；如何對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析和處理，獲得研究對(duì)象的變化規(guī)律，從而達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)和科研的目的。

因此，為了在本課程的教學(xué)過(guò)程中體現(xiàn)實(shí)踐性、先進(jìn)性和前沿性，采用案例教學(xué)法就顯得尤為重要，不但可以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，而且可以將生產(chǎn)和科研中的最新技術(shù)和最前沿知識(shí)及時(shí)補(bǔ)充到案例中，有效彌補(bǔ)教學(xué)上時(shí)效性差的欠缺，有利于研究生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法案例教學(xué)特點(diǎn)

1. 引導(dǎo)研究生獨(dú)立思考

傳統(tǒng)教學(xué)是教師一言堂，教學(xué)方法單一，研究生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，教學(xué)效果不理想。雖然授課教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，講授能力強(qiáng)，因?yàn)閷W(xué)生只是被動(dòng)地接受，沒(méi)有經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考的鍛煉，很難將知識(shí)轉(zhuǎn)化成自己的知識(shí)和能力。在案例教學(xué)中，要求學(xué)生獨(dú)立思考，把枯燥乏味的說(shuō)教變成學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)后的成就感。學(xué)生經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考，發(fā)表見(jiàn)解，可以看到自己的不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短，激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性，并從獨(dú)立思考和刻苦學(xué)習(xí)中獲得更大的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2. 加強(qiáng)研究生試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐

通過(guò)對(duì)案例的詳細(xì)解讀，對(duì)發(fā)表在權(quán)威期刊的研究論文的試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)方法、試驗(yàn)指標(biāo)、試驗(yàn)因素、試驗(yàn)方案、試驗(yàn)結(jié)果等每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析，并讓研究生對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)對(duì)典型案例的分析與實(shí)踐，研究生的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析能力均得到顯著提高。

3. 培養(yǎng)研究生科研協(xié)作能力

通過(guò)案例分析加強(qiáng)教學(xué)中師生之間、學(xué)生之間的互動(dòng)和交流。在案例教學(xué)中要求查閱和分析文獻(xiàn)、確定試驗(yàn)?zāi)康暮头椒ǎ⒉捎眠m當(dāng)?shù)能浖治鲈囼?yàn)結(jié)果。研究生需要經(jīng)過(guò)多次的小組討論并與教師溝通，在教師的引導(dǎo)下糾正錯(cuò)誤，加深思考，能力得到鍛煉和提高。同時(shí)，這樣的教學(xué)模式也對(duì)教師提出了更高的要求以達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的效果。

三、試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法教學(xué)中案例教學(xué)的實(shí)踐

1. 與試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法相關(guān)的農(nóng)業(yè)工程類應(yīng)用案例的調(diào)研

開(kāi)展案例教學(xué)的關(guān)鍵在于選用恰當(dāng)?shù)陌咐Ｓ捎谠囼?yàn)設(shè)計(jì)中的概念和理論比較抽象、計(jì)算公式較多、設(shè)計(jì)方法多樣而且對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求較高，因此案例選取要本著應(yīng)用實(shí)踐、學(xué)以致用的原則來(lái)進(jìn)行。為了滿足研究生完成研究論文及以后工作的需要，課程組教師首先按照學(xué)科分類，調(diào)研了近三年來(lái)農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究生學(xué)位論文以及《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》等一級(jí)學(xué)報(bào)上近10年的應(yīng)用試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的文獻(xiàn)，然后結(jié)合研究生培養(yǎng)計(jì)劃要求和課程體系，整理歸納，形成了案例庫(kù)。

案例包括驗(yàn)證型案例和探索型案例兩種。驗(yàn)證型案例一般為已經(jīng)發(fā)表的期刊或?qū)W位論文提供的某個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。采用驗(yàn)證型案例教學(xué)時(shí)，教師先講授需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的基本理論和方法，再提供案例，供學(xué)生學(xué)習(xí)和思考，學(xué)生可以結(jié)合案例提出的問(wèn)題和數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證已學(xué)過(guò)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟和數(shù)據(jù)處理方法，將自己得到的結(jié)果和案例提供的結(jié)果進(jìn)行比較，分析差異，從而更進(jìn)一步地深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。探索型案例主要是結(jié)合教師科研和學(xué)生的研究進(jìn)展，針對(duì)研究過(guò)程中遇到的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，要求學(xué)生課后認(rèn)真研討相應(yīng)案例，廣泛收集資料甚至進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)，再到課堂上進(jìn)行交流與匯報(bào)。這種案例沒(méi)有固定的結(jié)果，試驗(yàn)因素有哪些，應(yīng)用哪種試驗(yàn)設(shè)計(jì)和處理方法，可能需要隨著研究的不斷深入而動(dòng)態(tài)調(diào)整，與實(shí)踐結(jié)合更緊密，學(xué)生對(duì)知識(shí)應(yīng)用的體會(huì)更深刻，更能夠提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2. 按專業(yè)（或?qū)熆蒲袌F(tuán)隊(duì)）組建研究生學(xué)習(xí)“項(xiàng)目組”的方法

根據(jù)選課學(xué)生導(dǎo)師的科研團(tuán)隊(duì)研究方向，組建研究生學(xué)習(xí)項(xiàng)目組，團(tuán)隊(duì)學(xué)生人數(shù)較多時(shí)可再分成小組。重點(diǎn)討論團(tuán)隊(duì)主要研究?jī)?nèi)容，確定相關(guān)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，實(shí)施試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論，使學(xué)生突出研究重點(diǎn)，少走彎路。

3. 以案例討論形式為主的課堂教學(xué)方法設(shè)計(jì)

案例教學(xué)常見(jiàn)的教學(xué)形式為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的討論。在案例討論過(guò)程中，學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)。教師要鼓勵(lì)每個(gè)學(xué)生參與到案例的分析與討論中，采用“多鼓勵(lì)，少批評(píng)”的原則，捕捉學(xué)生的獨(dú)特視角和創(chuàng)新思維。根據(jù)學(xué)生參與討論的情況和表現(xiàn)，有針對(duì)性地進(jìn)行引導(dǎo)和總結(jié)，幫助學(xué)生形成合理的思維和邏輯框架，從而提高學(xué)生應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

以應(yīng)用不同設(shè)計(jì)方法的案例為子項(xiàng)目，從試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)指標(biāo)、試驗(yàn)因素、試驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論為主線，分別進(jìn)行教學(xué)方法設(shè)計(jì)。采用驗(yàn)證型案例教學(xué)時(shí)，一般是將案例穿插在課堂教學(xué)過(guò)程中，案例不能過(guò)于復(fù)雜，主要是針對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容和基本理論應(yīng)用的小案例，便于學(xué)生通過(guò)案例及時(shí)加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。采用探索型案例教學(xué)時(shí)，以課內(nèi)和課外相結(jié)合的方式進(jìn)行，課堂上教師可以針對(duì)案例中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)，具體實(shí)施可以由學(xué)生在課外完成。

4. 與科研團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與實(shí)施

結(jié)合研究生導(dǎo)師科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，進(jìn)行有針對(duì)性的試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析實(shí)踐。在案例教學(xué)中，結(jié)合農(nóng)業(yè)生物系統(tǒng)裝備團(tuán)隊(duì)的研究?jī)?nèi)容，對(duì)移栽機(jī)、嫁接機(jī)、秸稈還田機(jī)等進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)方案，實(shí)施試驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后確定機(jī)具的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)。研究生在參與試驗(yàn)的全過(guò)程中獲得理論知識(shí)和實(shí)踐技能。

5. 成績(jī)考核方法的設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)成績(jī)一部分由學(xué)生上案例課的發(fā)言情況來(lái)決定，另一部分則由考試成績(jī)決定。案例課上學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)、參與積極性、發(fā)言質(zhì)量都可作為評(píng)分參考。在實(shí)際應(yīng)用能力考核中，加入對(duì)學(xué)生統(tǒng)計(jì)軟件操作水平的考核，對(duì)學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，還可引入課程論文的考核方式。

四、教學(xué)案例提出應(yīng)該注意的問(wèn)題

在編寫教學(xué)案例時(shí)，首先要結(jié)合學(xué)科前沿知識(shí)和教師自己的科研課題，以利用案例教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和能力。其次，教學(xué)案例的編寫要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，介紹先進(jìn)的研究技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，并且要符合我國(guó)的國(guó)情，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。最后，教學(xué)案例的提出和編寫要有系統(tǒng)性，給學(xué)生討論、研究的空間，要科學(xué)地安排案例，符合教學(xué)的需要，并且要符合教學(xué)規(guī)范化的要求。

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作者簡(jiǎn)介：王瑞麗，女，博士，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程教學(xué)與研究。