《試驗設計與數據處理》的教材建設與課程改革

楊 娟，于立梅，曾曉房，白衛東

(仲愷農業工程學院 輕工食品學院, 廣東 廣州 510225)

《試驗設計與數據處理》是一門以概率論、數理統計、計算機應用等為理論基礎，結合專業知識和實踐經驗的一門應用型課程[1]。已被廣泛作為化工、生物、食品、環境、材料等工農學科的專業基礎課。由于該課程理論抽象、公式演算過程繁瑣，所以教師授課難度大，而學生也難以理解和掌握相關知識。本文將以二本院校本科生的生源特點和培養目標為出發點，在教學中充分貫徹"因材施教"的原則，淺談《試驗設計與數據處理》在授課過程遇到的問題，針對問題提出的改革建議，以適應二本院校本科生對于《試驗設計與數據處理》這門應用型課程的學習和理解。

1 現存問題

《試驗設計與數據處理》作為一門適用于眾多工農學科的基礎課程，可供選擇的教材眾多，如李云雁主編的《試驗設計與數據處理(第二版)》，潘麗軍、陳錦權主編《試驗設計與數據處理》，羅時光、金紅嬌主編《試驗設計與數據處理》等。盡管眾多編者對這門課程進行了教材編撰，但從內容上講，這些教材大多以抽象的理論概念和數學公式演算過程為主，如“隨機誤差的檢驗過程”、“單因素試驗方差分析基本步驟”、“一元線性回歸方程的建立”等。嚴重缺乏與專業密切相關的案例教學內容，也沒有從不同院校學生素質差異的角度做調整。

在教材的基礎上，長期以來，課程內容多以統計學知識和公式推算過程為主，內容單調枯燥、復雜深奧。多數二本院校本科生的數學基礎薄弱，使得很多學生對于基本理論、原理和公式的推導等內容難以理解和掌握，嚴重影響了學習興趣和教學質量。另一方面，多數二本院校側重于培養應用型人才，這要求學生掌握更多的實操能力。然而從歷屆二本院校本科生的畢業論文完成情況看，存在試驗設計不科學合理，試驗方法單一，數據處理不嚴謹、表述不清楚、分析不透徹，試驗值表征沒有平均值、誤差值和顯著性分析等，使得結果的可信度不高。這與二本院校學生對于該課程的理解和掌握不無關系。

2 教材建設與課程改革的探討

2.1 教材建設應結合專業和授課對象

為了更好地將社會需求與教學定位相結合，在教材的編寫上應注重與專業知識的銜接，結合授課對象的基礎構架差異，按類型、分層次的進行教材建設。對于工農類二本院校的教材，應更加注重實踐環節，以鍛煉學生實踐能力為出發點，刪除部分內容，降低理論深度，增加與專業相關的教學案例，側重實際應用。可增設或加強的內容如下：

(1)結合專業，強調單因素實驗和正交試驗的重要性。對于工農院校本科生而言，在學習和工作中應用最多的是單因素實驗和正交試驗。其中，單因素實驗是所有復雜實驗的基礎。在生產和科學實驗中也是應用最廣的一種基礎實驗設計方法。正交試驗是本科論文中出現頻率最高的一種實驗設計類型，但學生對于許多試驗點的選擇仍然不夠科學合理。因此，在教材的編排上，應該結合實際案例，將單因素實驗和正交實驗穿插到各個實際案例中，以利于學生對抽象理論知識的接受和吸收，掌握單因素實驗和正交試驗的設計原理和實際應用。

(2)強調數據分析的實用性。實驗的目的是得到數據，以獲取某種實驗狀態下的"真實值"，而測定值與真實值之間往往存在"誤差值"，實驗組與實驗組之間還需要進行統計學分析。這些是數據處理中最基礎也最重要的干貨，也是學生們在畢業設計、工作和求學過程中，勢必會應用到的知識。盡管各個版本的教材對這些知識都進行了介紹，但是內容往往側重于理論，而忽略了應用。考慮到學生資質，建議在教材的編寫中，結合專業實驗案例，以案例帶動理論，加強印象，達到目的。

(3)隨著信息技術的發展，軟件的應用越來越廣泛，而針對社會需求，在《試驗設計與數據處理》課程中，勢必需要加入計算機數據處理軟件的應用。包括： Excel是最常用的功能強大的電子表格處理軟件；Origin是科研工作者首選的繪圖軟件；SPSS是最優秀的統計分析軟件。

2.2 課程內容設置需簡化理論突出應用

《試驗設計與數據處理》教學內容可分為“數據處理”和“試驗設計”兩大部分。根據二本院校本科生的生源特點和培養目標，在數據處理部分，建議弱化理論，強調應用，重點講解數據的規范化書寫、如何利用軟件處理數據以及利用軟件繪制圖表等。應強調excel、spss、origin等軟件的實操培訓，開設相當分量的上機課程，使學生們在課后能夠熟練的利用excel計算平均值和誤差值，利用spss對數據進行統計學分析，利用excel/origin繪制“三線表”、“線形圖”、“柱形圖”等常規圖表，以及掌握圖表制作的規范。在試驗設計方面，建議結合科研項目中的具體實驗案例進行講解，如可將卵白蛋白的提取分離和純化工藝引入“正交實驗設計”的案例教學分析，將工藝設計、質量安全與控制等專業實驗貫徹課堂，提高應用性、實踐性教學在課程教學中的分量。通過引入學科專業性強的試驗內容，培養學生設計試驗、了解試驗流程以及掌握數據處理和圖表的制作的能力，將試驗設計與數據處理過程串聯起來，系統的介紹工農專業“試驗”內容，如在試驗設計部分介紹卵白蛋白的提取實驗，而在數據處理部分可以介紹經過試驗獲得數據的記錄和分析，做到課堂教學與實踐教學緊密相連。此外，鑒于課時所限，可以給出一些規范性的數據處理模板或規范的圖表制作示范，讓學生在課余時間完成。

2.3 改革考核內容與方式

考試是評價教學效果的一種最直接的方法，是對學生所學知識和所掌握能力的檢查。由于《試驗設計與數據處理》有別于其他專業課程，建議把課外作業得分納入期末成績的計算中，強調平時成績的占比，可由常規的30%提高到50%。同時考核方式可以由傳統的紙質試卷轉向計算機，重點考查學生對數據處理各個環節的理解和掌握。或者可讓每位同學根據自身對于專業的興趣和擅長，進行獨立的實驗設計，重點考察試驗設計的科學性，以課程論文的形式進行提交，此部分占總成績的50%。通過這些環節可綜合考察學生對知識應用能力。

2.4 教學目標與課程定位的統一

對于工農專業的絕大多數學生而言，在學習和工作中，繞不開“試驗”。以仲愷農業工程學院食品專業為例，其畢業考核多以完成實驗性的論文為依據，畢業后70%選擇對口的企事業單位，18%選擇考研[2]，這些都與"試驗"息息相關。對于食品行業而言，工藝的改進、新產品的研發和產品質量的提高等都需要經過大量的試驗來獲得，而科學的試驗設計和恰當的數據處理方法可以減少試驗次數、獲取最優方案。這就要求從業人員具備相應的專業知識。另一方面，學生們考研熱情逐年高漲，截止2019年，仲愷食品專業考研報名率接近30%，研究生對于試驗設計和數據處理能力的要求更高。而在本科階段的眾多通選課和專業課中，只有《試驗設計與數據處理》能夠在試驗設計和數據處理等科研技能方面對學生進行系統的培訓。因此，為了滿足畢業、就業、升學的需求，本課程的教學目標是使學生能夠獨立的設計試驗方案和正確的分析實驗數據，使學生掌握試驗技能，培養學生在科研方面的基本素養。

在仲愷農業工程學院，《試驗設計與數據處理》作為食品類本科生的專業基礎課，其學時為36學時，記2學分。其課程設定目標在于，希望通過該課程的學習，學生能夠從理性和感性層面上認識專業實驗課的設計思路，掌握試驗數據的處理方法和書寫準則。在后續參與創新實驗和完成畢業論文的過程中，能夠科學的設計試驗，合理的處理和分析試驗數據。通過理論與實踐的相互滲透，培養學生的邏輯思維能力，培養學生發現、分析和解決問題的能力，培養大學生獨立開展科研工作的能力和創新思維能力。

3 結語

《試驗設計與數據處理》是一門重要的工具課，具有實用性。筆者以仲愷農業工程學院食品科學類本科生培養為例，希望以點及面，為該課程更好的服務各個院校本科生培養提出一點建議。力爭將本課程建設成能夠促進學生的全面發展的一門不可缺少的專業基礎課，同時也成為深受學生喜愛的一門課程。