獨立學院“食品試驗設計方法”課程教學改革探討*

鄭守晶，鄭明鋒

（1.福建農林大學 金山學院，福建 福州350002； 2.福建農林大學 食品科學學院，福建 福州350002）

獨立學院教育是我國高等教育的重要組成部分，傳統的發展模式主要以規模擴張為主，但隨著教學的改革，其發展模式已轉向以質量提升為主的內涵式發展[1]。獨立學院本科生教育，除了要培養研究型人才之外，更需要培養應用型、創新型人才，從而提高人才培養質量，這也是獨立學院發展的核心內容。

“食品試驗設計方法”是面向食品科學與工程和食品質量與安全等專業的一門重要基礎課程，課程根據試驗目的和要求進行科學的試驗設計，并對試驗結果進行正確地統計分析，得到可靠的試驗結論來指導生產與科研實踐，具有很強的實用性。隨著現代科學技術的不斷發展，“食品試驗設計方法”已成為食品科學與工程和食品質量與安全等專業科學研究和實際工作不可缺少的工具。通過課程的學習，學生能夠運用統計方法和原理對試驗設計進行優化，對試驗結果進行科學解釋，同時，課程為其他專業課的學習提供數據分析的基礎，培養學生分析和解決實際問題的能力，從而為從事其他各類相關工作奠定基礎。

但是，“食品試驗設計方法”課程在傳統教學模式下還存在著教學內容多、理論抽象難懂、教學手段單一、教學目的不夠突出等問題。有的學生學習了該課程，卻對知識理解和具體運用仍顯模糊，比如有的學生雖然課程成績很好，但是遇到簡單的實際問題卻不會解決；在科研實際工作中，常有誤用、濫用統計分析方法等現象[2]。因此，探索相關統計軟件在“食品試驗設計方法”教學中的應用，具有重要的意義。

Excel （Microsoft Excel）是微軟辦公套裝軟件的一個重要的組成部分，可進行各種數據的處理、統計分析等操作，廣泛地應用于管理、統計、金融等眾多領域，但如果平時對試驗數據進行復雜的統計分析，需要很多的公式進行運算，耗費精力大。

DPS （Date Processing System）統計分析軟件是目前國內唯一一款集合了試驗設計及統計分析等功能，價格適合于國內用戶，資料信息方面可確保用戶安全，具有自主知識產權統計分析軟件。軟件工作界面十分友好，系統采用多級下拉式菜單，操作自如，該數據處理軟件在技術上已達到國際先進水平，在某些方面已處于國際領先地位[3]。

目前，統計軟件在“食品試驗設計方法”課程教學改革和實踐中應用的相關研究報道很多，但是Excel結合DPS統計軟件在該門課程教學中的應用的報道還非常少[4]。因此，本文以“食品試驗設計方法”實踐教學設計為目標，結合理論教學，探索Excel結合DPS統計軟件的應用型教學模式，激發學生的學習興趣，提高教學質量，培養“應用型、創新型”食品科學專業人才。

1 教學改革的具體措施

1.1 教學內容的傳承與拓展

“食品試驗設計方法”課程由試驗設計和統計分析兩部分構成，傳統課程的授課模式絕大多數采用板書及多媒體的方式進行基礎理論和應用演示。然而，試驗設計部分基本都要采用統計軟件進行數據處理，離開專業軟件幾乎是不可能完成的，因此，通過單一的課堂講授進行灌輸式教學是無法完成該課程的教學任務，應將課程的部分內容移入機房，通過統計軟件的操作試驗完成，否則會很大程度上影響該門課程的教學質量[5]。

針對傳統授課過程中出現的問題，將課程原培養計劃中的32學時的完全理論教學調整為24學時理論教學和8學時上機實驗課，上機實驗課統一安排在理論授課結束之后，主要介紹Excel及DPS統計軟件的使用。該門課程改革前后的具體變化情況見表1。

1.2 實驗教學模塊的設置

根據課程的教學大綱要求，結合Excel及DPS統計軟件的特點，筆者自編了上機講義，并為上機教學模塊的教學內容設置為以下幾個模塊。

1.2.1 統計圖表的繪制

Excel 支持多種圖型，如直方圖、折線圖、散點圖、回歸圖等。對于統計圖表的繪制教學，采用Excel軟件操作演示結合上機練習的模式，實驗內容包括：⑴利用繪圖向導；⑵根據試驗數據的性質選擇合適的圖表類型；⑶添加趨勢線、誤差線、主次坐標、對數坐標、復式線圖、雙Y軸復式線圖等。通過統計圖表的繪制的練習，使學生掌握Excel在圖表繪制中的基本方法。

表1 課程改革前后課時分配比較

1.2.2 Excel 在單（雙）因素試驗方差分析中的應用 方差分析是一種在試驗數據的處理中非常實用，而且高效的統計檢驗方法，主要用于檢驗試驗設計中相關的因素對試驗結果影響的顯著性的大小。通過上機練習，使學生掌握運用Excel菜單欄中“分析工具庫”的“單因素方差分析”模塊功能，進行單因素試驗（完全隨機和隨機區組）的方差分析。同時使學生掌握運用Excel菜單欄中“分析工具庫”中的“無重復雙因素方差分析”工具和“重復雙因素方差分析”工具，來判斷兩個因素（無重復、有重復）對試驗結果是否有顯著影響，以及判斷兩個因素和交互作用對試驗結果是否有顯著影響。

1.2.3 Excel 在回歸分析中的應用

Excel 提供了許多回歸分析的手段，比如規劃求解、內置函數、圖表功能和分析工具庫等都可以用于回歸分析。通過上機練習，使學生掌握利用Excel圖表法解決一元回歸問題。

1.2.4 DPS 軟件在統計假設檢驗中的應用

DPS 數據處理軟件集試驗設計、統計分析、模型模擬等功能為一體。通過DPS基本功能的上機演示和相關函數的基本操作練習，使得學生掌握利用DPS統計軟件解決假設檢驗的相關問題，包括平均數、總體方差檢驗和兩樣本平均數的t檢驗等。

1.2.5 DPS 在單因素試驗方差分析中的應用

DPS 數據處理系統的試驗統計主菜單下，設置有方差分析模塊，可以進行單因素完全隨機設計分析。在數據塊定義之后，選擇合適的模塊功能，系統立即給出分析結果，包括方差分析表（處理間、區組間和誤差平方和、有關F值），各處理間的多重比較。通過上機練習，使學生掌握DPS進行單因素試驗的方差分析法。

1.2.6 DPS 在雙因素試驗方差分析中的應用

雙因素試驗是指研究的試驗指標同時受到兩個因素作用，兩因素方差分析是討論兩個因素對某研究結果影響的顯著性大小。根據兩因素試驗中是否出現交互作用，是否按照同一處理進行重復試驗，可以將雙因素試驗的方差分析分為無重復和有重復試驗兩種情況。通過上機練習，使學生掌握利用DPS兩因素（組內無重復）完全隨機設計和兩因素（組內有重復）完全隨機設計，來判斷兩個因素對試驗結果是否產生顯著影響，以及判斷兩個因素和交互作用對試驗結果是否產生顯著影響，并且進行多重比較。

1.2.7 DPS 在正交試驗設計中的應用

單因素或者雙因素試驗，因其因素較少，試驗設計與統計分析都較簡單。但在實際工作中，往往需要同時考察3個，甚至是3個以上的因素，如果要進行全面試驗，那么試驗的工作量將呈幾何級增加，而且還會受到試驗條件的限制難以開展。正交試驗設計應運而生，該設計方法能考察多個因素，從而進行多因素試驗設計，最終尋求出最理想的水平組合[6]。

對食品科學系近幾年的學生畢業論文進行抽樣分析，結果表明正交試驗設計的利用率高達75%以上。DPS數據處理系統，正交試驗結果可以進行直觀分析和方差分析，并且能同時進行。如果學生能夠密切結合食品生產實際，科學合理地進行選題、設計和試驗實施，再利用正確的統計方法對試驗結果進行統計分析，即可得到合理的可靠結論。

通過上機練習，使學生掌握利用DPS正交試驗設計分析，來分析各因素及其交互作用的主次順序，判斷各個因素對研究的試驗指標的影響程度，找出各試驗因素的最優水平和在試驗范圍內的最佳組合，以及考慮交互作用和不考慮交互作用的方差分析。

2 Excel 和DPS統計軟件輔助教學效果與評價

2.1 理論課程教學效果

“食品試驗設計方法”是一門應用性很強的學科，教學內容的編排應圍繞實際技能的培養這個目的進行。雖然改革后的理論學時減少8學時，可以在理論教學過程中減少對公式和定理的分析、推導以及一些繁瑣的數學運算過程，降低理論深度，但是應用統計軟件輔助教學，著眼于理論知識的實際應用，授課重點轉變為對統計分析結果的意義的理解，從而使教學過程變得直觀、形象，同時增強了學生對于理論知識的理解以及分析方法的運用，達到培養掌握實際應用技能的教學目標。

2.2 實驗課程教學效果

Excel 和DPS實驗課程教學模塊包含了“食品試驗設計方法”課程教學大綱的重點內容，通過8學時的演示及練習，學生掌握了常用的試驗數據處理方法，能夠應用Excel進行基本的繪圖及統計計算，應用DPS軟件進行方差分析、回歸分析以及響應面設計和模型建立等，提高了學生學以致用的能力。

2.3 課程教學綜合效果評價

考試是一種教師普遍用來評價學生掌握知識情況的手段，同時考試成績也是一種衡量教學過程中教學效果好壞的指標。雖然各個課程的考試各有區別，但其根本目的是相同的，即考試是對學生掌握的知識和技能的考察，通過考試要能提高學生學習的積極性，對教學起到一定的積極推動作用。因此在傳統的考試方法的基礎上，倡導考試方法的多樣化，考試機會多次化，考試結果的人性化。

進行教學改革后，該門課程學生的總評成績由三部分構成，分別是平時成績，筆試成績，以及上機實踐成績。其中平時成績占10%，主要考察學生的上課狀態及作業完成情況；筆試成績占60%，主要考察學生運用所學知識分析和解決具體問題的能力；上機實踐成績占30%，主要考察學生應用Excel和DPS等統計軟件分析處理試驗結果的能力。采用該綜合評定考核辦法能夠更加客觀、真實的反映出學生的學習效果，同時也便于教師及時的修改授課中存在的不足，提高授課效果及質量。教改實施過程中，2屆2個專業的學生的總評成績比較見圖1、圖2。

圖1 食科專業改革前后成績比較

圖2 食安專業改革前后成績比較

學期結束后收集學生反饋意見和建議，通過統計，約95%的學生認同該教學方法，認為學習Excel和DPS軟件的使用，對于畢業論文的開展和食品試驗研究有很大的幫助。通過該門課程的軟件學習和應用，不但對理論知識有更深入的理解，而且鞏固了課堂理論知識，學以致用，受益匪淺。

3 結論

“食品試驗設計方法”是一門實踐操作性很強的課程。Excel是常用的辦公軟件，簡單易學，學生適應快。DPS界面友好，是常用的國產統計分析軟件，可以實現試驗設計、統計分析、模型模擬等功能。隨著生物統計和試驗設計學科的發展，在高校“食品試驗設計方法”課程教學中增加Excel和DPS軟件的有機結合的實踐內容，能夠做到取長補短，不僅可以提高教學質量，也提高了學生學習的積極性，培養了學生解決實際問題的能力，還能為學生將來的就業打下堅實的基礎和提供可行之路。