“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”教學(xué)改革探討
——基于本科生畢業(yè)論文常見問題的分析

李海旺，劉昆侖，孫尚德

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州 450001）

0 引言

試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是一種科學(xué)合理地安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的通用方法，是自然科學(xué)方法論領(lǐng)域中一個重要的分支學(xué)科，也是科研工作者必備的基本技能。“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課程是一門以數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率論及專業(yè)知識為基礎(chǔ)，理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性、應(yīng)用型課程，已廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、化工、食品、材料、環(huán)境、建筑、紡織、機(jī)械等多個生產(chǎn)領(lǐng)域，為工農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。

“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”是學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、完成畢業(yè)論文的基礎(chǔ)。學(xué)校的食品科學(xué)與工程專業(yè)在2000 年的培養(yǎng)方案中就已經(jīng)開設(shè)了該課程。歷經(jīng)發(fā)展與完善，現(xiàn)在“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”已經(jīng)是食品科學(xué)與工程、糧食工程、食品質(zhì)量與安全、食品營養(yǎng)與檢測教育專業(yè)本科生的一門重要選修課程。該課程主要講授試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表表示法、試驗(yàn)的方差分析、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。通過該課程學(xué)習(xí)，學(xué)生一方面能夠掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的基本理論與方法，為今后進(jìn)一步深造奠定基礎(chǔ)；另一方面為食品類專業(yè)的學(xué)生在大四做畢業(yè)論文時提供理論和方法。

1 本科生畢業(yè)論文中存在的問題

1.1 圖表不規(guī)范

圖表是畢業(yè)論文中的重要組成部分。優(yōu)秀的圖表能夠使復(fù)雜和抽象的問題變得直觀、清晰。生動形象、簡潔明了的圖表可以代替大量復(fù)雜的文字說明。

畢業(yè)論文中圖表存在的問題主要表現(xiàn)在以下方面：①軟件生成的圖未加修飾美化，如Excel 生成的圖有外框、有黑色背景、有橫線等；②圖的標(biāo)題不合適，如圖的數(shù)字編號不規(guī)范、圖的標(biāo)題位置和大小不合適等；③表格不是規(guī)范的三線表，表內(nèi)字體及大小與正文不協(xié)調(diào)，如過大或過小等。

1.2 數(shù)據(jù)分析不規(guī)范

數(shù)據(jù)分析是指直接利用統(tǒng)計(jì)方法或借助軟件使用統(tǒng)計(jì)方法對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而形成概括性、對研究結(jié)果有用的一種方法。畢業(yè)論文中數(shù)據(jù)分析不規(guī)范主要表現(xiàn)在以下方面：①數(shù)據(jù)分析過程繁復(fù)拖沓，如把試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)放在論文內(nèi)、同樣的數(shù)據(jù)結(jié)果以表格和圖的形式同時呈現(xiàn)等；②數(shù)據(jù)分析結(jié)果不規(guī)范，如把軟件分析結(jié)果直接復(fù)制粘貼到論文中，導(dǎo)致小數(shù)點(diǎn)位數(shù)不一致或數(shù)字不完整；③數(shù)據(jù)分析方法應(yīng)用錯誤，導(dǎo)致錯誤的結(jié)果，這種情況較少。

1.3 有數(shù)據(jù)無“統(tǒng)計(jì)”

由于本科生畢業(yè)論文時間和本身知識結(jié)構(gòu)限制，部分本科畢業(yè)論文中數(shù)據(jù)分析及試驗(yàn)設(shè)計(jì)不完善。試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原則有對照、隨機(jī)和重復(fù)。就重復(fù)來講，本科論文中的個別學(xué)生存在的問題：一是沒有重復(fù)數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)中僅測定1 次或1 個數(shù)據(jù)；二是雖然測定了2 次以上的重復(fù)數(shù)據(jù)，但是對數(shù)據(jù)分析或描述不夠，多數(shù)僅僅是求多個數(shù)據(jù)的平均數(shù)，而缺乏對重復(fù)測定可靠性等的描述，沒有充分利用測定的重復(fù)數(shù)據(jù)。類似還有其他重?cái)?shù)據(jù)、輕統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)象。

1.4 軟件應(yīng)用不熟練

本科生畢業(yè)論文中出現(xiàn)以上問題的原因是多方面的，但軟件應(yīng)用不熟練也是其中的一個原因。當(dāng)前，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析基本是依靠軟件來處理的，即便是基本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如平均數(shù)和總和等） 都是通過軟件進(jìn)行處理的。因此，由于軟件不熟練導(dǎo)致的操作錯誤，可能就會導(dǎo)致錯誤的分析結(jié)果。

2 針對上述問題的教學(xué)改革方法

2.1 設(shè)定合理的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)畢業(yè)論文中出現(xiàn)的問題及畢業(yè)論文對學(xué)生的需求導(dǎo)向，來設(shè)定合理的教學(xué)目標(biāo)。一篇合格的畢業(yè)論文從構(gòu)思到最后完成，涉及到試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、論文撰寫等各個方面。要完成以上要求，學(xué)生至少需要具體以下幾方面的內(nèi)容：

（1） 試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。在已經(jīng)選定研究課題或方向的前提下，能夠利用自身能力和知識儲備進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選定合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法并進(jìn)行試驗(yàn)。例如，食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)中最佳配方和最優(yōu)工藝的尋求，一般可以選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（2） 數(shù)據(jù)分析和處理能力。需要學(xué)生能夠根據(jù)試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行合理解釋，得出試驗(yàn)結(jié)論。例如，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，一般要進(jìn)行直觀分析尋求最優(yōu)工藝和因素影響主次順序，有時為了看影響的程度和差異的顯著性，還要進(jìn)一步進(jìn)行方差分析。

（3） 圖表制作和規(guī)范化呈現(xiàn)。一篇合格的畢業(yè)論文需具有完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能毫無規(guī)律地堆砌，需按照論文格式要求進(jìn)行表、圖等規(guī)范處理[2]。圖表是科技論文中的重要組成部分，是在數(shù)據(jù)分析和處理的基礎(chǔ)上試驗(yàn)結(jié)果的簡潔化和規(guī)范化呈現(xiàn)。圖表可以將錯綜復(fù)雜的現(xiàn)象以簡明扼要的形式呈現(xiàn)出來，使統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果直觀化。

針對畢業(yè)論文對本科生的要求，結(jié)合教學(xué)大綱和實(shí)踐經(jīng)歷，將教學(xué)目標(biāo)設(shè)定如下：①對試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法重點(diǎn)要求掌握其原理；②在理解原理的基礎(chǔ)上，通過實(shí)例鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和處理能力；③對一些常用統(tǒng)計(jì)分析和作圖軟件，對學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)，熟練其常用功能和用法。

2.2 強(qiáng)調(diào)圖表制作規(guī)范

本科生畢業(yè)論文中圖表不規(guī)范的情況較多，造成這種情況的原因：一是學(xué)生對科技論文圖表繪制標(biāo)準(zhǔn)不熟悉；二是學(xué)生計(jì)算機(jī)繪圖能力不熟練，處理后的圖表不符合科技論文的規(guī)范。

針對以上情況，“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課程授課內(nèi)容中有專門內(nèi)容講解圖表表示方法的內(nèi)容。通過這一部分內(nèi)容的講解能夠?qū)⒃囼?yàn)數(shù)據(jù)有條理、規(guī)范地組織在表格內(nèi)；能夠熟練掌握線圖、散點(diǎn)圖、條形圖和柱狀圖、圓形圖和環(huán)形圖等常用二維圖形的作圖方法。另外，還講解了計(jì)算機(jī)繪圖軟件在圖表繪制中的應(yīng)用。

首先，通過圖表制作規(guī)范的講解，使學(xué)生明白科技論文中圖表的規(guī)范表示方法。其次，通過軟件實(shí)例操作和練習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)繪圖的方法，從而減少圖表制作中的不規(guī)范現(xiàn)象。通過調(diào)查表明，選修過該課程的學(xué)生，由于掌握了圖表制作的基本規(guī)范和方法，在畢業(yè)論文寫作中出現(xiàn)不符合科技論文寫作要求的情況較少。

2.3 簡化理論強(qiáng)調(diào)應(yīng)用

“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”是一門以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等為理論基礎(chǔ)，結(jié)合專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一門應(yīng)用型課程[3]，如果從統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)講起，包括較多的理論和公式，而且推演過程復(fù)雜，內(nèi)容單調(diào)無味，學(xué)生理解困難。

該課程應(yīng)更側(cè)重學(xué)生的應(yīng)用能力。因此，在講課過程中，應(yīng)盡量將復(fù)雜原理簡單化，能用軟件計(jì)算的，學(xué)生只需掌握其原理即可；能結(jié)合實(shí)例講解的，多結(jié)合實(shí)例講解。例如，講正交設(shè)計(jì)時、線性回歸時，多輔以例子講解，通過“例子→原理→例子”這樣往復(fù)循環(huán)模式，通過應(yīng)用掌握原理，在應(yīng)用中理解原理。例如，講正交設(shè)計(jì)內(nèi)容時，多輔以提取等方面的例子來講解，進(jìn)而加深學(xué)生對理論的理解與應(yīng)用。

在正交設(shè)計(jì)這一部分內(nèi)容授課時，如果涉及基本統(tǒng)計(jì)的計(jì)算方法，則內(nèi)容復(fù)雜難懂?？紤]到應(yīng)用性的要求，對學(xué)生的首要要求是了解直觀分析和方差分析的原理，通過軟件能夠熟練地進(jìn)行正交設(shè)計(jì)和分析。學(xué)習(xí)完這部分內(nèi)容后，學(xué)生能夠針對食品中試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行正交設(shè)計(jì)并進(jìn)行正確分析，而對于復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法，只要求學(xué)生了解其計(jì)算方法和基本原理即可。

2.4 增強(qiáng)軟件應(yīng)用能力

現(xiàn)在畢業(yè)論文中的數(shù)據(jù)處理和圖表繪制多是以計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的?！霸囼?yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課程中大部分計(jì)算和設(shè)計(jì)內(nèi)容利用Excel 和SPSS 即可實(shí)現(xiàn)。例如，正交設(shè)計(jì)的直觀分析，了解其原理后，利用Excel 即可實(shí)現(xiàn)，稍微對Excel 再熟悉的人，甚至可以用Excel 做成計(jì)算模板，反復(fù)應(yīng)用。因此，在平時講課和練習(xí)過程中，應(yīng)注意學(xué)生對軟件的熟練和操作能力。

另外，要注意對計(jì)算機(jī)輸出圖形的修飾和應(yīng)用，如Excel 生成的圖表，雖能滿足要求，但直接放在論文中，美觀性和規(guī)范性不夠，需要進(jìn)一步修飾和美化后才能應(yīng)用。其次，對軟件輸出數(shù)據(jù)的整理，如SPSS 輸出的數(shù)據(jù)，小數(shù)點(diǎn)前面的0 是沒有，復(fù)制出來后需要補(bǔ)上。輸出小數(shù)點(diǎn)位數(shù)也要根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行取舍等。

2.5 豐富教學(xué)模式，提高學(xué)生興趣

由于“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課時設(shè)置均為理論授課，根據(jù)當(dāng)前問題分析，可以豐富課程的教學(xué)模式，提高學(xué)生的興趣：①增加課程學(xué)時，以安排多樣化的教學(xué)環(huán)節(jié)；②增加上機(jī)學(xué)時，加強(qiáng)學(xué)生對軟件的應(yīng)用和實(shí)操能力；③豐富教學(xué)模式，由以“教”為主轉(zhuǎn)向以“學(xué)”為主的教學(xué)模式，由專一教學(xué)模式轉(zhuǎn)向多樣化教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2.6 優(yōu)化課程的評價體系和考核方式

首先，學(xué)生的評價不應(yīng)僅僅通過考試，平時的練習(xí)、作業(yè)，甚至課堂的活躍度都可作為評價體系的組成部分。多元化的評價體系，可以全面反映學(xué)生的能力，對學(xué)生能力進(jìn)行全面的評估。與評價體系相對應(yīng)的是考核方式，傳統(tǒng)的考核方式是以紙質(zhì)試卷為主，重在理論和計(jì)算，輔以平時成績。“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”是一門帶有一定應(yīng)用性的課程，應(yīng)著重考核學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力，強(qiáng)調(diào)其綜合能力的考核。

其次，該課程為開卷考試，難易體現(xiàn)平時和計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力。所以在考核方式上可以考慮增加平時作業(yè)、練習(xí)，甚至課堂表現(xiàn)；輔以計(jì)算機(jī)應(yīng)用考核，通過計(jì)算機(jī)并結(jié)合具體軟件，對給定事例進(jìn)行處理，對軟件輸出結(jié)果進(jìn)行整理和解讀，重點(diǎn)考核學(xué)生通過計(jì)算機(jī)解決問題的能力。

3 結(jié)語

“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課程是食品類專業(yè)的一門重要的選修課。對于工科學(xué)生來說，是一門工具課，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。結(jié)合課程教學(xué)實(shí)踐，針對畢業(yè)論文中出現(xiàn)的問題，拋磚引玉，提出自己的一點(diǎn)淺見，希望能為其他院校更好地開展該課程提供一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和借鑒。