试验设计与统计分析课程教学改革与实践

庞晓明 李颖岳

北京林业大学生物科学与技术学院 北京 100083

试验设计与统计分析是面向林学、生物科学、生物技术、食品科学等专业的一门重要专业基础课程。该课程将概率论与数理统计的原理和方法运用于生产与科学试验，重点解决如何根据试验目的和要求科学设计试验，并对试验结果正确地进行统计分析，以获得有效试验信息等问题，具有很强的实用性。随着现代科学的不断发展，试验设计与统计分析已成为自然科学研究方法论领域一个比较成熟的学科，是相关专业科学领域研究和实际工作必不可少的工具。该课程的学习能够提高学生的知识运用水平及动手能力，培养学生解决实际问题的能力，为从事各类相关工作奠定基础。

试验设计与统计分析课程要求有一定的数理统计基础，教学中理论公式较多，采用传统的教学方法学生容易感觉枯燥；且重理论、轻实践的现象也影响了实际的教学效果。笔者结合多年课程教学的实践经历，变革课程内容，改进教学方法、教学手段及考核办法等，提高教学效果，促进学生动手能力和实践能力培养。

1 教学内容的优化与更新

试验设计与统计分析课程由理论教学和实践教学两部分组成，是一门应用性和实践性都很强的专业基础课。从减少学生学习负担出发，该课程已经压缩到32学时，这就更要求我们对教学内容精挑细选，提高教学的效果。

在理论教学中要顺应农林和生物科学高速发展和多学科交叉的趋势，根据农林与生物类专业的教学基本要求和学生毕业后要从事的主要工作，重点讲授试验设计和统计分析的基本原理和常用方法。

在教学内容上，结合目前试验设计方法的发展和应用现状，适当删减某些已不常用的设计方法，如对比法试验设计、间比法试验设计等。增加某些使用广泛、应用较多的设计方法授课内容和深度，如正交设计等。

从教学组织安排上，在试验设计基础知识、基本原理讲授完成后，按照具体试验设计方法讲授，分别引导学生掌握某种试验设计的设计方法、统计分析方法，了解该试验设计方法的优缺点和应用。在每1～2种试验设计和统计分析方法的课堂讲授完成之后，上一次讨论课，以生产科研中的实际问题为范例，引导学生积极分析、讨论，以深刻理解和体会某个具体试验设计方法的试验布置、应用及其优缺点。给出科研实践工作中得到的真实试验数据，让学生进行统计分析并对结果进行分析和讨论，从而深入理解某种试验设计方法的应用。

2 教学方法与手段的改革

在讲授基本原理时，为了突出本课程应用性强的特点，从科研工作中遇到的实际问题进行课堂讨论的方法入手，而不是从公式的数学推导开始，以提高学生参与的积极性。例如，在讲授试验设计原则时，举例：5个品种栽培试验，每个品种各12棵树，试将这些树种在一片试验田里。课堂上，请所有学生在纸上画出这60棵树的布置图，同时请4～6名学生到黑板上把自己的想法画出来。把学生的布置图分类总结后，通过一步步引导，得出试验设计的三大原则。进而结合公式推导，从理论上阐明三原则的作用。学生听得有趣、容易理解、记忆深刻。

在授课过程中，要充分利用多媒体教学手段。现代多媒体教学具有信息量大、形象直观等特点，不仅能减少教师在课堂上板书和复杂的画图工作，还能利用多媒体演示统计软件处理案例，有利于充分调动学生的求知欲和积极性[1,2]，在本课程课时少的实际情况下，尤其要充分利用好这个工具。在现有课件的基础上，增加新的内容和实例，使课件更加丰富、生动，便于理解，同时注意和科研、生产实践紧密结合，使授课内容更贴近实际应用，有利于培养学生的实践能力。但是在实际应用中要特别注意，多媒体只是一种教学手段，引入多媒体教学并不意味着完全放弃传统的板书教学。该课程理论抽象且数学公式比较多，有很多公式需要推导。用PPT推导公式效果不好，学生难以跟上播放速度。教师利用板书在黑板上推导，推导公式的过程能够吸引学生跟着思考，加深印象和理解。只有将多媒体教学和传统教学方法结合，发挥各自优越性，才能达到更好的教学效果。

在课堂教学中，根据各章教学内容及要求，采取“启发式”和“讨论式”结合的教学模式，可以充分发挥学生的主体作用，以达到更好的教学效果[3]。在最常用的试验设计方法章节的教学过程中，我们专门安排了一定的课时用于讨论，充分发挥讨论环节的作用。收集科研工作中的典型案例，同时鼓励学生提出自己参与科研实践中遇到的相关问题，引导学生积极分析、讨论，以深刻理解和体会某个具体试验设计方法的试验布置、应用及其优缺点。给出科研实践工作中的具体试验数据，让学生进行统计分析并对结果进行分析和讨论。更好地达到提高学生知识运用水平及动手能力的目的，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。采用提问、答疑等多种教学方法，加强教师与学生的互动，调动学生的学习积极性，也有利于教师掌握学生情况。对学生容易混淆的问题，如准确性和精确性、随机模型和固定模型的区别等进行提问，加深学生对这些重要概念的理解，达到巩固知识的目的。

理论联系实际教学模式的应用。教学中，依托教师科研项目，密切联系相关学科与课程，鼓励学生在所参与的科研实践中运用学习到的试验设计和统计分析方法；鼓励学生将学到的试验设计方法，应用到大学生科研立项和“大学生挑战杯实验”等实际项目中。同时，学生所接触的其他实验性课程本身就有需要进行试验设计的内容，例如他们将所学试验设计方法应用到遗传学实验课中的多倍体诱导实验的设计和育种学实验课中花粉萌发的实验等。为了拓宽学生的知识面，我们还推荐学生查阅相关期刊，如《遗传学报》《林业科学》《食品科学》等发表的最新研究文献，学习和分析这些试验过程中所使用的试验设计和统计分析方法。课题组还收集了相关的书籍、论文和网站等作为课外读物，提供给学生广泛阅读。在教学过程中，提供合适的科研实例，鼓励学生用不同的设计方法进行试验方案设计和试验数据处理并进行综合对比分析，直观地理解由于采用不同的设计方法，可能会得到不同的试验结论，从而深刻理解试验设计方法的重要性，起到了很好的效果。

3 实践教学改革

试验设计与统计分析课程属方法论课程，该课程将概率论与数理统计的原理和方法运用于科学试验，重点解决如何根据试验目的和要求科学设计试验，并对试验结果进行统计分析，以获得有效试验信息等问题，具有很强的实用性。传统的教学方法仅仅限于教师课堂讲授基本理论、基本原理和基本方法等内容，缺乏学生实践环节，因此学生对理论知识往往死记硬背，在今后的学习和工作中遇到相关问题不能灵活运用。因此在课程教学中，必须注重理论与实际相结合，通过对科研实践和其他相关课程学习中遇到的试验设计及统计分析案例进行深入分析和讨论，提高学生的知识运用水平及动手能力，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力，真正体会到本课程在生产和科研实践中的应用。同时，实践问题的解决还可以引发学生学习的兴趣，增强他们的专业自信心。注重理论与实际相结合，从以下3个方面获得教学案例：(1)给出科研工作中典型的试验设计案例和试验数据；(2)学生所参与科研实践中遇到的试验设计问题；(3)学生在其他相关课程中遇到的试验设计问题和案例。

随着计算机的普及，涌现出大量统计软件，把人们从繁重的计算中解放出来。因此，对常用的试验设计方法和数据处理，通过Excel和SPSS等统计软件进行运算和分析，课程相关的各种统计分析软件得到了开发和应用。将以上案例分类整理后应用于讨论课，通过对案例的深入分析和讨论，能够提高学生的知识运用水平及动手能力，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，让学生真正体会到本课程在生产和科研实践中的应用。通过生动的专业案例学习，可以避免课程学习中机械记忆冗长的数学公式，增加学生的学习兴趣，培养学生试验统计学思维。

4 教材建设

有关试验设计与统计分析的书籍非常多，但每本教材都有其应用的背景和专业，针对林业院校的教科书较少，现有的教材多偏重于理论知识和数理统计原理方面的介绍，缺乏试验设计应用性的阐述。1995年出版的《林业试验设计》是当时林业院校的第一本试验设计课程教材，该书也已经成为全国林业院校使用的主要教材。历经多年的教学实践，并且随着试验设计与统计分析学科的发展，需要我们对原有的教材进行补充和修正以适应现代课程教学的需要。我们在现有教材基础上编写了《林业试验设计》第二版，将第三章《简单试验设计》进行了缩减，去掉现代试验设计中不用的部分，同时删去了原来第九章《格子设计》的内容。补充和更新了“回归设计”的相关内容，并增加了一章《常用统计分析软件在试验设计中的应用》，目前已完成初稿，将在2013年出版。

5 转变考核方式

考试在教学过程中具有指挥棒的作用，考试方法是教学方法的重要组成部分，从考试切入可以有效撬动教学方法改革[4]。传统的考核方式多以闭卷考试为主，本课程采用开卷考试与平时成绩相结合的考核方式，其中期末考试占总成绩50%，实践成绩(包括研讨部分)占20%，平时作业和小测验占30%，实现从过分关注结果到更多地引入过程要素的转变，促使学生平时坚持参与学习，避免平时不学习期末考试前突击复习，死记硬背应付考试的现象。共设计实践(包括研讨)4次，课后作业6次，阶段性测验(考核)4次，记入平时成绩。对作业或考核成绩不理想的学生，允许提出重做或重新考核，有利于减少作业抄袭现象，同时使教师及时了解学生的学习情况。对于教师而言，这样的设计需要更多的投入，需要精心为所有重要内容设计考题，巩固学生对相关知识和方法的理解并测试他们的掌握程度，从而动态地调整教学进度。

6 结束语

试验设计与统计分析是重要的工具课，通过对试验设计与统计分析课程教学内容的调整和更新，加强了常用试验设计方法在整个课程中的比重，增加了软件分析范例；课程教学中注重案例的分析和讨论，加强实践环节的学习，极大地激发学生积极探索与主动学习的热情，取得了良好的教学效果。达到了培养学生的专业水平，提高分析问题和解决问题能力的目的。

[1]李玉阁.生物统计学课程教学初探[J].生物学杂志,2006,23(5):52-54,61.

[2]王新国.高校多媒体教学准入制探究[J].中国现代教育装备,2012(13):23-25.

[3]苗永旺,刘学洪,苟潇.《生物统计附试验设计》课程教学改革效果探讨[J].家畜生态学报,2012,33(1):107-110.

[4]陆国栋.教学方法改革的模式与举措[J].中国大学教学,2011(8):14-16.