《试验设计与数据处理》的教材建设与课程改革

杨 娟，于立梅，曾晓房，白卫东

(仲恺农业工程学院 轻工食品学院, 广东 广州 510225)

《试验设计与数据处理》是一门以概率论、数理统计、计算机应用等为理论基础，结合专业知识和实践经验的一门应用型课程[1]。已被广泛作为化工、生物、食品、环境、材料等工农学科的专业基础课。由于该课程理论抽象、公式演算过程繁琐，所以教师授课难度大，而学生也难以理解和掌握相关知识。本文将以二本院校本科生的生源特点和培养目标为出发点，在教学中充分贯彻"因材施教"的原则，浅谈《试验设计与数据处理》在授课过程遇到的问题，针对问题提出的改革建议，以适应二本院校本科生对于《试验设计与数据处理》这门应用型课程的学习和理解。

1 现存问题

《试验设计与数据处理》作为一门适用于众多工农学科的基础课程，可供选择的教材众多，如李云雁主编的《试验设计与数据处理(第二版)》，潘丽军、陈锦权主编《试验设计与数据处理》，罗时光、金红娇主编《试验设计与数据处理》等。尽管众多编者对这门课程进行了教材编撰，但从内容上讲，这些教材大多以抽象的理论概念和数学公式演算过程为主，如“随机误差的检验过程”、“单因素试验方差分析基本步骤”、“一元线性回归方程的建立”等。严重缺乏与专业密切相关的案例教学内容，也没有从不同院校学生素质差异的角度做调整。

在教材的基础上，长期以来，课程内容多以统计学知识和公式推算过程为主，内容单调枯燥、复杂深奥。多数二本院校本科生的数学基础薄弱，使得很多学生对于基本理论、原理和公式的推导等内容难以理解和掌握，严重影响了学习兴趣和教学质量。另一方面，多数二本院校侧重于培养应用型人才，这要求学生掌握更多的实操能力。然而从历届二本院校本科生的毕业论文完成情况看，存在试验设计不科学合理，试验方法单一，数据处理不严谨、表述不清楚、分析不透彻，试验值表征没有平均值、误差值和显著性分析等，使得结果的可信度不高。这与二本院校学生对于该课程的理解和掌握不无关系。

2 教材建设与课程改革的探讨

2.1 教材建设应结合专业和授课对象

为了更好地将社会需求与教学定位相结合，在教材的编写上应注重与专业知识的衔接，结合授课对象的基础构架差异，按类型、分层次的进行教材建设。对于工农类二本院校的教材，应更加注重实践环节，以锻炼学生实践能力为出发点，删除部分内容，降低理论深度，增加与专业相关的教学案例，侧重实际应用。可增设或加强的内容如下：

(1)结合专业，强调单因素实验和正交试验的重要性。对于工农院校本科生而言，在学习和工作中应用最多的是单因素实验和正交试验。其中，单因素实验是所有复杂实验的基础。在生产和科学实验中也是应用最广的一种基础实验设计方法。正交试验是本科论文中出现频率最高的一种实验设计类型，但学生对于许多试验点的选择仍然不够科学合理。因此，在教材的编排上，应该结合实际案例，将单因素实验和正交实验穿插到各个实际案例中，以利于学生对抽象理论知识的接受和吸收，掌握单因素实验和正交试验的设计原理和实际应用。

(2)强调数据分析的实用性。实验的目的是得到数据，以获取某种实验状态下的"真实值"，而测定值与真实值之间往往存在"误差值"，实验组与实验组之间还需要进行统计学分析。这些是数据处理中最基础也最重要的干货，也是学生们在毕业设计、工作和求学过程中，势必会应用到的知识。尽管各个版本的教材对这些知识都进行了介绍，但是内容往往侧重于理论，而忽略了应用。考虑到学生资质，建议在教材的编写中，结合专业实验案例，以案例带动理论，加强印象，达到目的。

(3)随着信息技术的发展，软件的应用越来越广泛，而针对社会需求，在《试验设计与数据处理》课程中，势必需要加入计算机数据处理软件的应用。包括： Excel是最常用的功能强大的电子表格处理软件；Origin是科研工作者首选的绘图软件；SPSS是最优秀的统计分析软件。

2.2 课程内容设置需简化理论突出应用

《试验设计与数据处理》教学内容可分为“数据处理”和“试验设计”两大部分。根据二本院校本科生的生源特点和培养目标，在数据处理部分，建议弱化理论，强调应用，重点讲解数据的规范化书写、如何利用软件处理数据以及利用软件绘制图表等。应强调excel、spss、origin等软件的实操培训，开设相当分量的上机课程，使学生们在课后能够熟练的利用excel计算平均值和误差值，利用spss对数据进行统计学分析，利用excel/origin绘制“三线表”、“线形图”、“柱形图”等常规图表，以及掌握图表制作的规范。在试验设计方面，建议结合科研项目中的具体实验案例进行讲解，如可将卵白蛋白的提取分离和纯化工艺引入“正交实验设计”的案例教学分析，将工艺设计、质量安全与控制等专业实验贯彻课堂，提高应用性、实践性教学在课程教学中的分量。通过引入学科专业性强的试验内容，培养学生设计试验、了解试验流程以及掌握数据处理和图表的制作的能力，将试验设计与数据处理过程串联起来，系统的介绍工农专业“试验”内容，如在试验设计部分介绍卵白蛋白的提取实验，而在数据处理部分可以介绍经过试验获得数据的记录和分析，做到课堂教学与实践教学紧密相连。此外，鉴于课时所限，可以给出一些规范性的数据处理模板或规范的图表制作示范，让学生在课余时间完成。

2.3 改革考核内容与方式

考试是评价教学效果的一种最直接的方法，是对学生所学知识和所掌握能力的检查。由于《试验设计与数据处理》有别于其他专业课程，建议把课外作业得分纳入期末成绩的计算中，强调平时成绩的占比，可由常规的30%提高到50%。同时考核方式可以由传统的纸质试卷转向计算机，重点考查学生对数据处理各个环节的理解和掌握。或者可让每位同学根据自身对于专业的兴趣和擅长，进行独立的实验设计，重点考察试验设计的科学性，以课程论文的形式进行提交，此部分占总成绩的50%。通过这些环节可综合考察学生对知识应用能力。

2.4 教学目标与课程定位的统一

对于工农专业的绝大多数学生而言，在学习和工作中，绕不开“试验”。以仲恺农业工程学院食品专业为例，其毕业考核多以完成实验性的论文为依据，毕业后70%选择对口的企事业单位，18%选择考研[2]，这些都与"试验"息息相关。对于食品行业而言，工艺的改进、新产品的研发和产品质量的提高等都需要经过大量的试验来获得，而科学的试验设计和恰当的数据处理方法可以减少试验次数、获取最优方案。这就要求从业人员具备相应的专业知识。另一方面，学生们考研热情逐年高涨，截止2019年，仲恺食品专业考研报名率接近30%，研究生对于试验设计和数据处理能力的要求更高。而在本科阶段的众多通选课和专业课中，只有《试验设计与数据处理》能够在试验设计和数据处理等科研技能方面对学生进行系统的培训。因此，为了满足毕业、就业、升学的需求，本课程的教学目标是使学生能够独立的设计试验方案和正确的分析实验数据，使学生掌握试验技能，培养学生在科研方面的基本素养。

在仲恺农业工程学院，《试验设计与数据处理》作为食品类本科生的专业基础课，其学时为36学时，记2学分。其课程设定目标在于，希望通过该课程的学习，学生能够从理性和感性层面上认识专业实验课的设计思路，掌握试验数据的处理方法和书写准则。在后续参与创新实验和完成毕业论文的过程中，能够科学的设计试验，合理的处理和分析试验数据。通过理论与实践的相互渗透，培养学生的逻辑思维能力，培养学生发现、分析和解决问题的能力，培养大学生独立开展科研工作的能力和创新思维能力。

3 结语

《试验设计与数据处理》是一门重要的工具课，具有实用性。笔者以仲恺农业工程学院食品科学类本科生培养为例，希望以点及面，为该课程更好的服务各个院校本科生培养提出一点建议。力争将本课程建设成能够促进学生的全面发展的一门不可缺少的专业基础课，同时也成为深受学生喜爱的一门课程。