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试验设计与数据处理课程改革探索

2012年第3期
蒋长兴(淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江苏 淮安 223001)
 
摘  要:科学的试验设计和正确的数据处理是每一个科研工作者必须具备的基本素质。结合食品科学专业的特点,对食品科学专业《试验设计与数据处理》课程的课程定位、教学目标、课程设计的理念和思路、教学内容的选取、教学实施方法等方面进行了系统的研究与探索。
关键词:试验设计;数据处理;课程改革  G420
  
 
《试验设计与数据处理》是淮阴工学院食品科学相关专业学生第五学期开设的一门必修课。它是以概率论、数理统计、专业知识和实践经验为基础,经济、科学地安排试验,并对试验结果进行计算、分析,最终达到减少试验次数,缩短试验周期、找到优化方案的一种科学计算方法[1]。它主要应用于食品工业生产和科学研究,是新产品设计开发、质量管理和科学研究的重要工具和方法。
 
1 课程定位和教学目标
《试验设计与数据处理》是一门理论和实践结合紧密,实用性很强的工具课、方法课和实验技能课。通过对本门课的学习要求学生达到的知识目标是掌握试验设计和数据统计分析的基本原理和基本方法。能力目标是熟练掌握数理统计、试验设计(正交设计)以及数据分析(方差分析、回归分析等)等内容,具备实际动手操作和利用计算机撰写课程论文的手段,达到能独立完成毕业设计的基本要求,并具备在工作岗位上独立进行科研开发的基本素质和能力。
 
2 课程设计
2.1 理念和思路
该课程在设计理念上,以食品科学专业岗位对生物统计知识和能力需求为导向,以能力培养为本位,以数据收集、数据分析、试验设计、软件应用四个项目为载体,将项目内容分解为七个工作任务用以培养和训练学生的职业岗位能力,在教学过程中,以学生为主体,教、学、做一体化,其主要理念如下:
2.1.1 基于学生为主,教师为辅的教学过程的课程设计理念
采用行动导向的过程教学,教师通过制定工作任务书进行具体内容设定,通过学生自己计划、实施、修正、修改等环节真正实现“学中做、做中学”,教师只是针对性的讲授、示范、引导,有效的实行“工学结合”。
2.1.2 基于以学生职业素质培养与提高的课程设计理念
整个教学环节突出过程考核,强调对学生的综合评价,不仅对知识和技能提出要求,同时将学习过程中的方法、态度、情感、价值观等融入评价体系,在教学过程中提高学生的职业素质。
课程设计思路:本课程从应用的角度出发,基于工作过程采取由简到难的原则,以项目为导向,以典型工作任务为驱动,设立课程教学内容,通过教师指导学生开展自主学习完成工作任务,实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验,从而形成职业能力。本课程包括个7工作任务:数据资料的整理;平均数、变异数、标准差;方差分析;回归分析;正交试验设计;均匀设计;EXCEL、正交设计助手、SPSS等数据统计软件的应用。这些任务突出对学生职业能力的训练,融“知识、技能、态度”为一体,在教学评价方面采取过程评价与效果评价相结合的形式,使学生达到学会、会学、会用。课程总学时32。
2.2 教学内容的选取
2.2.1 重视教学内容的实用性
是根据课程目标, 选择达到目标的知识、技能、职业态度等内容进行学习。食品科学专业毕业生的就业岗位群包括食品生产工艺管理人员、检验人员、现场质量管理人员以及新产品设计开发工程师的助手等生产一线的技能应用性岗位。因此, 本课程的教学内容应围绕目前食品生产和科学研究中最常用的试验设计和统计分析方法进行, 包括数据处理、方差分析、正交试验设计、直线回归及Excel、正交设计助手、SPSS软件的应用等。
2.2.2 教学内容应突出专业特色
本课程的内容主要参考李云雁主编《试验设计与数据处理》,教学中根据学生学习目标能力的要求对教学内容进行了增删。其中,以较大的篇幅讲解试验设计、数据分析方法和应用实例。例题多采用与食品科学专业联系密切的知识,这些具有突出专业特色的教学内容,其针对性比较强,便于学生在学习结束后,能根据例题在模仿和参考的基础上独立地进行毕业论文和试验设计,开展课题研究,由此培养了学生的科研素质和创造精神,有利于学生在工作岗位上更快地转换角色,及早做出突出成绩。
 
3 教学实施
3.1 教学组织与学习情景
本课程的特点是内容多、公式多、图表多、计算多且过程复杂。学生虽已先修完《高等数学》等相关课程,具备了一定的数学基础,但大多数同学仍感到数理统计很抽象, 难于理解。对班级学生调查发现,普遍认为本课程难学,部分同学认为就如听天书一样,因此易产生厌学情绪。
3.2 教学手段与方法
3.2.1 启发式教学法
进行启发式教学,加强师生互动在注重教师主导作用的同时,强调学生的主体性,采用启发、互动式教学,调动学生参与教学的积极性和能动性,鼓励学生对书本质疑和对教师超越。例:绪论教学中引入试验设计发展史、试验设计的应用案例,激发学生的学习兴趣。比如引入试验设计的经典示例:1949年,日本电讯研究所研制的“线形弹簧继电器”,运用正交设计技术,对数十个特性值、2000多个变量进行研究,制造出比竞争对手美国西方电器公司先进、价廉的产品,给该所带来几十亿美元的效益。日本将试验设计技术誉为“国宝”。这个例子使学生充分认识到学习本课程的重要性。绪论中除介绍发展史外,还演示一篇食品学术期刊上的研究论文和往届毕业生的毕业论文,让学生意识到,学不好本课程,不仅没法完成毕业论文,而且连看学术期刊都有问题,极大地调动学生的学习积极性和主动性。
3.2.2 多媒体辅助教学法
尽可能采用多媒体辅助教学。利用大屏幕投影、电子教室、电子教案等现代化教学手段,全方位对学生实施情景教学,减少板书时间,加大课程信息量,使学生对所学知识产生直观映像[2]。多媒体技术增强了课堂气氛,提高了学生的学习兴趣,把教师从完全板书中解脱出来(仅做必要的板书),从而提高教学效率,达到传统教学手段无法比拟的效果。
3.2.3 理实一体教学法
试验设计与数据处理是一门实用技能课,也是一门工具课,但由于理论性强、抽象、难懂难记,只有将授课内容运用到实际问题中,通过试验验证才容易被学生理解和掌握,因此教师适当减少在课堂上的讲授时间,给学生提供动手、动脑和独立思考的机会。具体地说,安排试验设计课,让学生自己动手设计实验并获取数据,然后上机实习,利用统计软件(如Excel、SPSS软件)处理数据并撰写试验报告,再结合具体实例开展课堂讨论,这样不仅使学生理解、记忆、消化了所学知识,还加强了实践动手能力。这种重在参与的、新颖的上课形式,极大地调动了学生的学习热情和兴趣,是巩固课堂教学内容、培养学生思维能力和解决问题能力的一种切实可行的有效方法。
3.2.4 案例教学法
增加案例教学, 提高学生的综合能力案例教学可以给学生具体直观的感觉, 增加学生的感性认识, 提高学生的学习积极性。如选择一篇采用目前食品科学研究中最常用的正交试验设计的论文作为案例,从立题、资料查阅、设计试验、结果分析,最后撰写论文全方位讲解;解读论文作者如何确定试验因素、试验水平,如何将单因素试验与正交试验结合起来应用,根据单一素试验结果确定正交试验的因素和水平数,进而通过正交试验获得最优的因素水平组合。通过这种方式,学生掌握了如何将所学知识综合应用的能力,在进行毕业论文的试验研究和论文撰写时,都能够顺利完成。
3.3课程考核
考试是促进学生学习、检验学习成效的一种重要手段。为了克服平时不认真、一到考试就死记硬背突击过关的弊端,激发学生平时自主学习的能动性,必须改变“一张考卷定终身”的传统考核方法[3]。由于该课程的自身特点,在考核内容和考核目标上必须依据本课程的教学大纲和教学要求,除强调平时作业、实验实习外,在课程考试中主要侧重试验设计部分,重点考察如何设计试验并对结果进行数学分析,最后得出可信的结论,而不是要求学生去死记硬背一些概念、公式和定理[4]。所以考核形式以开卷考试为适宜。将平时成绩与期末成绩相结合,进行综合评定,如课堂提问占10%,作业占20%,试验论文占10%,期末考核占60%等。通过这些环节可综合考察学生的学习效果,教师也可从中看到自己授课中取得的成绩和存在的不足,以便于及时改进,逐步提高授课质量。
 
4 结论
课程教学应适应社会、科技的发展及人才培养的需要,以注重受教育者思维能力、动手能力培养的为主要目的,不断改革教学模式。我们在进行试验设计与数据处理的教学过程中,通过对教学目标定位、课程设计的理念和思路、教学内容的选取、教学实施方法的探索,取得一定的实效并发现,新的教学方式极大提高了学生的学习积极性和主动性。
 
参考文献
[1]邵平,孙培龙,孟祥河.工科院校食品学科试验设计与数据处理教学模式研究[J].中国农机化,2009,(2):89-91.
[2]李延伟,姚金环.浅谈化学化工专业试验设计与数据处理课程教学方法[J].广东化工,2008,35(8):176-178.
[3]陈红,黄海东.《试验设计与数据处理》课程教学改革的探讨[J].农机化研究,2004,(2):266-267.
[4]惠明,田青.生物工程专业《试验设计与数据处理》的教学探讨[J].河南科技学院学报,2009,37(1):159-162.
 
作者简介:蒋长兴(1975-),男,博士,从事食品加工技术方面的教学和科研工作。
   
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