食品試驗優(yōu)化設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐

杜雙奎 張國權(quán) 于修燭

摘要：本文對食品試驗優(yōu)化設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)觀念等方面改革與實踐進行分析闡述，旨在構(gòu)建合理的課程結(jié)構(gòu)體系，加強學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，以期為提高食品科學(xué)相關(guān)專業(yè)食品試驗設(shè)計、優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量提供新思路。

關(guān)鍵詞：食品試驗優(yōu)化設(shè)計；教學(xué)改革；實踐

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2012）03-0013-02

試驗優(yōu)化設(shè)計是以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，按照試驗設(shè)計原理，科學(xué)而合理地提出試驗方案，指導(dǎo)試驗的正確實施，達到以最經(jīng)濟的試驗投入獲得盡可能多的數(shù)據(jù)信息；然后用科學(xué)的統(tǒng)計處理方法進行數(shù)據(jù)分析，得出可靠的結(jié)論以指導(dǎo)生產(chǎn)及科研實踐[1]。試驗優(yōu)化設(shè)計是對試驗進行優(yōu)化設(shè)計與分析的一種現(xiàn)代通用技術(shù)，是各種工程人員必備的基本能力[2]。食品試驗優(yōu)化設(shè)計是試驗優(yōu)化設(shè)計在食品科學(xué)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，是食品科學(xué)與工程以及相關(guān)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握試驗設(shè)計的基本原則及常用方法，培養(yǎng)學(xué)生從事試驗研究工作的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實、理論聯(lián)系實際的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生獨立地獲取知識和綜合運用知識的能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使其成為高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，我們不斷總結(jié)，不斷完善，基本形成比較系統(tǒng)的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，建成 “食品試驗優(yōu)化設(shè)計精品課程網(wǎng)站”。現(xiàn)就本課程教學(xué)談幾點體會與思考，以期與同行進行交流。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果

選取優(yōu)秀的教材，是課程教學(xué)取得良好效果的重要基礎(chǔ)。為滿足食品科學(xué)與工程專業(yè)、食品質(zhì)量與安全專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)要求以及未來食品企業(yè)的研發(fā)需要，結(jié)合專業(yè)情況和教學(xué)實踐經(jīng)驗，我們編寫了“十一五”規(guī)劃教材——《試驗優(yōu)化設(shè)計與統(tǒng)計分析》，并于2010年6月由科學(xué)出版社出版。該教材在內(nèi)容上重點突出了應(yīng)用性和實用性，減少了復(fù)雜的、抽象的數(shù)理統(tǒng)計公式的推導(dǎo)，強化了理論與實際的結(jié)合。例如，刪除統(tǒng)計概率計算，強化顯著性檢驗的應(yīng)用和理解；弱化多元統(tǒng)計分析、可線性化回歸分析內(nèi)容，強化和突出了正交試驗設(shè)計、均勻設(shè)計以及回歸設(shè)計內(nèi)容；增添了許多與食品相關(guān)的、反映現(xiàn)代食品科研水平的典型案例；增加了常用統(tǒng)計軟件Excel在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用內(nèi)容。通過以該教材為基礎(chǔ)內(nèi)容的講授與學(xué)習(xí)，使學(xué)生迅速掌握試驗優(yōu)化設(shè)計的思想和數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)學(xué)生從事科研工作的能力，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力。對食品科學(xué)與工程學(xué)院近年來的學(xué)生畢業(yè)論文進行抽樣分析可以看出，單因素試驗設(shè)計、正交試驗設(shè)計的利用率高達90%以上。學(xué)生能緊密結(jié)合食品生產(chǎn)，正確地進行選題、設(shè)計和實施，正確運用適宜的統(tǒng)計方法對試驗結(jié)果進行分析，得出合理的有效結(jié)論。

二、改革教學(xué)方法，加強學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

食品試驗優(yōu)化設(shè)計是一門既有理論又有實踐的專業(yè)基礎(chǔ)課。在教學(xué)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。在教學(xué)方法上，要改變傳統(tǒng)的“灌輸式”、“填鴨式”的教學(xué)方式，更多地采用啟發(fā)式、討論式和答疑式等，給學(xué)生營造多樣性的學(xué)習(xí)空間。在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求、重點、難度，分別采用不同的教學(xué)方法，取得了較好的效果。

對試驗優(yōu)化設(shè)計的基本概念、基礎(chǔ)理論以講授為主，力求深入淺出、講深講透。例如，本課程最重要、最基礎(chǔ)的內(nèi)容“方差分析的基本思想和步驟”一節(jié)，采用啟發(fā)式講授，首先給出某食品企業(yè)不同污水處理方法的實驗結(jié)果，然后引導(dǎo)學(xué)生分析實驗結(jié)果的差異性及其原因，最后引出方差分析統(tǒng)計量的構(gòu)造方式、顯著性檢驗等；對于復(fù)雜的數(shù)理統(tǒng)計公式，淡化推理過程，著重講清分析思路，啟迪學(xué)生的邏輯思維能力；對于統(tǒng)計圖表的繪制，如直方圖、回歸圖、折線圖、因素水平趨勢圖等，則采用Excel軟件現(xiàn)場演示說明，介紹如何利用繪圖向?qū)?，根?jù)試驗數(shù)據(jù)性質(zhì)選擇合適的圖表類型，添加趨勢線、誤差線、次坐標(biāo)等，如何完善圖表格式使其規(guī)范化等，使學(xué)生的計算機應(yīng)用知識與專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容有效對接，從概念到方法、從理論到技術(shù)，全面加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

對于適宜自學(xué)的內(nèi)容，則采用討論法，例如，“多因素試驗設(shè)計”一節(jié)，首先安排學(xué)生自學(xué)，根據(jù)前邊掌握的知識提出設(shè)計方法，然后分組討論，分析不同方法的優(yōu)缺點，最后由教師總結(jié)、歸納，啟發(fā)學(xué)生提出問題、分析問題，最終解決問題。在這種教學(xué)方式中，學(xué)生是主體，能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，學(xué)生自學(xué)能力、思維能力、表達能力等得到全面鍛煉與提高。

對計算內(nèi)容較多的章節(jié)，輔以大量作業(yè)加強練習(xí)。譬如，基本統(tǒng)計量計算、假設(shè)檢驗、方差分析、回歸分析等必須掌握的內(nèi)容，在重點講清分析思路和分析過程的基礎(chǔ)上，安排一定數(shù)量的作業(yè)讓學(xué)生訓(xùn)練。同時，積極指導(dǎo)學(xué)生正確使用相關(guān)統(tǒng)計軟件去分析有關(guān)問題。譬如，指導(dǎo)學(xué)生使用Excel軟件進行批量樣本的統(tǒng)計量計算、單雙樣本數(shù)據(jù)假設(shè)檢驗、單（雙）因素試驗資料方差分析、回歸分析等；指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用DPS軟件完成復(fù)雜的方差分析和回歸分析，正確應(yīng)用DPS進行正交試驗設(shè)計、均勻試驗設(shè)計和回歸設(shè)計等。這種教學(xué)方法不僅可以使學(xué)生及時鞏固所學(xué)內(nèi)容，而且也能提高學(xué)生的實踐動手能力，對疑難問題能夠得到及時解決。

食品試驗優(yōu)化設(shè)計課程有著比較深的邏輯性和數(shù)學(xué)理論，是應(yīng)用數(shù)學(xué)的應(yīng)用再現(xiàn)。數(shù)學(xué)知識的缺乏，會加重學(xué)生學(xué)習(xí)的思想負擔(dān)，嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量。因此，在第一節(jié)課，首先給學(xué)生進行啟發(fā)性說明，講清本門課程的學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)方法以及如何克服數(shù)學(xué)障礙等，消除學(xué)生學(xué)習(xí)憂慮、增強學(xué)習(xí)信心是必要的。我們引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識食品試驗優(yōu)化設(shè)計課是一門應(yīng)用性較強的工具課，不是數(shù)學(xué)課。作為工具課，關(guān)鍵應(yīng)在應(yīng)用中去學(xué)習(xí)，邊應(yīng)用邊學(xué)習(xí)掌握。在學(xué)習(xí)時，貴在領(lǐng)會基本試驗設(shè)計思想，進而掌握必要的設(shè)計方法，最終才能靈活地運用到實踐中。在授課中，我們多以本院研究生、本科生近年的優(yōu)秀畢業(yè)論文、試驗數(shù)據(jù)為講解素材，深入淺出地分析其研究論文的設(shè)計思想、設(shè)計方法以及數(shù)據(jù)處理，取得了理想的教學(xué)效果，學(xué)生滿意度達到98%，學(xué)生評教成績一直保持在93分以上。

在考試命題上，打破傳統(tǒng)，避免死記硬背的應(yīng)付式考查，注重學(xué)生的知識應(yīng)用能力和分析問題能力的考查。譬如，設(shè)計單因素試驗方差分析結(jié)果的說明、正交試驗結(jié)果的分析說明、多因素試驗的靈活設(shè)計等試題。由近5年學(xué)生考卷分析來看，90%以上的學(xué)生基本掌握常用試驗設(shè)計方法，能夠進行合理的數(shù)據(jù)處理，達到預(yù)期的教學(xué)目的。譬如，學(xué)生可以正確運用所學(xué)的全面試驗設(shè)計、正交試驗設(shè)計等方法進行嚴(yán)密的試驗設(shè)計，能正確運用數(shù)據(jù)處理方法進行數(shù)據(jù)分析，給出合理的結(jié)論。

實行科學(xué)的考核評價。學(xué)生總評成績由平時成績、筆試成績及實踐成績?nèi)糠纸M成，其中平時成績占20%、筆試成績占50%、實踐成績占30%。平時成績主要考核學(xué)生的上課狀態(tài)與作業(yè)完成情況，可杜絕平時不認(rèn)真上課、不做作業(yè)的現(xiàn)象；筆試成績主要考核學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決和分析具體問題的能力；實踐成績主要考核學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計軟件處理分析實際數(shù)據(jù)的能力。采用綜合評定考核方法更能客觀地反映出學(xué)生的真實水平，綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也可以反映出教師授課的實效和存在的不足，以便及時改進，逐步提高授課質(zhì)量。

三、采用多媒體教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

伴隨教學(xué)內(nèi)容的改革，在教學(xué)中，我們根據(jù)所授內(nèi)容，借助現(xiàn)代化多媒體進行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，教學(xué)效果較好。通過現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了教學(xué)效果，而且為學(xué)生創(chuàng)造一種全新的知識探求方法和學(xué)習(xí)方法[3]。多媒體教學(xué)的應(yīng)用，豐富了教學(xué)內(nèi)容，使授課生動活潑；可將多種圖表直觀生動地投射給學(xué)生，使復(fù)雜的理論更加容易理解。同時，多媒體教學(xué)使數(shù)據(jù)處理軟件的演示和講解成為可能，為課程的應(yīng)用化和實用化提供有效的平臺。通過講解演示，學(xué)生掌握了相關(guān)的常用數(shù)據(jù)處理方法，能夠運用Excel進行基本統(tǒng)計運算，運用DPS進行多元統(tǒng)計回歸分析和方差分析，應(yīng)用Design expert進行響應(yīng)面設(shè)計、模型建立與分析等。近5年，食品科學(xué)與工程學(xué)院本科生、研究生科研論文中的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用更為嚴(yán)謹(jǐn)合理，論文數(shù)量與質(zhì)量明顯提高。

四、更新教學(xué)觀念，注重學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)

在教學(xué)過程中，要把傳授知識、培養(yǎng)能力和提高綜合素質(zhì)緊密地結(jié)合起來，對學(xué)生進行辯證性思維教育，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新精神；通過指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力；通過批改作業(yè)和耐心答疑，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

經(jīng)過幾年的探索與實踐，食品試驗優(yōu)化設(shè)計課程的教學(xué)效果得到了提高，在學(xué)校教學(xué)質(zhì)量建設(shè)評估中獲得可喜成績。2004年 “食品試驗優(yōu)化設(shè)計多媒體課件建設(shè)”項目通過學(xué)校驗收合格。2006年 “食品試驗優(yōu)化設(shè)計”獲得校級精品課程。2007年杜雙奎主講“食品試驗優(yōu)化設(shè)計”獲校級青年教師講課比賽二等獎。

總之，食品試驗優(yōu)化設(shè)計是食品科學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和實踐能力有著重要的作用，是食品工程人員必備的基本能力，是未來食品工程師共用的語言。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，科研、生產(chǎn)的不斷發(fā)展，食品試驗優(yōu)化設(shè)計必將不斷地發(fā)展和完善，其應(yīng)用也必將越來越廣泛。只有我們不斷改革教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動獲取知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，才能培養(yǎng)出全面發(fā)展的科技創(chuàng)新人才。

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