《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程教學改革的思考

王驥月，叢 茜，田為軍

(吉林大學 工程仿生教育部重點實驗室 長春 130022)

·課程教學改革·

《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程教學改革的思考

王驥月，叢 茜，田為軍

(吉林大學 工程仿生教育部重點實驗室 長春 130022)

通過分析《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程在吉林大學的教學現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)本門課程在教學上存在授課系統(tǒng)性不足、例題的專業(yè)針對性弱、例題庫不完善等三方面問題。針對以上問題，文中提出從授課方式和考查方式入手對本門課程進行教學改革，具體分為教學內(nèi)容系統(tǒng)化、例題講解動畫化、例題庫專業(yè)化和考查方式全面化四個方面。希望通過全面、立體的教學方式，讓學生充分領(lǐng)略本門課程的精髓，達到在實踐中靈活應(yīng)用的教學目的。同時，經(jīng)過分析可知，本改革方法切實可行，并適合推廣使用。

試驗設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計；教學改革；試驗優(yōu)化

《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的宗旨是教會學生用盡可能少的試驗次數(shù)獲得高精度的、最優(yōu)的試驗結(jié)果。其本質(zhì)是一種幫助人們設(shè)計試驗的工具，可應(yīng)用于汽車、機械、材料、交通、生物、食品、醫(yī)學等涉及試驗的各種學科門類?，F(xiàn)今，試驗優(yōu)化設(shè)計技術(shù)已經(jīng)相當先進，具備設(shè)計靈活、計算簡便、試驗次數(shù)少、優(yōu)化成果多、可靠性高、適用面廣等優(yōu)勢。同時，由于其方法多、公式多、表格多，也為初學者帶來相當大的困難。因此，以改進現(xiàn)有教學方式的不足，實現(xiàn)更好的教學效果為目的，對《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程進行教學改革，勢在必行。

1 《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學現(xiàn)存問題

《試驗優(yōu)化設(shè)計》作為一種試驗設(shè)計工具，有著與時俱進的特點，即隨著時代的發(fā)展和科技的進步，更優(yōu)越、更高精度的試驗設(shè)計方法在不斷涌現(xiàn)。同時，各種試驗設(shè)計方法在實際應(yīng)用中，因?qū)I(yè)領(lǐng)域不同有一定的適用范圍，比如混料回歸設(shè)計，顧名思義是針對若干種不同物質(zhì)進行混合配比的一種試驗設(shè)計方法，其適用范圍包括化學、材料、食品等與物料配比相關(guān)的領(lǐng)域。而試驗設(shè)計最突出的特點是方法多、公式多、表格多，這一點對于初學者來說，可謂是一大難點。

吉林大學工程仿生教育重點實驗室。在《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的實際教學過程中發(fā)現(xiàn)：(1)學生在學習單個試驗設(shè)計方法時領(lǐng)悟得還可以，可是等到試驗方法積累到一定數(shù)量后，大多學生會發(fā)現(xiàn)，多種方法在腦中混沌一片，無法形成系統(tǒng)，更無法將實例與方法相對應(yīng)，找到真正最適合實際應(yīng)用的試驗設(shè)計方法。(2)在對試驗設(shè)計方法的實際應(yīng)用進行舉例說明時，由于本課程的廣泛應(yīng)用性，多種專業(yè)的學生同堂上課的情況十分普遍，而不同專業(yè)的學生對實例中的試驗環(huán)境認知程度不同，甚至有不能理解試驗環(huán)境的情況出現(xiàn)，這直接影響到學生對例題的學習效果。例如，在一個包含農(nóng)業(yè)機械、生物工程和食品科學三種專業(yè)的班級里，當所舉實例的對象為機械設(shè)備時，食品專業(yè)和生物專業(yè)的學生大多不明白疲勞極限、磨損階段、屈服應(yīng)力這些術(shù)語。因而，當講到因素、水平、極差等正交表術(shù)語時，所舉的實例對于食品專業(yè)的學生來說，理解起來將比農(nóng)業(yè)機械專業(yè)的學生困難很多，而試驗環(huán)境并不是課程的重點，由于課程進度安排的限制，老師不可能解釋那么多的專業(yè)術(shù)語，只能靠學生自己解決，學生課上的反應(yīng)速度將會變慢，聽課效果也受影響。(3)面向不同專業(yè)的學生開設(shè)《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程，由于使用的是同一課本，書中例題因編者意圖限制而有專業(yè)方向上的側(cè)重，這樣在教學過程中就會出現(xiàn)書中例子與在座學生專業(yè)差異大的情況，如此一來，學生會在對大量公式無法全面理解的前提下，又因?qū)}的理解有障礙，從而失去學習的興趣甚至喪失努力學好這門重要課程的想法。

2 《試驗優(yōu)化設(shè)計》教學改革方法

2.1 授課方式改革

目前，現(xiàn)有授課方式為教師利用PPT呈現(xiàn)書中的相關(guān)公式、表格和例題，按照教學大綱的要求，在有限的學時內(nèi)，將必需的知識點講授給學生。這種平鋪直敘的教學方式，因教學內(nèi)容不同具有相應(yīng)的優(yōu)缺點。在《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的教學過程中我們發(fā)現(xiàn)，因本門課程方法多、公式多、表格多[1]，在單純用PPT輔助教學的過程中，所呈現(xiàn)的內(nèi)容盡管較書上簡練、重點突出，但依舊不夠系統(tǒng)。由于方法對比和知識梳理環(huán)節(jié)受課時限制基本沒有，這導致學生學習起來常常出現(xiàn)混亂和混淆，不利于知識的全面、系統(tǒng)掌握；在舉例過程中，由于例題背景中專業(yè)術(shù)語較多，且難以與在座學生的專業(yè)全面匹配，而老師又很難抽出寶貴的上課時間為學生解釋每個專業(yè)術(shù)語，以幫助學生更好的理解例題，所以，例題的作用與效果被一定程度的削弱了；書中所舉實例，受編書時間和目的的限制，有一定的局限性和專業(yè)側(cè)重，僅講解書上例題會導致實例的時效性和專業(yè)針對性無法體現(xiàn)，出現(xiàn)學生學習興趣不濃、熱情不高的現(xiàn)象。

針對以上三種現(xiàn)象，我們考慮進行如下改革。

2.1.1 教學內(nèi)容系統(tǒng)化

將書中的知識點按當前最新大綱的要求，依照重要程度和使用頻率，調(diào)整順序后做成PPT。對于試驗設(shè)計中類似的方法和過程，在一一講解的過程中滲透其他方法的存在和作用，當所有類似方法全部講解完后，將各試驗設(shè)計方法間的異同點總結(jié)成表格，并舉例說明差異之處。例如，對某產(chǎn)品進行電腐蝕刻線，刻線深度y與腐蝕時間z有關(guān)，控制z在10～90 s內(nèi)，并將其分5個水平進行試驗。在設(shè)計試驗時，一次回歸正交設(shè)計部分設(shè)計和一次回歸正交設(shè)計整體設(shè)計都能滿足設(shè)計要求，但兩種方法中都需用到的零點重復試驗，在不同方法中的作用卻不盡相同，如果僅是單獨講解兩種方法，學生在實際應(yīng)用中，很容易因混淆而用錯公式，造成計算錯誤，導致試驗設(shè)計失敗。若在兩種方法都講解清楚后，將其異同點以表格形式列出，并重點強調(diào)實際應(yīng)用中需要注意的地方，使教學更系統(tǒng)，便能很好的解決混淆的問題。老師在課上的知識梳理與總結(jié)，與學生自己進行總結(jié)相比較，不但能為學生節(jié)約大量課下時間，而且能在梳理過程中高效地掃除學生理解上的偏差[2]。

2.1.2 例題講解動畫化

以Flash動畫形式表現(xiàn)例題中的試驗背景，所有涉及專業(yè)術(shù)語的部分都通過簡單的動畫解釋其含義。這與教師口述，或以文字形式表述來解釋相比較，不但節(jié)約課上時間，而且更加生動、容易理解接受。即使課上學生的理解程度不夠，課下也可用課件自學、復習相關(guān)內(nèi)容，學習效率較之前大大提高[3]。

2.1.3例題庫專業(yè)化

(1)例題的專業(yè)性要與選課學生相適應(yīng)。這就要在充實題庫的前提下，將例題按專業(yè)領(lǐng)域不同而分門別類。針對不同專業(yè)的學生，選取不同專業(yè)類別的例題進行講解。例如：面對材料專業(yè)的學生，例題為，對某產(chǎn)品進行表面腐蝕，腐蝕深度y與腐蝕時間z有關(guān)，若腐蝕時間控制在10～20 h內(nèi)，并且希望腐蝕時間分5個水平進行實驗，試用一次回歸正交設(shè)計求其回歸方程；面對機械專業(yè)的學生，例題為，研究離合器片摩擦系數(shù)的變化規(guī)律，選定結(jié)合壓力z1，滑摩速度z2，表面溫度z3三個試驗因素，試進行回歸設(shè)計。這樣學生在學習新知識的過程中，會感到更加親切、熟悉，與專業(yè)知識相聯(lián)系后，學生對本門課程的作用會有更深刻的認識，在發(fā)掘課程價值之余，學習熱情也會有所增加，學習效果會更好。

(2)例題的與時俱進也是例題庫專業(yè)化的一個重要環(huán)節(jié)，緊跟時代步伐、涉及最新科技的試驗背景，既能吸引學生的眼球、引起他們的興趣，又能帶給學生額外的科技信息，將難于理解的公式、表格生動化、充實化、立體化，更有利于學生對本門課程的學習。

2.1.4 可行性分析

教學內(nèi)容系統(tǒng)化在過去因受到課時限制無法很好實現(xiàn)，但在新的CAI課件的輔助下，教師在基礎(chǔ)知識說明和例題講解中講課效率大大增加[4]，節(jié)約了足夠的時間用于梳理知識點，因此，教學內(nèi)容系統(tǒng)化與例題講解動畫化相輔相成，在例題庫專業(yè)化的輔助下可達到更佳的教學效果。

2.2 考查方式改革

2.2.1 考查方式改革

2.2.2 可行性分析

為實現(xiàn)以上所述的考查方式改革，僅需額外編寫實驗指導書，并在上機部分為學生留出一個課時的時間，讓學生自行在學校的計算機中心或用自己的電腦完成實驗，以上交電子版實驗報告的形式考查實驗完成效果。實驗和作業(yè)能夠讓學生在實踐中得到“用理論知識解決實際問題”的快樂，使教學過程更全面、更立體[5]，同時鍛煉了學生對知識的實際應(yīng)用能力，讓學生對本課程知識的掌握更加牢固[6]。

3 結(jié)束語

本文從現(xiàn)存問題和改革方法兩方面對《試驗優(yōu)化設(shè)計》課程的教學改革進行了思考，提出了授課方式改革和考查方式改革的具體做法，并分析了其可行性。作為一門應(yīng)用廣泛的工具式學科，教學成果的獲得除了需要以上所述的相關(guān)改革之外，還需要授課老師具備相當?shù)膶I(yè)素質(zhì)和教學能力，只有在優(yōu)秀教師的努力實施下，教學改革才能大放異彩，獲得成功。

[1]陳紅,黃海東.《試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程教學改革的探討[J].農(nóng)機化研究,2004(2):266-267.

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[5]任露泉. 試驗設(shè)計及其優(yōu)化[M]. 北京：科學出版社，2009：16-19.

[6]高玲,孫忠梅,蔡艷嫦. 培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型本科人才的實踐教學改革[J]. 實驗科學與技術(shù),2013，11(1):130-133.

[7]韓有鋒.《機械基礎(chǔ)》一體化教學改革與探索[J].中國校外教育,2012(10):56.

Thinking on the Teaching Reform ofOptimumExperimentalDesigns

WANG Jiyue, CONG Qian, TIAN Weijun

(Key Laboratory of Bionic Engineering of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China)

By analyzing the teaching status of theoptimumexperimentaldesignscurriculum in Jilin University, we find this course have three-aspect problems in teaching. The problems are lack of systemic in teaching, examples being not match with the majors, and example bank being not perfect. To solve the above problems, this paper puts forward the teaching reform method. The reform is about teaching methods and examination methods, including four aspects, which making the teaching content systematization, teaching examples by applying flash, making the example bank professionalization, and making the examination methods completion. We hope that through the comprehensive, three-dimensional teaching method, students could appreciate the essence of this curriculum, then achieving the teaching purpose of flexible application in practice. At the same time, through the analysis, the reform method is feasible and suitable for promotion.

experimental design; optimum design; educational reformexperiment; test optimization

2013-06-28；修改日期：2014-03-22

吉林省高等教育教學研究課題；教育部“本科教學工程”“專業(yè)綜合改革試點”項目；吉林大學第三批重大教學改革項目(ZD110107)；吉林大學高水平研究生課程體系建設(shè)項目(20102227)；吉林大學本科教學改革研究項目(2013135)。

王驥月(1989-)，女，博士研究生，研究方向：試驗優(yōu)化技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用。

叢 茜(1963-)，女，博士，教授，博士生導師，主要從事試驗優(yōu)化設(shè)計教學與研究，仿生科學與工程研究工作。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.057