農(nóng)業(yè)工程類研究生“試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法”案例教學(xué)模式探討

王瑞麗 白曉虎 秦軍偉 李軼

摘 要：試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法是農(nóng)業(yè)工程類研究生必須掌握的一種科研手段，主要講述科學(xué)試驗和數(shù)據(jù)分析方法，在研究生課題以及教師科研中應(yīng)用廣泛。采用案例教學(xué)法，詳細解讀發(fā)表在農(nóng)業(yè)工程學(xué)科權(quán)威期刊《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》和《農(nóng)業(yè)機械學(xué)報》的科研文章，分析其試驗?zāi)康摹⒃囼炘O(shè)計和數(shù)據(jù)分析方法，并進行試驗結(jié)果的再分析。同時對比再分析結(jié)果與原文結(jié)論，如有不同分析其原因。通過案例分析與實踐，研究生能充分理解并應(yīng)用試驗設(shè)計方法、掌握數(shù)據(jù)分析過程并進行結(jié)果分析，為開展研究生課題研究奠定堅實的試驗設(shè)計與分析基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；研究生教學(xué)；試驗優(yōu)化設(shè)計；數(shù)據(jù)分析；案例教學(xué)

一、前言

“試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法”是沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程類研究生的必修課，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握科學(xué)研究過程中常用的試驗設(shè)計理論和數(shù)據(jù)分析方法，課程內(nèi)容在研究生進行科研中應(yīng)用非常廣泛。統(tǒng)計工程學(xué)院近三年的研究生學(xué)位論文發(fā)現(xiàn)，有80%左右用到本課程的相關(guān)理論和方法。農(nóng)業(yè)工程學(xué)科權(quán)威期刊《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》發(fā)表的文章，內(nèi)容中有試驗研究的論文都用到了本課程的相關(guān)知識，包括單因素試驗、正交試驗設(shè)計、方差分析、回歸分析、響應(yīng)面法設(shè)計等。可見，對于農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的研究生和科研工作者而言，試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法是從事科學(xué)研究非常重要的手段，應(yīng)該很好地掌握并應(yīng)用到實踐中。

目前，本課程在教學(xué)過程中仍以理論講授為主，與實踐結(jié)合不夠緊密，而且概念較多，原理抽象，計算公式冗長復(fù)雜，加上大部分學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，導(dǎo)致很多學(xué)生對課程內(nèi)容理解和應(yīng)用比較困難，體會不到課程的重要性，缺乏學(xué)習(xí)興趣，難以將課程內(nèi)容應(yīng)用到自己的科研實踐中。

案例教學(xué)法是利用各種案件進行研討學(xué)習(xí)，采用開放式、互動式、體驗式的教學(xué)方式，讓學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，從而提高分析問題和解決問題的能力。通過一系列案例的選取，為學(xué)生提供可分析的素材和特定的案例情境，增強學(xué)生對所學(xué)知識的融會貫通，提高學(xué)生的綜合能力。試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法屬于應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，具有非常強的實踐性和應(yīng)用性，需要通過案例課這種教學(xué)模式告訴學(xué)生如何通過科學(xué)合理地安排試驗，在較短的時間內(nèi)達到預(yù)期的試驗?zāi)繕?；如何對試驗?shù)據(jù)進行合理的分析和處理，獲得研究對象的變化規(guī)律，從而達到指導(dǎo)生產(chǎn)和科研的目的。

因此，為了在本課程的教學(xué)過程中體現(xiàn)實踐性、先進性和前沿性，采用案例教學(xué)法就顯得尤為重要，不但可以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中理論與實踐脫節(jié)的問題，而且可以將生產(chǎn)和科研中的最新技術(shù)和最前沿知識及時補充到案例中，有效彌補教學(xué)上時效性差的欠缺，有利于研究生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法案例教學(xué)特點

1. 引導(dǎo)研究生獨立思考

傳統(tǒng)教學(xué)是教師一言堂，教學(xué)方法單一，研究生學(xué)習(xí)主動性差，教學(xué)效果不理想。雖然授課教師教學(xué)經(jīng)驗豐富，講授能力強，因為學(xué)生只是被動地接受，沒有經(jīng)過獨立思考的鍛煉，很難將知識轉(zhuǎn)化成自己的知識和能力。在案例教學(xué)中，要求學(xué)生獨立思考，把枯燥乏味的說教變成學(xué)生主動學(xué)習(xí)后的成就感。學(xué)生經(jīng)過獨立思考，發(fā)表見解，可以看到自己的不足，取長補短，激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性，并從獨立思考和刻苦學(xué)習(xí)中獲得更大的學(xué)習(xí)動力。

2. 加強研究生試驗設(shè)計實踐

通過對案例的詳細解讀，對發(fā)表在權(quán)威期刊的研究論文的試驗?zāi)康?、試驗方法、試驗指標、試驗因素、試驗方案、試驗結(jié)果等每一個環(huán)節(jié)進行剖析，并讓研究生對試驗數(shù)據(jù)進行分析。經(jīng)過對典型案例的分析與實踐，研究生的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析能力均得到顯著提高。

3. 培養(yǎng)研究生科研協(xié)作能力

通過案例分析加強教學(xué)中師生之間、學(xué)生之間的互動和交流。在案例教學(xué)中要求查閱和分析文獻、確定試驗?zāi)康暮头椒?，并采用適當?shù)能浖治鲈囼灲Y(jié)果。研究生需要經(jīng)過多次的小組討論并與教師溝通，在教師的引導(dǎo)下糾正錯誤，加深思考，能力得到鍛煉和提高。同時，這樣的教學(xué)模式也對教師提出了更高的要求以達到教學(xué)相長的效果。

三、試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法教學(xué)中案例教學(xué)的實踐

1. 與試驗優(yōu)化設(shè)計與分析方法相關(guān)的農(nóng)業(yè)工程類應(yīng)用案例的調(diào)研

開展案例教學(xué)的關(guān)鍵在于選用恰當?shù)陌咐Ｓ捎谠囼炘O(shè)計中的概念和理論比較抽象、計算公式較多、設(shè)計方法多樣而且對實踐經(jīng)驗要求較高，因此案例選取要本著應(yīng)用實踐、學(xué)以致用的原則來進行。為了滿足研究生完成研究論文及以后工作的需要，課程組教師首先按照學(xué)科分類，調(diào)研了近三年來農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究生學(xué)位論文以及《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》《農(nóng)業(yè)機械學(xué)報》等一級學(xué)報上近10年的應(yīng)用試驗優(yōu)化設(shè)計方法的文獻，然后結(jié)合研究生培養(yǎng)計劃要求和課程體系，整理歸納，形成了案例庫。

案例包括驗證型案例和探索型案例兩種。驗證型案例一般為已經(jīng)發(fā)表的期刊或?qū)W位論文提供的某個試驗過程。采用驗證型案例教學(xué)時，教師先講授需要學(xué)生重點掌握的基本理論和方法，再提供案例，供學(xué)生學(xué)習(xí)和思考，學(xué)生可以結(jié)合案例提出的問題和數(shù)據(jù)來驗證已學(xué)過的試驗設(shè)計的步驟和數(shù)據(jù)處理方法，將自己得到的結(jié)果和案例提供的結(jié)果進行比較，分析差異，從而更進一步地深化對所學(xué)知識的認識。探索型案例主要是結(jié)合教師科研和學(xué)生的研究進展，針對研究過程中遇到的試驗設(shè)計的問題，要求學(xué)生課后認真研討相應(yīng)案例，廣泛收集資料甚至進行實際試驗，再到課堂上進行交流與匯報。這種案例沒有固定的結(jié)果，試驗因素有哪些，應(yīng)用哪種試驗設(shè)計和處理方法，可能需要隨著研究的不斷深入而動態(tài)調(diào)整，與實踐結(jié)合更緊密，學(xué)生對知識應(yīng)用的體會更深刻，更能夠提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2. 按專業(yè)（或?qū)熆蒲袌F隊）組建研究生學(xué)習(xí)“項目組”的方法

根據(jù)選課學(xué)生導(dǎo)師的科研團隊研究方向，組建研究生學(xué)習(xí)項目組，團隊學(xué)生人數(shù)較多時可再分成小組。重點討論團隊主要研究內(nèi)容，確定相關(guān)試驗設(shè)計方法，實施試驗并進行數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論，使學(xué)生突出研究重點，少走彎路。

3. 以案例討論形式為主的課堂教學(xué)方法設(shè)計

案例教學(xué)常見的教學(xué)形式為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的討論。在案例討論過程中，學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)。教師要鼓勵每個學(xué)生參與到案例的分析與討論中，采用“多鼓勵，少批評”的原則，捕捉學(xué)生的獨特視角和創(chuàng)新思維。根據(jù)學(xué)生參與討論的情況和表現(xiàn)，有針對性地進行引導(dǎo)和總結(jié)，幫助學(xué)生形成合理的思維和邏輯框架，從而提高學(xué)生應(yīng)用試驗設(shè)計方法解決實際問題的能力。

以應(yīng)用不同設(shè)計方法的案例為子項目，從試驗設(shè)計的目的、試驗方法、試驗指標、試驗因素、試驗方案、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論為主線，分別進行教學(xué)方法設(shè)計。采用驗證型案例教學(xué)時，一般是將案例穿插在課堂教學(xué)過程中，案例不能過于復(fù)雜，主要是針對重點內(nèi)容和基本理論應(yīng)用的小案例，便于學(xué)生通過案例及時加深對所學(xué)知識的認識。采用探索型案例教學(xué)時，以課內(nèi)和課外相結(jié)合的方式進行，課堂上教師可以針對案例中出現(xiàn)的問題進行指導(dǎo)，具體實施可以由學(xué)生在課外完成。

4. 與科研團隊相結(jié)合的實踐環(huán)節(jié)設(shè)計與實施

結(jié)合研究生導(dǎo)師科研團隊項目，進行有針對性的試驗優(yōu)化設(shè)計與數(shù)據(jù)分析實踐。在案例教學(xué)中，結(jié)合農(nóng)業(yè)生物系統(tǒng)裝備團隊的研究內(nèi)容，對移栽機、嫁接機、秸稈還田機等進行試驗設(shè)計，確定試驗方案，實施試驗，并進行數(shù)據(jù)分析，最后確定機具的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)。研究生在參與試驗的全過程中獲得理論知識和實踐技能。

5. 成績考核方法的設(shè)計

學(xué)習(xí)成績一部分由學(xué)生上案例課的發(fā)言情況來決定，另一部分則由考試成績決定。案例課上學(xué)生對問題的認識、參與積極性、發(fā)言質(zhì)量都可作為評分參考。在實際應(yīng)用能力考核中，加入對學(xué)生統(tǒng)計軟件操作水平的考核，對學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，還可引入課程論文的考核方式。

四、教學(xué)案例提出應(yīng)該注意的問題

在編寫教學(xué)案例時，首先要結(jié)合學(xué)科前沿知識和教師自己的科研課題，以利用案例教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和能力。其次，教學(xué)案例的編寫要結(jié)合實際生產(chǎn)，介紹先進的研究技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，并且要符合我國的國情，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。最后，教學(xué)案例的提出和編寫要有系統(tǒng)性，給學(xué)生討論、研究的空間，要科學(xué)地安排案例，符合教學(xué)的需要，并且要符合教學(xué)規(guī)范化的要求。

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基金項目：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（2016-123、2016-yjs-16、2016-83）。

作者簡介：王瑞麗，女，博士，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)機械化工程教學(xué)與研究。