獨立學(xué)院“食品試驗設(shè)計方法”課程教學(xué)改革探討*

鄭守晶，鄭明鋒

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 金山學(xué)院，福建 福州350002； 2.福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州350002）

獨立學(xué)院教育是我國高等教育的重要組成部分，傳統(tǒng)的發(fā)展模式主要以規(guī)模擴張為主，但隨著教學(xué)的改革，其發(fā)展模式已轉(zhuǎn)向以質(zhì)量提升為主的內(nèi)涵式發(fā)展[1]。獨立學(xué)院本科生教育，除了要培養(yǎng)研究型人才之外，更需要培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才，從而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，這也是獨立學(xué)院發(fā)展的核心內(nèi)容。

“食品試驗設(shè)計方法”是面向食品科學(xué)與工程和食品質(zhì)量與安全等專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，課程根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵筮M行科學(xué)的試驗設(shè)計，并對試驗結(jié)果進行正確地統(tǒng)計分析，得到可靠的試驗結(jié)論來指導(dǎo)生產(chǎn)與科研實踐，具有很強的實用性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，“食品試驗設(shè)計方法”已成為食品科學(xué)與工程和食品質(zhì)量與安全等專業(yè)科學(xué)研究和實際工作不可缺少的工具。通過課程的學(xué)習，學(xué)生能夠運用統(tǒng)計方法和原理對試驗設(shè)計進行優(yōu)化，對試驗結(jié)果進行科學(xué)解釋，同時，課程為其他專業(yè)課的學(xué)習提供數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，從而為從事其他各類相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

但是，“食品試驗設(shè)計方法”課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下還存在著教學(xué)內(nèi)容多、理論抽象難懂、教學(xué)手段單一、教學(xué)目的不夠突出等問題。有的學(xué)生學(xué)習了該課程，卻對知識理解和具體運用仍顯模糊，比如有的學(xué)生雖然課程成績很好，但是遇到簡單的實際問題卻不會解決；在科研實際工作中，常有誤用、濫用統(tǒng)計分析方法等現(xiàn)象[2]。因此，探索相關(guān)統(tǒng)計軟件在“食品試驗設(shè)計方法”教學(xué)中的應(yīng)用，具有重要的意義。

Excel （Microsoft Excel）是微軟辦公套裝軟件的一個重要的組成部分，可進行各種數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計分析等操作，廣泛地應(yīng)用于管理、統(tǒng)計、金融等眾多領(lǐng)域，但如果平時對試驗數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的統(tǒng)計分析，需要很多的公式進行運算，耗費精力大。

DPS （Date Processing System）統(tǒng)計分析軟件是目前國內(nèi)唯一一款集合了試驗設(shè)計及統(tǒng)計分析等功能，價格適合于國內(nèi)用戶，資料信息方面可確保用戶安全，具有自主知識產(chǎn)權(quán)統(tǒng)計分析軟件。軟件工作界面十分友好，系統(tǒng)采用多級下拉式菜單，操作自如，該數(shù)據(jù)處理軟件在技術(shù)上已達到國際先進水平，在某些方面已處于國際領(lǐng)先地位[3]。

目前，統(tǒng)計軟件在“食品試驗設(shè)計方法”課程教學(xué)改革和實踐中應(yīng)用的相關(guān)研究報道很多，但是Excel結(jié)合DPS統(tǒng)計軟件在該門課程教學(xué)中的應(yīng)用的報道還非常少[4]。因此，本文以“食品試驗設(shè)計方法”實踐教學(xué)設(shè)計為目標，結(jié)合理論教學(xué)，探索Excel結(jié)合DPS統(tǒng)計軟件的應(yīng)用型教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)“應(yīng)用型、創(chuàng)新型”食品科學(xué)專業(yè)人才。

1 教學(xué)改革的具體措施

1.1 教學(xué)內(nèi)容的傳承與拓展

“食品試驗設(shè)計方法”課程由試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析兩部分構(gòu)成，傳統(tǒng)課程的授課模式絕大多數(shù)采用板書及多媒體的方式進行基礎(chǔ)理論和應(yīng)用演示。然而，試驗設(shè)計部分基本都要采用統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，離開專業(yè)軟件幾乎是不可能完成的，因此，通過單一的課堂講授進行灌輸式教學(xué)是無法完成該課程的教學(xué)任務(wù)，應(yīng)將課程的部分內(nèi)容移入機房，通過統(tǒng)計軟件的操作試驗完成，否則會很大程度上影響該門課程的教學(xué)質(zhì)量[5]。

針對傳統(tǒng)授課過程中出現(xiàn)的問題，將課程原培養(yǎng)計劃中的32學(xué)時的完全理論教學(xué)調(diào)整為24學(xué)時理論教學(xué)和8學(xué)時上機實驗課，上機實驗課統(tǒng)一安排在理論授課結(jié)束之后，主要介紹Excel及DPS統(tǒng)計軟件的使用。該門課程改革前后的具體變化情況見表1。

1.2 實驗教學(xué)模塊的設(shè)置

根據(jù)課程的教學(xué)大綱要求，結(jié)合Excel及DPS統(tǒng)計軟件的特點，筆者自編了上機講義，并為上機教學(xué)模塊的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為以下幾個模塊。

1.2.1 統(tǒng)計圖表的繪制

Excel 支持多種圖型，如直方圖、折線圖、散點圖、回歸圖等。對于統(tǒng)計圖表的繪制教學(xué)，采用Excel軟件操作演示結(jié)合上機練習的模式，實驗內(nèi)容包括：⑴利用繪圖向?qū)В虎聘鶕?jù)試驗數(shù)據(jù)的性質(zhì)選擇合適的圖表類型；⑶添加趨勢線、誤差線、主次坐標、對數(shù)坐標、復(fù)式線圖、雙Y軸復(fù)式線圖等。通過統(tǒng)計圖表的繪制的練習，使學(xué)生掌握Excel在圖表繪制中的基本方法。

表1 課程改革前后課時分配比較

1.2.2 Excel 在單（雙）因素試驗方差分析中的應(yīng)用 方差分析是一種在試驗數(shù)據(jù)的處理中非常實用，而且高效的統(tǒng)計檢驗方法，主要用于檢驗試驗設(shè)計中相關(guān)的因素對試驗結(jié)果影響的顯著性的大小。通過上機練習，使學(xué)生掌握運用Excel菜單欄中“分析工具庫”的“單因素方差分析”模塊功能，進行單因素試驗（完全隨機和隨機區(qū)組）的方差分析。同時使學(xué)生掌握運用Excel菜單欄中“分析工具庫”中的“無重復(fù)雙因素方差分析”工具和“重復(fù)雙因素方差分析”工具，來判斷兩個因素（無重復(fù)、有重復(fù)）對試驗結(jié)果是否有顯著影響，以及判斷兩個因素和交互作用對試驗結(jié)果是否有顯著影響。

1.2.3 Excel 在回歸分析中的應(yīng)用

Excel 提供了許多回歸分析的手段，比如規(guī)劃求解、內(nèi)置函數(shù)、圖表功能和分析工具庫等都可以用于回歸分析。通過上機練習，使學(xué)生掌握利用Excel圖表法解決一元回歸問題。

1.2.4 DPS 軟件在統(tǒng)計假設(shè)檢驗中的應(yīng)用

DPS 數(shù)據(jù)處理軟件集試驗設(shè)計、統(tǒng)計分析、模型模擬等功能為一體。通過DPS基本功能的上機演示和相關(guān)函數(shù)的基本操作練習，使得學(xué)生掌握利用DPS統(tǒng)計軟件解決假設(shè)檢驗的相關(guān)問題，包括平均數(shù)、總體方差檢驗和兩樣本平均數(shù)的t檢驗等。

1.2.5 DPS 在單因素試驗方差分析中的應(yīng)用

DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的試驗統(tǒng)計主菜單下，設(shè)置有方差分析模塊，可以進行單因素完全隨機設(shè)計分析。在數(shù)據(jù)塊定義之后，選擇合適的模塊功能，系統(tǒng)立即給出分析結(jié)果，包括方差分析表（處理間、區(qū)組間和誤差平方和、有關(guān)F值），各處理間的多重比較。通過上機練習，使學(xué)生掌握DPS進行單因素試驗的方差分析法。

1.2.6 DPS 在雙因素試驗方差分析中的應(yīng)用

雙因素試驗是指研究的試驗指標同時受到兩個因素作用，兩因素方差分析是討論兩個因素對某研究結(jié)果影響的顯著性大小。根據(jù)兩因素試驗中是否出現(xiàn)交互作用，是否按照同一處理進行重復(fù)試驗，可以將雙因素試驗的方差分析分為無重復(fù)和有重復(fù)試驗兩種情況。通過上機練習，使學(xué)生掌握利用DPS兩因素（組內(nèi)無重復(fù)）完全隨機設(shè)計和兩因素（組內(nèi)有重復(fù)）完全隨機設(shè)計，來判斷兩個因素對試驗結(jié)果是否產(chǎn)生顯著影響，以及判斷兩個因素和交互作用對試驗結(jié)果是否產(chǎn)生顯著影響，并且進行多重比較。

1.2.7 DPS 在正交試驗設(shè)計中的應(yīng)用

單因素或者雙因素試驗，因其因素較少，試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析都較簡單。但在實際工作中，往往需要同時考察3個，甚至是3個以上的因素，如果要進行全面試驗，那么試驗的工作量將呈幾何級增加，而且還會受到試驗條件的限制難以開展。正交試驗設(shè)計應(yīng)運而生，該設(shè)計方法能考察多個因素，從而進行多因素試驗設(shè)計，最終尋求出最理想的水平組合[6]。

對食品科學(xué)系近幾年的學(xué)生畢業(yè)論文進行抽樣分析，結(jié)果表明正交試驗設(shè)計的利用率高達75%以上。DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，正交試驗結(jié)果可以進行直觀分析和方差分析，并且能同時進行。如果學(xué)生能夠密切結(jié)合食品生產(chǎn)實際，科學(xué)合理地進行選題、設(shè)計和試驗實施，再利用正確的統(tǒng)計方法對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，即可得到合理的可靠結(jié)論。

通過上機練習，使學(xué)生掌握利用DPS正交試驗設(shè)計分析，來分析各因素及其交互作用的主次順序，判斷各個因素對研究的試驗指標的影響程度，找出各試驗因素的最優(yōu)水平和在試驗范圍內(nèi)的最佳組合，以及考慮交互作用和不考慮交互作用的方差分析。

2 Excel 和DPS統(tǒng)計軟件輔助教學(xué)效果與評價

2.1 理論課程教學(xué)效果

“食品試驗設(shè)計方法”是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容的編排應(yīng)圍繞實際技能的培養(yǎng)這個目的進行。雖然改革后的理論學(xué)時減少8學(xué)時，可以在理論教學(xué)過程中減少對公式和定理的分析、推導(dǎo)以及一些繁瑣的數(shù)學(xué)運算過程，降低理論深度，但是應(yīng)用統(tǒng)計軟件輔助教學(xué)，著眼于理論知識的實際應(yīng)用，授課重點轉(zhuǎn)變?yōu)閷y(tǒng)計分析結(jié)果的意義的理解，從而使教學(xué)過程變得直觀、形象，同時增強了學(xué)生對于理論知識的理解以及分析方法的運用，達到培養(yǎng)掌握實際應(yīng)用技能的教學(xué)目標。

2.2 實驗課程教學(xué)效果

Excel 和DPS實驗課程教學(xué)模塊包含了“食品試驗設(shè)計方法”課程教學(xué)大綱的重點內(nèi)容，通過8學(xué)時的演示及練習，學(xué)生掌握了常用的試驗數(shù)據(jù)處理方法，能夠應(yīng)用Excel進行基本的繪圖及統(tǒng)計計算，應(yīng)用DPS軟件進行方差分析、回歸分析以及響應(yīng)面設(shè)計和模型建立等，提高了學(xué)生學(xué)以致用的能力。

2.3 課程教學(xué)綜合效果評價

考試是一種教師普遍用來評價學(xué)生掌握知識情況的手段，同時考試成績也是一種衡量教學(xué)過程中教學(xué)效果好壞的指標。雖然各個課程的考試各有區(qū)別，但其根本目的是相同的，即考試是對學(xué)生掌握的知識和技能的考察，通過考試要能提高學(xué)生學(xué)習的積極性，對教學(xué)起到一定的積極推動作用。因此在傳統(tǒng)的考試方法的基礎(chǔ)上，倡導(dǎo)考試方法的多樣化，考試機會多次化，考試結(jié)果的人性化。

進行教學(xué)改革后，該門課程學(xué)生的總評成績由三部分構(gòu)成，分別是平時成績，筆試成績，以及上機實踐成績。其中平時成績占10%，主要考察學(xué)生的上課狀態(tài)及作業(yè)完成情況；筆試成績占60%，主要考察學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決具體問題的能力；上機實踐成績占30%，主要考察學(xué)生應(yīng)用Excel和DPS等統(tǒng)計軟件分析處理試驗結(jié)果的能力。采用該綜合評定考核辦法能夠更加客觀、真實的反映出學(xué)生的學(xué)習效果，同時也便于教師及時的修改授課中存在的不足，提高授課效果及質(zhì)量。教改實施過程中，2屆2個專業(yè)的學(xué)生的總評成績比較見圖1、圖2。

圖1 食科專業(yè)改革前后成績比較

圖2 食安專業(yè)改革前后成績比較

學(xué)期結(jié)束后收集學(xué)生反饋意見和建議，通過統(tǒng)計，約95%的學(xué)生認同該教學(xué)方法，認為學(xué)習Excel和DPS軟件的使用，對于畢業(yè)論文的開展和食品試驗研究有很大的幫助。通過該門課程的軟件學(xué)習和應(yīng)用，不但對理論知識有更深入的理解，而且鞏固了課堂理論知識，學(xué)以致用，受益匪淺。

3 結(jié)論

“食品試驗設(shè)計方法”是一門實踐操作性很強的課程。Excel是常用的辦公軟件，簡單易學(xué)，學(xué)生適應(yīng)快。DPS界面友好，是常用的國產(chǎn)統(tǒng)計分析軟件，可以實現(xiàn)試驗設(shè)計、統(tǒng)計分析、模型模擬等功能。隨著生物統(tǒng)計和試驗設(shè)計學(xué)科的發(fā)展，在高?！笆称吩囼炘O(shè)計方法”課程教學(xué)中增加Excel和DPS軟件的有機結(jié)合的實踐內(nèi)容，能夠做到取長補短，不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量，也提高了學(xué)生學(xué)習的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題的能力，還能為學(xué)生將來的就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)和提供可行之路。