應(yīng)用型高校食品專業(yè)研究生“試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計”課程改革與實踐

胡代花 張志健 李虎 馮自立 張辰露

摘??要：“試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計”是研究生課程體系中的一門重要工具課程，具有很強的理論性和實踐性。作者結(jié)合應(yīng)用型大學(xué)對人才培養(yǎng)的目標(biāo)和專業(yè)特色，在該課程教學(xué)中實踐了充分認(rèn)識課程重要性、理清重點和難點、樹立統(tǒng)計學(xué)思維、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法手段、以科研促教學(xué)、改革課程考核方式等教學(xué)改革方法，進一步提高了教學(xué)效果和應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：試驗設(shè)計;數(shù)據(jù)處理;教學(xué)改革;研究生培養(yǎng);應(yīng)用型高校

應(yīng)用型大學(xué)食品類專業(yè)的目標(biāo)是培養(yǎng)具有較高綜合素質(zhì)和較強實踐能力的專業(yè)人才，要求學(xué)生掌握較強操作技能的同時，具備運用基礎(chǔ)理論解決專業(yè)問題的實踐能力[1-2]。在食品專業(yè)研究生教育過程中，“試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計”課程教學(xué)對研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。一個研究者如果具備了一定的專業(yè)知識，可以從事科研活動，但是如果他不具備試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的能力，那么他不會做出好的科研成果。試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的水平是研究生是綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的根基，是到達科學(xué)研究前沿的理論準(zhǔn)備[3-5]。正確掌握和運用試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理方法是研究生進行科研的一項必備基本功[6]。陜西理工大學(xué)建校以來，堅持“立足陜西，服務(wù)基層”的辦學(xué)定位，秉承“明德、礪志、博學(xué)、篤行”的校訓(xùn)，致力于培養(yǎng)“具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級應(yīng)用型人才”[7]。作者通過分析近年來食品科學(xué)與工程專業(yè)研究生課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題，結(jié)合陜西理工大學(xué)對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)和專業(yè)特色，實踐了充分認(rèn)識課程重要性、理清重點和難點、樹立統(tǒng)計學(xué)思維、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法手段、以科研促教學(xué)、改革課程考核方式等教學(xué)改革方法，取得了較高教學(xué)效果。通過經(jīng)驗分享，以期為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考。

1?以實際案例出發(fā)，使學(xué)生充分認(rèn)識課程重要性

（1）科學(xué)應(yīng)用試驗設(shè)計和數(shù)理統(tǒng)計方法，是有效保障食品安全、積極推進現(xiàn)代食品企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的重要輔助手段。如利用正交試驗設(shè)計、響應(yīng)面設(shè)計、均勻設(shè)計等試驗設(shè)計方法，結(jié)合SPSS數(shù)據(jù)處理軟件進行方差分析和回歸分析，能夠科學(xué)指導(dǎo)和有效完成食品配方和制作工藝優(yōu)化、以及食品保藏與品質(zhì)變化的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建等內(nèi)容[1，8]。

（2）試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計類課程逐漸成為國內(nèi)外知名食品專業(yè)的重要專業(yè)課程，該類課程也已經(jīng)成為研究生面試和出國申請的重要參考。如在西北農(nóng)林科技大學(xué)的食品科學(xué)與工程，食品質(zhì)量與安全本科專業(yè)培養(yǎng)方案中，均將《食品試驗設(shè)計優(yōu)化》列為專業(yè)基礎(chǔ)課（必修），同時將專業(yè)選修課中的《食品試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》課程列為本研貫通課程，依照學(xué)校相關(guān)規(guī)定，選修本研貫通課程可在本校研究生教育階段認(rèn)定5學(xué)分[9]。陜西理工大學(xué)也非常重視試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計課程在應(yīng)用型食品專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要性，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中將本課程列為專業(yè)必修課。

（3）先進合理的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，以及規(guī)范的圖表繪制是撰寫和發(fā)表高水平論文的基礎(chǔ)。作者在實際教學(xué)中，以《食品科學(xué)》、《Journal?of?Agricultural?and?Food?Chemistry》和《Food?Chemistry》等國內(nèi)外食品類高水平期刊論文對試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理的要求為例，深刻解讀試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理在撰寫和發(fā)表高水平論文中的重要性。

2?明確課程的主要內(nèi)容在應(yīng)用型食品專業(yè)中的用途，理清難點和重點

對于應(yīng)用型大學(xué)的研究生來說，把握好理論和應(yīng)用的平衡是提高上課效率、授課效果，保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要前提[1]。為進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的實際應(yīng)用性，通過對學(xué)生的學(xué)情分析，增加各類專業(yè)統(tǒng)計繪圖軟件的應(yīng)用，減少統(tǒng)計學(xué)原理、公式推導(dǎo)和計算等內(nèi)容，增加常用和先進的試驗設(shè)計方法。將本課程的難點歸納為統(tǒng)計假設(shè)檢驗、方差分析、回歸分析和正交試驗設(shè)計等基本原理的掌握和理解，重點歸納為以上原理和方法在食品研發(fā)生產(chǎn)中的指導(dǎo)和科學(xué)應(yīng)用，以及運用Office、SPSS、origin和GraphPad?Prism等軟件對數(shù)據(jù)進行正確處理和分析，規(guī)范繪制本專業(yè)各類常用圖表等。在具體教學(xué)實踐中，以學(xué)生專業(yè)實踐應(yīng)用需求為出發(fā)點，密切結(jié)合食品科學(xué)與工程研究專業(yè)案例，深入淺出，化繁為簡，并有效結(jié)合上機實踐練習(xí)，完成從基本原理的理解和掌握、數(shù)據(jù)處理軟件的熟練使用，以及指導(dǎo)應(yīng)用生產(chǎn)實踐全方位綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)。

3?樹立統(tǒng)計學(xué)的思維

從研究生入學(xué)開始，通過講座、科研案例、翻轉(zhuǎn)課堂討論等方式，使研究生了解試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理和科研的關(guān)系，使學(xué)生樹立統(tǒng)計學(xué)思維，能夠靈活運用統(tǒng)計思維和方法解決實際問題。例如：讓學(xué)生用統(tǒng)計學(xué)的思想理解“你所看到的，不一定是事實的真相”，分析“處理效應(yīng)和誤差效應(yīng)在總變異中所占的比例”。少部分學(xué)生在本科階段接觸了方差分析軟件如SPSS的實踐操作，但只停留于“只知表不知里”階段。由于缺乏統(tǒng)計學(xué)知識系統(tǒng)學(xué)習(xí)，不利于客觀規(guī)律和正確結(jié)論的科學(xué)得出。在數(shù)據(jù)處理和分析過程中，也不清楚“差異顯著”、“p<0.05”、“p>0.05”、“LSD法”、“q檢驗法”、“Duncan法”等專業(yè)表述的統(tǒng)計學(xué)意義。根據(jù)“正態(tài)分布和概率計算”以及“小概率事件在一次事件中不可能發(fā)生”的原理介紹，理解“顯著性差異”、“差異不顯著”、“p<0.05”和“p>0.05”等表述蘊含的統(tǒng)計學(xué)意義;通過多重比較的統(tǒng)計學(xué)意義和分析方法的介紹，熟悉“LSD法”、“q檢驗法”、“Duncan法”等不同多重比較方法的區(qū)別與聯(lián)系。只有理解了這些不同多重比較方法的區(qū)別與聯(lián)系，認(rèn)識到同一試驗結(jié)果利用不同多重比較方法分析，可能會得出不同的結(jié)論，才能在具體實踐應(yīng)用中科學(xué)準(zhǔn)確標(biāo)注。將統(tǒng)計學(xué)思維貫穿于研究生試驗方案設(shè)計、課題實施、論文撰寫等全過程中，利用統(tǒng)計學(xué)思維深入挖掘?qū)嶒灁?shù)據(jù)和結(jié)果蘊含的科學(xué)規(guī)律，正確指導(dǎo)科研和生產(chǎn)實踐工作，讓學(xué)生能夠真正運用統(tǒng)計學(xué)思維解決實際問題。

4?優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

通過對近年來學(xué)生的學(xué)情分析，多數(shù)學(xué)生本科期間未涉獵數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析類課程內(nèi)容，少數(shù)學(xué)生僅在大二階段學(xué)習(xí)過此類課程，且由于學(xué)習(xí)期間對課程重要性認(rèn)識不足，對所學(xué)知識和應(yīng)用已基本遺忘。針對學(xué)生統(tǒng)計基礎(chǔ)薄弱的問題，對課程教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整和優(yōu)化。在教材選擇上，將張吳平主編的《食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析》作為主修教材[10]。在教學(xué)內(nèi)容上，一方面精簡統(tǒng)計學(xué)原理、公式推導(dǎo)和計算等內(nèi)容，將理論圖形化、形象化;另一方面，注重講授試驗設(shè)計和數(shù)理統(tǒng)計的方法和應(yīng)用，并結(jié)合大量案例和實踐操作，使學(xué)生掌握不同方法的使用前提條件、要解決的問題和基本的統(tǒng)計分析步驟，熟練Office、SPSS、Origin和GraphPad?Prism等統(tǒng)計軟件的使用，并正確理解統(tǒng)計分析結(jié)果，得出科學(xué)結(jié)論和客觀規(guī)律，能夠利用所學(xué)知識指導(dǎo)和解決科研、生產(chǎn)實踐中遇到的問題。

5?豐富教學(xué)方法手段

案例教學(xué)法。以教師科研項目為具體案例，對采用的試驗設(shè)計思路和方法，以及數(shù)據(jù)處理方法和研究結(jié)論的科學(xué)得出進行詳細分析和說明。如教師以自身開展的光催化食用菌生產(chǎn)VD2關(guān)鍵技術(shù)研究為例，介紹在試驗前期，如何通過大量文獻查閱和調(diào)研，明確研究目的及意義，如何科學(xué)選取影響因素，并制定科學(xué)合理的單因素試驗和正交試驗設(shè)計方案;在具體試驗實施和結(jié)果分析中，如何通過實驗數(shù)據(jù)結(jié)合實際可行性進行綜合分析，最終確定物料形態(tài)、光源種類、光催化時間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，最終指導(dǎo)實際生產(chǎn)和應(yīng)用。通過案例教學(xué)，將抽象化統(tǒng)計理論具體化，使學(xué)生進一步領(lǐng)會試驗設(shè)計的重要性，學(xué)會用統(tǒng)計結(jié)果科學(xué)揭示試驗現(xiàn)象和潛在規(guī)律，并進一步應(yīng)用在研究生課題實施、論文撰寫以及生產(chǎn)實踐中。

翻轉(zhuǎn)課堂討論式教學(xué)法。一方面教師講授完理論知識和例題后，學(xué)生對習(xí)題從解題思路和具體解題方法和步驟進行講解;另一方面布置課后作業(yè)，讓學(xué)生自行查閱文獻，分析文獻中所采用的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法的科學(xué)合理性，并在課堂上進行講解、分析和討論。通過文獻查閱、講解、分析、評價和討論，學(xué)生能對所學(xué)內(nèi)容有更清楚、深入的理解和掌握，也能夠借鑒文獻方法的優(yōu)點、彌補自身科研的不足，極大提高了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情和科研興趣。

思維導(dǎo)圖教學(xué)法。試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計課程體系中，每章節(jié)的內(nèi)容循序漸進、環(huán)環(huán)相扣，既有聯(lián)系又有區(qū)別，在實際應(yīng)用中也需正確甄別，科學(xué)應(yīng)用。在每章節(jié)、章節(jié)和章節(jié)之間、全部課程內(nèi)容教學(xué)過程中，積極引導(dǎo)學(xué)生繪制和優(yōu)化思維導(dǎo)圖。如在《統(tǒng)計數(shù)據(jù)的理論分布和抽樣分布》章節(jié)學(xué)習(xí)中，通過繪制思維導(dǎo)圖，對二項分布、泊松分布、正態(tài)分布的特點、應(yīng)用、概率計算，以及三者區(qū)別和聯(lián)系有更清楚的認(rèn)識;在《方差分析》章節(jié)學(xué)習(xí)中，通過繪制思維導(dǎo)圖，學(xué)生進一步明確方差分析的原理、意義、分析方法，理解方差分析和多重比較的統(tǒng)計學(xué)意義，并掌握多重比較不同方法的區(qū)別和聯(lián)系。通過此環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)生更進一步掌握試驗設(shè)計與數(shù)理統(tǒng)計的理論知識，并極大提高分析問題和上機實踐應(yīng)用能力。

增加上機實踐。上機實踐是檢驗學(xué)生理論學(xué)習(xí)的重要試金石，也是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵促進環(huán)節(jié)。如果學(xué)生只是較好掌握了試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理的理論知識，而不能熟練操作和運用各類數(shù)據(jù)處理軟件分析、解決和指導(dǎo)實際問題，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。作者在實踐中教學(xué)中充分認(rèn)識到實踐上機環(huán)節(jié)的重要性，不斷注重和加強實踐上機環(huán)節(jié)的學(xué)時以及考核權(quán)重。為了進一步保障和提高實踐上機環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，近年來均采用小班式教學(xué)，且理論教學(xué)與上機實踐有機結(jié)合。授課過程中學(xué)生每人一臺電腦，教師在講完理論知識后趁熱打鐵，講解和示范上機實踐操作。學(xué)生跟著老師在電腦上操作，加深印象，當(dāng)場有問題，當(dāng)場解決。通過此環(huán)節(jié)的鍛煉，增加學(xué)生的參與度，提高學(xué)生實踐能力。

6?以科研促教學(xué)

本課程的開課時間為第一學(xué)期，授課對象是剛?cè)胄５难芯可?，所有學(xué)生在本科期間剛完成畢業(yè)設(shè)計工作，或者主持參與過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，或者參與過教師的科研項目。在教學(xué)過程中，借助學(xué)生已完成的畢業(yè)設(shè)計或主持參與過的科研項目，引導(dǎo)學(xué)生針對所學(xué)知識，對前期試驗設(shè)計和數(shù)理統(tǒng)計方法的準(zhǔn)確性和科學(xué)性進行剖析，分析其存在問題，并根據(jù)所學(xué)知識制定更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼炘O(shè)計和統(tǒng)計分析方法。通過此環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)生不僅鞏固了理論知識，并能夠?qū)W以致用。

7?改革課程考核方式

制定和實施更加合理全面的綜合評價考核方式，將課程成績分為平時成績、上機實踐成績和期末考試成績?nèi)齻€部分。其中平時成績占30%，重點考察出勤情況、作業(yè)完成情況、翻轉(zhuǎn)課堂參與度和和討論效果;上機實踐成績占20%，結(jié)合具體案例，綜合課堂現(xiàn)場上機實踐操作，考察學(xué)生對試驗方案設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法的數(shù)理掌握和科學(xué)運用，以及實驗結(jié)果的客觀分析和判定[11];期末考試成績占50%，重點查看學(xué)生對理論知識的綜合掌握和應(yīng)用。通過這種綜合評價考核方式，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也更好促進了學(xué)生分析問題和解決問題等綜合能力的提高，有效提升了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

通過上述課程教學(xué)改革創(chuàng)新實踐，研究生在科研實施和生產(chǎn)實踐過程中的試驗設(shè)計能力和數(shù)據(jù)處理能力顯著提高，研究生撰寫的論文中試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理和圖表制作科學(xué)規(guī)范，順利發(fā)表了高水平學(xué)術(shù)論文;在研究生學(xué)位論文評審和答辯過程中，評審和答辯專家對學(xué)位論文的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理給予了較高評價。所培養(yǎng)研究生具備扎實的統(tǒng)計學(xué)思維，以及運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識解決實際專業(yè)應(yīng)用問題的實踐能力。

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基金項目：陜西理工大學(xué)研究生教改項目（SLGYJG2116，?SLGYJG2003）;陜西理工大學(xué)“課程思政”教改項目（KCSZ202109）;陜西省科技廳項目（2021NY-154）;陜西省教育廳項目（20JS023）;陜西理工大學(xué)博士后項目（SLGBH16-04）

作者簡介：胡代花（1983—??），女，陜西安康人，副教授，研究方向：食品科學(xué)與工程相關(guān)教學(xué)和科研。