田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課教學(xué)改革與實(shí)踐

李金玲， 趙 致， 王華磊， 羅春麗， 羅夫來， 劉紅昌，黃明進(jìn)， 李丹丹， 梁 瑾

(貴州大學(xué)/貴州省藥用植物繁育與種植重點(diǎn)(工程)實(shí)驗(yàn)室， 貴陽 550025)

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)是運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論的理論方法研究農(nóng)業(yè)或生物科學(xué)和技術(shù)問題，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的實(shí)踐方法學(xué)科，是農(nóng)業(yè)和生物學(xué)研究工作者必備的工具課程，在教學(xué)、科研、技術(shù)推廣等方面發(fā)揮著重要作用。田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)包括田間試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施、試驗(yàn)資料收集整理以及試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，知識點(diǎn)間邏輯性強(qiáng)，為作物栽培、作物育種、作物營養(yǎng)與施肥、植物生理等農(nóng)學(xué)和生物學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究與技術(shù)推廣服務(wù)。

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)應(yīng)用性強(qiáng)，在農(nóng)業(yè)上體現(xiàn)在品種引種[1-7]、新品種選育及配套栽培技術(shù)[8-12]、新技術(shù)研究與推廣[13-14]等，均源于試驗(yàn)實(shí)施與統(tǒng)計(jì)分析，科研結(jié)果從試驗(yàn)中產(chǎn)生，同時(shí)試驗(yàn)又是科研結(jié)果的應(yīng)用先行，每一項(xiàng)投入于生產(chǎn)的成果，都是靠無數(shù)的科研試驗(yàn)支撐，田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)不僅是農(nóng)業(yè)高校本科生、研究生、農(nóng)業(yè)職業(yè)院校大專生的核心課程，也是科研院所科技人員及基層農(nóng)技推廣人員的必修課，推動農(nóng)業(yè)科技化，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)理論課程原理多，公式推導(dǎo)多，以習(xí)題形式練習(xí)統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)計(jì)算，而實(shí)踐操作少，在田間試驗(yàn)操作實(shí)施過程中，由于田間地形、土壤、氣候等環(huán)境復(fù)雜，實(shí)施者很難達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果。為此，本課題對田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程進(jìn)行改革與實(shí)踐，使其能夠與理論課程緊密結(jié)合，使學(xué)習(xí)者能夠系統(tǒng)性學(xué)習(xí)與應(yīng)用，理論知識支撐試驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)踐操作靈活應(yīng)用，保證課程理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。

1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程特點(diǎn)與傳統(tǒng)教學(xué)分析

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)課程理論知識多，但實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)科交叉性大，重點(diǎn)、難點(diǎn)知識很難理解。課程內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，尤其是統(tǒng)計(jì)分析部分，邏輯性強(qiáng)，知識的難點(diǎn)多，死記硬背的知識點(diǎn)少，而要求掌握并理解的知識點(diǎn)多，應(yīng)用性強(qiáng)，相比農(nóng)學(xué)的其他課程，該課程總體偏難。將數(shù)學(xué)的理論和方法運(yùn)用到生物學(xué)中，學(xué)生們普遍認(rèn)為課程難。

傳統(tǒng)教學(xué)，教師以講授為主。田間試驗(yàn)實(shí)施以PPT的形式，講解一塊地怎么布置試驗(yàn)；或是選擇一塊規(guī)則的土地，教師講解讓學(xué)生拉線劃小區(qū)；試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析部分，教師以PPT講授的方式講解操作過程，課后學(xué)生自己找電腦練習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式考核實(shí)踐課程平時(shí)成績。學(xué)生以聽講的形式，完成實(shí)踐課程，缺乏操作環(huán)節(jié)鍛煉，學(xué)生課后很快忘了操作過程，很難發(fā)現(xiàn)實(shí)踐中的問題，對實(shí)踐課興趣不足，未達(dá)到教學(xué)效果。

統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用缺乏。田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)課程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析部分，由于統(tǒng)計(jì)軟件需要購買、還需不斷升級等原因，采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而Excel軟件只能解決部分統(tǒng)計(jì)分析問題，如進(jìn)行方差分析時(shí)，只能獲得方差分析表，而不能獲得多重比較的結(jié)果，多重比較結(jié)果還需手動計(jì)算。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)課程公式多，因此掌握分析與計(jì)算方法尤為重要，但一些復(fù)雜的計(jì)算沒有計(jì)算機(jī)軟件的幫助，使學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，從而失去信心?，F(xiàn)代大學(xué)生基本人手一臺電腦，而沒有統(tǒng)計(jì)軟件，學(xué)生無法進(jìn)行操作，對于田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)課程來說，即使學(xué)生學(xué)到了一些統(tǒng)計(jì)方法，但不能應(yīng)用于實(shí)踐，不能達(dá)到教學(xué)目的，影響教學(xué)效果。

2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)改革與實(shí)踐

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程安排田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、試驗(yàn)資料的整理與描述及圖表制作、平均數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)、試驗(yàn)資料的方差分析、直線回歸與相關(guān)五部分內(nèi)容[15]。

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施是獲得試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)，只有試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理、實(shí)施科學(xué)，才能獲得可靠的試驗(yàn)結(jié)果。田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)是最常用、最基本的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用了田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重復(fù)、隨機(jī)和局部控制三個(gè)原則，控制和降低試驗(yàn)誤差，可獲得試驗(yàn)誤差的無偏估計(jì)值。試驗(yàn)的實(shí)施由原來的規(guī)則地塊變成坡地、前茬作物不同、土壤肥力不均、坡度坡向不同等環(huán)境條件，讓學(xué)習(xí)者在不同土地環(huán)境安排試驗(yàn)，要充分應(yīng)用控制環(huán)境差異的小區(qū)技術(shù)，如小區(qū)面積、小區(qū)形狀與方向、重復(fù)次數(shù)、對照區(qū)設(shè)置、設(shè)置保護(hù)行、區(qū)組與試驗(yàn)小區(qū)排列等，控制降低試驗(yàn)誤差，獲得科學(xué)數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)期效果。通過對不同土壤環(huán)境試驗(yàn)安排，使學(xué)習(xí)者對不同環(huán)境條件在實(shí)施試驗(yàn)時(shí)的利弊親身體會，為以后的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

試驗(yàn)資料的整理、描述及圖表制作，結(jié)合田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施內(nèi)容，將所實(shí)施試驗(yàn)的一個(gè)考核指標(biāo)收集質(zhì)量性狀或數(shù)量性狀資料，如數(shù)量性狀直接記錄數(shù)據(jù)，如質(zhì)量性狀需進(jìn)行數(shù)量性狀轉(zhuǎn)換，將試驗(yàn)資料進(jìn)行整理，包括數(shù)據(jù)收集記錄以及在Excel中的排列整理；將整理好的試驗(yàn)資料在Excel中進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)，包括標(biāo)準(zhǔn)誤差、中位數(shù)、眾數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、方差、最大值、最小值、求和、置信度等；圖表制作是新加入內(nèi)容，讓學(xué)習(xí)者了解三線表的標(biāo)題、橫標(biāo)目、縱標(biāo)目、線條、數(shù)字等要求與注意事項(xiàng)；常用統(tǒng)計(jì)圖的種類及其適用范圍與含義表達(dá)，統(tǒng)計(jì)圖的標(biāo)題、縱橫軸刻度單位數(shù)值、圖形長寬比例、圖例等；介紹直方圖、多邊形圖、條形圖、圓圖、線圖的制作方法、注意事項(xiàng)以及細(xì)節(jié)標(biāo)注等。將試驗(yàn)指標(biāo)以圖或表的形式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)行結(jié)論性總結(jié)。滿足學(xué)習(xí)者畢業(yè)論文、發(fā)表文章、資料總結(jié)匯報(bào)等應(yīng)用的需要。

平均數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)包括平均值的成對二樣本分析t-檢驗(yàn)、雙樣本等方差假設(shè)t-檢驗(yàn)和雙樣本異方差假設(shè)t-檢驗(yàn)。平均值的成對二樣本分析t-檢驗(yàn)是針對成對數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗(yàn)；雙樣本等方差假設(shè)t-檢驗(yàn)是成組數(shù)據(jù)的假設(shè)檢驗(yàn)，包括兩組數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)相同或不同，但兩組數(shù)據(jù)一定等方差；雙樣本異方差假設(shè)t-檢驗(yàn)是針對成組數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)方差不同，進(jìn)行假設(shè)t-檢驗(yàn)。平均數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)包括平均值、方差、自由度、t-檢驗(yàn)值、t單尾臨界值、臨界值概率P、t雙尾臨界值等分析，比較兩個(gè)樣本是否有差異。

試驗(yàn)資料的方差分析是田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)中應(yīng)用最廣、最為普遍的試驗(yàn)結(jié)果分析方法[16-21]。試驗(yàn)資料的方差分析用Excel分析和統(tǒng)計(jì)軟件分析兩種方法。用Excel方差分析包括單因素方差分析、可重復(fù)雙因素分析以及無重復(fù)雙因素分析，得到方差分析表，包括方差(SS)、自由度(df)、均方(MS)、F值、P值(P-Value)、F臨界值(F-crit)，經(jīng)過F值與F臨界值比較能夠判斷處理間是否存在差異，如存在差異，還需進(jìn)行多重比較，如不存在差異，則無需繼續(xù)分析。多重比較是判斷各處理間存在怎樣的差異，但是Excel方差分析無法進(jìn)行，還需手動計(jì)算進(jìn)行多重比較。為了彌補(bǔ)Excel方差分析的不足，采用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，主要用國際認(rèn)可的SPSS軟件和國產(chǎn)DPS軟件，軟件分析可獲得數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)表、方差分析表、標(biāo)記符號法和標(biāo)記子母法的多重比較表。二因素與多因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，還能獲得各單因素、二因素組合及多因素組合的多重比較結(jié)果，只需結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康募耙?，得出相?yīng)結(jié)論。

直線回歸與相關(guān)分析也是試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用較多的方法，最常用的是標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作[22-24]、模型的擬合[25-26]、相關(guān)性的判斷[27-28]等。直線回歸與相關(guān)分析可在Excel數(shù)據(jù)分析模塊、Excel作散點(diǎn)圖以及統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行，但相對應(yīng)用最多的還是Excel作散點(diǎn)圖。利用Excel作散點(diǎn)圖，可進(jìn)行方程擬合、獲得決定系數(shù)，判斷其關(guān)系的正負(fù)、顯著程度以及利用擬合的方程推導(dǎo)數(shù)值。

3 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程改革的效果分析

實(shí)踐課程促進(jìn)了對理論課程的理解。實(shí)踐課程對試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、數(shù)據(jù)收集與整理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等操作，促進(jìn)了學(xué)生對重點(diǎn)、難點(diǎn)理論知識的理解，如田間試驗(yàn)三原則重復(fù)、隨機(jī)和局部控制，尤其是局部控制，對于土壤肥力有差異、不同前茬作物、不同坡度等環(huán)境，應(yīng)該如何進(jìn)行區(qū)組排列、小區(qū)劃分等局部控制方法，才能控制試驗(yàn)誤差，學(xué)生通過親身體會深刻理解了局部控制的理論含義。

實(shí)踐課程師生、生生交流，課堂氛圍活躍，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生是課堂的主體。實(shí)踐課程在試驗(yàn)田和機(jī)房進(jìn)行，學(xué)生們分小組討論實(shí)施方案、數(shù)據(jù)處理等，教師隨時(shí)到各小組，觀察學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、討論問題的點(diǎn)，與學(xué)生交流并適時(shí)引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生講解、互相評價(jià)，總結(jié)實(shí)踐課與理論課程知識點(diǎn)銜接、問題與注意事項(xiàng)等，表揚(yáng)部分學(xué)生的特殊想法或做法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，有效鞏固了理論知識。

實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐課程教學(xué)過程評價(jià)。實(shí)踐操作過程，學(xué)生講解、評價(jià)、打分，教師總評打分；實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果，總評打分，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐課程教學(xué)過程評價(jià)，打破了傳統(tǒng)的完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告打分評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)動了學(xué)生操作過程積極性，學(xué)生為了得到更好的成績，小組同學(xué)合作交流與討論，在講解試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、數(shù)據(jù)收集與整理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等實(shí)踐時(shí)，討論方案、派小組里思路清晰表達(dá)清楚的同學(xué)講解、還有同學(xué)補(bǔ)充，體現(xiàn)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神，鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題以及邏輯思維能力，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作過程，學(xué)生反饋“終身”難忘。

4 結(jié) 語

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)改革與實(shí)踐，改變了傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)類實(shí)踐課程“課堂講解”實(shí)驗(yàn)過程的模式，采用多環(huán)境試驗(yàn)地進(jìn)行試驗(yàn)方案實(shí)施，在機(jī)房運(yùn)用Excel和統(tǒng)計(jì)軟件相結(jié)合的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用，增加了應(yīng)用較多的圖、表制作內(nèi)容。實(shí)踐課程采用小組討論、講解，小組間互評等；教師參與各小組討論，表揚(yáng)學(xué)生的特殊想法或做法并總評，達(dá)到師生充分交流。實(shí)踐課程改革促進(jìn)了學(xué)生對理論知識理解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐課程過程性考核，體現(xiàn)了學(xué)生是課堂主體，也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題及創(chuàng)新能力，使學(xué)生對農(nóng)學(xué)類實(shí)踐課程充分理解與技能掌握。