高职院校“试验设计与数据处理”课程教学改革与实践

廖延智，孔婉菲，陈美淇，颜俊标，邹训重

（广东轻工职业技术学院，广东广州 510300）

0 引言

“试验设计与数据处理”是一门通用的现代化技术课程，具有强理论性和实践性的特点，是高职院校生物、食品、生态、轻工、检验、制药等理工类相关专业的专业选修课程，是培养学生独立思考、帮助解决科研问题的一个重要环节[1-2]。科研工作过程中，学者会经常进行试验设计、处理数据并进行分析，需要熟悉并掌握试验设计与数据处理的一些方法和技巧。“试验设计与数据处理”课程部分内容涉及较多数学模型、推导及运算，内容较抽象且涉及面广，计算公式多而复杂，要求学生在短时间内较好地掌握理论和技巧，存在一定的困难，常出现畏难情绪和厌学现象[2-4]。经过多年的教学实践，总结相应的问题及经验，并找出对策。

“试验设计与数据处理”课程研究如何进行试验设计使方案达到合理、高效、科学的效果，利用各种软件及手段对实验数据进行处理以揭示其内在的规律性。合理地进行试验设计，可有效降低人力、物力和时间成本，并能在有限的数据中获取所需的信息以得到可靠的结论。在数据分析处理过程中，往往需要直观的图标来表达实验的规律性，因此数据分析和处理软件是非常重要的[3-5]。由于数据分析和处理软件很多，结合专业特点及后续课程的实际情况，以“够用”为指导，以试验项目为导向进行软件学习并实践，如正交试验设计、响应面试验设计、均匀试验设计等，以及相应的数据处理方法，培养学生实践操作和撰写课程论文的能力，达到能独立完成实验设计的基本要求，为其在毕业论文实验、课题研究的科研试验及日后工作中开展试验研究奠定基础[6]。

1 教学中存在的问题

目前，课程在大多数高职院校以理论讲解为主，讲授过程中使用“线性代数”“概率论”“高等数学”“数理统计”等知识对文中的公式进行推导和计算，并且存在许多抽象概念，数据处理过程复杂，从而显得内容单调枯燥[4，7]。影响学生对课程学习兴趣和教学质量的因素有以下几个方面。

1.1 学生课堂积极性不够高

传统教学主要以教师讲课为主，“填鸭式”教学使学生在上课过程中处于被动状态，无法达到理想的教学目标[5]。该课程由于理论性强、涉及方法分式多、计算复杂且量大的特点，需要学生具有一定的数学基础。对于高职院校理工类专业的学生来说，数学基础知识较薄弱，原理抽象，难以理解和掌握，难免会产生厌学心理及畏难情绪，从而失去学习兴趣和降低教学质量。教师在授课过程中还要补充学生已经忘记的基础知识，容易忽略理论在实践中的应用。

1.2 学时比例不够合理

根据学校食品、生物类专业“试验设计与数据处理”课程大纲要求，课程总学时为32 学时，刚开设本课程时以理论教学为主，实践课比例小（只安排了6 课时），导致理论课学时多而实践课学时少。为了讲通理论知识点，教师需要在课堂上进行公式推导、讲解并演示，消耗大量时间，导致学生在课堂上消化运用的时间有所减少，甚至忽略实践教学环节。

1.3 教学内容与实践衔接不佳

通过调研，学生普遍认为公式太多，原理复杂不易理解，课本上的习题虽然能够解答，但在应用原理知识灵活解决实际问题方面仍不知所措，究其原因主要是教学内容与实践应用脱节。以理论讲解和公式推导为主的传统教学模式，对于数学基础较薄弱的学生来说较难适应，会被贴上抽象乏味的标签，难以让学生产生主动学习兴趣，甚至在修完课程后还不能独立进行试验设计、分析数据。此外，教学内容过于陈旧，一些新的实验方法和数据处理方法都没有及时传授给学生，缺乏知识的更新和融入，导致教学内容与社会前沿知识脱节，从而使学生学习知识片面化[7-8]。

1.4 考核方式单一

课程刚开设时对学生成绩进行评定采用传统模式，以平时成绩和期末考试成绩相结合进行最终成绩评定。在传统教学模式中，通常采用多媒体教学，与学生互动较少，不注重过程性考核，学生在课程考试前突击复习几天，依旧是及格60 分万岁的理念，使学生的能力无法提升。近年来才把课程属性更改为考查课，考核方式采取论文综述或结课后的一个综合作业为主要考核依据，并无法真正体现学生对知识的掌握程度和应用能力。

2 “试验设计与数据处理”课程教学改革实践

以高素质技术技能型人才为目标培养的课程教学改革，需要对教学设计进行相应改变。为解决食品、生物类专业“试验设计与数据处理”课程存在的诸多问题。近年来，进行了相应的改革实践，成效初现。

2.1 提高学生上课听课积极性

学习态度从“要我学”到“我要学”的转变是至关重要的，为此在传授知识和培养能力时使用启发式教学模式，激发学生的学习热情；其次，是以科研成果和科研方法激起学生的学习欲望，直接激起学生发现问题、探索问题的兴趣；再次，给予适合的课程考核压力，让压力转化为学生学习的动力。课程结合学生创新创业项目、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛活动，以学生自己的课题为切入点，以其自身项目内容为考核点布置作业，学生在完成作业的同时，可对自身课题进行实验设计，可谓一箭双雕。经过近2 年的实践探索，学生上课积极性大大提高。

2.2 理论与实践紧密结合

理论是基石，操作技能需要在理论的指导下才能做到规范和标准化，才能更好地促进科研工作的开展，同时经过了实践操作，可让学生更好地理解理论知识，因此将课程实验与科研相关工作有机融合，可以提高课程课堂教学质量。经过多年探索，从教师的科研实验中选取部分内容较新且能与设计联系较紧密的成熟课题进行实践性教学环节，在传授理论知识的过程中，适时安排学生进行实验设计，以提高其学习的积极性；安排学生进行实验结果数据处理，以激发其学习兴趣，培养学生勤思考的习惯和提高其解决问题的能力。此外，积极鼓励对科研感兴趣的学生参与到教师的科研项目中，利用该课程所学的试验设计和数据处理的方法进行一些试验研究。在课程教学授课过程中，适当加入计算软件的使用教学，如正交设计助手、Design Expert、SPSS、SAS 等分析软件。通过实践，学生在毕业论文过程中运用的效果良好，无论是过程试验设计还是结果数据处理，各环节都顺利且高效高质量地完成。

2.3 项目驱动教学，构建高效教学模式

经过多年的教学实践，引入项目化教学模式，选择学生正在进行的“挑战杯”项目、创新创业实践项目等，激发了学生的学习兴趣与主动性，提高其参与度与成就感。在项目化驱动教学模式中，采取“学中做”与“做中学”深度融合的模式，一般包括以下几个方面：①确定实践项目；②布置试验设计任务；③学习、咨询、制定方案；④项目实施；⑤结果数据处理及分析；⑥工作汇报、交流；⑦点评、归纳、完善[9]。通过项目或工作任务等载体将理论知识与实践应用有机融合，学生可充分利用课外时间进行资料查阅、任务设计、方案制订，并咨询指导教师进行交流，最后完成项目任务，课程推进效果良好。

例如，学生的挑战杯项目“龙眼核总黄酮提取工艺条件优化及其抗氧化活性研究”，是对岭南水果龙眼的下脚料龙眼核进行综合利用，提取其中的总黄酮，并应用到日用品、化妆品领域中，具有一定的创新性。在对提取工艺环节进行试验设计时，可设计的试验影响因子较多，如提取溶剂种类、提取时间、提取温度、料液比、粉碎度、是否使用超声辅助等。教师下达给该组学生工作任务后，组员自行安排时间进行资料查阅、设计实验方案、咨询指导教师，完善实验方案后进行相关试验，完成实验后整理实验数据并进行数据处理与结果分析，最后进行成果汇报与展示，总结存在的问题，提出改进措施，注重感受与分享。

2.4 改革考核方式，科学考核指标

考核是课程教学的最后一个环节，也是对教学效果最有力的反馈。采取实践操作考核（试验设计）、课堂成绩和期末考试有机结合的方式进行总成绩评定[10]。实践操作考核，专指安排学生进行试验设计，以考核学生对课堂教学的理解掌握程度和消化程度。课堂成绩包括课堂作业、互动表现等方面，将有利于教师及时掌握学生的学习动态，并且利于激发学生学习的主动性。期末考试则是全面考核学生对课程的学习情况，“试验设计与教学处理”课程是一门理论性强、实践操作性高的课程，因此在考核过程中不仅要着重注意各知识点的量化，还要注重实操环节发现问题、分析问题、解决问题等重点和难点。除了成绩考核方式来判断教学效果，还可以通过与学生交流、问卷调查等方式结合学生需求来调整教学方案，从而提高教学质量。

3 结语

试验设计、结果数据处理能力的高低直接影响高职院校理工类专业学生在科学研究、产品开发、检验检测工作等岗位上能力发挥的优劣，可以说“试验设计与数据处理”课程对于学生是一门实用性非常强的课程。多年的教学实践发现，对该课程知识点掌握越好的学生，其实践应用能力和操作能力越高，毕业后对工作的适应磨合期也较短，对工作的自信心也较高。

通过课程改革实践，发现学生的学习积极性有明显的提高，其动手实践能力有显著的提升，并对后续课程教学、学生进行科研等方面有很大的帮助。课程建设仍存在一些不完善的地方，仍有较大的改革提升空间，团队教师必须多学习、多思考，拓宽知识面，提升授课技巧，并紧密结合学生实际情况与专业的实际情况，持续优化授课内容、改善授课方法、完善考核体系，才能更好地发挥本课程在专业课程系统中的作用，达到人才培养方案的要求，为专业培养高素质技术技能型人才，满足社会对当代大学生的要求。