胡代花 张志健 李虎 冯自立 张辰露

摘  要：“试验设计与数理统计”是研究生课程体系中的一门重要工具课程，具有很强的理论性和实践性。作者结合应用型大学对人才培养的目标和专业特色，在该课程教学中实践了充分认识课程重要性、理清重点和难点、树立统计学思维、优化课程教学内容、丰富教学方法手段、以科研促教学、改革课程考核方式等教学改革方法，进一步提高了教学效果和应用型人才培养质量。

关键词：试验设计;数据处理;教学改革;研究生培养;应用型高校

应用型大学食品类专业的目标是培养具有较高综合素质和较强实践能力的专业人才，要求学生掌握较强操作技能的同时，具备运用基础理论解决专业问题的实践能力[1-2]。在食品专业研究生教育过程中，“试验设计与数理统计”课程教学对研究生的创新意识和创新能力的培养至关重要。一个研究者如果具备了一定的专业知识，可以从事科研活动，但是如果他不具备试验设计与数据处理的能力，那么他不会做出好的科研成果。试验设计与数据处理的水平是研究生是综合素养和创新能力的根基，是到达科学研究前沿的理论准备[3-5]。正确掌握和运用试验设计与数据处理方法是研究生进行科研的一项必备基本功[6]。陕西理工大学建校以来，坚持“立足陕西，服务基层”的办学定位，秉承“明德、砺志、博学、笃行”的校训，致力于培养“具有创新精神和实践能力的高级应用型人才”[7]。作者通过分析近年来食品科学与工程专业研究生课程教学现状和存在问题，结合陕西理工大学对应用型人才培养的目标和专业特色，实践了充分认识课程重要性、理清重点和难点、树立统计学思维、优化课程教学内容、丰富教学方法手段、以科研促教学、改革课程考核方式等教学改革方法，取得了较高教学效果。通过经验分享，以期为提高应用型人才培养质量提供参考。

1 以实际案例出发，使学生充分认识课程重要性

（1）科学应用试验设计和数理统计方法，是有效保障食品安全、积极推进现代食品企业产品研发和生产的重要辅助手段。如利用正交试验设计、响应面设计、均匀设计等试验设计方法，结合SPSS数据处理软件进行方差分析和回归分析，能够科学指导和有效完成食品配方和制作工艺优化、以及食品保藏与品质变化的数学模型构建等内容[1，8]。

（2）试验设计与数理统计类课程逐渐成为国内外知名食品专业的重要专业课程，该类课程也已经成为研究生面试和出国申请的重要参考。如在西北农林科技大学的食品科学与工程，食品质量与安全本科专业培养方案中，均将《食品试验设计优化》列为专业基础课（必修），同时将专业选修课中的《食品试验设计与数据处理》课程列为本研贯通课程，依照学校相关规定，选修本研贯通课程可在本校研究生教育阶段认定5学分[9]。陕西理工大学也非常重视试验设计与数理统计课程在应用型食品专业人才培养中的重要性，在专业人才培养方案中将本课程列为专业必修课。

（3）先进合理的试验设计和数据分析，以及规范的图表绘制是撰写和发表高水平论文的基础。作者在实际教学中，以《食品科学》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》和《Food Chemistry》等国内外食品类高水平期刊论文对试验设计和数据处理的要求为例，深刻解读试验设计和数据处理在撰写和发表高水平论文中的重要性。

2 明确课程的主要内容在应用型食品专业中的用途，理清难点和重点

对于应用型大学的研究生来说，把握好理论和应用的平衡是提高上课效率、授课效果，保证人才培养质量的重要前提[1]。为进一步激发学生的学习兴趣，提高课程的实际应用性，通过对学生的学情分析，增加各类专业统计绘图软件的应用，减少统计学原理、公式推导和计算等内容，增加常用和先进的试验设计方法。将本课程的难点归纳为统计假设检验、方差分析、回归分析和正交试验设计等基本原理的掌握和理解，重点归纳为以上原理和方法在食品研发生产中的指导和科學应用，以及运用Office、SPSS、origin和GraphPad Prism等软件对数据进行正确处理和分析，规范绘制本专业各类常用图表等。在具体教学实践中，以学生专业实践应用需求为出发点，密切结合食品科学与工程研究专业案例，深入浅出，化繁为简，并有效结合上机实践练习，完成从基本原理的理解和掌握、数据处理软件的熟练使用，以及指导应用生产实践全方位综合应用能力培养。

3 树立统计学的思维

从研究生入学开始，通过讲座、科研案例、翻转课堂讨论等方式，使研究生了解试验设计与数据处理和科研的关系，使学生树立统计学思维，能够灵活运用统计思维和方法解决实际问题。例如：让学生用统计学的思想理解“你所看到的，不一定是事实的真相”，分析“处理效应和误差效应在总变异中所占的比例”。少部分学生在本科阶段接触了方差分析软件如SPSS的实践操作，但只停留于“只知表不知里”阶段。由于缺乏统计学知识系统学习，不利于客观规律和正确结论的科学得出。在数据处理和分析过程中，也不清楚“差异显著”、“p<0.05”、“p>0.05”、“LSD法”、“q检验法”、“Duncan法”等专业表述的统计学意义。根据“正态分布和概率计算”以及“小概率事件在一次事件中不可能发生”的原理介绍，理解“显著性差异”、“差异不显著”、“p<0.05”和“p>0.05”等表述蕴含的统计学意义;通过多重比较的统计学意义和分析方法的介绍，熟悉“LSD法”、“q检验法”、“Duncan法”等不同多重比较方法的区别与联系。只有理解了这些不同多重比较方法的区别与联系，认识到同一试验结果利用不同多重比较方法分析，可能会得出不同的结论，才能在具体实践应用中科学准确标注。将统计学思维贯穿于研究生试验方案设计、课题实施、论文撰写等全过程中，利用统计学思维深入挖掘实验数据和结果蕴含的科学规律，正确指导科研和生产实践工作，让学生能够真正运用统计学思维解决实际问题。

4 优化课程教学内容

通过对近年来学生的学情分析，多数学生本科期间未涉猎数据处理与统计分析类课程内容，少数学生仅在大二阶段学习过此类课程，且由于学习期间对课程重要性认识不足，对所学知识和应用已基本遗忘。针对学生统计基础薄弱的问题，对课程教学内容进行调整和优化。在教材选择上，将张吴平主编的《食品试验设计与统计分析》作为主修教材[10]。在教学内容上，一方面精简统计学原理、公式推导和计算等内容，将理论图形化、形象化;另一方面，注重讲授试验设计和数理统计的方法和应用，并结合大量案例和实践操作，使学生掌握不同方法的使用前提条件、要解决的问题和基本的统计分析步骤，熟练Office、SPSS、Origin和GraphPad Prism等统计软件的使用，并正确理解统计分析结果，得出科学结论和客观规律，能够利用所学知识指导和解决科研、生产实践中遇到的问题。

5 丰富教学方法手段

案例教学法。以教师科研项目为具体案例，对采用的试验设计思路和方法，以及数据处理方法和研究结论的科学得出进行详细分析和说明。如教师以自身开展的光催化食用菌生产VD2关键技术研究为例，介绍在试验前期，如何通过大量文献查阅和调研，明确研究目的及意义，如何科学选取影响因素，并制定科学合理的单因素试验和正交试验设计方案;在具体试验实施和结果分析中，如何通过实验数据结合实际可行性进行综合分析，最终确定物料形态、光源种类、光催化时间等关键技术参数，最终指导实际生产和应用。通过案例教学，将抽象化统计理论具体化，使学生进一步领会试验设计的重要性，学会用统计结果科学揭示试验现象和潜在规律，并进一步应用在研究生课题实施、论文撰写以及生产实践中。

翻转课堂讨论式教学法。一方面教师讲授完理论知识和例题后，学生对习题从解题思路和具体解题方法和步骤进行讲解;另一方面布置课后作业，让学生自行查阅文献，分析文献中所采用的试验设计和数据处理方法的科学合理性，并在课堂上进行讲解、分析和讨论。通过文献查阅、讲解、分析、评价和讨论，学生能对所学内容有更清楚、深入的理解和掌握，也能够借鉴文献方法的优点、弥补自身科研的不足，极大提高了学生主动学习的热情和科研兴趣。

思维导图教学法。试验设计与数理统计课程体系中，每章节的内容循序渐进、环环相扣，既有联系又有区别，在实际应用中也需正确甄别，科学应用。在每章节、章节和章节之间、全部课程内容教学过程中，积极引导学生绘制和优化思维导图。如在《统计数据的理论分布和抽样分布》章节学习中，通过绘制思维导图，对二项分布、泊松分布、正态分布的特点、应用、概率计算，以及三者区别和联系有更清楚的认识;在《方差分析》章节学习中，通过绘制思维导图，学生进一步明确方差分析的原理、意义、分析方法，理解方差分析和多重比较的统计学意义，并掌握多重比较不同方法的区别和联系。通过此环节的锻炼，学生更进一步掌握试验设计与数理统计的理论知识，并极大提高分析问题和上机实践应用能力。

增加上机实践。上机实践是检验学生理论学习的重要试金石，也是提高应用型人才培养质量的关键促进环节。如果学生只是较好掌握了试验设计和数据处理的理论知识，而不能熟练操作和运用各类数据处理软件分析、解决和指导实际问题，不利于应用型人才的培养。作者在实践中教学中充分认识到实践上机环节的重要性，不断注重和加强实践上机环节的学时以及考核权重。为了进一步保障和提高实践上机环节的教学效果，近年来均采用小班式教学，且理论教学与上机实践有机结合。授课过程中学生每人一台电脑，教师在讲完理论知识后趁热打铁，讲解和示范上机实践操作。学生跟着老师在电脑上操作，加深印象，当场有问题，当场解决。通过此环节的锻炼，增加学生的参与度，提高学生实践能力。

6 以科研促教学

本课程的开课时间为第一学期，授课对象是刚入校的研究生，所有学生在本科期间刚完成畢业设计工作，或者主持参与过大学生创新训练项目，或者参与过教师的科研项目。在教学过程中，借助学生已完成的毕业设计或主持参与过的科研项目，引导学生针对所学知识，对前期试验设计和数理统计方法的准确性和科学性进行剖析，分析其存在问题，并根据所学知识制定更加严谨的试验设计和统计分析方法。通过此环节的锻炼，学生不仅巩固了理论知识，并能够学以致用。

7 改革课程考核方式

制定和实施更加合理全面的综合评价考核方式，将课程成绩分为平时成绩、上机实践成绩和期末考试成绩三个部分。其中平时成绩占30%，重点考察出勤情况、作业完成情况、翻转课堂参与度和和讨论效果;上机实践成绩占20%，结合具体案例，综合课堂现场上机实践操作，考察学生对试验方案设计和数据处理方法的数理掌握和科学运用，以及实验结果的客观分析和判定[11];期末考试成绩占50%，重点查看学生对理论知识的综合掌握和应用。通过这种综合评价考核方式，充分调动了学生的学习积极性，也更好促进了学生分析问题和解决问题等综合能力的提高，有效提升了应用型人才的培养质量。

通过上述课程教学改革创新实践，研究生在科研实施和生产实践过程中的试验设计能力和数据处理能力显著提高，研究生撰写的论文中试验设计、数据处理和图表制作科学规范，顺利发表了高水平学术论文;在研究生学位论文评审和答辩过程中，评审和答辩专家对学位论文的试验设计与数据处理给予了较高评价。所培养研究生具备扎实的统计学思维，以及运用所学基础理论知识解决实际专业应用问题的实践能力。

参考文献：

[1] 王一菲， 冯涛， 张赟彬. 应用型大学食品专业“试验设计与分析”教学探索[J]. 农产品加工， 2015， 9： 62-63+66.

[2] 郭娟， 高永清. 应用型大学食品类专业实验教学的改革与探索[J] . 农产品加工， 2012， 6：135-137.

[3] 任永胜， 段潇潇. 大化工类研究生实验设计与数据处理课程教学实践与探索[J]. 广州化工， 2012， 40， 1：133-134.

[4] 刘昆仑， 赵仁勇， 李海旺. “试验设计与数据处理”教学改革探讨-以河南工业大学食品科学类研究生培养为例[J]. 中国西部科技， 2014， 11：84-85.

[5] 马萍， 鄭丽娜， 曹冬梅. 试验设计与数据处理课程教学改革初探[J]. 农产品加工， 2010， 5：93-94.

[6] 刘书成. 食品专业研究生“试验设计与数据处理”课程教学的创新实践[J]. 广东化工， 2016， 43（17）： 229-230.

[7] https：//www.snut.edu.cn/xxgk/xxjj.htm

[8] 路辉丽， 王亚平， 尹成华， 等. 小麦品质指标与面团流变学特性的多元回归分析[J]. 粮油食品科技， 2013， 21（1）：62-66.

[9] https：//food.nwafu.edu.cn/jyjx/bksjy/pyfa/index.htm

[10] 张吴平， 杨坚. 食品试验设计与统计分析[M]. 北京：中国农业大学出版社， 2017：1-99.

[11] 马丽媛， 尚尔坤， 刘丽美， 等. 应用型高校数理统计与实验设计课程教学改革[J]. 现代农业科技， 2020， 23：258-259+262.

基金项目：陕西理工大学研究生教改项目（SLGYJG2116， SLGYJG2003）;陕西理工大学“课程思政”教改项目（KCSZ202109）;陕西省科技厅项目（2021NY-154）;陕西省教育厅项目（20JS023）;陕西理工大学博士后项目（SLGBH16-04）

作者简介：胡代花（1983—  ），女，陕西安康人，副教授，研究方向：食品科学与工程相关教学和科研。