李志華　黃曉瑋　郭志明　石吉勇　鄒小波

摘要 食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法作為食品類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，對(duì)學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)、深造都具有重要作用。但該課程具有概念繁多、理論與實(shí)踐并重等特點(diǎn)，教學(xué)過程中可能會(huì)出現(xiàn)學(xué)生參與度不高、課程理論和試驗(yàn)相分離、先進(jìn)統(tǒng)計(jì)分析工具普及不足等問題。針對(duì)這些問題，建議通過隨機(jī)問答與隨堂小游戲、將試驗(yàn)課與理論課融合授課、加強(qiáng)先進(jìn)統(tǒng)計(jì)工具的入門引導(dǎo)等措施來改善授課效果，在教授學(xué)生試驗(yàn)設(shè)計(jì)知識(shí)的同時(shí)，傳遞主動(dòng)探索、開放共享的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞 試驗(yàn)設(shè)計(jì);教學(xué)改革;食品;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào) S-01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）23-0268-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.071

Teaching Reform Exploration of Food Experiment Design Method

LI Zhi-hua，HUANG Xiao-wei，GUO Zhi-ming et al

（Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu? 212013）

Abstract As a compulsory basic course for food majors，food experiment design method plays an important role in students graduation，employment and further education.However，it is characterized by various concepts，emphasizing on both theory and practice.There may be problems such as low student participation，separation of theory and experiment，and insufficient popularization of advanced statistical analysis tools in the teaching process.In response to these problems，it was recommended to improve the teaching effect by random question and small games，integrating the experimental and theoretical classes，and strengthening the introduction of advanced statistical tools.While teaching students the knowledge of experimental design，this course would also pass the scientific spirit of active exploration，openness and sharing.

Key words Experiment design;Teaching reform;Food;Data processing

食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是食品類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，旨在使學(xué)生掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，讓學(xué)生具備獨(dú)立設(shè)計(jì)和實(shí)施試驗(yàn)的能力，并能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理與分析，使學(xué)生成為具有一定試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的高級(jí)專業(yè)人才[1-2]。先修課程一般包括高等數(shù)學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、食品分析與檢驗(yàn)等，既具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，也需要較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)[3]。課程內(nèi)容主要分為數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法兩部分，其中數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析主要包括試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)描述、理論分布與抽樣分布、統(tǒng)計(jì)假設(shè)測(cè)驗(yàn)與參數(shù)估計(jì)、方差分析、回歸分析等，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法部分包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及回歸正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等[4]。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法作為各大高校多數(shù)理工科專業(yè)廣泛開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、客觀的學(xué)習(xí)工作態(tài)度，主動(dòng)分析問題、解決問題的實(shí)踐能力具有重要作用[5-6]。食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程對(duì)于食品類專業(yè)學(xué)生同樣具有理論和實(shí)踐兩方面的指導(dǎo)作用，比如食品生產(chǎn)中新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、消費(fèi)者偏好評(píng)估等都與該課程內(nèi)容緊密相關(guān)。

然而，食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，具有概念繁多、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)[7-8]，導(dǎo)致課程授課容易照本宣科，學(xué)起來容易顧此失彼、趣味索然。因此，如何在有限的時(shí)間內(nèi)，既讓學(xué)生理解、掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念和原理，又使學(xué)生能夠吸收其基本思想并加以運(yùn)用是每個(gè)任課教師需要反復(fù)探索、改進(jìn)的過程?；诖?，筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐對(duì)食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程教學(xué)進(jìn)行了積極嘗試與改革，以期提升教學(xué)效果。

1 目前食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程教學(xué)中存在的問題

由于食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程具有較強(qiáng)的綜合性、專業(yè)性和理論性，授課過程中常常會(huì)存在各種各樣的問題。

1.1 教學(xué)過程學(xué)生參與度不高

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法作為一門圍繞試驗(yàn)開展的課程，由于授課形式的限制，仍以教師講、學(xué)生聽為主，如果學(xué)生不能很好地抓住核心思路，諸多的抽象概念會(huì)讓學(xué)生疲于應(yīng)付，感到枯燥無趣。實(shí)際上，由于課時(shí)有限，教師忙于解釋基本概念和方法，學(xué)生被動(dòng)地接受概念和定義，很難結(jié)合實(shí)例去理解、思考試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的思想和精髓，上課時(shí)不能主動(dòng)、有效地參與到學(xué)習(xí)過程中，常常出現(xiàn)學(xué)著后面忘記前面的窘境。

1.2 課程理論、試驗(yàn)分離存缺陷

許多高校課程采取理論課、試驗(yàn)課由不同教師分別負(fù)責(zé)、各司其職，這雖然方便管理，提高了效率，但對(duì)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)這類課程也會(huì)造成一定的隱患。理論課上課內(nèi)容偏重于理論內(nèi)容，重點(diǎn)講解概念和公式，試驗(yàn)環(huán)節(jié)則著重試驗(yàn)操作，但由于不同的講解思路和授課風(fēng)格，很可能造成兩部分課程脫節(jié)，課程對(duì)理論內(nèi)容的講解詳細(xì)，而學(xué)生對(duì)試驗(yàn)課程則應(yīng)付了事，難以將課程理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。

1.3 先進(jìn)統(tǒng)計(jì)分析工具普及不足

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法作為一門強(qiáng)調(diào)方法應(yīng)用的課程，如何讓學(xué)生在理解概念和思路的基礎(chǔ)上實(shí)際應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等需求應(yīng)是課程的重要部分，而易上手、功能強(qiáng)大的分析工具必不可少。近年來，新型統(tǒng)計(jì)分析語言、軟件層出不窮，功能也愈加強(qiáng)大，但許多教師對(duì)統(tǒng)計(jì)分析軟件的認(rèn)識(shí)依然局限于SPSS、Excel等軟件，有必要對(duì)Matlab、R語言、Python、Julia等新型數(shù)據(jù)處理語言和工具進(jìn)行介紹[9-10]，以使學(xué)生能緊跟技術(shù)發(fā)展前沿、拓展知識(shí)面。

2 改進(jìn)措施

2.1 通過隨機(jī)問答與隨堂小游戲提高學(xué)生參與度

概念繁多、知識(shí)零碎是食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程的重要特點(diǎn)之一，但其中所涉及概念、理論大多與學(xué)生生活常識(shí)和已有認(rèn)知密切相關(guān)，只是對(duì)更客觀、準(zhǔn)確的專業(yè)術(shù)語進(jìn)行重新定義，所以理解難度不大。因此，教學(xué)的難點(diǎn)在于如何緊緊抓住學(xué)生注意力，使其始終跟隨教師思路對(duì)概念和知識(shí)體系進(jìn)行理解與認(rèn)知。針對(duì)這一難點(diǎn)，為了提高授課時(shí)學(xué)生參與度，筆者經(jīng)多次嘗試認(rèn)為隨機(jī)問答與隨堂小游戲2個(gè)方法最有效。①隨機(jī)問答。上課時(shí)，教師可根據(jù)授課內(nèi)容設(shè)置簡(jiǎn)單問題，然后隨機(jī)提問。進(jìn)行提問的目的不在于考察學(xué)生的知識(shí)掌握程度，而在于保持學(xué)生注意力，因此所設(shè)置問題應(yīng)簡(jiǎn)單、易于回答，而采用隨機(jī)提問的方式有助于使大部分學(xué)生形成輕微的心理壓力，保持專注。舉例來講，講解“直線回歸與相關(guān)分析”一章時(shí)，可以“蝴蝶效應(yīng)”引出事物之間的關(guān)聯(lián)，并詢問哪位同學(xué)觀看過“蝴蝶效應(yīng)”這部電影，如果有看過的學(xué)生則可以快速簡(jiǎn)述主要?jiǎng)∏?，從而引起學(xué)生興趣，進(jìn)而在解釋“確定性關(guān)系”和“非確定性關(guān)系”后可以提問同學(xué)，給出相應(yīng)的例子。②隨堂小游戲。由于該課程既具有較強(qiáng)理論性，又始終面向?qū)嵺`性，因此無論是單講理論還是單做試驗(yàn)都具有一定的片面性，通過帶有試驗(yàn)性質(zhì)的小游戲，既能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，又能幫助解釋課程理論。例如，講解準(zhǔn)確性和精確性時(shí)，可以在黑板上繪制圓心和若干同心圓，然后選2個(gè)同學(xué)比賽擲粉筆，每位同學(xué)投擲10次，然后由另外2位同學(xué)測(cè)量投擲點(diǎn)與圓心的距離，再讓大家評(píng)定哪位同學(xué)投擲更準(zhǔn)確，進(jìn)而引出準(zhǔn)確性和精確性的概念，引導(dǎo)學(xué)生思考如何將直觀感覺通過變量和公式進(jìn)行客觀、科學(xué)的表達(dá)，最后通過平均值和方差、標(biāo)準(zhǔn)差等變量的具體表達(dá)式對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，通過比較投擲結(jié)果，這樣既可以形成一個(gè)清晰而完整的概念體系，又不失鮮活形象。

2.2 試驗(yàn)課與理論課融合授課

由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的特殊性，該課程不適合將試驗(yàn)與理論相分離。對(duì)于多數(shù)課程，試驗(yàn)課的目的在于鞏固課堂知識(shí)或掌握操作技能，因此試驗(yàn)課重在操作，但該課程試驗(yàn)課的目的是教會(huì)學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)、分析試驗(yàn)的方法和流程，重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)和分析，而非操作，因此所選試驗(yàn)應(yīng)具備思路清晰、步驟簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。試驗(yàn)前不應(yīng)直接給出試驗(yàn)方案，而應(yīng)給出試驗(yàn)?zāi)康暮凸ぞ?，由學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。總體上，每次試驗(yàn)課第一個(gè)課時(shí)應(yīng)由25 min方案設(shè)計(jì)部分和20 min方案實(shí)施部分組成，穿插講解試驗(yàn)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng);第二個(gè)課時(shí)則以試驗(yàn)結(jié)果處理為主，講解試驗(yàn)結(jié)果處理的思路和方法。這樣的課程設(shè)計(jì)必須由主講教師與試驗(yàn)指導(dǎo)教師密切配合完成。例如，單因素方差試驗(yàn)可以溫度對(duì)甜味感受的影響作為主題，試驗(yàn)?zāi)康氖强疾觳煌瑴囟认氯说奶鹞陡惺莒`敏度是否存在顯著差異，然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的隨機(jī)化、局部控制等原則自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，快速進(jìn)行分工合作，擬定試驗(yàn)記錄表格，預(yù)計(jì)需15 min，在學(xué)生初步擬定方案后教師進(jìn)行指正、修改，講解注意事項(xiàng)，最后與教師事先準(zhǔn)備好的試驗(yàn)方案相結(jié)合進(jìn)行試驗(yàn)，預(yù)計(jì)需10 min。確定試驗(yàn)方案后，開始試驗(yàn)實(shí)施和數(shù)據(jù)記錄。第二課時(shí)則講解方差分析的原理、步驟和注意事項(xiàng)，給出計(jì)算步驟和公式，并帶領(lǐng)學(xué)生使用Excel軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2.3 加強(qiáng)先進(jìn)統(tǒng)計(jì)工具入門引導(dǎo)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，各類新型數(shù)據(jù)處理語言、統(tǒng)計(jì)分析軟件蓬勃發(fā)展，特別是Python、R等免費(fèi)、開源、功能強(qiáng)大、擴(kuò)展性強(qiáng)的體系得到了廣泛使用和認(rèn)可[9]，其語法規(guī)則也愈加靈活、簡(jiǎn)便、易懂。該課程作為一門試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)科學(xué)的入門課程，不僅應(yīng)教會(huì)學(xué)生使用Excel、SPSS等軟件進(jìn)行簡(jiǎn)易模塊化操作的使用方法，更應(yīng)該使學(xué)生見識(shí)到軟件背后的處理過程和無限潛力，從而激發(fā)學(xué)生興趣、開闊學(xué)生視野，為今后的深造和提升奠定基礎(chǔ)，因此，加強(qiáng)先進(jìn)統(tǒng)計(jì)工具入門引導(dǎo)十分必要。以R語言為例，其是新西蘭的羅斯·伊哈卡 （Ross Ihaka）和羅伯特·金特爾曼（Robert Gentleman）基于S語言開發(fā)，1993年面世，1995年采用通用公共許可協(xié)議，使之成為免費(fèi)軟件。由于功能強(qiáng)大，且開源、免費(fèi)，在統(tǒng)計(jì)分析、繪圖、數(shù)據(jù)挖掘等方面得到廣泛應(yīng)用，并吸引了大量研究人員和團(tuán)體為其設(shè)計(jì)了完善的開發(fā)環(huán)境軟件和許多豐富的擴(kuò)展功能包。進(jìn)行線性回歸與相關(guān)分析試驗(yàn)時(shí)可以首先利用Excel進(jìn)行回歸過程演示，分析其利弊，然后延伸介紹R語言相關(guān)內(nèi)容。作為對(duì)比，首先利用R內(nèi)置線性回歸建模函數(shù)lm（）進(jìn)行線性回歸建模，然后通過基礎(chǔ)代碼重現(xiàn)線性回歸方程和顯著性分析的求解過程，從而突出此類高級(jí)數(shù)據(jù)分析工具開放性、擴(kuò)展性、定制性的優(yōu)點(diǎn)。以此，開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索、開放共享的科學(xué)精神。

3 結(jié)語

大學(xué)作為學(xué)生步入社會(huì)前的最后教育階段，應(yīng)教給學(xué)生的不僅是工程技術(shù)知識(shí)，更應(yīng)是這種積極追索、自由向上的獨(dú)立自由精神。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法課程綜合了工程技術(shù)、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)學(xué)模型等領(lǐng)域的智慧結(jié)晶，是同時(shí)傳授知識(shí)與精神的優(yōu)良載體。因此，授課教師應(yīng)積極加強(qiáng)與學(xué)生互動(dòng)，使學(xué)生掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法與技巧，同時(shí)結(jié)合簡(jiǎn)單易懂的小測(cè)試、小游戲使其理解所涉及數(shù)學(xué)理論的思路與理念，通過先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析語言和工具開闊學(xué)生的視野，傳遞主動(dòng)探索、開放共享的科學(xué)精神，從而切實(shí)提高學(xué)生能力，改善授課效果。

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作者簡(jiǎn)介 李志華（1989—），男，河南舞鋼人，講師，博士，從事食品、農(nóng)產(chǎn)品無損檢測(cè)與智能加工研究。

收稿日期 2020-05-26