摘要:食品试验设计方法作为食品类专业开设的一门专业基础必修课程，对学生毕业、就业、深造都具有重要作用。但该课程具有概念繁多、理论与实践并重等特点，教学过程中可能会出现学生参与度不高、课程理论和试验相分离、先进统计分析工具普及不足等问题。针对这些问题，建议通过随机问答与随堂小游戏、将试验课与理论课融合授课、加强先进统计工具的入门引导等措施来改善授课效果，在教授学生试验设计知识的同时，传递主动探索、开放共享的科学精神。
关键词：试验设计;教学改革;食品;数据处理
食品试验设计方法是食品类专业开设的一门专业基础必修课程，旨在使学生掌握试验设计的基本原理和基本方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，让学生具备独立设计和实施试验的能力，并能对试验结果进行处理与分析，使学生成为具有一定试验设计能力的高级专业人才［1－2］。先修课程一般包括高等数学、数理统计、食品分析与检验等，既具有较强的实践性，也需要较扎实的理论基础［3］。课程内容主要分为数理统计分析、试验设计方法两部分，其中数理统计分析主要包括试验资料的统计描述、理论分布与抽样分布、统计假设测验与参数估计、方差分析、回归分析等，试验设计方法部分包括试验设计基础、全面试验设计、正交试验设计、均匀试验设计以及回归正交试验设计等［4］。试验设计方法作为各大高校多数理工科专业广泛开设的一门专业基础课程，对于培养学生严谨、客观的学习工作态度，主动分析问题、解决问题的实践能力具有重要作用［5－6］。食品试验设计方法课程对于食品类专业学生同样具有理论和实践两方面的指导作用，比如食品生产中新产品开发、生产工艺的优化、消费者偏好评估等都与该课程内容紧密相关。然而，食品试验设计方法课程以概率论和数理统计为基础，具有概念繁多、理论性强等特点［7－8］，导致课程授课容易照本宣科，学起来容易顾此失彼、趣味索然。因此，如何在有限的时间内，既让学生理解、掌握试验设计的基本概念和原理，又使学生能够吸收其基本思想并加以运用是每个任课教师需要反复探索、改进的过程。基于此，笔者结合自身教学实践对食品试验设计方法课程教学进行了积极尝试与改革，以期提升教学效果。
1目前食品试验设计方法课程教学中存在的问题
由于食品试验设计方法课程具有较强的综合性、专业性和理论性，授课过程中常常会存在各种各样的问题。
1．1教学过程学生参与度不高。试验设计方法作为一门围绕试验开展的课程，由于授课形式的限制，仍以教师讲、学生听为主，如果学生不能很好地抓住核心思路，诸多的抽象概念会让学生疲于应付，感到枯燥无趣。实际上，由于课时有限，教师忙于解释基本概念和方法，学生被动地接受概念和定义，很难结合实例去理解、思考试验设计方法的思想和精髓，上课时不能主动、有效地参与到学习过程中，常常出现学着后面忘记前面的窘境。
1．2课程理论、试验分离存缺陷。许多高校课程采取理论课、试验课由不同教师分别负责、各司其职，这虽然方便管理，提高了效率，但对于试验设计这类课程也会造成一定的隐患。理论课上课内容偏重于理论内容，重点讲解概念和公式，试验环节则着重试验操作，但由于不同的讲解思路和授课风格，很可能造成两部分课程脱节，课程对理论内容的讲解详细，而学生对试验课程则应付了事，难以将课程理论与实际应用相结合。
1．3先进统计分析工具普及不足。试验设计方法作为一门强调方法应用的课程，如何让学生在理解概念和思路的基础上实际应用于毕业设计、课程设计等需求应是课程的重要部分，而易上手、功能强大的分析工具必不可少。近年来，新型统计分析语言、软件层出不穷，功能也愈加强大，但许多教师对统计分析软件的认识依然局限于SPSS、Excel等软件，有必要对Matlab、R语言、Python、Julia等新型数据处理语言和工具进行介绍［9－10］，以使学生能紧跟技术发展前沿、拓展知识面。
2改进措施
2．1通过随机问答与随堂小游戏提高学生参与度。概念繁多、知识零碎是食品试验设计方法课程的重要特点之一，但其中所涉及概念、理论大多与学生生活常识和已有认知密切相关，只是对更客观、准确的专业术语进行重新定义，所以理解难度不大。因此，教学的难点在于如何紧紧抓住学生注意力，使其始终跟随教师思路对概念和知识体系进行理解与认知。针对这一难点，为了提高授课时学生参与度，笔者经多次尝试认为随机问答与随堂小游戏2个方法最有效。①随机问答。上课时，教师可根据授课内容设置简单问题，然后随机提问。进行提问的目的不在于考察学生的知识掌握程度，而在于保持学生注意力，因此所设置问题应简单、易于回答，而采用随机提问的方式有助于使大部分学生形成轻微的心理压力，保持专注。举例来讲，讲解“直线回归与相关分析”一章时，可以“蝴蝶效应”引出事物之间的关联，并询问哪位同学观看过“蝴蝶效应”这部电影，如果有看过的学生则可以快速简述主要剧情，从而引起学生兴趣，进而在解释“确定性关系”和“非确定性关系”后可以提问同学，给出相应的例子。②随堂小游戏。由于该课程既具有较强理论性，又始终面向实践性，因此无论是单讲理论还是单做试验都具有一定的片面性，通过带有试验性质的小游戏，既能调动学生积极性，又能帮助解释课程理论。例如，讲解准确性和精确性时，可以在黑板上绘制圆心和若干同心圆，然后选2个同学比赛掷粉笔，每位同学投掷10次，然后由另外2位同学测量投掷点与圆心的距离，再让大家评定哪位同学投掷更准确，进而引出准确性和精确性的概念，引导学生思考如何将直观感觉通过变量和公式进行客观、科学的表达，最后通过平均值和方差、标准差等变量的具体表达式对所得结果进行计算，通过比较投掷结果，这样既可以形成一个清晰而完整的概念体系，又不失鲜活形象。
2．2试验课与理论课融合授课。由于试验设计方法的特殊性，该课程不适合将试验与理论相分离。对于多数课程，试验课的目的在于巩固课堂知识或掌握操作技能，因此试验课重在操作，但该课程试验课的目的是教会学生设计试验、分析试验的方法和流程，重点在于设计和分析，而非操作，因此所选试验应具备思路清晰、步骤简单等特点。试验前不应直接给出试验方案，而应给出试验目的和工具，由学生设计试验方案。总体上，每次试验课第一个课时应由25min方案设计部分和20min方案实施部分组成，穿插讲解试验设计的注意事项;第二个课时则以试验结果处理为主，讲解试验结果处理的思路和方法。这样的课程设计必须由主讲教师与试验指导教师密切配合完成。例如，单因素方差试验可以温度对甜味感受的影响作为主题，试验目的是考察不同温度下人的甜味感受灵敏度是否存在显著差异，然后引导学生根据试验设计的随机化、局部控制等原则自行设计试验方案，快速进行分工合作，拟定试验记录表格，预计需15min，在学生初步拟定方案后教师进行指正、修改，讲解注意事项，最后与教师事先准备好的试验方案相结合进行试验，预计需10min。确定试验方案后，开始试验实施和数据记录。第二课时则讲解方差分析的原理、步骤和注意事项，给出计算步骤和公式，并带领学生使用Excel软件对试验数据进行处理分析。
2．3加强先进统计工具入门引导。随着计算机技术、数据科学、人工智能等学科领域的发展，各类新型数据处理语言、统计分析软件蓬勃发展，特别是Python、R等免费、开源、功能强大、扩展性强的体系得到了广泛使用和认可［9］，其语法规则也愈加灵活、简便、易懂。该课程作为一门试验设计和数据科学的入门课程，不仅应教会学生使用Excel、SPSS等软件进行简易模块化操作的使用方法，更应该使学生见识到软件背后的处理过程和无限潜力，从而激发学生兴趣、开阔学生视野，为今后的深造和提升奠定基础，因此，加强先进统计工具入门引导十分必要。以R语言为例，其是新西兰的罗斯·伊哈卡(RossIhaka)和罗伯特·金特尔曼(RobertGentle-man)基于S语言开发，1993年面世，1995年采用通用公共许可协议，使之成为免费软件。由于功能强大，且开源、免费，在统计分析、绘图、数据挖掘等方面得到广泛应用，并吸引了大量研究人员和团体为其设计了完善的开发环境软件和许多丰富的扩展功能包。进行线性回归与相关分析试验时可以首先利用Excel进行回归过程演示，分析其利弊，然后延伸介绍R语言相关内容。作为对比，首先利用R内置线性回归建模函数lm()进行线性回归建模，然后通过基础代码重现线性回归方程和显著性分析的求解过程，从而突出此类高级数据分析工具开放性、扩展性、定制性的优点。以此，开阔学生视野，培养学生主动探索、开放共享的科学精神。
3结语
大学作为学生步入社会前的最后教育阶段，应教给学生的不仅是工程技术知识，更应是这种积极追索、自由向上的独立自由精神。试验设计方法课程综合了工程技术、统计分析、数学模型等领域的智慧结晶，是同时传授知识与精神的优良载体。因此，授课教师应积极加强与学生互动，使学生掌握试验设计的方法与技巧，同时结合简单易懂的小测试、小游戏使其理解所涉及数学理论的思路与理念，通过先进的统计分析语言和工具开阔学生的视野，传递主动探索、开放共享的科学精神，从而切实提高学生能力，改善授课效果。
作者:李志华 黄晓玮 郭志明 石吉勇 邹小波 单位:江苏大学
