龐曉明 李穎岳

北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100083

試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析是面向林學(xué)、生物科學(xué)、生物技術(shù)、食品科學(xué)等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程將概率論與數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法運用于生產(chǎn)與科學(xué)試驗，重點解決如何根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵罂茖W(xué)設(shè)計試驗，并對試驗結(jié)果正確地進行統(tǒng)計分析，以獲得有效試驗信息等問題，具有很強的實用性。隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷發(fā)展，試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析已成為自然科學(xué)研究方法論領(lǐng)域一個比較成熟的學(xué)科，是相關(guān)專業(yè)科學(xué)領(lǐng)域研究和實際工作必不可少的工具。該課程的學(xué)習(xí)能夠提高學(xué)生的知識運用水平及動手能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，為從事各類相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程要求有一定的數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)，教學(xué)中理論公式較多，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法學(xué)生容易感覺枯燥；且重理論、輕實踐的現(xiàn)象也影響了實際的教學(xué)效果。筆者結(jié)合多年課程教學(xué)的實踐經(jīng)歷，變革課程內(nèi)容，改進教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核辦法等，提高教學(xué)效果，促進學(xué)生動手能力和實踐能力培養(yǎng)。

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與更新

試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程由理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩部分組成，是一門應(yīng)用性和實踐性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課。從減少學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)出發(fā)，該課程已經(jīng)壓縮到32學(xué)時，這就更要求我們對教學(xué)內(nèi)容精挑細(xì)選，提高教學(xué)的效果。

在理論教學(xué)中要順應(yīng)農(nóng)林和生物科學(xué)高速發(fā)展和多學(xué)科交叉的趨勢，根據(jù)農(nóng)林與生物類專業(yè)的教學(xué)基本要求和學(xué)生畢業(yè)后要從事的主要工作，重點講授試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析的基本原理和常用方法。

在教學(xué)內(nèi)容上，結(jié)合目前試驗設(shè)計方法的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，適當(dāng)刪減某些已不常用的設(shè)計方法，如對比法試驗設(shè)計、間比法試驗設(shè)計等。增加某些使用廣泛、應(yīng)用較多的設(shè)計方法授課內(nèi)容和深度，如正交設(shè)計等。

從教學(xué)組織安排上，在試驗設(shè)計基礎(chǔ)知識、基本原理講授完成后，按照具體試驗設(shè)計方法講授，分別引導(dǎo)學(xué)生掌握某種試驗設(shè)計的設(shè)計方法、統(tǒng)計分析方法，了解該試驗設(shè)計方法的優(yōu)缺點和應(yīng)用。在每1～2種試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析方法的課堂講授完成之后，上一次討論課，以生產(chǎn)科研中的實際問題為范例，引導(dǎo)學(xué)生積極分析、討論，以深刻理解和體會某個具體試驗設(shè)計方法的試驗布置、應(yīng)用及其優(yōu)缺點。給出科研實踐工作中得到的真實試驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進行統(tǒng)計分析并對結(jié)果進行分析和討論，從而深入理解某種試驗設(shè)計方法的應(yīng)用。

2 教學(xué)方法與手段的改革

在講授基本原理時，為了突出本課程應(yīng)用性強的特點，從科研工作中遇到的實際問題進行課堂討論的方法入手，而不是從公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)開始，以提高學(xué)生參與的積極性。例如，在講授試驗設(shè)計原則時，舉例：5個品種栽培試驗，每個品種各12棵樹，試將這些樹種在一片試驗田里。課堂上，請所有學(xué)生在紙上畫出這60棵樹的布置圖，同時請4～6名學(xué)生到黑板上把自己的想法畫出來。把學(xué)生的布置圖分類總結(jié)后，通過一步步引導(dǎo)，得出試驗設(shè)計的三大原則。進而結(jié)合公式推導(dǎo)，從理論上闡明三原則的作用。學(xué)生聽得有趣、容易理解、記憶深刻。

在授課過程中，要充分利用多媒體教學(xué)手段?，F(xiàn)代多媒體教學(xué)具有信息量大、形象直觀等特點，不僅能減少教師在課堂上板書和復(fù)雜的畫圖工作，還能利用多媒體演示統(tǒng)計軟件處理案例，有利于充分調(diào)動學(xué)生的求知欲和積極性[1,2]，在本課程課時少的實際情況下，尤其要充分利用好這個工具。在現(xiàn)有課件的基礎(chǔ)上，增加新的內(nèi)容和實例，使課件更加豐富、生動，便于理解，同時注意和科研、生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，使授課內(nèi)容更貼近實際應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。但是在實際應(yīng)用中要特別注意，多媒體只是一種教學(xué)手段，引入多媒體教學(xué)并不意味著完全放棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。該課程理論抽象且數(shù)學(xué)公式比較多，有很多公式需要推導(dǎo)。用PPT推導(dǎo)公式效果不好，學(xué)生難以跟上播放速度。教師利用板書在黑板上推導(dǎo)，推導(dǎo)公式的過程能夠吸引學(xué)生跟著思考，加深印象和理解。只有將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方法結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)越性，才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

在課堂教學(xué)中，根據(jù)各章教學(xué)內(nèi)容及要求，采取“啟發(fā)式”和“討論式”結(jié)合的教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，以達(dá)到更好的教學(xué)效果[3]。在最常用的試驗設(shè)計方法章節(jié)的教學(xué)過程中，我們專門安排了一定的課時用于討論，充分發(fā)揮討論環(huán)節(jié)的作用。收集科研工作中的典型案例，同時鼓勵學(xué)生提出自己參與科研實踐中遇到的相關(guān)問題，引導(dǎo)學(xué)生積極分析、討論，以深刻理解和體會某個具體試驗設(shè)計方法的試驗布置、應(yīng)用及其優(yōu)缺點。給出科研實踐工作中的具體試驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進行統(tǒng)計分析并對結(jié)果進行分析和討論。更好地達(dá)到提高學(xué)生知識運用水平及動手能力的目的，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。采用提問、答疑等多種教學(xué)方法，加強教師與學(xué)生的互動，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也有利于教師掌握學(xué)生情況。對學(xué)生容易混淆的問題，如準(zhǔn)確性和精確性、隨機模型和固定模型的區(qū)別等進行提問，加深學(xué)生對這些重要概念的理解，達(dá)到鞏固知識的目的。

理論聯(lián)系實際教學(xué)模式的應(yīng)用。教學(xué)中，依托教師科研項目，密切聯(lián)系相關(guān)學(xué)科與課程，鼓勵學(xué)生在所參與的科研實踐中運用學(xué)習(xí)到的試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析方法；鼓勵學(xué)生將學(xué)到的試驗設(shè)計方法，應(yīng)用到大學(xué)生科研立項和“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯實驗”等實際項目中。同時，學(xué)生所接觸的其他實驗性課程本身就有需要進行試驗設(shè)計的內(nèi)容，例如他們將所學(xué)試驗設(shè)計方法應(yīng)用到遺傳學(xué)實驗課中的多倍體誘導(dǎo)實驗的設(shè)計和育種學(xué)實驗課中花粉萌發(fā)的實驗等。為了拓寬學(xué)生的知識面，我們還推薦學(xué)生查閱相關(guān)期刊，如《遺傳學(xué)報》《林業(yè)科學(xué)》《食品科學(xué)》等發(fā)表的最新研究文獻，學(xué)習(xí)和分析這些試驗過程中所使用的試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析方法。課題組還收集了相關(guān)的書籍、論文和網(wǎng)站等作為課外讀物，提供給學(xué)生廣泛閱讀。在教學(xué)過程中，提供合適的科研實例，鼓勵學(xué)生用不同的設(shè)計方法進行試驗方案設(shè)計和試驗數(shù)據(jù)處理并進行綜合對比分析，直觀地理解由于采用不同的設(shè)計方法，可能會得到不同的試驗結(jié)論，從而深刻理解試驗設(shè)計方法的重要性，起到了很好的效果。

3 實踐教學(xué)改革

試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程屬方法論課程，該課程將概率論與數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法運用于科學(xué)試驗，重點解決如何根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵罂茖W(xué)設(shè)計試驗，并對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，以獲得有效試驗信息等問題，具有很強的實用性。傳統(tǒng)的教學(xué)方法僅僅限于教師課堂講授基本理論、基本原理和基本方法等內(nèi)容，缺乏學(xué)生實踐環(huán)節(jié)，因此學(xué)生對理論知識往往死記硬背，在今后的學(xué)習(xí)和工作中遇到相關(guān)問題不能靈活運用。因此在課程教學(xué)中，必須注重理論與實際相結(jié)合，通過對科研實踐和其他相關(guān)課程學(xué)習(xí)中遇到的試驗設(shè)計及統(tǒng)計分析案例進行深入分析和討論，提高學(xué)生的知識運用水平及動手能力，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，真正體會到本課程在生產(chǎn)和科研實踐中的應(yīng)用。同時，實踐問題的解決還可以引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強他們的專業(yè)自信心。注重理論與實際相結(jié)合，從以下3個方面獲得教學(xué)案例：(1)給出科研工作中典型的試驗設(shè)計案例和試驗數(shù)據(jù)；(2)學(xué)生所參與科研實踐中遇到的試驗設(shè)計問題；(3)學(xué)生在其他相關(guān)課程中遇到的試驗設(shè)計問題和案例。

隨著計算機的普及，涌現(xiàn)出大量統(tǒng)計軟件，把人們從繁重的計算中解放出來。因此，對常用的試驗設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理，通過Excel和SPSS等統(tǒng)計軟件進行運算和分析，課程相關(guān)的各種統(tǒng)計分析軟件得到了開發(fā)和應(yīng)用。將以上案例分類整理后應(yīng)用于討論課，通過對案例的深入分析和討論，能夠提高學(xué)生的知識運用水平及動手能力，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，讓學(xué)生真正體會到本課程在生產(chǎn)和科研實踐中的應(yīng)用。通過生動的專業(yè)案例學(xué)習(xí)，可以避免課程學(xué)習(xí)中機械記憶冗長的數(shù)學(xué)公式，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生試驗統(tǒng)計學(xué)思維。

4 教材建設(shè)

有關(guān)試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析的書籍非常多，但每本教材都有其應(yīng)用的背景和專業(yè)，針對林業(yè)院校的教科書較少，現(xiàn)有的教材多偏重于理論知識和數(shù)理統(tǒng)計原理方面的介紹，缺乏試驗設(shè)計應(yīng)用性的闡述。1995年出版的《林業(yè)試驗設(shè)計》是當(dāng)時林業(yè)院校的第一本試驗設(shè)計課程教材，該書也已經(jīng)成為全國林業(yè)院校使用的主要教材。歷經(jīng)多年的教學(xué)實踐，并且隨著試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析學(xué)科的發(fā)展，需要我們對原有的教材進行補充和修正以適應(yīng)現(xiàn)代課程教學(xué)的需要。我們在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上編寫了《林業(yè)試驗設(shè)計》第二版，將第三章《簡單試驗設(shè)計》進行了縮減，去掉現(xiàn)代試驗設(shè)計中不用的部分，同時刪去了原來第九章《格子設(shè)計》的內(nèi)容。補充和更新了“回歸設(shè)計”的相關(guān)內(nèi)容，并增加了一章《常用統(tǒng)計分析軟件在試驗設(shè)計中的應(yīng)用》，目前已完成初稿，將在2013年出版。

5 轉(zhuǎn)變考核方式

考試在教學(xué)過程中具有指揮棒的作用，考試方法是教學(xué)方法的重要組成部分，從考試切入可以有效撬動教學(xué)方法改革[4]。傳統(tǒng)的考核方式多以閉卷考試為主，本課程采用開卷考試與平時成績相結(jié)合的考核方式，其中期末考試占總成績50%，實踐成績(包括研討部分)占20%，平時作業(yè)和小測驗占30%，實現(xiàn)從過分關(guān)注結(jié)果到更多地引入過程要素的轉(zhuǎn)變，促使學(xué)生平時堅持參與學(xué)習(xí)，避免平時不學(xué)習(xí)期末考試前突擊復(fù)習(xí)，死記硬背應(yīng)付考試的現(xiàn)象。共設(shè)計實踐(包括研討)4次，課后作業(yè)6次，階段性測驗(考核)4次，記入平時成績。對作業(yè)或考核成績不理想的學(xué)生，允許提出重做或重新考核，有利于減少作業(yè)抄襲現(xiàn)象，同時使教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。對于教師而言，這樣的設(shè)計需要更多的投入，需要精心為所有重要內(nèi)容設(shè)計考題，鞏固學(xué)生對相關(guān)知識和方法的理解并測試他們的掌握程度，從而動態(tài)地調(diào)整教學(xué)進度。

6 結(jié)束語

試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析是重要的工具課，通過對試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和更新，加強了常用試驗設(shè)計方法在整個課程中的比重，增加了軟件分析范例；課程教學(xué)中注重案例的分析和討論，加強實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)學(xué)生積極探索與主動學(xué)習(xí)的熱情，取得了良好的教學(xué)效果。達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)水平，提高分析問題和解決問題能力的目的。

[1]李玉閣.生物統(tǒng)計學(xué)課程教學(xué)初探[J].生物學(xué)雜志,2006,23(5):52-54,61.

[2]王新國.高校多媒體教學(xué)準(zhǔn)入制探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(13):23-25.

[3]苗永旺,劉學(xué)洪,茍瀟.《生物統(tǒng)計附試驗設(shè)計》課程教學(xué)改革效果探討[J].家畜生態(tài)學(xué)報,2012,33(1):107-110.

[4]陸國棟.教學(xué)方法改革的模式與舉措[J].中國大學(xué)教學(xué),2011(8):14-16.