基于食品專業(yè)的食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程教學改革的思考

王田林　趙莉君　李天歌　馬燕　宋蓮軍　黃現(xiàn)青

食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程作為食品類專業(yè)的基礎必修課程之一，內(nèi)容包括試驗設計基礎及常用試驗設計方法、均值比較與T檢驗、方差分析、聚類分析和主成分分析、正交試驗設計與分析（附均勻試驗設計）、Design-Expert響應面試驗設計與分析。食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程既有很強的實踐性，又要求有比較堅實的理論基礎，在此之前的先修課程通常包括高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、食品分析與檢驗等。

食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程對食品類專業(yè)的學生具有理論與實踐上的指導意義，如食品生產(chǎn)、新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化以及消費者偏好評價等都與課程內(nèi)容密切相關。通過本課程的學習，能夠使食品專業(yè)的學生對實驗設計、數(shù)據(jù)處理和分析方法有全面的了解，為畢業(yè)論文的實驗設計和數(shù)據(jù)處理奠定基礎，充分培養(yǎng)學生嚴謹、認真的科研精神，獨立分析問題、解決問題的能力，獨立設計、實施實驗的能力，以及對實驗結果的處理和分析能力，從而成為具有一定實驗設計能力的高級專業(yè)人才。

本文簡要介紹了食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程教學中存在的主要問題，并提出了優(yōu)化改革的建議，以期培養(yǎng)出更多具有扎實專業(yè)基礎的應用型人才，為食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展服務，為提高教學質(zhì)量提供指導。

一、課程教學中存在的問題

由于本課程的綜合性、專業(yè)性、理論性均較強，在教學過程中經(jīng)常出現(xiàn)以下三種問題。

1.學生的積極性不高。食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程以試驗為中心，但由于教學方式較為落后，仍然是以教師講、學生聽為主，許多的抽象概念可能會讓學生覺得厭煩，從而覺得無聊。在實際的教學過程中，因為課堂時間的限制，教師們一直在忙碌地講解著一些基礎的理念和方法，學生很少能夠主動、有效地參與到課堂教學中，很難結合實例理解和思考實驗方法的思路與內(nèi)容，因此教學效果不佳。

2.課程內(nèi)容抽象，不易把握。食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程的課堂教學時間比較短，通常只有32個學時，課時分配詳見表1。按照教學大綱的安排，學生需要掌握的內(nèi)容卻比較多，包括試驗設計基礎及常用試驗設計方法、均值比較與T檢驗、方差分析、聚類分析和主成分分析、正交試驗設計與分析（附均勻試驗設計）、Design-Expert響應面試驗設計與分析、SPSS等統(tǒng)計軟件的實踐操作，而且所涉及的理論都比較艱深，公式也比較多，學習過程比較單調(diào)，這就對學習結果產(chǎn)生了不利的影響。由于本課程的教學內(nèi)容不斷增多，很可能會導致學生的學習熱情降低，從而影響到他們創(chuàng)新能力的激發(fā)。

3.課程知識不夠與時俱進。食品試驗設計與統(tǒng)計分析是一門注重方法應用的學科，怎樣使學生在了解概念與思想的基礎上切實地將所學知識運用到畢業(yè)設計、課程設計中是本課程學習的一個重要組成部分，而易于操作且強大的分析工具也是不可或缺的。近年來，在各類組學技術取得長足發(fā)展的同時，與食品學科有關的前沿研究往往采集了大量組學測試數(shù)據(jù)，新的統(tǒng)計分析語言、軟件不斷出現(xiàn)且功能越來越強。但是目前很多教師對于統(tǒng)計分析軟件的理解還僅限于SPSS、Excel等，已經(jīng)無法適應數(shù)據(jù)分析的需要，而且教學內(nèi)容略顯陳舊，與學科前沿存在著一定的脫節(jié)現(xiàn)象，從某種程度上導致學生提不起學習課程內(nèi)容的興趣。因此，該課程本科階段的教學內(nèi)容尤其是研究生階段的教學內(nèi)容迫切需要更新，這對授課教師在知識更新方面也有了一定要求，并且需要引入Matlab、R語言、Python、Julia以及其他新的數(shù)據(jù)處理語言與工具，以便學生能夠跟上技術發(fā)展的前沿，擴大知識面。

二、課程教學的改革措施

1.優(yōu)化課程內(nèi)容。目前，國內(nèi)各大高校的食品試驗設計與統(tǒng)計分析教材都是大同小異，都涉及試驗設計與數(shù)據(jù)處理、抽樣理論、統(tǒng)計假設檢驗、方差分析、回歸分析、正交設計等經(jīng)典基礎知識，但主要是教授理論知識，特別是一些統(tǒng)計分析公式比較復雜。不過，這些數(shù)學公式的推導和來源應該是數(shù)學類課程的核心內(nèi)容，而食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程則應簡化這部分內(nèi)容，強化實踐型內(nèi)容，同時結合學生專業(yè)技能的實際需要來設計專業(yè)課程。例如，河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院在課程教學中結合食品科學與工程、食品安全與質(zhì)量、食品營養(yǎng)與檢驗教育等專業(yè)各自的特點，從學校積累的大量食品相關案例中選擇經(jīng)典案例并將其引入課堂，強化課程理論知識在解決食品專業(yè)問題中的應用。

2.加強上機實踐操作。近年來，隨著計算機技術的進步，研究人員開發(fā)出了一些可以用來設計試驗和處理數(shù)據(jù)的軟件。除了廣泛使用的Excel軟件外，還有SPSS、SAS、Design-Expert、DPS、Matlab等，其中SPSS是世界上最早的圖形菜單界面的統(tǒng)計軟件，可用于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，其最突出的特點是界面極其友好，輸出漂亮，結果美觀，是非專業(yè)統(tǒng)計人員中使用最廣泛的統(tǒng)計軟件。同時，SPSS在用于假設檢驗和數(shù)據(jù)處理，如方差分析、回歸分析等相關分析時，可以大大提高學習效果。Design-Expert和正交設計助手軟件可以用于試驗設計，如Design-Expert常用于Plackett-Burman多變量雙向因素分析試驗設計、響應面試驗設計，還可以用來分析和處理試驗結果。這些軟件可以使復雜的試驗設計和數(shù)據(jù)分析變得簡單，且容易使用，因此引入這些軟件已經(jīng)成為食品試驗設計和統(tǒng)計分析課程教學的一個趨勢，但重要的是要重視軟件的理論基礎，并組織實踐課，讓學生用計算機進行練習，真正促進學習過程。可用于食品試驗設計和統(tǒng)計分析課程的實踐教學軟件如表2所示。

3.改變考核方式。食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程的考核包括過程性考核和終結性考核，分別占整體考核的40%-50%、50%-60%。過程性考核包括完成學習通的在線學習任務（觀看視頻、主題討論、提交作業(yè)等）和線下練習（提交每種統(tǒng)計分析方法的練習報告并保證其質(zhì)量等）；期末考試以開卷考試的形式進行，學生在電腦上進行實際操作，并提交不同實驗數(shù)據(jù)的報告。

由于食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程是一門應用性較強的方法課和工具課，除了學習試驗設計和數(shù)據(jù)處理方法外，學生還需要學習如何使用計算機軟件來輔助試驗設計和數(shù)據(jù)處理過程，因此，考核內(nèi)容應包括數(shù)據(jù)處理軟件的內(nèi)容，并將實踐內(nèi)容納入過程性考核。比如，在每堂計算機實踐課上布置有關軟件使用的作業(yè)題，讓學生提交練習報告，練習報告的內(nèi)容應包括數(shù)據(jù)輸入界面截圖、數(shù)據(jù)處理輸出界面截圖和輸出結果，并配以適當?shù)奈淖终f明。

在期末考核試卷中，試驗設計部分要多引入綜合性的題目，如給定題目“無核白葡萄果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化”，考察接種量、初始酒精度、發(fā)酵溫度3個因素對無核白葡萄果醋總酸含量的影響，在給定各個因素試驗范圍的情況下，讓學生分別用正交試驗設計、均勻試驗設計和回歸試驗設計等方法設計試驗，并明確試驗方案。在解答這些綜合性問題的過程中，學生可以學會如何使用不同的試驗設計方法來對相同的試驗進行設計，這樣不僅可以拓寬學生的思維，又可以為畢業(yè)論文中的實驗設計奠定良好的基礎。

綜上所述，食品試驗設計與統(tǒng)計分析課程的傳統(tǒng)教學方法存在一定的問題，隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，我國對食品專業(yè)的重視程度逐漸提高，因此在該課程的學習和教學過程中，要不斷調(diào)整和改革教學方式和方法，與時俱進，使學生在面臨食品研究中的各種挑戰(zhàn)時，能夠靈活運用該課程的原理和方法解決問題，進而培養(yǎng)出高質(zhì)量的食品工業(yè)專業(yè)人才。

基金項目：河南農(nóng)業(yè)大學精品在線開放課程（202113）。

作者簡介：王田林（1991-），男，漢族，講師，博士，研究方向為食品營養(yǎng)與安全。

通信作者：黃現(xiàn)青（1977-），男，漢族，教授，博士，研究方向為食品營養(yǎng)與安全。