实验设计与数据处理课程的教学改革探讨

1、实验设计与数据处理课程的教学改革探讨摘要：针对实验设计与数据处理课程的现状与存在问题进行了分析，从教学实施过程中的教学内容、教学思想、教学方法及实践性环节这几个方面进行了教学探讨。关键词：实验设计与数据处理；教学方法；教学改革实验设计与数据处理旨在培养学生合理设计实验，并对实验数据进行科学分析和处理的技能，最终达到提高学生分析问题和解决问题的能力（如确定最优工艺条件或配方）的目的。本课程具有理论性强、涉及面广、实践性要求高等特点，它以概率理论、数理统计、专业技术知识和实践经验为基础，不仅要求培养学生的理论思维方式，更注重培养学生认识与解决工业实际问题的能力，是一门理论性与应用性并重的课程1-3

2、。教师如何讲好实验设计与数据处理课程、学生怎样高效的学以致用，探讨这一问题有助于对学生科学素质的培养，因此是非常值得研究的问题。笔者结合本校实际教学情况，改革传统教学观念，强调以“学生”为中心，引导学生掌握本课程的基本原理和应用方法，学会学习，提高理论联系实际的能力；力争通过教学方法和教学手段的改革，把本校实验设计与数据处理课程的教学工作开展好，培养能解决实际问题的应用型人才。1、 合理组织教学内容，整体优化内容体系实验设计与数据处理课程只有24学时。本课程涉及的计算公式较多、课程比较抽象，需要用微积分、统计学等数学知识来计算，计算过程比较复杂，在如此有限的时间内，要教学好这门课程。为了降低学

3、习难度，突出学习内容的实用性，需要对教学内容进行精心设置。本课程的教学内容主要分为两大部分，一是实验设计，二是数据处理。其中实验设计方法主要包括优选法、正交实验设计、均匀设计、配方设计等；数据处理方法主要包括误差分析、表图表示方法、方差分析、回归分析等。在课程的结构层次上，我们需要理清不同内容间的区别和联系，使学生能够全面把握课程的整体构架，正确理解本课程的基本概念，能够灵活应用基本原理解决实际问题，做到原理和应用相互呼应，使学生对公式的学习不觉得枯燥，在应用时又有据可依。我校化学工程与工艺、能源化学工程和环境工程专业使用的教材是化学工业出版社李云雁主编的试验设计与数据处理4，该书涵盖了我们要

4、选择的内容，难度适宜，实用性强，每一章内容都用一定的篇幅介绍常用的数据处理工具excel的应用。如对双因素重复试验进行方差分析时，需要计算出平均值、离差、平方和、自由度、均方、F值，然后查F分布表，进行比较，得出结论，如果采用计算器计算，由于误差传递性导致结果准确度较低，并且计算量大。而采用Excel中分析工具库的“方差分析：可重复双因素分析”，只需输入数据，选择所需要的选项，即可立刻得到方差分析表，速度快且准确。在学习实验设计方法中，掌握各个方法的使用范围，更能快速的采用合适方法来安排实验方案，确定最优方案。如，优选法适用于实验指标与因素间不能用数学形式表达或者表达式很复杂；正交实验设计适用

5、于多因素的实验，因素的水平数较少时；均匀设计适用于实验因素变化范围较大吗，需要取较多水平时；配方实验设计适用于因素是配比（百分比、百分率等），因素一般是不独立的。在数据处理过程中，涉及大量的数学理论公式和原理推导等，学生难以在有限的学时内充分理解，掌握其全部内容，更难以将所学的理论知识运用于分析实际问题。因此，不必对教材内容面面俱到地讲授，重点讲解分析步骤和公式的应用，并结合化工、环工等各专业的特点多讲解例题，强调数据处理方法在实际生产中的应用，激发学生的学习兴趣，加深他们对数学处理方法的理解。2、 调整教学思想，丰富教学手段，贯彻“以应用为主要目的”的教学思路学以致用，教学如果脱离了应用，也

6、就脱离了其发展土壤。实践教学发现，学习原理公式太多，用处不大，虽然依照实例能够解决某些问题，但是在灵活应用原理解决实际问题方面不够理想，主要原因是教材的理论知识与实际应用脱节。为了将学科的前沿知识和最新的科研成果融入到课堂教学中，教师应该在图书馆或网上广泛搜集相关资料，以文献的形式穿插到教学体系。以经典的方差分析、回归分析、正交实验设计、均匀设计为基础，逐渐增加一些相关科研论文的讲解。例如，2017年第4期安阳工学院学报期刊“方差分析在汽车主观评价中的应用”、2016年第9期广西植物期刊“油棕鲜果穗产量构成因素的相关性和回归分析”、2017年第5期中国现代中药期刊“正交试验设计筛选黄连总生物碱

7、的提取纯化工艺研究”、2017年第17期食品研究与开发期刊“均匀设计法优化超临界CO2萃取丁香精油工艺研究”。三、改进教学方法，培养学生学习主动性国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要中明确指出：教育现代化，具体包括教育观念现代化、教育内容现代化、教育装备现代化、师资队伍现代化等。因此，在授课过程中，教学方法的现代化非常重要。在教学中，应始终以学生为本，无论是在课堂教授中，还是在课件制作中，时刻要考虑学生的感受，是否能接受，是否听得懂。制作的课件一定要生动活泼、易于理解；并注意信息输出速率与思维速度匹配问题。充分运用多媒体教学的优势，辅以传统板书教学的严谨和条理。板书和多媒体谁优谁劣仍然存在争

8、论，但学习效率和激发了多少脑部兴奋区域有关，手、眼、口、耳都参加的活动肯定比坐着光用眼睛看的学习更有效率，更加印象深刻。多媒体包括了彩色文字、图片、动漫、视频等现代表现手段，能充分调动同学们的好奇心和求知欲。故在教学过程中，充分运用多媒体信息量大、方式多样、图文并茂的特点使同学们对此有更直观的认识；同时，辅以必要的板书，尤其在重要的公式推导过程中使用板书，取得较好的教学效果5。启发式教学对于激发学生的学习兴趣和提高教学质量往往能达到事半功倍的效果。在讲授基本概念时，可以先提出解决问题的客观需要，再讲解概念的准确定义，并结合实例或例题加以说明。这样的教学方式可以在提高学生学习兴趣的同时，加深他们

9、对基本概念的理解。比如，在学习回归正交实验设计时，向学生提出“如果要在某因素的实验范围内选择适当的实验点，该如何确定最优方案？”这样的问题，引出回归正交实验设计。前面学习的正交设计的优方案只能限制在已定的水平上，而不是一定实验范围内的最优方案。回归正交实验设计可以在因素的实验范围内选择适当的实验点，用较少的实验建立回归方程，能解决实验优化问题。为达到更好的教学效果，每二到三节课，利用数分钟至十分钟都布置一道课堂练习题，并且在下次课时对上次布置的练习题作讲解。这些练习与课后布置的习题起到相辅相成的作用，进一步加深了对所学知识的掌握。同时，习题课采用讨论式，让学生自由上台发表意见，调动学习主动性，

10、发挥学生的积极性，活跃课堂气氛。学生之间充分讨论后再由教师进行总结归纳，讲解解题的关键，指出所用到的知识点，强调可能出错的地方及原因吗，以此加深学生对理论知识的理解和掌握。例如，在学习“实验数据误差的统计检验”这一节内容时，随机误差和系统误差的检验其方法容易混淆，只要掌握引起随机误差和系统误差的原因以及各个方法适用的条件就可以牢固掌握其检验方法。四、加强实践性环节，强化能力的培养教学与科研是相辅相成的，将科研与实验很好地结合起来，对提高实验教学质量有很大好处。我们从教师的科研中选取一部分较成熟的内容，加强了工艺类的实验和计算机的应用。由于这一类的实验是科研的一部分，内容比较新，与实际联系较紧密

11、，尽管有时影响因素较难控制，但学生做起来很感兴趣，在一定程度上提高学生主动学习的积极性，开阔视野，取得较好的学习效果。另一方面，吸收一些学有余力的学生参与教师的科研工作，在教师指导下进行一些科学研究6。如，甲醛是来自家具和装修材料中最严重的污染物，它是一种具有较高毒性的物种，长期接触低剂量的甲醛可引起呼吸道疾病、细胞核的基因突变、白血病等疾病，因此，选用催化剂来催化氧化甲醛，将其分解成CO2和H2O7，影响甲醛转化率的因素主要有反应温度、催化剂种类两个因素，每个因素的水平数为4，试用正交设计表来设计实验方案，这是一个典型的正交实验设计，并且与我们的日常生活紧密相连，这样让同学们感受到学以致用的

12、快感，从而加深对正交实验设计的理解，并灵活运用到实际中。五、结论实验设计与数据处理课程是一门实用性非常强的学科，同时也是一门与时俱进的学科。通过以上的教学改革，较好的解决了现阶段我校实验设计与数据处理教学过程中所遇到的问题，使同学们在缩短了的教学时段里，掌握本课程的中心内容及解决实际问题所必须具备的方法技巧，更是同学们在学习的过程中，不感到枯燥乏味，始终保持较高的学习热情和求知欲望，为培养实用型创新人才打下了有利的基础。参考文献1张素斌，刘燕芳试验设计与数据处理课程的教学探讨J广东化工，2014，4（41）：120-1222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广东化工，2012，40（1）：133-1363吴学栋，胡芳教学微案例设计及知识点萃取以“实验设计与数据处理”双语课教学为例J黑龙江纺织，2016，3：28-3