《试验设计与数据分析》课程教学探索与体会

李春艳，李诚，龚江，石培春，郭慧娟 

石河子大学 农学院，新疆，石河子，832000

[摘  要]：随着地方本科高校向应用型本科转型背景下，我校种业人才的培养目标也在向应用型、创新型和复合型聚焦。《试验设计与数据分析》课程是我校农学院种子科学与工程专业的必修课。近年来笔者对该课程的教学进行了积极的探索和实践，在研究课程体系、完善充实教学内容；探索创新教学方法，突出课程思政；建立多元评价模式，完善课程考核体系方面体会深刻，并对这些探索和体会及时总结。教学相长，探索如何更好地上好试验设计与数据分析这门课，让教师和学生共同成长。

[关键词]：试验设计与数据分析；教学改革；教学体会

[基金项目]：（2021.4-2021.12）石河子大学“课程思政”示范课程建设项目：《生物统计》（ZG009811）；2018.6-2021.6）石河子大学教学能手专项：《生物统计》课程混合式教学的探索（ZG006614）；（2018.10-2021.10）石河子大学教改项目：“以学生为中心”的实践教学模式的探索——以《计算机数据处理》实践教学为例（ZG00662106）。

[作者简介]：李春艳（1982-），女，汉族，新疆石河子，博士，石河子大学农学院，教授，研究方向：小麦遗传改良

[中图分类号]  G642.3    [文献标识码] A  

随着高等教育的大众化发展，高等教育质量成为社会关注的焦点之一，而本科生的课程和教学改革则是大学发展的中心任务。任何自然科学都离不开试验。设计一个科学严谨、可操作的试验方案，通过试验的实施并获得大量数据资料，再对数据进行整理、归纳、分析，从而对试验结果做出科学、可靠的推断，这就是试验设计与数据分析的基本任务。《试验设计与数据分析》课程是我校农学院种子科学与工程专业的专业基础课，课程的建设与质量提升对于实现“三型”种业人才培养目标意义重大。下面笔者就近年来在授课过程中的一些体会和教学方法上的探索做一分享。

一、研究课程体系、完善充实教学内容

我校从2012年开始招收种子科学与工程专业，起初在试验设计与数据分析方面是以生物统计学课程作为专业必修课（40学时理论，8学时上机操作），在大三上半学期开设，由于上机操作课时很少，当学生在进行论文写作数据处理时明显感觉基础不足。2017年人才培养大纲修订将生物统计课程作为必修课，将计算机数据处理课程（24学时上机操作）作为选修中的必修课，但生物统计在大三第一学期开设，而计算机数据处理在大四第一学期开设，理论和实践操作相隔时间太长，而且大四第一学期学生忙于考研，对该课程重视不够，依然效果不好。2020年人才培养方案修订，将生物统计和计算机数据处理合并为试验设计与数据分析一门课，理论和实验各占32学时，在大三第一学期开设，而且实验课的内容越来越充实。从这门课的发展来看，课程内容和时间安排与农科类学生的培养目标的契合度越来越高。因为种科专业的学生在大一大二完成专业基础课，特别是高等数学和概率论后对统计相关理论的接受程度会更高一些，大二暑期一般会完成毕业论文实验，大三开始进行分析数据和论文写作，此时这门课程的学习可以更好地帮助学生理解毕业论文试验设计并指导其进行数据分析。此外，一些学生在此阶段也在参加一些课外的科创计划或实践实习等环节，如“挑战杯”、“互联网+”、SRP、国创等创新创业大赛。这些环节也会涉及调查研究、设计试验、分析数据和总结报告等统计实践技能。此时让学生在本课程的学习过程中能够带着自己的问题、自己的数据独立分析，让学生能切身体会到“学以致用”，在解决问题的过程中享受成就感，培养学生的分析能力和逻辑思维能力，提高学习本课程的兴趣，并能将理论和实践结合起来，在科研活动实践中培养学生的创新意识和解决问题的能力。

本课程的主要内容如下：田间试验概述、资料的整理与描述、理论分布和抽样分布、统计假设检验、方差分析、卡平方检验、直线回归和相关和多元统计分析。相对应的课程目标是：1、掌握和巩固田间试验设计的原理、技术和方法；2.系统掌握正确的收集、整理、分析、归纳试验资料的方法，能对试验所获得的各种数据进行整理、归纳，并针对不同类型数据采用相应的图表，清晰地表示出试验数据的意义和变化趋势；3.了解生物统计试验设计与数据分析的前沿动态与发展，以及在种子科学与工程领域的应用情况。培养学生掌握试验设计与数据分析的基本概念、理论，将各种试验设计的基本统计分析方法灵活应用到种科专业实际的基本素质。4.在掌握和巩固生物统计学的相关原理和方法基础上，通过常用统计软件EXCEL、SPSS、R等的使用方法，具备基本实践操作技能以及分析和解决实际生产问题的能力。5.思政目标：培养学生具备科学的研究方法，养成严谨、埋头苦干、锲而不舍的科学精神和吃苦耐劳的奉献精神，强化学生为现代化农业服务的意识。

二、探索创新教学方法，突出课程思政

随着现代农业产业化的快速发展，社会对本科毕业生的要求越来越高。学生们往往在书本上接触的是基本的理论知识，对农业现代化的发展知之甚少，特别是有些城市生源地学生对一些作物可能都会比较陌生。此外，种业人才的培养目标也在向应用型、创新型和复合型聚焦。因此，在授课过程中针对不同内容应采取不同的教学方法，努力提高教学效果。在讲授统计学知识时，可以先提出一些实际问题，让学生去自主思考，再通过教师的引导将统计理论和统计方法结合进去，教学效果会更好。在以实际问题和实践情景为导向时再穿插课程思政，不但可以激发学生的求知欲还可以引起思想上的共鸣。比如，在第一章田间试验中，除了介绍基本概念，必须将前沿科技成果与田间试验相结合，同时为学生们展现现代农业发展的前景，让大家对今后从事农业相关的职业有一个美好的愿景，知农爱农。在讲到试验小区面积这一节，对于涉及破坏性取样的小区面积要大一些，以减少边际效应对作物生长的影响。这时候可以为大家介绍根系动态生长监测系统、原位植物根系分析仪等先进设备以替代传统的取样方法；以及通过光谱、无人机、表型监测仪等进行植物表型组测定等，当介绍这些先进仪器以及应用成果后学生们都很兴奋，颠覆了他们对田间试验的传统印象。再比如，当讲到田间试验要目标明确、具有先进性和代表性时，我会给大家介绍智慧农业，播放相关无人农场的视频，再一次颠覆了同学们对传统农业面朝黄土、背朝天的刻板印象，并对未来农业充满了期待。有同学说，没想到现在还可以这样种地呀！还有同学说，原来中国的农业现在已经发展到这么高的水平了，我现在充满了干劲，我以后要当农场主！听到同学们的这些话，作为教师也很高兴，因为对于学农的学生，让他们稳定专业思想，热爱本专业也是及其重要的事情。此外，当讲到多年多点品种试验的方差分析时，我会穿插我国种业卡脖子问题；我们课题组前辈曹连莆教授为了育种拿出自己的工资作为经费，并且自己用缝纫机缝种子袋的艰苦创业的故事；还有袁隆平院士的杂交水稻以及他的禾下乘凉梦；等等一系列前辈们艰苦做事业而又十分励志的故事，激励同学们好好学习，今后为中国种业的发展贡献自己的力量。通过将这些小故事穿插进枯燥的统计理论中，课堂不再沉寂，学生们都抬起了头认真聆听，也让课程培养方案中强调立德树人、突出品德等思政教育不再枯燥，潜移默化地在学生的心中留下了种子。

上机操作课我们采用教师与学生同步演练的方式进行实践教学。生物统计实验室的电脑上安装了EXCEL、SPSS、R和Origin等统计软件。教师一边讲解统计理论知识，一边操作统计软件演示统计分析过程。学生与教师同步进行演练，可以将教学与练习的过程紧密结合在一起，也可以将学生从繁杂而枯燥的手算过程中解放出来，更加注重对统计方法和思想的理解，实现了“做中学、做中教”的教学理念，课堂效率大大提高。上机操作过程中，同一道题目我会让大家用不同的软件处理。比如，相关分析会通过EXCEL、SPSS和R语言分别处理，得到数据表和数据图，让学生自己体验哪种表现形式更有利于展示试验结果和规律；再比如，用一组数值范围差距较大的数据做柱状图，我会选择EXCEL、SPSS、Origin分别做图，让学生们选择可视化效果最好的图，这时候双坐标轴、断层图等的知识点和绘制方法学生一下就学会了。此外，通过展示R语言分析海量数据得到的热图、聚类图、气泡图等，学生们看到这些软件有如此强大的功能，学习兴趣自然就提升了。在综合题目练习时，我会把统计分析原理、数据处理、作图及图表优化等内容整合在一起，并用规范的文字描述结果，考查学生综合运用知识的能力。通过采取以上措施，我发现，相较于课堂上的统计理论讲解，学生更喜欢上机操作，因此在上机过程中重点穿插理论的讲解与应用更有助于教学效果的提高。

当课程快结束时，我会找一些论文作为资料考查学生们综合运用课程所学知识的能力。首先，我会找一些自然科学顶级期刊上与专业相关的论文，让同学们重点关注试验设计、试验方法和结果描述部分，如果涉及大田试验，我会让大家在草稿纸上画试验设计图，提问数据分析中用了哪些统计学方法，学习统计结果的图表展示方法和结果描述的文字表述。顺便还学习了统计学专业外语，了解了专业前沿知识。另外，我还会找一些往届学生的未定稿的论文，展示给大家，让学生从中找漏洞，找错误，并思考数据处理方法的可改进之处。这个环节大家的积极性很高，往往可以找出一大堆错误或是不足之处，如此一来，可以为今后自己写论文先打打预防针。一般通过这个环节，可以看出学生对哪些知识点还比较欠缺，综合运用统计学知识的能力如何。在后期剩下的课时里可以再有针对性地重点加强不足之处。

三、建立多元评价模式、完善课程考核体系

在目前的大学教学制度下考试是衡量教学效果的主要手段，更是对学生进行学业成绩测评的工具。考试成绩不仅在一定程度上可以反映学生对相关知识的理解和掌握程度，而且可以比较教师的教学水平，对于教与学都有很好的促进作用^[1]。考试不应该是一门课程教学过程的终结，通过对考试过程和考试成绩的分析与反思应该是教、学双方可持续发展的契机，以此来促进学生的成长和教师的发展。

本课程以往的考核方式是通过一次期末结课考试评价学生学习效果的好坏，考试题型侧重于对基本知识点的理解和应用，题型包括名词解释、填空题、简答题和计算。学生往往会在考前突击复习，考完不久即忘得一干二净。如今，我们建立了多元评价模式，加强了学习的过程管理，增加了平时成绩的权重比例。具体如下：本课程的考核采用百分制计分。课程成绩包括平时成绩、上机实验和考试三部分，分别为平时成绩占20%，上机实验占30%，考试占50%。具体要求及成绩评定方法如下：（1）平时成绩构成及要求：1考勤：占平时成绩30%。全勤者得100分，缺勤1次扣10分，5次不到没有平时成绩，只减分不加分； 2课程作业：占平时成绩30%。定期布置作业，认真批改，每次作业按时完成并正确得100分，1次不交扣10分，3次不交作业没有平时成绩，以平均分数作为作业成绩；3课堂提问：占平时成绩40%。每次回答问题正确得100分，不按要求或问题回答得不完整酌情扣分，以平均分数作为课堂提问成绩。（2）上机实验成绩构成及要求：1上机操作技能：占上机成绩50%。通过实验课提问和平时操作情况酌情给分。2上机小测验：占上机成绩50%。通过实验课上小测验酌情给分。（3）结课考试。考试采取闭卷考试的方式进行。考试占总成绩的50%。此外，我们对试卷题型也做了改进，在原来的基础上增加了作图题，即通过文字描述的试验设计转化为田间试验设计图，还增加了统计分析题，减少了记忆性题型的分值，增加了理解和应用型考题的比重。

进行多元评价模式改革前后的两种考核模式我们都针对试卷的试题难度、试题区分度和信度做过相关的研究^[2-3]，虽然两种模式的试题设计都是按照教学内容（章节或部分）的教学时数和重要程度确定不同的权重；再按教学大纲要求、教育目标分类进行试题类型和难度等方面的权衡。但是改革后我们发现学生的学习效果有明显的提升。原来，美国心理学家布卢姆曾提出这样的分类方法，把人的认知水平从简单到复杂分为识记、理解、应用、分析、综合、评价六个层次^[4]。之前的考核手段可能多的是针对识记、理解和应用，虽然学生的平均得分较高，但多属于突击性记忆，考完不就忘了；而改革后的考核则更多地侧重于应用、分析、综合和评价；可以让学生在有限的学时内具备扎实的基础统计知识的功底并且能够灵活应用，特别是将笔试和机试结合起来，适当提高试卷的区分度，引导学生积极进行自主学习，提高学生分析问题，解决问题的能力。总之，通过完善课程考核体系，避免了学生单纯为了考试而死记硬背概念和公式，机械式学习，摆脱了以往只注重期末考试成绩，加强了平时学习的过程性考核评价，提高了实践应用能力的考核比重，通过建立多元的考核体系学生在平时的学习中明显认真了很多，课堂互动也比较积极，能够按时完成作业，且效果较好。

四、结语

教学改革和实践是永无止境的。“如何上好一门课”是每一位教师一直思考的重要问题，上课的效果没有最好，只有更好。经过这些年从事生物统计学相关课程教学和农业科研工作，我深切地感受到农业产业化的快速发展以及对“三型”种业人才的迫切需要，也切身体会到同学们对课堂内容常新且知识体系完整丰富的课程的迫切需要。教学相长，教研互促，在这门课的教学过程中，我通过阅读相关教辅材料和最新文献，接触到大量农业生物学试验设计，更加深化了专业知识，启发了科研灵感；在设计和从事科学试验时更加严谨，研读统计结果时更加客观，无形中提高了自身的业务能力，加强了自身了科研素质。

[参考文献]

[1] 代红,陈刚,肖建修,程江洲“电机学”课程教学改革的探讨[J].中国电力教育,2010,(33).

[2]李春艳，李诚，龚江，石培春.《生物统计》的试卷分析与解读[J].教育教学论坛，2017，（1）：96-98.

[3]曹中平.考试分析与教学反思:以一门课程为例[J].大学教育科学，2004，(2):38-42.

[4]戴洪萍.高校专业课程考试质量的分析与探讨[J].南通大学学报(教育科学版),2007,(2):86-89.

Teaching Exploration and Experience of Experimental Design and Data Analysis

Li Chunyan, Li Cheng, Gong Jiang, Shi peichun, Guo Huijuan

(The College of Agricultural, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang, China)

Abstract: With the transformation of local universities to application-oriented universities, the cultivation goal of seed industry talents in our university is also focusing on application-oriented, innovative and compound. The course of experimental design and data analysis is a compulsory course of seed science and Engineering in our agricultural college. In recent years, the author has carried out active exploration and practice on the teaching of this course, including explore innovative teaching methods, highlight the ideological and political curriculum; we have profound experience in establishing multiple evaluation mode and improving the curriculum assessment system, and summarize these explorations and experiences in time. Teaching and learning complement each other, and explore how to better teach the course of experimental design and data analysis, so that teachers and students can grow together.

Key words: Experimental design and data analysis; Reform in education; Teaching experience