“試驗設計與數據分析”課程教學探索與體會

李春艷　李誠　龔江　石培春　郭慧娟

[摘 要] 在地方本科高校向應用型本科轉型背景下，石河子大學種業人才的培養目標也在向應用型、創新型和復合型聚焦?！霸囼炘O計與數據分析”課程是農學院種子科學與工程專業的必修課，近年來學院對該課程的教學進行了積極的探索和實踐，在研究課程體系，充實教學內容;探索創新教學方法，突出課程思政;建立多元評價模式，完善課程考核體系方面體會深刻。對這些探索和體會及時總結，以更好地上好試驗設計與數據分析課，讓教師和學生共同成長。

[關鍵詞] 試驗設計與數據分析;教學改革;教學體會

[基金項目] 2021年度石河子大學“課程思政”示范課程建設項目“生物統計”（ZG009811）;2018—2021年石河子大學教學能手專項“‘生物統計’課程混合式教學的探索”（ZG006614）;2018—2021年石河子大學教改項目“‘以學生為中心’的實踐教學模式的探索——以‘計算機數據處理’實踐教學為例”（ZG00662106）

[作者簡介] 李春艷（1982—），女，新疆石河子人，博士，石河子大學農學院教授，主要從事小麥遺傳改良研究。

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）08-0141-04 [收稿日期] 2021-06-07

隨著高等教育向大眾化發展，高等教育質量成為社會關注的焦點之一，而本科生的課程和教學改革則是大學發展的中心任務。任何自然科學都離不開試驗。設計一個科學嚴謹、可操作的試驗方案，通過試驗獲得大量數據資料，再對數據進行整理、歸納、分析，從而對試驗結果做出科學、可靠的推斷，這就是試驗設計與數據分析的基本任務?！霸囼炘O計與數據分析”課程是我校農學院種子科學與工程專業的專業基礎課，課程的建設與質量提升對于實現種業人才培養目標意義重大。下面筆者就近年來在授課過程中的體會和教學方法的探索做一總結分享。

一、研究課程體系，充實教學內容

我校從2012年開始招收種子科學與工程專業，起初在試驗設計與數據分析方面是以生物統計學課程作為專業必修課（40學時理論，8學時上機操作），在大三上半學期開設。由于上機操作課時很少，學生在進行論文寫作數據處理時明顯感覺基礎不足。2017年人才培養大綱修訂，將生物統計課程作為必修課，將計算機數據處理課程（24學時上機操作）作為選修中的必修課，由于生物統計在大三第一學期開設，而計算機數據處理在大四第一學期開設，理論和實踐操作相隔時間太長，而且大四第一學期學生忙于考研，對該課程重視不夠，依然效果不好。2020年人才培養方案修訂，將生物統計和計算機數據處理合并為試驗設計與數據分析一門課，理論和實踐各占32學時，在大三第一學期開設，而且實踐課的內容越來越充實。從這門課的發展來看，課程內容和時間安排與農科類學生的培養目標的契合度越來越高。因為種科專業的學生在大一大二完成專業基礎課，特別是高等數學和概率論后對統計相關理論的接受程度會更高一些，大二暑期一般會完成畢業論文實驗，大三開始進行分析數據和論文寫作，此時這門課程就可以更好地幫助學生理解畢業論文試驗設計并指導其進行數據分析。此外，一些學生在此階段也參加一些課外的科創計劃或實踐實習，如“挑戰杯”“互聯網+”、SRP、國創等創新創業大賽。這些比賽也會涉及調查研究、設計試驗、分析數據和總結報告等統計實踐技能。此時能夠讓學生在本課程的學習過程中帶著自己的問題、自己的數據獨立分析，讓學生能切身體會到“學以致用”，在解決問題的過程中享受成就感，培養學生的分析能力和邏輯思維能力，提高學習本課程的興趣，并能將理論和實踐結合起來，在科研活動實踐中培養學生的創新意識和解決問題的能力。

本課程的主要內容如下：田間試驗概述、資料的整理與描述、理論分布和抽樣分布、統計假設檢驗、方差分析、卡平方檢驗、直線回歸和相關和多元統計分析。相對應的課程目標是：（1）掌握和鞏固田間試驗設計的原理、技術和方法。（2）系統掌握正確的收集、整理、分析、歸納試驗資料的方法，能對試驗所獲得的各種數據進行整理、歸納，并針對不同類型數據采用相應的圖表，清晰地表示出試驗數據的意義和變化趨勢。（3）了解生物統計試驗設計與數據分析的前沿動態與發展，以及在種子科學與工程領域的應用情況。培養學生掌握試驗設計與數據分析的基本概念、理論，將各種試驗設計的基本統計分析方法靈活應用到種科專業實際的基本素質。（4）在掌握和鞏固生物統計學的相關原理和方法基礎上，學會常用統計軟件EXCEL、SPSS、R等的使用方法，具備基本實踐操作技能以及分析和解決實際生產問題的能力。（5）培養學生掌握科學的研究方法，養成嚴謹、埋頭苦干、鍥而不舍的科學精神和吃苦耐勞的奉獻精神，強化學生為現代農業服務的意識。

二、探索創新教學方法，突出課程思政

隨著現代農業產業化的快速發展，社會對本科畢業生的要求越來越高。學生們往往在書本上接觸的是基本的理論知識，對農業現代化的發展知之甚少，特別是來自城市的學生對一些作物可能都會比較陌生。此外，種業人才的培養目標也在向應用型、創新型和復合型聚焦。因此，在授課過程中針對不同內容應采取不同的教學方法，努力提高教學效果。在講授統計學知識時，可以先提出一些實際問題，讓學生去自主思考，再通過教師的引導將統計理論和統計方法結合進去，教學效果會更好。在以實際問題和實踐情景為導向時穿插課程思政，不但可以激發學生的求知欲還可以引起思想上的共鳴。比如，在第一章田間試驗中，除了介紹基本概念，還必須將前沿科技成果與田間試驗相結合，同時為學生們展現現代農業發展的前景，讓大家對今后從事農業相關的工作有一個美好的愿景，知農愛農。在講到試驗小區面積這一節，對于涉及破壞性取樣的小區面積要大一些，以減少邊際效應對作物生長的影響。這時候可以為大家介紹根系動態生長監測系統、原位植物根系分析儀等先進設備以替代傳統的取樣方法，以及通過光譜、無人機、表型監測儀等進行植物表型組測定。介紹這些先進儀器以及應用成果后學生們都很興奮，顛覆了他們對田間試驗的傳統印象。再比如，當講到田間試驗要目標明確、具有先進性和代表性時，我會給大家介紹智慧農業，播放無人農場的視頻，再一次顛覆了同學們對傳統農業面朝黃土背朝天的刻板印象，并對未來農業充滿了期待。有同學說，沒想到現在還可以這樣種地呀！還有同學說，原來中國的農業現在已經發展到這么高的水平了，我現在充滿了干勁，我以后要當農場主！聽到同學們的這些話，作為教師也很高興，因為對于學農的學生，讓他們穩定專業思想，熱愛本專業也是極其重要的事情。此外，當講到多年多點品種試驗的方差分析時，我會穿插講我國種業卡脖子問題，以及前輩們艱苦奮斗的勵志故事，激勵同學們好好學習，今后為中國種業的發展貢獻自己的力量。通過將這些小故事穿插進枯燥的統計理論中，課堂不再枯燥，學生們都抬起頭認真聆聽，也讓課程培養方案突出了立德樹人品德等思想政治教育，潛移默化地在學生的心中留下了種子。

上機操作課我們采用教師與學生同步演練的方式進行實踐教學。生物統計實驗室的電腦上安裝了EXCEL、SPSS、R和Origin等統計軟件。教師一邊講解統計理論知識，一邊操作統計軟件演示統計分析過程。學生與教師同步進行演練，可以將教學與練習的過程緊密結合在一起，也可以將學生從繁雜而枯燥的手算過程中解放出來，更加注重對統計方法和思想的理解，實現了“做中學、做中教”的教學理念，課堂效率大大提高。上機操作過程中，同一道題目我會讓大家用不同的軟件處理。比如，相關分析會通過EXCEL、SPSS和R語言分別處理，得到數據表和數據圖，讓學生自己體驗哪種表現形式更有利于展示試驗結果和規律;再比如，用一組數值范圍差距較大的數據做柱狀圖，我會選擇EXCEL、SPSS、Origin分別作圖，讓學生們選擇可視化效果最好的圖，這時候雙坐標軸、斷層圖等知識點和繪制方法學生一下就學會了。此外，通過展示R語言分析海量數據得到的熱圖、聚類圖、氣泡圖等，學生們看到這些軟件有如此強大的功能，學習興趣自然就提升了。在綜合題目練習時，我會把統計分析原理、數據處理、作圖及圖表優化等內容整合在一起，并用規范的文字描述結果，考查學生綜合運用知識的能力。通過采取以上措施，我發現，相較于課堂上的統計理論講解，學生更喜歡上機操作，因此在上機過程中重點穿插理論的講解與應用更有助于教學效果的提高。

當課程快結束時，我會找一些論文作為資料考查學生綜合運用課程所學知識的能力。首先，我會找一些自然科學頂級期刊上與專業相關的論文，讓同學們重點關注試驗設計、試驗方法和結果描述部分，如果涉及大田試驗，我會讓大家在草稿紙上畫試驗設計圖，提問數據分析中用了哪些統計學方法，學習統計結果的圖表展示方法和結果描述的文字表述。順便還學習了統計學專業外語，了解了專業前沿知識。另外，我還會找一些往屆學生的未定稿的論文，展示給大家，讓學生從中找漏洞，找錯誤，并思考數據處理方法的可改進之處。這個環節大家的積極性很高，往往可以找出一大堆錯誤或不足之處。一般通過這個環節，可以看出學生對哪些知識點還比較欠缺，綜合運用統計學知識的能力如何。在后期剩下的課時里可以再有針對性地重點加強不足之處。

三、建立多元評價模式，完善課程考核體系

在目前的大學教學制度下，考試是衡量教學效果的主要手段，更是對學生進行學業成績測評的工具?？荚嚦煽儾粌H在一定程度上可以反映學生對相關知識的理解和掌握程度，而且可以比較教師的教學水平，對于教與學都有很好的促進作用[1]?？荚嚥粦撌且婚T課程教學過程的終結，通過對考試過程和考試成績的分析與反思應該是教學雙方可持續發展的契機，以此來促進學生的成長和教師的發展。

本課程以往的考核方式是通過一次期末結課考試評價學生學習效果的好壞，考試題型側重于對基本知識點的理解和應用，題型包括名詞解釋、填空題、簡答題和計算。學生往往會在考前突擊復習，考完不久即忘得一干二凈。如今，我們建立了多元評價模式，加強了學習的過程管理，增加了平時成績的權重。本課程的考核采用百分制計分。課程成績包括平時成績、上機實驗和考試三部分，分別為平時成績占20%，上機實驗占30%，考試占50%。具體要求及成績評定方法如下：（1）平時成績構成及要求?？记谡计綍r成績30%。全勤者得100分，缺勤1次扣10分，5次缺勤沒有平時成績，只減分不加分。課程作業占平時成績30%。定期布置作業，認真批改，每次作業按時完成并正確得100分，1次不交扣10分，3次不交作業沒有平時成績，以平均分數作為作業成績。課堂提問占平時成績40%。每次回答問題正確得100分，不按要求或問題回答得不完整酌情扣分，以平均分數作為課堂提問成績。（2）上機實驗成績構成及要求。上機操作技能占上機成績50%，通過實驗課提問和平時操作情況酌情給分。上機小測驗占上機成績50%。通過實驗課上小測驗酌情給分。（3）結課考試?？荚嚥扇￠]卷考試的方式進行，考試占總成績的50%。此外，我們對試卷題型也做了改進，在原來的基礎上增加了作圖題，即通過文字描述的試驗設計轉化為田間試驗設計圖，還增加了統計分析題，減少了記憶性題型的分值，增加了理解和應用型考題的比重。

多元評價模式改革前后的兩種考核模式，我們對試卷的試題難度、試題區分度和信度都做過相關的研究[2，3]，雖然兩種模式的試題設計都是按照教學內容（章節或部分）的教學時數和重要程度確定不同的權重，按教學大綱要求、教育目標分類進行試題類型和難度等方面的權衡;但是改革后我們發現學生的學習效果有明顯的提升。美國心理學家布盧姆曾提出這樣的分類方法，把人的認知水平從簡單到復雜分為識記、理解、應用、分析、綜合、評價六個層次[4]。之前的考核手段可能更多的是針對識記、理解和應用，雖然學生的平均得分較高，但多屬于突擊性記憶，考完就忘了;而改革后的考核則更多地側重于應用、分析、綜合和評價，可以讓學生在有限的學時內具備扎實的基礎統計功底并且能夠靈活應用，特別是將筆試和機試結合起來，適當提高試卷的區分度，引導學生積極進行自主學習，提高了學生分析問題、解決問題的能力?？傊?，通過完善課程考核體系，避免了學生單純為了考試而死記硬背概念和公式的機械式學習，擺脫了以往只注重期末考試成績;加強了平時學習的過程性考核評價，提高了實踐應用能力的考核比重，通過建立多元的考核體系學生在平時的學習中明顯認真了很多，課堂互動也比較積極，能夠按時完成作業，且效果較好。

結語

教學改革和實踐是永無止境的?！叭绾紊虾靡婚T課”是每一位教師一直思考的重要問題，上課的效果沒有最好，只有更好。經過這些年的生物統計學相關課程教學和農業科研工作，我深切地感受到農業產業化的快速發展以及對人才的迫切需要，也切身體會到同學們對課堂內容常新且知識體系完整豐富的課程的迫切需要。教學相長，教研互促，在這門課的教學過程中，我通過閱讀相關教輔材料和最新文獻，接觸到大量農業生物學試驗設計，更加深化了專業知識，啟發了科研靈感;在設計和從事科學試驗時更加嚴謹，研讀統計結果時更加客觀，無形中提高了自身的業務能力，加強了自身了科研素質。

參考文獻

[1]代紅，陳剛，肖建修，等.“電機學”課程教學改革的探討[J].中國電力教育，2010（33）：68-69.

[2]李春艷，李誠，龔江，等.《生物統計》的試卷分析與解讀[J].教育教學論壇，2017（1）：96-98.

[3]曹中平.考試分析與教學反思：以一門課程為例[J].大學教育科學，2004（2）：38-42.

[4]戴洪萍.高校專業課程考試質量的分析與探討[J].南通大學學報（教育科學版），2007（2）：86-89.

Abstract： With the transformation of local universities to application-oriented universities， the cultivation goal of seed industry talents in Shihezi University is also focusing on the application-oriented， innovative and compound type. The course of Experimental Design and Data Analysis is a compulsory course of seed science and engineering in the College of Agriculture. In recent years， the authors have carried out active exploration and practice on the teaching of this course， including studying course system to perfect and enrich teaching content， exploring innovative teaching methods to highlight “curriculum ideological and political education”， and establishing a multi-evaluation model to improve the course evaluation system. The exploration and experience are summarized in time. Teaching and learning complement each other， and exploring how to better teach this course helps teachers and students grow together.

Key words： Experimental Design and Data Analysis; teaching reform; teaching experience