基于食品专业的食品试验设计与统计分析课程教学改革的思考

王田林　赵莉君　李天歌　马燕　宋莲军　黄现青

食品试验设计与统计分析课程作为食品类专业的基础必修课程之一，内容包括试验设计基础及常用试验设计方法、均值比较与T检验、方差分析、聚类分析和主成分分析、正交试验设计与分析（附均匀试验设计）、Design-Expert响应面试验设计与分析。食品试验设计与统计分析课程既有很强的实践性，又要求有比较坚实的理论基础，在此之前的先修课程通常包括高等数学、概率论与数理统计、线性代数、食品分析与检验等。

食品试验设计与统计分析课程对食品类专业的学生具有理论与实践上的指导意义，如食品生产、新产品开发、生产工艺优化以及消费者偏好评价等都与课程内容密切相关。通过本课程的学习，能够使食品专业的学生对实验设计、数据处理和分析方法有全面的了解，为毕业论文的实验设计和数据处理奠定基础，充分培养学生严谨、认真的科研精神，独立分析问题、解决问题的能力，独立设计、实施实验的能力，以及对实验结果的处理和分析能力，从而成为具有一定实验设计能力的高级专业人才。

本文简要介绍了食品试验设计与统计分析课程教学中存在的主要问题，并提出了优化改革的建议，以期培养出更多具有扎实专业基础的应用型人才，为食品工业的可持续发展服务，为提高教学质量提供指导。

一、课程教学中存在的问题

由于本课程的综合性、专业性、理论性均较强，在教学过程中经常出现以下三种问题。

1.学生的积极性不高。食品试验设计与统計分析课程以试验为中心，但由于教学方式较为落后，仍然是以教师讲、学生听为主，许多的抽象概念可能会让学生觉得厌烦，从而觉得无聊。在实际的教学过程中，因为课堂时间的限制，教师们一直在忙碌地讲解着一些基础的理念和方法，学生很少能够主动、有效地参与到课堂教学中，很难结合实例理解和思考实验方法的思路与内容，因此教学效果不佳。

2.课程内容抽象，不易把握。食品试验设计与统计分析课程的课堂教学时间比较短，通常只有32个学时，课时分配详见表1。按照教学大纲的安排，学生需要掌握的内容却比较多，包括试验设计基础及常用试验设计方法、均值比较与T检验、方差分析、聚类分析和主成分分析、正交试验设计与分析（附均匀试验设计）、Design-Expert响应面试验设计与分析、SPSS等统计软件的实践操作，而且所涉及的理论都比较艰深，公式也比较多，学习过程比较单调，这就对学习结果产生了不利的影响。由于本课程的教学内容不断增多，很可能会导致学生的学习热情降低，从而影响到他们创新能力的激发。

3.课程知识不够与时俱进。食品试验设计与统计分析是一门注重方法应用的学科，怎样使学生在了解概念与思想的基础上切实地将所学知识运用到毕业设计、课程设计中是本课程学习的一个重要组成部分，而易于操作且强大的分析工具也是不可或缺的。近年来，在各类组学技术取得长足发展的同时，与食品学科有关的前沿研究往往采集了大量组学测试数据，新的统计分析语言、软件不断出现且功能越来越强。但是目前很多教师对于统计分析软件的理解还仅限于SPSS、Excel等，已经无法适应数据分析的需要，而且教学内容略显陈旧，与学科前沿存在着一定的脱节现象，从某种程度上导致学生提不起学习课程内容的兴趣。因此，该课程本科阶段的教学内容尤其是研究生阶段的教学内容迫切需要更新，这对授课教师在知识更新方面也有了一定要求，并且需要引入Matlab、R语言、Python、Julia以及其他新的数据处理语言与工具，以便学生能够跟上技术发展的前沿，扩大知识面。

二、课程教学的改革措施

1.优化课程内容。目前，国内各大高校的食品试验设计与统计分析教材都是大同小异，都涉及试验设计与数据处理、抽样理论、统计假设检验、方差分析、回归分析、正交设计等经典基础知识，但主要是教授理论知识，特别是一些统计分析公式比较复杂。不过，这些数学公式的推导和来源应该是数学类课程的核心内容，而食品试验设计与统计分析课程则应简化这部分内容，强化实践型内容，同时结合学生专业技能的实际需要来设计专业课程。例如，河南农业大学食品科学技术学院在课程教学中结合食品科学与工程、食品安全与质量、食品营养与检验教育等专业各自的特点，从学校积累的大量食品相关案例中选择经典案例并将其引入课堂，强化课程理论知识在解决食品专业问题中的应用。

2.加强上机实践操作。近年来，随着计算机技术的进步，研究人员开发出了一些可以用来设计试验和处理数据的软件。除了广泛使用的Excel软件外，还有SPSS、SAS、Design-Expert、DPS、Matlab等，其中SPSS是世界上最早的图形菜单界面的统计软件，可用于数据的统计分析，其最突出的特点是界面极其友好，输出漂亮，结果美观，是非专业统计人员中使用最广泛的统计软件。同时，SPSS在用于假设检验和数据处理，如方差分析、回归分析等相关分析时，可以大大提高学习效果。Design-Expert和正交设计助手软件可以用于试验设计，如Design-Expert常用于Plackett-Burman多变量双向因素分析试验设计、响应面试验设计，还可以用来分析和处理试验结果。这些软件可以使复杂的试验设计和数据分析变得简单，且容易使用，因此引入这些软件已经成为食品试验设计和统计分析课程教学的一个趋势，但重要的是要重视软件的理论基础，并组织实践课，让学生用计算机进行练习，真正促进学习过程。可用于食品试验设计和统计分析课程的实践教学软件如表2所示。

3.改变考核方式。食品试验设计与统计分析课程的考核包括过程性考核和终结性考核，分别占整体考核的40%-50%、50%-60%。过程性考核包括完成学习通的在线学习任务（观看视频、主题讨论、提交作业等）和线下练习（提交每种统计分析方法的练习报告并保证其质量等）；期末考试以开卷考试的形式进行，学生在电脑上进行实际操作，并提交不同实验数据的报告。

由于食品试验设计与统计分析课程是一门应用性较强的方法课和工具课，除了学习试验设计和数据处理方法外，学生还需要学习如何使用计算机软件来辅助试验设计和数据处理过程，因此，考核内容应包括数据处理软件的内容，并将实践内容纳入过程性考核。比如，在每堂计算机实践课上布置有关软件使用的作业题，让学生提交练习报告，练习报告的内容应包括数据输入界面截图、数据处理输出界面截图和输出结果，并配以适当的文字说明。

在期末考核试卷中，试验设计部分要多引入综合性的题目，如给定题目“无核白葡萄果醋发酵工艺优化”，考察接种量、初始酒精度、发酵温度3个因素对无核白葡萄果醋总酸含量的影响，在给定各个因素试验范围的情况下，让学生分别用正交试验设计、均匀试验设计和回归试验设计等方法设计试验，并明确试验方案。在解答这些综合性问题的过程中，学生可以学会如何使用不同的试验设计方法来对相同的试验进行设计，这样不仅可以拓宽学生的思维，又可以为毕业论文中的实验设计奠定良好的基础。

综上所述，食品试验设计与统计分析课程的传统教学方法存在一定的问题，随着食品工业的快速发展，我国对食品专业的重视程度逐渐提高，因此在该课程的学习和教学过程中，要不断调整和改革教学方式和方法，与时俱进，使学生在面临食品研究中的各种挑战时，能够灵活运用该课程的原理和方法解决问题，进而培养出高质量的食品工业专业人才。

基金项目：河南农业大学精品在线开放课程（202113）。

作者简介：王田林（1991-），男，汉族，讲师，博士，研究方向为食品营养与安全。

通信作者：黄现青（1977-），男，汉族，教授，博士，研究方向为食品营养与安全。