农业工程类研究生“试验优化设计与分析方法”案例教学模式探讨

王瑞丽 白晓虎 秦军伟 李轶

摘 要：试验优化设计与分析方法是农业工程类研究生必须掌握的一种科研手段，主要讲述科学试验和数据分析方法，在研究生课题以及教师科研中应用广泛。采用案例教学法，详细解读发表在农业工程学科权威期刊《农业工程学报》和《农业机械学报》的科研文章，分析其试验目的、试验设计和数据分析方法，并进行试验结果的再分析。同时对比再分析结果与原文结论，如有不同分析其原因。通过案例分析与实践，研究生能充分理解并应用试验设计方法、掌握数据分析过程并进行结果分析，为开展研究生课题研究奠定坚实的试验设计与分析基础。

关键词：农业工程；研究生教学；试验优化设计；数据分析；案例教学

一、前言

“试验优化设计与分析方法”是沈阳农业大学农业工程类研究生的必修课，通过本课程的学习，要求学生掌握科学研究过程中常用的试验设计理论和数据分析方法，课程内容在研究生进行科研中应用非常广泛。统计工程学院近三年的研究生学位论文发现，有80%左右用到本课程的相关理论和方法。农业工程学科权威期刊《农业工程学报》发表的文章，内容中有试验研究的论文都用到了本课程的相关知识，包括单因素试验、正交试验设计、方差分析、回归分析、响应面法设计等。可见，对于农业工程学科的研究生和科研工作者而言，试验优化设计与分析方法是从事科学研究非常重要的手段，应该很好地掌握并应用到实践中。

目前，本课程在教学过程中仍以理论讲授为主，与实践结合不够紧密，而且概念较多，原理抽象，计算公式冗长复杂，加上大部分学生数学基础比较薄弱，导致很多学生对课程内容理解和应用比较困难，体会不到课程的重要性，缺乏学习兴趣，难以将课程内容应用到自己的科研实践中。

案例教学法是利用各种案件进行研讨学习，采用开放式、互动式、体验式的教学方式，让学生变被动学习为主动学习，从而提高分析问题和解决问题的能力。通过一系列案例的选取，为学生提供可分析的素材和特定的案例情境，增强学生对所学知识的融会贯通，提高学生的综合能力。试验优化设计与分析方法属于应用技术学科，具有非常强的实践性和应用性，需要通过案例课这种教学模式告诉学生如何通过科学合理地安排试验，在较短的时间内达到预期的试验目标；如何对试验数据进行合理的分析和处理，获得研究对象的变化规律，从而达到指导生产和科研的目的。

因此，为了在本课程的教学过程中体现实践性、先进性和前沿性，采用案例教学法就显得尤为重要，不但可以解决传统教学模式中理论与实践脱节的问题，而且可以将生产和科研中的最新技術和最前沿知识及时补充到案例中，有效弥补教学上时效性差的欠缺，有利于研究生创新意识和创新能力的培养。

二、试验优化设计与分析方法案例教学特点

1. 引导研究生独立思考

传统教学是教师一言堂，教学方法单一，研究生学习主动性差，教学效果不理想。虽然授课教师教学经验丰富，讲授能力强，因为学生只是被动地接受，没有经过独立思考的锻炼，很难将知识转化成自己的知识和能力。在案例教学中，要求学生独立思考，把枯燥乏味的说教变成学生主动学习后的成就感。学生经过独立思考，发表见解，可以看到自己的不足，取长补短，激发了学习的积极性，并从独立思考和刻苦学习中获得更大的学习动力。

2. 加强研究生试验设计实践

通过对案例的详细解读，对发表在权威期刊的研究论文的试验目的、试验方法、试验指标、试验因素、试验方案、试验结果等每一个环节进行剖析，并让研究生对试验数据进行分析。经过对典型案例的分析与实践，研究生的试验设计与数据分析能力均得到显著提高。

3. 培养研究生科研协作能力

通过案例分析加强教学中师生之间、学生之间的互动和交流。在案例教学中要求查阅和分析文献、确定试验目的和方法，并采用适当的软件分析试验结果。研究生需要经过多次的小组讨论并与教师沟通，在教师的引导下纠正错误，加深思考，能力得到锻炼和提高。同时，这样的教学模式也对教师提出了更高的要求以达到教学相长的效果。

三、试验优化设计与分析方法教学中案例教学的实践

1. 与试验优化设计与分析方法相关的农业工程类应用案例的调研

开展案例教学的关键在于选用恰当的案例。由于试验设计中的概念和理论比较抽象、计算公式较多、设计方法多样而且对实践经验要求较高，因此案例选取要本着应用实践、学以致用的原则来进行。为了满足研究生完成研究论文及以后工作的需要，课程组教师首先按照学科分类，调研了近三年来农业工程领域的研究生学位论文以及《农业工程学报》《农业机械学报》等一级学报上近10年的应用试验优化设计方法的文献，然后结合研究生培养计划要求和课程体系，整理归纳，形成了案例库。

案例包括验证型案例和探索型案例两种。验证型案例一般为已经发表的期刊或学位论文提供的某个试验过程。采用验证型案例教学时，教师先讲授需要学生重点掌握的基本理论和方法，再提供案例，供学生学习和思考，学生可以结合案例提出的问题和数据来验证已学过的试验设计的步骤和数据处理方法，将自己得到的结果和案例提供的结果进行比较，分析差异，从而更进一步地深化对所学知识的认识。探索型案例主要是结合教师科研和学生的研究进展，针对研究过程中遇到的试验设计的问题，要求学生课后认真研讨相应案例，广泛收集资料甚至进行实际试验，再到课堂上进行交流与汇报。这种案例没有固定的结果，试验因素有哪些，应用哪种试验设计和处理方法，可能需要随着研究的不断深入而动态调整，与实践结合更紧密，学生对知识应用的体会更深刻，更能够提高学生分析问题和解决问题的能力。

2. 按专业（或导师科研团队）组建研究生学习“项目组”的方法

根据选课学生导师的科研团队研究方向，组建研究生学习项目组，团队学生人数较多时可再分成小组。重点讨论团队主要研究内容，确定相关试验设计方法，实施试验并进行数据分析和结果讨论，使学生突出研究重点，少走弯路。

3. 以案例讨论形式为主的课堂教学方法设计

案例教学常见的教学形式为教师与学生、学生与学生之间的讨论。在案例讨论过程中，学生是主体，教师是主导。教师要鼓励每个学生参与到案例的分析与讨论中，采用“多鼓励，少批评”的原则，捕捉学生的独特视角和创新思维。根据学生参与讨论的情况和表现，有针对性地进行引导和总结，帮助学生形成合理的思维和逻辑框架，从而提高学生应用试验设计方法解决实际问题的能力。

以应用不同设计方法的案例为子项目，从试验设计的目的、试验方法、试验指标、试验因素、试验方案、数据分析、结论为主线，分别进行教学方法设计。采用验证型案例教学时，一般是将案例穿插在课堂教学过程中，案例不能过于复杂，主要是针对重点内容和基本理论应用的小案例，便于学生通过案例及时加深对所学知识的认识。采用探索型案例教学时，以课内和课外相结合的方式进行，课堂上教师可以针对案例中出现的问题进行指导，具体实施可以由学生在课外完成。

4. 与科研团队相结合的实践环节设计与实施

结合研究生导师科研团队项目，进行有针对性的试验优化设计与数据分析实践。在案例教学中，结合农业生物系统装备团队的研究内容，对移栽机、嫁接机、秸秆还田机等进行试验设计，确定试验方案，实施试验，并进行数据分析，最后确定机具的最优结构参数和工作参数。研究生在参与试验的全过程中获得理论知识和实践技能。

5. 成绩考核方法的设计

学习成绩一部分由学生上案例课的发言情况来决定，另一部分则由考试成绩决定。案例课上学生对问题的认识、参与积极性、发言质量都可作为评分参考。在实际应用能力考核中，加入对学生统计软件操作水平的考核，對学习能力较强的学生，还可引入课程论文的考核方式。

四、教学案例提出应该注意的问题

在编写教学案例时，首先要结合学科前沿知识和教师自己的科研课题，以利用案例教学培养学生的科研思维和能力。其次，教学案例的编写要结合实际生产，介绍先进的研究技术和生产技术，并且要符合我国的国情，培养学生的实践能力。最后，教学案例的提出和编写要有系统性，给学生讨论、研究的空间，要科学地安排案例，符合教学的需要，并且要符合教学规范化的要求。

参考文献：

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基金项目：沈阳农业大学教育教学改革研究项目（2016-123、2016-yjs-16、2016-83）。

作者简介：王瑞丽，女，博士，副教授，研究方向：农业机械化工程教学与研究。