1、淺談生物工程專業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)對策【摘要】試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是一門應(yīng)用廣泛的技術(shù)課程,主要解決工藝控制、過程優(yōu)化模擬等工程問題,是生物工程專業(yè)課程之一,具有實(shí)用性強(qiáng)、內(nèi)容繁復(fù)、初學(xué)者難于記憶和靈敏運(yùn)用等特點(diǎn)。從課堂教學(xué)出發(fā),闡述了該課程在應(yīng)用型工科院校生物工程專業(yè)中的教學(xué)對策。【關(guān)鍵詞】生物工程專業(yè);試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理;教學(xué)對策作為地方本科院校,將教學(xué)目的定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才,是進(jìn)步學(xué)校競爭力、突出辦學(xué)特色的關(guān)鍵。南陽理工學(xué)院生物工程專業(yè)立足于自身教學(xué)條件,積極將培養(yǎng)形式與南陽地區(qū)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)相結(jié)合,嚴(yán)密圍繞南陽市支柱產(chǎn)業(yè)生物制藥和工業(yè)發(fā)酵,開展工業(yè)微生物菌種選育、發(fā)酵工藝調(diào)控和中藥材

2、藥用成分提取別離為主攻方向的專業(yè)特色。畢業(yè)生主要在科研開發(fā)、消費(fèi)監(jiān)控、質(zhì)量檢測等方向就業(yè),工作中經(jīng)常涉及到工藝控制、過程優(yōu)化模擬、質(zhì)量檢測控制等問題。對于這些實(shí)際問題假設(shè)不進(jìn)展科學(xué)的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)果分析,將很難在短時(shí)間、低本錢內(nèi)得到正確的結(jié)果。因此,有必要對生物工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)相關(guān)課程。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是一門應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)寬廣的現(xiàn)代技術(shù)課程,主要介紹工程技術(shù)和科研試驗(yàn)中常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法。通過對本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生可以掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的根本原理和方法,為后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)如專業(yè)試驗(yàn)、畢業(yè)論文和今后在工作中開展產(chǎn)品工藝優(yōu)化、質(zhì)量管理等工作的順利進(jìn)展打下良好基矗該門課程教學(xué)內(nèi)容主要包

3、括2個(gè)方面:試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)設(shè)計(jì)局部主要是讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方法,能做到在有限的試驗(yàn)條件下,用最少的試驗(yàn)量獲得盡可能多的信息;數(shù)據(jù)處理局部主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用合理、有效的分析方法,從而開掘出潛在的、有用的信息1。為了進(jìn)步試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用的才能,筆者對試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的教學(xué)研究做了很多努力和嘗試,現(xiàn)將幾點(diǎn)教學(xué)心得體會(huì)歸納如下。1講好緒論,強(qiáng)調(diào)課程的重要性緒論就像是一部電影的開始,直接影響著整門課程的教學(xué)效果,好的開始才能吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是統(tǒng)計(jì)學(xué)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用,是一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科,在緒論中不僅

4、要介紹學(xué)科開展的歷史,還應(yīng)該明晰展示課程的內(nèi)容體系及本門課的任務(wù)和作用,重點(diǎn)介紹要學(xué)習(xí)什么、知識(shí)點(diǎn)之間有什么聯(lián)絡(luò)、這些知識(shí)可以幫助解決什么問題、該如何學(xué)習(xí)等。在緒論中應(yīng)多列舉一些利用本門課程的知識(shí)解決實(shí)際問題的例子來強(qiáng)調(diào)本門課程的重要性,如在畢業(yè)理論環(huán)節(jié),將試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的知識(shí)用于畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)和撰寫中,以求論文構(gòu)造的系統(tǒng)性和試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。在走向科研工作崗位后,利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的知識(shí)合理設(shè)計(jì)科研方案、分析結(jié)果,以求在低本錢、短時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。通過這些例子來明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目的,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。2重在培養(yǎng)應(yīng)用才能應(yīng)用性本科培養(yǎng)的是運(yùn)用科學(xué)理論從事高技術(shù)工作的應(yīng)用型專門人才,在培養(yǎng)規(guī)格

5、上以行業(yè)需求為本位,注重知識(shí)的復(fù)合性、現(xiàn)時(shí)性和應(yīng)用性。培養(yǎng)出的人才應(yīng)具備綜合運(yùn)用理論知識(shí)和方法解決實(shí)際問題的綜合才能和理論才能,并兼?zhèn)浼夹g(shù)創(chuàng)新才能2。因此,在教學(xué)內(nèi)容組織和知識(shí)側(cè)重點(diǎn)的處理上應(yīng)以結(jié)合專業(yè)特色、適應(yīng)行業(yè)需要為主旨。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為根底的學(xué)科,其原理局部涉及到高等數(shù)學(xué)、概率論和線性代數(shù)的知識(shí),這局部內(nèi)容在根底課程中已有詳細(xì)講述。因此,教學(xué)重點(diǎn)放在各種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)處理方法的詳細(xì)應(yīng)用上,而方法的理論推導(dǎo)過程可以作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容。如講解方差分析時(shí),將重點(diǎn)放在方差分析的詳細(xì)步驟上,而偏向平方和分解過程的推導(dǎo)那么作為自學(xué)內(nèi)容;在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析局部,教學(xué)側(cè)重點(diǎn)主要放

6、在如何使用正交表及如何對正交試驗(yàn)結(jié)果作恰當(dāng)?shù)姆治錾?而對于正交表的構(gòu)成原理、特點(diǎn)僅作簡要介紹。3選擇適宜的例題,做到熟能生巧試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,不僅用于生物,還應(yīng)用于化工、食品、機(jī)械加工制造等領(lǐng)域。為了讓學(xué)生正確理解和掌握知識(shí),在舉例說明時(shí)應(yīng)選擇試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理在本學(xué)科的應(yīng)用實(shí)例。面向生物工程專業(yè)的學(xué)生時(shí),結(jié)合生物工程專業(yè)的特色,主要從菌種選育條件、發(fā)酵工藝控制、目的產(chǎn)物別離等方面選擇相應(yīng)的例子,最好是專業(yè)試驗(yàn)或科研中的真實(shí)問題,如淀粉酶產(chǎn)生菌選育方案的設(shè)計(jì)、乳酸發(fā)酵條件確實(shí)定、茶多酚提取工藝的優(yōu)化,這有助于學(xué)生理解本門課的應(yīng)用領(lǐng)域,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極

7、性和主動(dòng)性。對于應(yīng)用技術(shù)學(xué)科,關(guān)鍵是能將書本上的知識(shí)應(yīng)用自如。對于試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法,如正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)、回歸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、SN比試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法,要求可以根據(jù)試驗(yàn)周期的長短、原料易得性、條件控制難易、待考察因素程度的數(shù)量等實(shí)際情況,選擇合理可行的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)(下轉(zhuǎn)第33頁)(上接第31頁)方法。對于所得數(shù)據(jù)結(jié)果,要求可以采用正確的分析方法,開掘出有用的信息。數(shù)據(jù)分析方法局部有很多公式,如偏向平方和的分解公式、回歸系數(shù)的求解公式等,假設(shè)要做到靈敏運(yùn)用課程的知識(shí),就必須加強(qiáng)公式的記憶,因此多做練習(xí)是必要的。雖然如今有很多軟件能解決計(jì)算問題,但是還要求學(xué)生掌握各種分析方法的分析過程,這些都需

8、要在教學(xué)中安排一定的練習(xí)量,使學(xué)生熟能生巧。4把握前沿知識(shí),擴(kuò)展學(xué)生視野試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的方法種類多樣,在本科教學(xué)階段主要要求學(xué)生掌握單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方案設(shè)計(jì)方法,極差分析、方差分析和回歸分析等數(shù)據(jù)分析方法。這些內(nèi)容是本門課程的根本內(nèi)容,但并不是本學(xué)科的全部知識(shí)。為了讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)本學(xué)科的重要性,可以在教學(xué)學(xué)時(shí)允許條件下,補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn),開拓學(xué)生的視野。如向?qū)W生介紹旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其分析方法,指出它的作用和優(yōu)勢;對于解決多指標(biāo)問題的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析時(shí)引入主成分分析方法的知識(shí)3;在對回歸方程求解最優(yōu)解時(shí)引入遺傳算法的理論4;對于試驗(yàn)問題建模分析時(shí)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法5。這些

9、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法很多都是近幾年才應(yīng)用到生物工程領(lǐng)域的,在要求學(xué)生結(jié)實(shí)掌握根本知識(shí)的前提下,引入前沿知識(shí)有助于拓寬知識(shí)面,在今后的學(xué)習(xí)和工作中能更好地發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性。5重視上機(jī)環(huán)節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理計(jì)算量很大,完全依靠手算既浪費(fèi)時(shí)間又容易出錯(cuò)。而如今有多種軟件,它們可以對數(shù)據(jù)作各種分析,并可以在短時(shí)間內(nèi)得到準(zhǔn)確的結(jié)果。因此,應(yīng)重視上機(jī)環(huán)節(jié),要求學(xué)生至少掌握1種統(tǒng)計(jì)軟件的使用方法,學(xué)會(huì)用軟件繪圖、計(jì)算,并能正確理解分析結(jié)果。例如SPSS是一個(gè)功能全面的統(tǒng)計(jì)分析軟件,操作界面友好,易學(xué)易用,廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域6。在教學(xué)過程中安排適當(dāng)學(xué)時(shí)進(jìn)展上機(jī)操作,要求學(xué)生可以使用軟件進(jìn)展平均數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、多重比擬、回歸分析等操作,不僅能增強(qiáng)知識(shí)的掌握程度,還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,獲得良好的教學(xué)效果。6參考文獻(xiàn)1薛剛,郭書賢.優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析法.武漢:湖北人民出版社,2022.2徐理勤,顧建民.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)形式及其運(yùn)行條件討論J.高教探究,2022(2):57-60.3曹定華.多元分析根底.北京:科學(xué)