生物工程專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)對(duì)策論文
作者：許彬薛剛李慧星 臧普
摘要試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是一門(mén)應(yīng)用廣泛的技術(shù)課程,主要解決工藝控制、過(guò)程優(yōu)化模擬等工程問(wèn)題,是生物工程專(zhuān)業(yè)課程之一,具有實(shí)用性強(qiáng)、內(nèi)容繁復(fù)、初學(xué)者難于記憶和靈活運(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(zhuān)業(yè)中的教學(xué)對(duì)策。
關(guān)鍵詞生物工程專(zhuān)業(yè);試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理;教學(xué)對(duì)策
作為地方本科院校,將教學(xué)目標(biāo)定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才,是提高學(xué)校競(jìng)爭(zhēng)力、突出辦學(xué)特色的關(guān)鍵。南陽(yáng)理工學(xué)院生物工程專(zhuān)業(yè)立足于自身教學(xué)條件,積極將培養(yǎng)模式與南陽(yáng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)相結(jié)合,緊密?chē)@南陽(yáng)市支柱產(chǎn)業(yè)——生物制藥和工業(yè)發(fā)酵,發(fā)展工業(yè)微生物菌種選育、發(fā)酵工藝調(diào)控和中藥材藥用成分提取分離為主攻方向的專(zhuān)業(yè)特色。畢業(yè)生主要在科研開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量檢測(cè)等方向就業(yè),工作中經(jīng)常涉及到工藝控制、過(guò)程優(yōu)化模擬、質(zhì)量檢測(cè)控制等問(wèn)題。對(duì)于這些實(shí)際問(wèn)題若不進(jìn)行科學(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、低成本內(nèi)得到正確的結(jié)果。因此,有必要對(duì)生物工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)相關(guān)課程。
試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理是一門(mén)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(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的基本原理和方法,為后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)如專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)、畢業(yè)論文和今后在工作中開(kāi)展產(chǎn)品工藝優(yōu)化、質(zhì)量管理等工作的順利進(jìn)行打下良好基礎(chǔ)。該門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容主要包括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)部分主要是讓學(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)處理部分主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用合理、有效的分析方法,從而發(fā)掘出潛在的、有用的信息[1]。
為了提高試驗(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)用的能力,筆者對(duì)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(kāi)場(chǎng),直接影響著整門(mén)課程的教學(xué)效果,好的開(kāi)場(chǎng)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(mén)應(yīng)用技術(shù)學(xué)科,在緒論中不僅要介紹學(xué)科發(fā)展的'歷史,還應(yīng)該清晰展示課程的內(nèi)容體系及本門(mén)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)系、這些知識(shí)可以幫助解決什么問(wèn)題、該如何學(xué)習(xí)等。在緒論中應(yīng)多列舉一些利用本門(mén)課程的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的例子來(lái)強(qiáng)調(diào)本門(mén)課程的重要性,如在畢業(yè)實(shí)踐環(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(xiě)中,以求論文結(jié)構(gòu)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,以求在低成本、短時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。通過(guò)這些例子來(lái)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)用能力
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(zhuān)門(mén)人才,在培養(yǎng)規(guī)格上以行業(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(wèn)題的綜合能力和實(shí)踐能力,并兼?zhèn)浼夹g(shù)創(chuàng)新能力[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(zhuān)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)原理為基礎(chǔ)的學(xué)科,其原理部分涉及到高等數(shù)學(xué)、概率論和線性代數(shù)的知識(shí),這部分內(nèi)容在基礎(chǔ)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)處理方法的具體應(yīng)用上,而方法的理論推導(dǎo)過(guò)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)放在方差分析的具體步驟上,而偏差平方和分解過(guò)程的推導(dǎo)則作為自學(xué)內(nèi)容;在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析部分,教學(xué)側(cè)重點(diǎn)主要放在如何使用正交表及如何對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果作恰當(dāng)?shù)姆治錾?而對(duì)于正交表的構(gòu)成原理、特點(diǎn)僅作簡(jiǎn)要介紹。
3、選擇合適的例題,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(shuō)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(zhuān)業(yè)的學(xué)生時(shí),結(jié)合生物工程專(zhuān)業(yè)的特色,主要從菌種選育條件、發(fā)酵工藝控制、目標(biāo)產(chǎn)物分離等方面選擇相應(yīng)的例子,最好是專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)或科研中的真實(shí)問(wèn)題,如淀粉酶產(chǎn)生菌選育方案的設(shè)計(jì)、乳酸發(fā)酵條件的確定、茶多酚提取工藝的優(yōu)化,這有助于學(xué)生了解本門(mén)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)生的積極性和主動(dòng)性。
對(duì)于應(yīng)用技術(shù)學(xué)科,關(guān)鍵是能將書(shū)本上的知識(shí)應(yīng)用自如。對(duì)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,要求能夠根據(jù)試驗(yàn)周期的長(zhǎng)短、原料易得性、條件控制難易、待考察因素水平的數(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(yè))
(上接第31頁(yè))
方法。對(duì)于所得數(shù)據(jù)結(jié)果,要求能夠采用正確的分析方法,發(fā)掘出有用的信息。數(shù)據(jù)分析方法部分有很多公式,如偏差平方和的分解公式、回歸系數(shù)的求解公式等,若要做到靈活運(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。雖然現(xiàn)在有很多軟件能解決計(jì)算問(wèn)題,但是還要求學(xué)生掌握各種分析方法的分析過(guò)程,這些都需要在教學(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(lèi)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(mén)課程的基本內(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(kāi)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(shì);對(duì)于解決多指標(biāo)問(wèn)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(duì)回歸方程求解最優(yōu)解時(shí)引入遺傳算法的理論[4];對(duì)于試驗(yàn)問(wèn)題建模分析時(shí)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法[5]。這些試驗(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)生牢固掌握基本知識(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)。而現(xiàn)在有多種軟件,它們可以對(duì)數(shù)據(jù)作各種分析,并能夠在短時(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(guò)程中安排適當(dāng)學(xué)時(shí)進(jìn)行上機(jī)操作,要求學(xué)生能夠使用軟件進(jìn)行平均數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、多重比較、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)
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