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摘要：《试验设计与数据处理》是生物工程专业的专业必修课程，对学生的专业研究能力和数据分析起到重要的支撑作用。生物工程教育认证强调课程目标的达成度和持续改进，也对该门课程的教学提出了更高的要求。本文依据教学实践中该门课程存在的主要问题，结合课程目标进行了教学内容、教学方法、考核方法、教学评价的改革，并分析了仍存在的不足，提出了改进的方法。
关键词：生物工程；试验设计与数据处理；正交试验；Excel软件；图表
本文引用格式：王文彬,等.基于OBE理念的生物工程专业《试验设计与数据处理》教学改革探索[J].教育现代化,2019,6(65):32-33,58.
一 前言
《试验设计与数据处理》是生物工程专业的拓展必选课。该门课程对生物工程专业学生毕业试验、毕业论文、工作和科研均起到实际的支撑作用，非常实用。然而，从笔者实际教学经验结合其它高校相关研究来看，该门课程面临着理论性强、计算量大、软件教学不足、学生积极性低、挂科率高等突出问题[1-4]。
目前我国生物工程、食品科学与工程等专业的工程认证已经成为主流。工程教育认证的基本理念是以成果为导向（Outcome-Based Education，OBE），以学生为中心，对培养过程持续改进。因此，为了学生学习课程后达成培养目标，一切教学活动应该以学生为主体、围绕课程培养目标进行，并采用科学的方法评价学生的目标达成情况，并对后期教学提出改进措施。笔者根据本校生物工程专业《试验设计与数据处理》教学的实际问题，对教学内容、教学方法、考核方法、教学评价等方面进行了改革和探索。
二《试验设计与数据处理》教学改革和探讨
（一）依据毕业要求和课程矩阵，确定课程目标
根据该课程对我校生物工程专业毕业要求的贡献及本课程的特点，确定课程目标为：1.掌握试验数据误差分析、方差分析、回归分析等统计分析方法，能针对复杂生物工程过程建立合适的数学模型，并利用恰当的边界条件求解。2.掌握将统计分析的相关知识和数学模型方法用于复杂生物工程问题试验设计结果的推演、分析，及其试验设计解决方案的比较和综合。3.掌握生物工程试验研究的基本过程和原则，以及常见试验设计的基本术语、具体过程和适用范围，通过查阅文献和调查研究，分析复杂生物工程问题的试验设计解决方案，并根据对象特征，选择研究路线，设计合理可行的实验方案。4.掌握Excel等计算机绘图软件在表图表示中的具体功能，运用图、表等方式，对试验结果进行展示、分析，并以书面形式准确表达观点。
（二）依据课程目标，调整教学内容
本专业选用教材为李云雁版主编，化学工业出版社出版的《试验设计与数据处理》，基本能够满足本专业的教学需求。之前的课程内容有绪论、数据资料的整理与特征数、理论分布与抽样分布、统计假设检验、试验设计基础、试验数据误差分析、方差分析、回归分析等统计分析方法，以及单（双）因素试验、正交试验、均匀试验、配方试验等试验设计。教学内容较多，有一定难度，而课时仅为32个学时，因此为了较好的支撑培养目标，对教学内容和课时分配进行了调整。首先，课程内容对课程目标试验方案设计、图表表示的支撑不足，因此增加了试验数据的图表表示，对试验设计部分加强了基本术语、过程、原则等基础知识的学习，结合生物工程实例学习试验设计，同时注重突出不同试验设计方法之间的区别和联系。而数据特征数、理论分布于抽样分布和统计假设检验部分在先修的公共基础课《概率论与数理统计B》中有涉及，并且与课程目标支撑度较弱，因此将这三部分内容删去。其次，现有内容课时分配方面，倾斜于图表表示（5学时）、方差分析（5学时）、正交试验（5学时）、误差分析（4学时）、回归分析（4学时）等生物工程较为常用的，相对弱化均匀试验设计（3学时）、配方试验设计（2学时）、绪论部分（2学时），以突出生物工程试验研究中的重要基础内容，不追求面面俱到。
（三）依据课程目标，改革教学方法
教学方法方面，之前该门课程多以传统课堂教授形式进行，教师采用PPT课件进行灌输，加上课程理论公式和计算较多，这种形式缺乏趣味和互动性，学生出现早退、睡觉、不听讲的情形较多，实际效果也可想而知。其次，由于采用课堂教学，教师对图表表示、软件进行数据处理的内容仅限于PPT演示或不进行介绍，让学生课下进行上机自学，因此学生学习难度大，加上学生学习自觉性差，课下学习并掌握的仅限于学习主动性很强的同学，学生运用现代工具进行图表表示、数据处理的能力难以达成。因此，在教学方法上首先采用前半段课堂讲授，后半段计算机实际操作的方式进行，课堂讲授主要进行基本概念、理论、手动计算等介绍，计算机操作主要进行图表制作、运用软件进行数据处理的学习，操作例题基本数据从教材中选取并由教师提前输入Excel文档并发给学生，以提高效率。讲授时，教师进行软件操作演示，学生通过投影仪实时学习并操作。其次，弱化理论和公式的推导，讲解各种实验设计方法时联系生物工程相关案例如培养基优化、发酵、酶解、活性成分提取等，注重具体实践应用，侧重例题的具体讲解。
（四）依据课程目标，改革考核方法
该课程传统的考核方式为平时成绩（作业和考勤）占30%，期末考试占70%，无法考察学生对图表表示、运用现代工具进行数据分析的能力，同时也难以对试验方案设计能力进行考核。因此，为实现工程教育认证要求的可衡量、可评价，首先增加了上机操作考试，采用平时成绩占20%，上机操作考试占30%，期末考试占70%的考核方式。上机操作考试负责学生图表表示、运用软件进行数据处理能力的考察，在上课教室以开卷方式进行，考试题目包括图表表示（三线表、复式双Y轴、柱状图、标准曲线等）、方差分析、误差分析、回归分析、均匀试验设计数据处理、试验方案设计（实验方案设计表、试验因素分析等）。考试题目由教师设计，考试前通过U盘拷贝到学生电脑，考试期间要求学生开启电脑飞行模式，并由研究生协助进行监考，防止学生作弊。实验方案设计能力由上机考试和期末考试（不同试验设计方法的使用范围、试验设计的基本概念和原则等）共同考察。计算求解（目标1）以及试验设计结果的推演、分析，及试验设计解决方案的比较和综合（目标2）由期末考试进行考察。
（五）基于雨课堂的课程评价情况
雨课堂是清华大学发布的一种新型现代教学工具，其作为插件整合在PPT中并与微信进行关联，教师通过手机微信实现PPT与雨课堂功能，学生也通过手机进行预习、课堂学习和课后复习[5]。雨课堂除了具有学生投稿、随机点名、弹幕等互动功能，也具有单选题、多选题、主观题、判断题等强大的学习测评功能，在活跃课堂氛围的同时，方便教师了解学生的掌握情况。本课程教学过程中采用雨课堂的测评功能进行了学生课程评价，所有客观题均为匿名投票的形式，课程改进建议为主观题。《试验设计与设计处理》课堂学习积极性评价显示30%的学生具有较高的学习兴趣，45.5%的学生表示还可以，21.5%的学生表示听不懂，强迫自己学习，压力较大，仅3%的学生没有学习兴趣，说明该门课程的实用性还是受到了学生的认可，但是部分同学基础较差、有一定的学习难度。85%的学生表示目前的教学方法适合或者总体适合该门课程，满意度评分显示81.8%的学生认为教学方法合理或者较为合理，18.2%的学生认为基本合理。考核方式满意度评价显示，认为由平时成绩，上机考试以及期末考试组成的考核方式合理的学生占78.5%，不清楚的占10.7%，认为不合理的占10.7%。总体来看，课程建立的课堂讲授加上机操作的教学方式，以及期末考试与上机考核结合的考核方法得到了学生的肯定，但也存在一些不完善的细节，比如学生提出课堂互动较少，课堂时间分配不够合理，上机操作演示节奏快，存在拖堂现象等。
（六）课程目标达成度评价及分析
考试结束后，统计学生的平时成绩、上机操作成绩及期末考试成绩，并按目标得分情况进行达成度评价。结果显示，目标1建立数学模型并利用边界条件求解的达成度为79.41%；目标2试验结果推演分析，方案比较综合的达成度为61.76%；目标3试验方案设计的达成度为64.71%；目标4制作图表的达成度为82.35%，总评成绩及格率为78.95%。可以看出，学生对目标1利用边界条件求解和目标4图表表示的目标达成度较高，目标2、目标3的达成度较低。其中，目标2主要是考察学生对多指标正交试验的直观分析法和综合平衡，目标3主要是考察试验因素分析、实验方案设计表、不同试验设计方法的适用范围等。该部分内容并非单纯的数学计算，有一定难度，但教学方法也存在一些问题，比如正交试验等的结果分析方法的讲解不够细致，没及时了解学生掌握情况；其次，试验方案设计部分设计实例的讲解和作业不够，学生掌握度较低；第三，批改作业不够及时，部分学生有抄袭作业的情况，导致没实际掌握，考试成绩较差。
三 结语
《试验设计与数据处理》的学习可以帮助学生掌握如何寻找事物的变化规律，并进行最优方案的预测，在生物工程实践中具有较好的实用性，但该门课程常规教学面临着理论性强、计算量大、软件教学不足、学生积极性低等问题。笔者采用课堂讲授与上机操作相结合的方式，对生物工程该门专业课程进行了教学方法改革，取得了一些效果，但也存在着许多不足。今后可以从以下几个方面进行改进：首先，合理安排教学内容和时间，提高课堂效率；第二，多做教学形成性评价，了解学生掌握情况，并及时进行补充和讲解；第三，概述原理，增加生物工程应用实例，多与学生进行互动，及时改作业、讲解作业。
参考文献
[1]杨艳会,周广舟,伊艳杰.生物工程类专业《试验设计与数据处理》课程教学改革之思考[J].教育教学论坛,2014(49):226-227.
[2]孙颖颖,苏振霞,浦寅芳.浅谈生物工程专业《试验设计与数据处理》课程的教学改革与思考—以淮海工学院生物工程专业为例[J].当代教育实践与教学研究,2017(05):171-172.
[3]杨文婷,吴士筠,徐文广.生物工程专业设计性实验的探索与实践[J].科教导刊(上旬刊),2016(05):29-30.
[4]窦少华,刘春莹,王钦富,等.生物工程专业社会化实践教学模式构建[J].微生物学杂志,2019(02):126-128.
[5]王春平,曾占奎,韩赞平,等.《试验设计与数据分析》资源共享课程探索与建设[J].教育现代化,2018(50):150-151.
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