《试验优化设计》课程教学改革的思考

王骥月，丛 茜，田为军

(吉林大学 工程仿生教育部重点实验室 长春 130022)

·课程教学改革·

《试验优化设计》课程教学改革的思考

王骥月，丛 茜，田为军

(吉林大学 工程仿生教育部重点实验室 长春 130022)

通过分析《试验优化设计》课程在吉林大学的教学现状，发现本门课程在教学上存在授课系统性不足、例题的专业针对性弱、例题库不完善等三方面问题。针对以上问题，文中提出从授课方式和考查方式入手对本门课程进行教学改革，具体分为教学内容系统化、例题讲解动画化、例题库专业化和考查方式全面化四个方面。希望通过全面、立体的教学方式，让学生充分领略本门课程的精髓，达到在实践中灵活应用的教学目的。同时，经过分析可知，本改革方法切实可行，并适合推广使用。

试验设计；优化设计；教学改革；试验优化

《试验优化设计》课程的宗旨是教会学生用尽可能少的试验次数获得高精度的、最优的试验结果。其本质是一种帮助人们设计试验的工具，可应用于汽车、机械、材料、交通、生物、食品、医学等涉及试验的各种学科门类。现今，试验优化设计技术已经相当先进，具备设计灵活、计算简便、试验次数少、优化成果多、可靠性高、适用面广等优势。同时，由于其方法多、公式多、表格多，也为初学者带来相当大的困难。因此，以改进现有教学方式的不足，实现更好的教学效果为目的，对《试验优化设计》课程进行教学改革，势在必行。

1 《试验优化设计》教学现存问题

《试验优化设计》作为一种试验设计工具，有着与时俱进的特点，即随着时代的发展和科技的进步，更优越、更高精度的试验设计方法在不断涌现。同时，各种试验设计方法在实际应用中，因专业领域不同有一定的适用范围，比如混料回归设计，顾名思义是针对若干种不同物质进行混合配比的一种试验设计方法，其适用范围包括化学、材料、食品等与物料配比相关的领域。而试验设计最突出的特点是方法多、公式多、表格多，这一点对于初学者来说，可谓是一大难点。

吉林大学工程仿生教育重点实验室。在《试验优化设计》课程的实际教学过程中发现：(1)学生在学习单个试验设计方法时领悟得还可以，可是等到试验方法积累到一定数量后，大多学生会发现，多种方法在脑中混沌一片，无法形成系统，更无法将实例与方法相对应，找到真正最适合实际应用的试验设计方法。(2)在对试验设计方法的实际应用进行举例说明时，由于本课程的广泛应用性，多种专业的学生同堂上课的情况十分普遍，而不同专业的学生对实例中的试验环境认知程度不同，甚至有不能理解试验环境的情况出现，这直接影响到学生对例题的学习效果。例如，在一个包含农业机械、生物工程和食品科学三种专业的班级里，当所举实例的对象为机械设备时，食品专业和生物专业的学生大多不明白疲劳极限、磨损阶段、屈服应力这些术语。因而，当讲到因素、水平、极差等正交表术语时，所举的实例对于食品专业的学生来说，理解起来将比农业机械专业的学生困难很多，而试验环境并不是课程的重点，由于课程进度安排的限制，老师不可能解释那么多的专业术语，只能靠学生自己解决，学生课上的反应速度将会变慢，听课效果也受影响。(3)面向不同专业的学生开设《试验优化设计》课程，由于使用的是同一课本，书中例题因编者意图限制而有专业方向上的侧重，这样在教学过程中就会出现书中例子与在座学生专业差异大的情况，如此一来，学生会在对大量公式无法全面理解的前提下，又因对例题的理解有障碍，从而失去学习的兴趣甚至丧失努力学好这门重要课程的想法。

2 《试验优化设计》教学改革方法

2.1 授课方式改革

目前，现有授课方式为教师利用PPT呈现书中的相关公式、表格和例题，按照教学大纲的要求，在有限的学时内，将必需的知识点讲授给学生。这种平铺直叙的教学方式，因教学内容不同具有相应的优缺点。在《试验优化设计》课程的教学过程中我们发现，因本门课程方法多、公式多、表格多[1]，在单纯用PPT辅助教学的过程中，所呈现的内容尽管较书上简练、重点突出，但依旧不够系统。由于方法对比和知识梳理环节受课时限制基本没有，这导致学生学习起来常常出现混乱和混淆，不利于知识的全面、系统掌握；在举例过程中，由于例题背景中专业术语较多，且难以与在座学生的专业全面匹配，而老师又很难抽出宝贵的上课时间为学生解释每个专业术语，以帮助学生更好的理解例题，所以，例题的作用与效果被一定程度的削弱了；书中所举实例，受编书时间和目的的限制，有一定的局限性和专业侧重，仅讲解书上例题会导致实例的时效性和专业针对性无法体现，出现学生学习兴趣不浓、热情不高的现象。

针对以上三种现象，我们考虑进行如下改革。

2.1.1 教学内容系统化

将书中的知识点按当前最新大纲的要求，依照重要程度和使用频率，调整顺序后做成PPT。对于试验设计中类似的方法和过程，在一一讲解的过程中渗透其他方法的存在和作用，当所有类似方法全部讲解完后，将各试验设计方法间的异同点总结成表格，并举例说明差异之处。例如，对某产品进行电腐蚀刻线，刻线深度y与腐蚀时间z有关，控制z在10～90 s内，并将其分5个水平进行试验。在设计试验时，一次回归正交设计部分设计和一次回归正交设计整体设计都能满足设计要求，但两种方法中都需用到的零点重复试验，在不同方法中的作用却不尽相同，如果仅是单独讲解两种方法，学生在实际应用中，很容易因混淆而用错公式，造成计算错误，导致试验设计失败。若在两种方法都讲解清楚后，将其异同点以表格形式列出，并重点强调实际应用中需要注意的地方，使教学更系统，便能很好的解决混淆的问题。老师在课上的知识梳理与总结，与学生自己进行总结相比较，不但能为学生节约大量课下时间，而且能在梳理过程中高效地扫除学生理解上的偏差[2]。

2.1.2 例题讲解动画化

以Flash动画形式表现例题中的试验背景，所有涉及专业术语的部分都通过简单的动画解释其含义。这与教师口述，或以文字形式表述来解释相比较，不但节约课上时间，而且更加生动、容易理解接受。即使课上学生的理解程度不够，课下也可用课件自学、复习相关内容，学习效率较之前大大提高[3]。

2.1.3例题库专业化

(1)例题的专业性要与选课学生相适应。这就要在充实题库的前提下，将例题按专业领域不同而分门别类。针对不同专业的学生，选取不同专业类别的例题进行讲解。例如：面对材料专业的学生，例题为，对某产品进行表面腐蚀，腐蚀深度y与腐蚀时间z有关，若腐蚀时间控制在10～20 h内，并且希望腐蚀时间分5个水平进行实验，试用一次回归正交设计求其回归方程；面对机械专业的学生，例题为，研究离合器片摩擦系数的变化规律，选定结合压力z1，滑摩速度z2，表面温度z3三个试验因素，试进行回归设计。这样学生在学习新知识的过程中，会感到更加亲切、熟悉，与专业知识相联系后，学生对本门课程的作用会有更深刻的认识，在发掘课程价值之余，学习热情也会有所增加，学习效果会更好。

(2)例题的与时俱进也是例题库专业化的一个重要环节，紧跟时代步伐、涉及最新科技的试验背景，既能吸引学生的眼球、引起他们的兴趣，又能带给学生额外的科技信息，将难于理解的公式、表格生动化、充实化、立体化，更有利于学生对本门课程的学习。

2.1.4 可行性分析

教学内容系统化在过去因受到课时限制无法很好实现，但在新的CAI课件的辅助下，教师在基础知识说明和例题讲解中讲课效率大大增加[4]，节约了足够的时间用于梳理知识点，因此，教学内容系统化与例题讲解动画化相辅相成，在例题库专业化的辅助下可达到更佳的教学效果。

2.2 考查方式改革

2.2.1 考查方式改革

2.2.2 可行性分析

为实现以上所述的考查方式改革，仅需额外编写实验指导书，并在上机部分为学生留出一个课时的时间，让学生自行在学校的计算机中心或用自己的电脑完成实验，以上交电子版实验报告的形式考查实验完成效果。实验和作业能够让学生在实践中得到“用理论知识解决实际问题”的快乐，使教学过程更全面、更立体[5]，同时锻炼了学生对知识的实际应用能力，让学生对本课程知识的掌握更加牢固[6]。

3 结束语

本文从现存问题和改革方法两方面对《试验优化设计》课程的教学改革进行了思考，提出了授课方式改革和考查方式改革的具体做法，并分析了其可行性。作为一门应用广泛的工具式学科，教学成果的获得除了需要以上所述的相关改革之外，还需要授课老师具备相当的专业素质和教学能力，只有在优秀教师的努力实施下，教学改革才能大放异彩，获得成功。

[1]陈红,黄海东.《试验设计与数据处理》课程教学改革的探讨[J].农机化研究,2004(2):266-267.

[2]钟勇为.大学教学改革方法论探究[J].国家教育行政学院学报, 2012(1):43-47.

[3]袁光华. 大学生高素质教育研究[J]. 职业教育研究,2013(3):145-147.

[4]孙培勤,刘大壮.实验设计与数据处理课程的教学实践[J].化工高等教育,2003(1):84-85.

[5]任露泉. 试验设计及其优化[M]. 北京：科学出版社，2009：16-19.

[6]高玲,孙忠梅,蔡艳嫦. 培养高素质应用型本科人才的实践教学改革[J]. 实验科学与技术,2013，11(1):130-133.

[7]韩有锋.《机械基础》一体化教学改革与探索[J].中国校外教育,2012(10):56.

Thinking on the Teaching Reform ofOptimumExperimentalDesigns

WANG Jiyue, CONG Qian, TIAN Weijun

(Key Laboratory of Bionic Engineering of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China)

By analyzing the teaching status of theoptimumexperimentaldesignscurriculum in Jilin University, we find this course have three-aspect problems in teaching. The problems are lack of systemic in teaching, examples being not match with the majors, and example bank being not perfect. To solve the above problems, this paper puts forward the teaching reform method. The reform is about teaching methods and examination methods, including four aspects, which making the teaching content systematization, teaching examples by applying flash, making the example bank professionalization, and making the examination methods completion. We hope that through the comprehensive, three-dimensional teaching method, students could appreciate the essence of this curriculum, then achieving the teaching purpose of flexible application in practice. At the same time, through the analysis, the reform method is feasible and suitable for promotion.

experimental design; optimum design; educational reformexperiment; test optimization

2013-06-28；修改日期：2014-03-22

吉林省高等教育教学研究课题；教育部“本科教学工程”“专业综合改革试点”项目；吉林大学第三批重大教学改革项目(ZD110107)；吉林大学高水平研究生课程体系建设项目(20102227)；吉林大学本科教学改革研究项目(2013135)。

王骥月(1989-)，女，博士研究生，研究方向：试验优化技术及其在工程中的应用。

丛 茜(1963-)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事试验优化设计教学与研究，仿生科学与工程研究工作。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.057