新能源材料与器件专业《试验设计与数据分析》教学方法浅谈

倪世兵 肖婷 向鹏 杨学林 丰平

摘要：《试验设计与数据分析》课程数学理论基础知识要求较高，公式繁多，推导复杂，对学生的熟练掌握及灵活应用造成了较大困扰。从而笔者提出由简入深、循序渐进，以例串点、融会贯通，反复强调、孰能生巧，分类引导、多重目标定位的教学思路，取得了较好的教学效果。

关键词：试验设计与数据分析；新能源材料与器件；教学效果

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0195-02

近年来，随着社会的不断进步和经济的飞速发展，对能源的需求与消耗不断增加，新型清洁、无污染能源的開发与利用变得尤为迫切。为适应社会发展需要，教育部2010年公布了新能源材料与器件专业作为我国战略性新兴产业相关专业，从2011年开始招生。目前，全国共有三十余所高校设立该专业，三峡大学作为第二批次获批建设该专业的院校，于2012年首次招收本专业学生，已经拥有了4年办学经验。

该专业在注重培养学生理论基础知识同时，对学生在试验动手能力及实践方面具有较高要求，在人才培养方案中直接体现为《材料制备综合实验》与《材料性能综合实验》两门试验核心课程以及诸多社会实践环节[1]。而作为培养具有较强实验及实践能力学生的理论课程，《试验设计与数据分析》显得尤为重要。对其教学方法进行系统研究，将会对新能源材料与器件专业人才培养产生重要的促进作用。目前，开设《试验设计与数据分析》课程的新能源材料与器件专业比较有限，而关于新能源材料与器件专业《试验设计与数据分析》课程教学方法的系统研究尚未见报道。基于以上背景，本文拟以三峡大学新能源材料与器件专业为例，浅谈在《试验设计与数据分析》课程教学过程中的几点体会。

在《试验设计与数据分析》教学过程中，笔者所选教材为2008经典版李云雁，胡传荣《试验设计与数据处理》。该课程主要内容包括：试验数据误差分析、试验数据表图表示法、试验的方差分析、试验数据回归分析、优选法、正交试验设计等。主要特点为公式繁多、推导复杂，各章节及知识点之间相对比较独立。学生在学习过程中记忆难度大，比较容易产生混淆、困惑，有的学生在学习中会产生畏难情绪，中途放弃。笔者通过多年的教学实践，并广泛听取学生的反馈意见，针对该课程的具体特点，总结出了以下几点教学方法，对学生学习兴趣具有明显提升作用，显著增强了教学效果。

一、由浅入深，循序渐进

通过调研发现，大部分学生认为试验就是一个简单的做试验的过程，而数据处理，则简单的理解为把得到的数据做成图形。学生所缺乏的在于对于试验设计的理解，没有接触过试验设计系统理论，更不清楚如何将这些理论用于具体试验过程。在此背景下，笔者通过对教学方法的不断探索及对比发现，先通过一个学生普遍比较熟悉的例子引入，通过引导学生思考，要怎么做试验，要怎么呈现试验结果，使得学生比较容易在脑子里面产生一个试验、数据分析的总体概念。在此基础上，针对做试验的具体过程展开，引导学生思考做试验的技巧，从而引出试验设计，进一步系统阐述试验设计思想及方法，让学生对试验设计有更深入的理解。同时，结合试验中出现的具体问题，引导学生思考试验所得到结果可能出现的不同问题，进一步引导学生思考应该如何判断这些问题，从而在简单作图基础上进一步拓展引出数据分析的概念。系统阐述数据处理的基本思想，具体方法。

二、以例串点，融会贯通

《试验设计与数据处理》课程的一个鲜明的特点在于：所涉及的公式、概念繁多，推导公式比较复杂，且相关性不强。以误差为例，所涉及的概念有绝对误差，相对误差，算数平均误差，样本方差，总体方差，样本标准差，总体标准差等。若简单的对每个误差进行介绍，给出其公式并介绍其应用条件，学生往往会觉得十分枯燥，且繁多的公式会造成学生记忆困难。对比而言，如果通过一个具体例子，引导学生思考不同特殊情况下体现数据差别的因素，将误差的概念逐层深入，便会使学生对于绝对误差、相对误差、算数平均误差、样本标准差的概念有深刻的理解。另外，各类误差的检验方法是试验设计与数据分析的基础，也是学生最容易混淆的重要内容。如果按照传统的方式进行授课，及先将繁琐的公式推导，再介绍各种检验的简单应用，教学效果往往不好。通过对比发现，先系统梳理不同检验的应用条件，使学生形成误差检验的整理框架，再针对各类误差的检验方法单独介绍，往往会使学生留下较深刻的印象。最终，通过实例，将相关误差检验的应用串起来，不仅可以给学生留下更深刻的印象，帮助学生记忆，还能培养学生灵活应用能力。

三、反复强调、熟能生巧

熟练掌握《试验设计与数据处理》课程中相关误差检验标准、方差分析等步骤以及具体公式推导过程对于灵活进行数据处理具有重要意义。然而，相关步骤及公式推导过程往往比较复杂，学生掌握起来通常比较困难。在此情况下，学生很容易产生畏难情绪，半途而废。针对此情况，采取反复强强调的方式，通过重复的方式不断加深学生对于相关内容的理解，最终使得学生可以灵活应用。在教学过程中，不断鼓励学生坚持学习，给他们明确信息，第一遍没有听懂的内容，在后续的教学过程中还有机会重复，只要一遍一遍反复练习，最终都能灵活应用。以方差分析为例，在介绍随机误差的F检验的时候，便会仔细介绍F检验的具体步骤，使得学生留下一定印象。在后续章节介绍方差分析的时候，便会指出其本质乃是F检验，引导学生回顾前面章节的F检验，通过重复的方式增强学生的理解。然后，对比F检验，进行扩展，由简入深介绍方差分析的具体步骤。最终，通过实例的方式，将方差分析的具体步骤串起来。实例不仅有利于学生的整体记忆，也能帮助他们灵活应用所学各知识点。

四、分类引导、多重目标定位

通过多年教学总结发现，即使采取一些列教学方法改良，仍然有部分学生学习效果不理想，这可能与本身课程的复杂性及单调性有关。在此情况下，准确掌握《试验设计与数据分析》课程的目标定位，针对学生的具体情况，提出合理的基本要求对于部分学习成绩较差的学生学习具有较好的促进作用。学习此课程的主要目的在于能够利用所学知识有效进行试验设计及数据分析。通常，试验设计部分主要集中于一些特殊的试验方法，这部分不涉及复杂的公式推导过程，因此学生掌握起来相对容易。主要难点在于数据分析，尤其是学生通过分析计算来对试验数据误差进行检验或者对数据进行方差分析以及回归分析。而这部分内容在教学过程中也会通过EXCEL进行软件操作实施得到结论。相对而言，软件操作更容易掌握，学生学习兴趣更高。因此，在此部分教学过程中，明确提出，对于学生的基本要求在于能够使用软件操作得到信息，并能从中提出误差分析、方差分析、回归分析正确结论，这能显著增强学生学习积极性。同时，鼓励学生理解各种误差分析、方差分析、回归分析的基本原理，熟练掌握基本步骤及计算过程，这有利于学生对所学知识的灵活应用，这也是对学生的高级要求。

另外，在教学过程中应该尽量引入一些较生动的例子，减小课程教学过程中的单调与鼓噪，使课程本身具有更大吸引力。例如，在介绍课程名称的时候，我引入实验、试验概念，让学生思考两者的差别及联系，并通过幽默风趣的实例减弱学生对这门课程的枯燥印象。在介绍正交试验设计时介绍日本经济发展模式，阐述正交实验设计对于科学研究以及工业生产的重要作用，激励学生学习积极性。通过合理的技巧可以有效增强学生对《试验设计与数据处理》课程的掌握，结合教学过程中的特殊风格及对学生的真诚鼓励，有望显著提升《试验设计与数据处理》课程的教学效果。

五、结论

作为核心课程《材料制备综合实验》、《材料性能综合实验》重要基础的《试验设计与数据分析》课程在整个人才培养方案中占有重要地位。通过对《试验设计与数据分析》教学过程中的具体问题进行深入分析发现，采取由简入深、循序渐进，以例串点、融会贯通，反复强调、孰能生巧，分类引导、多重目标定位的教学方法能够显著改善学生学习积极性，增强教学效果。《试验设计与数据分析》教学方法总结对于提升新能源材料与器件专业人才实验动手能力具有重要意义，同时，也将对于其他专业相关课程的教学方法改良提供可行的思路和借鉴。

参考文献：

[1]朱国斌，照亮，袁海泉，郑洪河.基于能量转换与存储的新能源材料与器件专业试验课程设置[J].试验技术与管理，2015，（32）：204-211.