田间试验设计与统计实践课教学改革与实践

李金玲， 赵 致， 王华磊， 罗春丽， 罗夫来， 刘红昌，黄明进， 李丹丹， 梁 瑾

(贵州大学/贵州省药用植物繁育与种植重点(工程)实验室， 贵阳 550025)

田间试验设计与统计是运用数理统计和概率论的理论方法研究农业或生物科学和技术问题，是一门应用性很强的实践方法学科，是农业和生物学研究工作者必备的工具课程，在教学、科研、技术推广等方面发挥着重要作用。田间试验设计与统计包括田间试验的设计与实施、试验资料收集整理以及试验结果统计分析，知识点间逻辑性强，为作物栽培、作物育种、作物营养与施肥、植物生理等农学和生物学相关学科领域的研究与技术推广服务。

田间试验设计与统计应用性强，在农业上体现在品种引种[1-7]、新品种选育及配套栽培技术[8-12]、新技术研究与推广[13-14]等，均源于试验实施与统计分析，科研结果从试验中产生，同时试验又是科研结果的应用先行，每一项投入于生产的成果，都是靠无数的科研试验支撑，田间试验设计与统计不仅是农业高校本科生、研究生、农业职业院校大专生的核心课程，也是科研院所科技人员及基层农技推广人员的必修课，推动农业科技化，农业产业高质量发展。

田间试验设计与统计理论课程原理多，公式推导多，以习题形式练习统计分析的数据计算，而实践操作少，在田间试验操作实施过程中，由于田间地形、土壤、气候等环境复杂，实施者很难达到试验的预期结果。为此，本课题对田间试验设计与统计实践课程进行改革与实践，使其能够与理论课程紧密结合，使学习者能够系统性学习与应用，理论知识支撑试验设计，实践操作灵活应用，保证课程理论与实践紧密结合。

1 田间试验设计与统计实践课程特点与传统教学分析

田间试验设计与统计课程理论知识多，但实践性强、学科交叉性大，重点、难点知识很难理解。课程内容环环相扣，尤其是统计分析部分，逻辑性强，知识的难点多，死记硬背的知识点少，而要求掌握并理解的知识点多，应用性强，相比农学的其他课程，该课程总体偏难。将数学的理论和方法运用到生物学中，学生们普遍认为课程难。

传统教学，教师以讲授为主。田间试验实施以PPT的形式，讲解一块地怎么布置试验；或是选择一块规则的土地，教师讲解让学生拉线划小区；试验统计分析部分，教师以PPT讲授的方式讲解操作过程，课后学生自己找电脑练习，完成实验报告，以实验报告的形式考核实践课程平时成绩。学生以听讲的形式，完成实践课程，缺乏操作环节锻炼，学生课后很快忘了操作过程，很难发现实践中的问题，对实践课兴趣不足，未达到教学效果。

统计软件应用缺乏。田间试验设计与统计课程的数据统计分析部分，由于统计软件需要购买、还需不断升级等原因，采用Excel软件进行统计分析，而Excel软件只能解决部分统计分析问题，如进行方差分析时，只能获得方差分析表，而不能获得多重比较的结果，多重比较结果还需手动计算。试验设计与统计课程公式多，因此掌握分析与计算方法尤为重要，但一些复杂的计算没有计算机软件的帮助，使学生产生厌烦心理，从而失去信心。现代大学生基本人手一台电脑，而没有统计软件，学生无法进行操作，对于田间试验设计与统计课程来说，即使学生学到了一些统计方法，但不能应用于实践，不能达到教学目的，影响教学效果。

2 田间试验设计与统计实践课程教学改革与实践

田间试验设计与统计实践课程安排田间试验设计与实施、试验资料的整理与描述及图表制作、平均数假设检验、试验资料的方差分析、直线回归与相关五部分内容[15]。

田间试验设计与实施是获得试验结果的基础，只有试验设计合理、实施科学，才能获得可靠的试验结果。田间试验设计与实施实验内容选择随机区组试验设计，因随机区组试验设计是最常用、最基本的试验设计，运用了田间试验设计的重复、随机和局部控制三个原则，控制和降低试验误差，可获得试验误差的无偏估计值。试验的实施由原来的规则地块变成坡地、前茬作物不同、土壤肥力不均、坡度坡向不同等环境条件，让学习者在不同土地环境安排试验，要充分应用控制环境差异的小区技术，如小区面积、小区形状与方向、重复次数、对照区设置、设置保护行、区组与试验小区排列等，控制降低试验误差，获得科学数据，达到预期效果。通过对不同土壤环境试验安排，使学习者对不同环境条件在实施试验时的利弊亲身体会，为以后的应用奠定良好的基础。

试验资料的整理、描述及图表制作，结合田间试验设计与实施内容，将所实施试验的一个考核指标收集质量性状或数量性状资料，如数量性状直接记录数据，如质量性状需进行数量性状转换，将试验资料进行整理，包括数据收集记录以及在Excel中的排列整理；将整理好的试验资料在Excel中进行数据的描述性统计，包括标准误差、中位数、众数、标准差、方差、最大值、最小值、求和、置信度等；图表制作是新加入内容，让学习者了解三线表的标题、横标目、纵标目、线条、数字等要求与注意事项；常用统计图的种类及其适用范围与含义表达，统计图的标题、纵横轴刻度单位数值、图形长宽比例、图例等；介绍直方图、多边形图、条形图、圆图、线图的制作方法、注意事项以及细节标注等。将试验指标以图或表的形式对数据进行分析，进行结论性总结。满足学习者毕业论文、发表文章、资料总结汇报等应用的需要。

平均数假设检验包括平均值的成对二样本分析t-检验、双样本等方差假设t-检验和双样本异方差假设t-检验。平均值的成对二样本分析t-检验是针对成对数据的假设检验；双样本等方差假设t-检验是成组数据的假设检验，包括两组数据每组数据个数相同或不同，但两组数据一定等方差；双样本异方差假设t-检验是针对成组数据，两组数据方差不同，进行假设t-检验。平均数假设检验包括平均值、方差、自由度、t-检验值、t单尾临界值、临界值概率P、t双尾临界值等分析，比较两个样本是否有差异。

试验资料的方差分析是田间试验设计与统计中应用最广、最为普遍的试验结果分析方法[16-21]。试验资料的方差分析用Excel分析和统计软件分析两种方法。用Excel方差分析包括单因素方差分析、可重复双因素分析以及无重复双因素分析，得到方差分析表，包括方差(SS)、自由度(df)、均方(MS)、F值、P值(P-Value)、F临界值(F-crit)，经过F值与F临界值比较能够判断处理间是否存在差异，如存在差异，还需进行多重比较，如不存在差异，则无需继续分析。多重比较是判断各处理间存在怎样的差异，但是Excel方差分析无法进行，还需手动计算进行多重比较。为了弥补Excel方差分析的不足，采用统计软件进行数据分析，主要用国际认可的SPSS软件和国产DPS软件，软件分析可获得数据描述性统计表、方差分析表、标记符号法和标记子母法的多重比较表。二因素与多因素进行统计分析时，还能获得各单因素、二因素组合及多因素组合的多重比较结果，只需结合试验目的及要求，得出相应结论。

直线回归与相关分析也是试验结果统计分析应用较多的方法，最常用的是标准曲线的制作[22-24]、模型的拟合[25-26]、相关性的判断[27-28]等。直线回归与相关分析可在Excel数据分析模块、Excel作散点图以及统计软件中进行，但相对应用最多的还是Excel作散点图。利用Excel作散点图，可进行方程拟合、获得决定系数，判断其关系的正负、显著程度以及利用拟合的方程推导数值。

3 田间试验设计与统计实践课程改革的效果分析

实践课程促进了对理论课程的理解。实践课程对试验设计与实施、数据收集与整理、数据统计分析等操作，促进了学生对重点、难点理论知识的理解，如田间试验三原则重复、随机和局部控制，尤其是局部控制，对于土壤肥力有差异、不同前茬作物、不同坡度等环境，应该如何进行区组排列、小区划分等局部控制方法，才能控制试验误差，学生通过亲身体会深刻理解了局部控制的理论含义。

实践课程师生、生生交流，课堂氛围活跃，实现了学生是课堂的主体。实践课程在试验田和机房进行，学生们分小组讨论实施方案、数据处理等，教师随时到各小组，观察学生发现问题、讨论问题的点，与学生交流并适时引导，鼓励学生讲解、互相评价，总结实践课与理论课程知识点衔接、问题与注意事项等，表扬部分学生的特殊想法或做法，激发学生的学习积极性和学习兴趣，有效巩固了理论知识。

实现了实践课程教学过程评价。实践操作过程，学生讲解、评价、打分，教师总评打分；实验报告总结实验过程与结果，总评打分，实现了实践课程教学过程评价，打破了传统的完成实验报告打分评价标准。调动了学生操作过程积极性，学生为了得到更好的成绩，小组同学合作交流与讨论，在讲解试验设计与实施、数据收集与整理、数据统计分析等实践时，讨论方案、派小组里思路清晰表达清楚的同学讲解、还有同学补充，体现了学生的团结合作精神，锻炼了学生的语言表达，培养了学生发现、分析、解决问题以及逻辑思维能力，体验实验操作过程，学生反馈“终身”难忘。

4 结 语

田间试验设计与统计实践课程教学改革与实践，改变了传统农学类实践课程“课堂讲解”实验过程的模式，采用多环境试验地进行试验方案实施，在机房运用Excel和统计软件相结合的方法进行统计分析应用，增加了应用较多的图、表制作内容。实践课程采用小组讨论、讲解，小组间互评等；教师参与各小组讨论，表扬学生的特殊想法或做法并总评，达到师生充分交流。实践课程改革促进了学生对理论知识理解，激发了学生学习兴趣和积极性，实现了实践课程过程性考核，体现了学生是课堂主体，也培养了学生发现、分析、解决问题及创新能力，使学生对农学类实践课程充分理解与技能掌握。