食品學科試驗方法學教學的實踐與探索

　　摘要總結了食品學科試驗方法學課程開設的必要性、存在問題、教學內容優(yōu)化以及教學的實踐與設想,以為今后教學改革提供參考。
　　關鍵詞食品學科試驗方法學;課程教學;教學實踐
　　中圖分類號G642.0文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2010)10-0025-02
　　
　　ExplorationandPractice of Food Science Experimental MethodologyTeaching
　　WU Xiao-zong
　　(Zhengzhou Institute of Light Industry,Zhengzhou Henan 450002)
　　AbstractIn the paper,the necessity,problem,content optimization and practice of food science experimental methodology were summarized to provide a reference for further teaching reform.
　　Key wordsfood science experimental methodology;curriculum teaching;education practice
　　
　　試驗方法學(試驗設計與數(shù)據(jù)處理)是自然科學研究方法論領域中一個分支,是以概率論、數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術知識和實踐經(jīng)驗為基礎,對試驗進行科學、經(jīng)濟安排,并對試驗結果計算分析,最終達到減少試驗次數(shù)、縮短試驗周期、迅速找出優(yōu)化方案的一種科學方法。試驗方法學也是一門理論和實踐結合緊密、實用性很強的課程,它為以后從事科學研究、工程試驗、工程設計工作的學生提供基本的訓練,培養(yǎng)學生正確確定科研、工程試驗方案和進行數(shù)據(jù)處理的能力[1]。
　　食品學科是涵蓋農(nóng)副產(chǎn)品貯藏加工、生物科學、農(nóng)業(yè)工程和輕工業(yè)等學科的綜合性、交叉型學科,具有原料廣泛性、加工工藝的多樣性和加工質量控制的重要性等特點。這些特點決定了進行食品學科試驗和生產(chǎn)實踐中,對試驗的合理設計和科學安排的注重,注意試驗過程的正確運轉,保證試驗結果的可靠性和準確性,并進行科學正確的統(tǒng)計分析,以便于正確揭示事物的本質,得出科學的結論[2]。20世紀80年代以來,世界食品工業(yè)飛速發(fā)展,食品科學研究朝著自動化生產(chǎn)、計算機應用、系統(tǒng)工程、生物酶技術、基因工程等高新技術發(fā)展,逐步脫離了傳統(tǒng)的加工方法,體現(xiàn)了科學化、集約化生產(chǎn)的特色,也對食品科學研究的試驗設計和統(tǒng)計方法提出更高的要求。食品的試驗研究已經(jīng)由簡單的假設測驗、方差分析發(fā)展到多元分析、優(yōu)化設計等高級試驗設計分析方法,愈加顯出試驗方法學在食品科學研究中的重要性。
　　1課程開設的必要性
　　試驗設計方法是一項工程技術人員必須掌握的技術方法。它要求科學地安排試驗方案,以最少的人力和物力消費,在最短的時間內取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果。試驗設計在工業(yè)生產(chǎn)和工程設計中能發(fā)揮重要的作用,主要有:提高產(chǎn)量;減少質量的波動,提高產(chǎn)品質量水準;大大縮短新產(chǎn)品試驗周期;降低成本;試驗設計延長產(chǎn)品壽命。該課程的開設為大學生將來從事科學研究或新產(chǎn)品研發(fā)等實際工作奠定了理論和實踐基礎。
　　2存在的問題
　　該課程因為涉及統(tǒng)計學知識,需要具備深厚的概率論基礎知識,而概率論較為抽象,學生普遍掌握程度不高;同時統(tǒng)計學涉及大量的計算,通常需要用計算機軟件來完成,故必須具備一定的計算機軟硬件知識及實際操作能力,所以對于大多數(shù)學生來說,對該課程的理解和掌握并不容易。
　　2.1教學安排問題
　　不同院校試驗方法學課的課程性質不同,有些是必修課,有些是限選課,有些是公共選修課,讓感興趣的同學自由選擇。由于選修課可以自主選擇,也可以放棄學分,因此學生對選修課的態(tài)度普遍不如對必修課認真,這就造成教學效果相對較難提高。課時數(shù)不同,分別為20、30、40、50學時等。另外,開設課程時間也有不同,分別在大二、大三和大四時開設,致使學生對該課程在知識儲備、使用迫切性以及將來需求等方面的掌握和了解較少。
　　2.2實際需求與課程脫節(jié)問題
　　由于沒有對該課程進行科學研究,不知道試驗方法學可以解決什么問題。而該課程所具有的內容多、公式多、計算多、圖表多等,決定了課程本身的繁雜性,這樣造成課程對學生的吸引力降低,教師雖然付出大量的心血進行課前準備和課堂教學,但在學生眼里枯燥乏味、難以理解,導致教師厭教、學生厭學。
　　2.3內容問題
　　傳統(tǒng)的試驗方法學教學內容側重于數(shù)學原理的論述,實際應用例子太少,可操作性差。而該課程實際是應用科學,教學內容的編排應圍繞實際技能的培養(yǎng)進行。由于學生已進行過《高等數(shù)學》《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》等課程的學習,具備一定的數(shù)學基礎。因此,為了節(jié)省教學時間,對公式和定理的分析、推導一帶而過,不著重強調;降低理論深度,著眼于理論知識的實際應用,深入淺出,以點帶面,使學生領悟教學內容。
　　3課程教學的內容優(yōu)化
　　3.1引入試驗設計發(fā)展史
　　為了使學生明確學習目的,有必要在課堂教學中引入試驗設計發(fā)展史。例如:1949 年,日本電訊研究所研制的“線形彈簧繼電器”,運用正交設計技術,對數(shù)十個特性值、2 000 多個變量進行研究,制造出比競爭對手美國西方電器公司先進、價廉的產(chǎn)品,給該所帶來幾十億美元的效益[3]。1978 年原七機部在進行某項產(chǎn)品的試驗設計時,須考慮5 因素31 水平,且要求試驗次數(shù)不能超過50 次。5因素31水平可能的試驗次數(shù)多達2 800 多萬次,為研究其數(shù)學模型曾試用國外的方法,長時間得不到理想的結果,而運用“正交設計”方法,5 因素31水平的試驗次數(shù)為312=961。為解決該難題,我國著名的數(shù)理統(tǒng)計專家方開泰與數(shù)論專家王元合作,將數(shù)論理論成功地應用于試驗設計問題中,創(chuàng)立了一種全新的試驗設計方法,即“均勻設計試驗法”,運用該方法于上述試驗,僅做31次,其效果便接近于2 800多萬次的試驗,成功解決了該難題。在講這段歷史時,學生感興趣,不僅認識到進行該課程學習的重要性,變“要我學”為“我要學”,而且激發(fā)出強烈的愛國主義熱情和努力學習的決心。
　　3.2重視教學內容的實用性
　　在試驗設計基礎、方差分析、回歸分析、正交試驗設計、均勻設計、回歸正交設計、回歸旋轉正交試驗設計等教學內容中,對基礎理論不作重點闡述,強調理論在實際應用中的結果理解與現(xiàn)象解釋的作用,重點講解遇到什么樣的研究課題需用哪種設計方法進行設計,采用什么軟件對所得到的數(shù)據(jù)結果進行處理。例如:采用物理和化學結合的辦法來提取酵母細胞中的海藻糖[4],先用微波處理,后用溶劑來提取�？疾斓囊蛩厥俏⒉〞r間(min)、提取體積(mL)、提取時間(min)、提取溫度(℃)(X1、X2、X3、X4)。針對這4個影響因素,每個因素安排6個水平,4 因素的取值范圍分別為微波時間2.0～5.0 min;提取體積10～50 mL;提取時間10～60 min;提取溫度0~100 ℃。如果采用全面試驗則需64=1 296次試驗,如果是正交法必須做62=36次試驗,而均勻試驗法6次就可以解決,所以選擇均勻試驗設計。對于試驗結果如何處理,均勻設計法由于沒有正交法整齊可比的特點,所以不能采用方差分析方法去處理,而采用回歸分析的方法。

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