化学类专业研究生教育成果与展望中的实验设计和数据评价

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：关键词实验设计、数据评价、教材、SPSS一、本课程的适用对象与基本内容“实验设计和数据评价”课程是面向我校化学和化工专业研究生开设的一门公共选修课、物理化学专业的学位课程。我校属较早对化学化工类专业开展本门课程教学的学校，开创了“实验设计和数据评价”与SPSS软件应用相结合进行教学的新模式。

“实验设计和数据评价”课程的改革与建设

●(华南理工大学，张震、张德聪)

摘　要　本文介绍了适用于化学、化工专业研究生的“实验设计和数据评价”课程的主要内容和特色，强调理论联系实验，课程使用了SPSS计算机应用软件，结合大量化学化工实例进行讨论，克服了以往的教学难点，专业特征明显，并编写了具有时代特色的教材。

关键词　实验设计、数据评价、教材、SPSS

一、本课程的适用对象与基本内容

“实验设计和数据评价”课程是面向我校化学和化工专业研究生开设的一门公共选修课(非学位课程)、物理化学专业的学位课程。适用的专业包括无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、应用化学、材料学、高分子化学与物理、制浆造纸工程、食品科学、粮食、油脂及植物蛋白工程、农产品加工及贮藏工程、环境工程、生物科学、生物化工、微生物学、发酵工程等专业。

本课程是学校开设较早的课程之一，经过十几年的教学实践，教学内容不断改进，特别是在近几年，为适应新时期科学技术的发展，对教学内容进行了较大幅度的改革，已经形成比较完善的知识体系。本课程教学内容以实验设计为主线，以误差的理论为基础，详细阐明各种实验设计方法和步骤，实验结果的分析和评价全面回答了实验设计时所需要考虑的几个问题，即实验需要做多少个？根据实验所得的数据明确差异的大小，实验误差是否在一个合理的范围内？通过分析造成数据误差的原因，哪些因素对实验起主要作用，哪些因素是不重要的或不起作用的？主要因素对实验结果的影响定量关系如何？找出事物内在联系。如何提高实验效率，以最少的实验次数来研究科研问题？

二、国内外同类课程现状

在国外一些大学相当普遍地开设“实验设计”也称“试验设计”这门课程，如美国哈佛大学开设“Design of Experiments”、“Design of Scientific Investigations”等课程，美国麻省理工学院开设“Design and Analysis of Experiments”，美国加州大学伯克利分校开设“Experi－mental Design”，加拿大滑铁卢大学开设“Sampling and Experimental Design”、“Experimen－tal Design”、“Theory of Experimental Design”等，美国华盛顿大学开设“Experimental De－sign”、“Advanced Design and Analysis of Experiments”等，美国芝加哥大学开设“Design and Analysis of Experiments”，美国康奈尔大学开设“Experimental Design”，美国密歇根大学开设“Experimental Design”，美国北卡罗来纳大学开设“Design And Robustness”，“Special Topics In the Design of Experiments”、“Combinatorial Problems of The Design of Experiments”等，美国华盛顿州立大学开设“Design ＆Analysis of Experiments”、“Experi－mental Design”、“Analysis of Variance of Designed Experiments”、“Quality Engineering Using Experimental Design”、“Statistical Methods for Engineers and Scientists”等，美国莱塞拉尔理工学院开设“Design of Experiments”，美国宾夕法尼亚州立大学开设“Design of Experiments”。这些课程开设的对象有本科生和研究生。

国内著名大学大多数开设同类课程，课程的名称有所不同，学分为1～3。例如，清华大学开设“实验设计和数据处理”课程；北京大学开设“实验设计”；复旦大学开设“实验设计与统计分析”；上海交通大学开设“试验分析与设计”；浙江大学开设“试验设计”、“高级农业试验设计与统计”、“数据分析与SAS软件应用”等；哈尔滨工业大学开设“试验设计”、“回归分析、方差分析与试验设计”、“数据处理与实验设计”等；南开大学开设“实验设计”。(https://www.chuimin.cn)

各校开课的对象有所不同，涉及数学、医学、农学、机械、食品、生物、化学化工、管理等学科专业，专门为化学化工类开设本课程的有哈尔滨工业大学，学时较少。我校属较早对化学化工类专业开展本门课程教学的学校，开创了“实验设计和数据评价”与SPSS软件应用相结合进行教学的新模式。

此外，在课程内容设置上，都突出在各专业的应用，形成专业特色，目前“试验设计”课程形成完整体系的有农学、公共卫生、管理等专业。化学化工类的研究生教育还未受到广泛重视，而实际上化学化工类现代科研文献较多运用了本门课程涉及的研究方法。

三、课程建设的特色

我们在教材的建设上特别注重应用。由化学教师编写教材，运用了大量化学化工类的算例。根据作者长期实验的实践体会，结合化学及化工类学科特点，对数理统计的理论做了适当的选择。教材对著名软件SPSS(Statistics Product and Service Solutions)进行了介绍，书中每章的例题除手工计算方法外，还详细交代了如何用SPSS解决有关实验设计和数据评价的问题，介绍了上机计算的操作方法、步骤，并对计算结果加以解释。为解决某些特别问题，还编写了部分计算程序供读者参考。

课程强调理论联系实验，突出实用和实战，主要从化学、化工、材料、造纸、环境、食品等专业方面，结合大量实例进行讨论，避免过多数学论证，着重以化类专业语言来阐述统计理论的结论、意义和应用，专业特征明显。

课程使用了SPSS计算机应用软件，SPSS作为世界上最著名的优秀统计应用软件，其窗口界面操作简便很适合化学化工等专业学生的使用，具有时代特色。在实例分析时，用手工计算来提高对理论和概念的理解，同时详细介绍SPSS的运用过程和方法，则使学生避免繁琐的数字计算，达到实用实战的目的，克服了以往教学难点。

本门课程对于以实验为主要研究手段的化学、化工专业学生来说，其讲授内容无疑具有很强的吸引力，可以作为知识结构的一个补充，因而渐渐受到越来越多的学生和导师的欢迎，选课人数逐年增多，此外还有旁听的学生和教师。

教材建设始终贯穿教学实践过程之中，教材内容的取舍一直是我们思考的问题。最早宋清教授于2025年出版了“试验设计和分析”教材，2025年我们编印了讲义，之后一直对手稿进行不断改进，2025年形成现在的书稿雏形。2025年进行了最大一次改写，印刷了《实验设计与数据评价》教材(讲义)，2025年增加了部分内容。2025年该教材得到华南理工大学研究生教材建设立项资助，2025年被列入华南理工大学研究生重点课程建设项目。

化学类专业研究生教育成果与展望中的实验设计和数据评价

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