“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析”課程教學(xué)探索與體會(huì)

李春艷　李誠　龔江　石培春　郭慧娟

[摘 要] 在地方本科高校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型背景下，石河子大學(xué)種業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)也在向應(yīng)用型、創(chuàng)新型和復(fù)合型聚焦。“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析”課程是農(nóng)學(xué)院種子科學(xué)與工程專業(yè)的必修課，近年來學(xué)院對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐，在研究課程體系，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容;探索創(chuàng)新教學(xué)方法，突出課程思政;建立多元評(píng)價(jià)模式，完善課程考核體系方面體會(huì)深刻。對(duì)這些探索和體會(huì)及時(shí)總結(jié)，以更好地上好試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析課，讓教師和學(xué)生共同成長。

[關(guān)鍵詞] 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析;教學(xué)改革;教學(xué)體會(huì)

[基金項(xiàng)目] 2021年度石河子大學(xué)“課程思政”示范課程建設(shè)項(xiàng)目“生物統(tǒng)計(jì)”（ZG009811）;2018—2021年石河子大學(xué)教學(xué)能手專項(xiàng)“‘生物統(tǒng)計(jì)’課程混合式教學(xué)的探索”（ZG006614）;2018—2021年石河子大學(xué)教改項(xiàng)目“‘以學(xué)生為中心’的實(shí)踐教學(xué)模式的探索——以‘計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理’實(shí)踐教學(xué)為例”（ZG00662106）

[作者簡介] 李春艷（1982—），女，新疆石河子人，博士，石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授，主要從事小麥遺傳改良研究。

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）08-0141-04 [收稿日期] 2021-06-07

隨著高等教育向大眾化發(fā)展，高等教育質(zhì)量成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)之一，而本科生的課程和教學(xué)改革則是大學(xué)發(fā)展的中心任務(wù)。任何自然科學(xué)都離不開試驗(yàn)。設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、可操作的試驗(yàn)方案，通過試驗(yàn)獲得大量數(shù)據(jù)資料，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納、分析，從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出科學(xué)、可靠的推斷，這就是試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的基本任務(wù)?！霸囼?yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析”課程是我校農(nóng)學(xué)院種子科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的建設(shè)與質(zhì)量提升對(duì)于實(shí)現(xiàn)種業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)意義重大。下面筆者就近年來在授課過程中的體會(huì)和教學(xué)方法的探索做一總結(jié)分享。

一、研究課程體系，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容

我校從2012年開始招收種子科學(xué)與工程專業(yè)，起初在試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方面是以生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程作為專業(yè)必修課（40學(xué)時(shí)理論，8學(xué)時(shí)上機(jī)操作），在大三上半學(xué)期開設(shè)。由于上機(jī)操作課時(shí)很少，學(xué)生在進(jìn)行論文寫作數(shù)據(jù)處理時(shí)明顯感覺基礎(chǔ)不足。2017年人才培養(yǎng)大綱修訂，將生物統(tǒng)計(jì)課程作為必修課，將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理課程（24學(xué)時(shí)上機(jī)操作）作為選修中的必修課，由于生物統(tǒng)計(jì)在大三第一學(xué)期開設(shè)，而計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理在大四第一學(xué)期開設(shè)，理論和實(shí)踐操作相隔時(shí)間太長，而且大四第一學(xué)期學(xué)生忙于考研，對(duì)該課程重視不夠，依然效果不好。2020年人才培養(yǎng)方案修訂，將生物統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理合并為試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析一門課，理論和實(shí)踐各占32學(xué)時(shí)，在大三第一學(xué)期開設(shè)，而且實(shí)踐課的內(nèi)容越來越充實(shí)。從這門課的發(fā)展來看，課程內(nèi)容和時(shí)間安排與農(nóng)科類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)的契合度越來越高。因?yàn)榉N科專業(yè)的學(xué)生在大一大二完成專業(yè)基礎(chǔ)課，特別是高等數(shù)學(xué)和概率論后對(duì)統(tǒng)計(jì)相關(guān)理論的接受程度會(huì)更高一些，大二暑期一般會(huì)完成畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)，大三開始進(jìn)行分析數(shù)據(jù)和論文寫作，此時(shí)這門課程就可以更好地幫助學(xué)生理解畢業(yè)論文試驗(yàn)設(shè)計(jì)并指導(dǎo)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。此外，一些學(xué)生在此階段也參加一些課外的科創(chuàng)計(jì)劃或?qū)嵺`實(shí)習(xí)，如“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”、SRP、國創(chuàng)等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。這些比賽也會(huì)涉及調(diào)查研究、設(shè)計(jì)試驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)和總結(jié)報(bào)告等統(tǒng)計(jì)實(shí)踐技能。此時(shí)能夠讓學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)過程中帶著自己的問題、自己的數(shù)據(jù)獨(dú)立分析，讓學(xué)生能切身體會(huì)到“學(xué)以致用”，在解決問題的過程中享受成就感，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和邏輯思維能力，提高學(xué)習(xí)本課程的興趣，并能將理論和實(shí)踐結(jié)合起來，在科研活動(dòng)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和解決問題的能力。

本課程的主要內(nèi)容如下：田間試驗(yàn)概述、資料的整理與描述、理論分布和抽樣分布、統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、卡平方檢驗(yàn)、直線回歸和相關(guān)和多元統(tǒng)計(jì)分析。相對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)是：（1）掌握和鞏固田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、技術(shù)和方法。（2）系統(tǒng)掌握正確的收集、整理、分析、歸納試驗(yàn)資料的方法，能對(duì)試驗(yàn)所獲得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納，并針對(duì)不同類型數(shù)據(jù)采用相應(yīng)的圖表，清晰地表示出試驗(yàn)數(shù)據(jù)的意義和變化趨勢。（3）了解生物統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的前沿動(dòng)態(tài)與發(fā)展，以及在種子科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用情況。培養(yǎng)學(xué)生掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的基本概念、理論，將各種試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本統(tǒng)計(jì)分析方法靈活應(yīng)用到種科專業(yè)實(shí)際的基本素質(zhì)。（4）在掌握和鞏固生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)原理和方法基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)常用統(tǒng)計(jì)軟件EXCEL、SPSS、R等的使用方法，具備基本實(shí)踐操作技能以及分析和解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力。（5）培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、埋頭苦干、鍥而不舍的科學(xué)精神和吃苦耐勞的奉獻(xiàn)精神，強(qiáng)化學(xué)生為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務(wù)的意識(shí)。

二、探索創(chuàng)新教學(xué)方法，突出課程思政

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)本科畢業(yè)生的要求越來越高。學(xué)生們往往在書本上接觸的是基本的理論知識(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展知之甚少，特別是來自城市的學(xué)生對(duì)一些作物可能都會(huì)比較陌生。此外，種業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)也在向應(yīng)用型、創(chuàng)新型和復(fù)合型聚焦。因此，在授課過程中針對(duì)不同內(nèi)容應(yīng)采取不同的教學(xué)方法，努力提高教學(xué)效果。在講授統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)時(shí)，可以先提出一些實(shí)際問題，讓學(xué)生去自主思考，再通過教師的引導(dǎo)將統(tǒng)計(jì)理論和統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合進(jìn)去，教學(xué)效果會(huì)更好。在以實(shí)際問題和實(shí)踐情景為導(dǎo)向時(shí)穿插課程思政，不但可以激發(fā)學(xué)生的求知欲還可以引起思想上的共鳴。比如，在第一章田間試驗(yàn)中，除了介紹基本概念，還必須將前沿科技成果與田間試驗(yàn)相結(jié)合，同時(shí)為學(xué)生們展現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的前景，讓大家對(duì)今后從事農(nóng)業(yè)相關(guān)的工作有一個(gè)美好的愿景，知農(nóng)愛農(nóng)。在講到試驗(yàn)小區(qū)面積這一節(jié)，對(duì)于涉及破壞性取樣的小區(qū)面積要大一些，以減少邊際效應(yīng)對(duì)作物生長的影響。這時(shí)候可以為大家介紹根系動(dòng)態(tài)生長監(jiān)測系統(tǒng)、原位植物根系分析儀等先進(jìn)設(shè)備以替代傳統(tǒng)的取樣方法，以及通過光譜、無人機(jī)、表型監(jiān)測儀等進(jìn)行植物表型組測定。介紹這些先進(jìn)儀器以及應(yīng)用成果后學(xué)生們都很興奮，顛覆了他們對(duì)田間試驗(yàn)的傳統(tǒng)印象。再比如，當(dāng)講到田間試驗(yàn)要目標(biāo)明確、具有先進(jìn)性和代表性時(shí)，我會(huì)給大家介紹智慧農(nóng)業(yè)，播放無人農(nóng)場的視頻，再一次顛覆了同學(xué)們對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面朝黃土背朝天的刻板印象，并對(duì)未來農(nóng)業(yè)充滿了期待。有同學(xué)說，沒想到現(xiàn)在還可以這樣種地呀！還有同學(xué)說，原來中國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到這么高的水平了，我現(xiàn)在充滿了干勁，我以后要當(dāng)農(nóng)場主！聽到同學(xué)們的這些話，作為教師也很高興，因?yàn)閷?duì)于學(xué)農(nóng)的學(xué)生，讓他們穩(wěn)定專業(yè)思想，熱愛本專業(yè)也是極其重要的事情。此外，當(dāng)講到多年多點(diǎn)品種試驗(yàn)的方差分析時(shí)，我會(huì)穿插講我國種業(yè)卡脖子問題，以及前輩們艱苦奮斗的勵(lì)志故事，激勵(lì)同學(xué)們好好學(xué)習(xí)，今后為中國種業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。通過將這些小故事穿插進(jìn)枯燥的統(tǒng)計(jì)理論中，課堂不再枯燥，學(xué)生們都抬起頭認(rèn)真聆聽，也讓課程培養(yǎng)方案突出了立德樹人品德等思想政治教育，潛移默化地在學(xué)生的心中留下了種子。

上機(jī)操作課我們采用教師與學(xué)生同步演練的方式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。生物統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的電腦上安裝了EXCEL、SPSS、R和Origin等統(tǒng)計(jì)軟件。教師一邊講解統(tǒng)計(jì)理論知識(shí)，一邊操作統(tǒng)計(jì)軟件演示統(tǒng)計(jì)分析過程。學(xué)生與教師同步進(jìn)行演練，可以將教學(xué)與練習(xí)的過程緊密結(jié)合在一起，也可以將學(xué)生從繁雜而枯燥的手算過程中解放出來，更加注重對(duì)統(tǒng)計(jì)方法和思想的理解，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)、做中教”的教學(xué)理念，課堂效率大大提高。上機(jī)操作過程中，同一道題目我會(huì)讓大家用不同的軟件處理。比如，相關(guān)分析會(huì)通過EXCEL、SPSS和R語言分別處理，得到數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)圖，讓學(xué)生自己體驗(yàn)?zāi)姆N表現(xiàn)形式更有利于展示試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)律;再比如，用一組數(shù)值范圍差距較大的數(shù)據(jù)做柱狀圖，我會(huì)選擇EXCEL、SPSS、Origin分別作圖，讓學(xué)生們選擇可視化效果最好的圖，這時(shí)候雙坐標(biāo)軸、斷層圖等知識(shí)點(diǎn)和繪制方法學(xué)生一下就學(xué)會(huì)了。此外，通過展示R語言分析海量數(shù)據(jù)得到的熱圖、聚類圖、氣泡圖等，學(xué)生們看到這些軟件有如此強(qiáng)大的功能，學(xué)習(xí)興趣自然就提升了。在綜合題目練習(xí)時(shí)，我會(huì)把統(tǒng)計(jì)分析原理、數(shù)據(jù)處理、作圖及圖表優(yōu)化等內(nèi)容整合在一起，并用規(guī)范的文字描述結(jié)果，考查學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。通過采取以上措施，我發(fā)現(xiàn)，相較于課堂上的統(tǒng)計(jì)理論講解，學(xué)生更喜歡上機(jī)操作，因此在上機(jī)過程中重點(diǎn)穿插理論的講解與應(yīng)用更有助于教學(xué)效果的提高。

當(dāng)課程快結(jié)束時(shí)，我會(huì)找一些論文作為資料考查學(xué)生綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)的能力。首先，我會(huì)找一些自然科學(xué)頂級(jí)期刊上與專業(yè)相關(guān)的論文，讓同學(xué)們重點(diǎn)關(guān)注試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方法和結(jié)果描述部分，如果涉及大田試驗(yàn)，我會(huì)讓大家在草稿紙上畫試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖，提問數(shù)據(jù)分析中用了哪些統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的圖表展示方法和結(jié)果描述的文字表述。順便還學(xué)習(xí)了統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)外語，了解了專業(yè)前沿知識(shí)。另外，我還會(huì)找一些往屆學(xué)生的未定稿的論文，展示給大家，讓學(xué)生從中找漏洞，找錯(cuò)誤，并思考數(shù)據(jù)處理方法的可改進(jìn)之處。這個(gè)環(huán)節(jié)大家的積極性很高，往往可以找出一大堆錯(cuò)誤或不足之處。一般通過這個(gè)環(huán)節(jié)，可以看出學(xué)生對(duì)哪些知識(shí)點(diǎn)還比較欠缺，綜合運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的能力如何。在后期剩下的課時(shí)里可以再有針對(duì)性地重點(diǎn)加強(qiáng)不足之處。

三、建立多元評(píng)價(jià)模式，完善課程考核體系

在目前的大學(xué)教學(xué)制度下，考試是衡量教學(xué)效果的主要手段，更是對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)業(yè)成績測評(píng)的工具?？荚嚦煽儾粌H在一定程度上可以反映學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握程度，而且可以比較教師的教學(xué)水平，對(duì)于教與學(xué)都有很好的促進(jìn)作用[1]。考試不應(yīng)該是一門課程教學(xué)過程的終結(jié)，通過對(duì)考試過程和考試成績的分析與反思應(yīng)該是教學(xué)雙方可持續(xù)發(fā)展的契機(jī)，以此來促進(jìn)學(xué)生的成長和教師的發(fā)展。

本課程以往的考核方式是通過一次期末結(jié)課考試評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的好壞，考試題型側(cè)重于對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，題型包括名詞解釋、填空題、簡答題和計(jì)算。學(xué)生往往會(huì)在考前突擊復(fù)習(xí)，考完不久即忘得一干二凈。如今，我們建立了多元評(píng)價(jià)模式，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)的過程管理，增加了平時(shí)成績的權(quán)重。本課程的考核采用百分制計(jì)分。課程成績包括平時(shí)成績、上機(jī)實(shí)驗(yàn)和考試三部分，分別為平時(shí)成績占20%，上機(jī)實(shí)驗(yàn)占30%，考試占50%。具體要求及成績?cè)u(píng)定方法如下：（1）平時(shí)成績構(gòu)成及要求?？记谡计綍r(shí)成績30%。全勤者得100分，缺勤1次扣10分，5次缺勤沒有平時(shí)成績，只減分不加分。課程作業(yè)占平時(shí)成績30%。定期布置作業(yè)，認(rèn)真批改，每次作業(yè)按時(shí)完成并正確得100分，1次不交扣10分，3次不交作業(yè)沒有平時(shí)成績，以平均分?jǐn)?shù)作為作業(yè)成績。課堂提問占平時(shí)成績40%。每次回答問題正確得100分，不按要求或問題回答得不完整酌情扣分，以平均分?jǐn)?shù)作為課堂提問成績。（2）上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績構(gòu)成及要求。上機(jī)操作技能占上機(jī)成績50%，通過實(shí)驗(yàn)課提問和平時(shí)操作情況酌情給分。上機(jī)小測驗(yàn)占上機(jī)成績50%。通過實(shí)驗(yàn)課上小測驗(yàn)酌情給分。（3）結(jié)課考試?？荚嚥扇￠]卷考試的方式進(jìn)行，考試占總成績的50%。此外，我們對(duì)試卷題型也做了改進(jìn)，在原來的基礎(chǔ)上增加了作圖題，即通過文字描述的試驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖，還增加了統(tǒng)計(jì)分析題，減少了記憶性題型的分值，增加了理解和應(yīng)用型考題的比重。

多元評(píng)價(jià)模式改革前后的兩種考核模式，我們對(duì)試卷的試題難度、試題區(qū)分度和信度都做過相關(guān)的研究[2，3]，雖然兩種模式的試題設(shè)計(jì)都是按照教學(xué)內(nèi)容（章節(jié)或部分）的教學(xué)時(shí)數(shù)和重要程度確定不同的權(quán)重，按教學(xué)大綱要求、教育目標(biāo)分類進(jìn)行試題類型和難度等方面的權(quán)衡;但是改革后我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有明顯的提升。美國心理學(xué)家布盧姆曾提出這樣的分類方法，把人的認(rèn)知水平從簡單到復(fù)雜分為識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)六個(gè)層次[4]。之前的考核手段可能更多的是針對(duì)識(shí)記、理解和應(yīng)用，雖然學(xué)生的平均得分較高，但多屬于突擊性記憶，考完就忘了;而改革后的考核則更多地側(cè)重于應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)，可以讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)具備扎實(shí)的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)功底并且能夠靈活應(yīng)用，特別是將筆試和機(jī)試結(jié)合起來，適當(dāng)提高試卷的區(qū)分度，引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力?？傊ㄟ^完善課程考核體系，避免了學(xué)生單純?yōu)榱丝荚嚩烙浻脖掣拍詈凸降臋C(jī)械式學(xué)習(xí)，擺脫了以往只注重期末考試成績;加強(qiáng)了平時(shí)學(xué)習(xí)的過程性考核評(píng)價(jià)，提高了實(shí)踐應(yīng)用能力的考核比重，通過建立多元的考核體系學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中明顯認(rèn)真了很多，課堂互動(dòng)也比較積極，能夠按時(shí)完成作業(yè)，且效果較好。

結(jié)語

教學(xué)改革和實(shí)踐是永無止境的?！叭绾紊虾靡婚T課”是每一位教師一直思考的重要問題，上課的效果沒有最好，只有更好。經(jīng)過這些年的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)課程教學(xué)和農(nóng)業(yè)科研工作，我深切地感受到農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展以及對(duì)人才的迫切需要，也切身體會(huì)到同學(xué)們對(duì)課堂內(nèi)容常新且知識(shí)體系完整豐富的課程的迫切需要。教學(xué)相長，教研互促，在這門課的教學(xué)過程中，我通過閱讀相關(guān)教輔材料和最新文獻(xiàn)，接觸到大量農(nóng)業(yè)生物學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，更加深化了專業(yè)知識(shí)，啟發(fā)了科研靈感;在設(shè)計(jì)和從事科學(xué)試驗(yàn)時(shí)更加嚴(yán)謹(jǐn)，研讀統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí)更加客觀，無形中提高了自身的業(yè)務(wù)能力，加強(qiáng)了自身了科研素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract： With the transformation of local universities to application-oriented universities， the cultivation goal of seed industry talents in Shihezi University is also focusing on the application-oriented， innovative and compound type. The course of Experimental Design and Data Analysis is a compulsory course of seed science and engineering in the College of Agriculture. In recent years， the authors have carried out active exploration and practice on the teaching of this course， including studying course system to perfect and enrich teaching content， exploring innovative teaching methods to highlight “curriculum ideological and political education”， and establishing a multi-evaluation model to improve the course evaluation system. The exploration and experience are summarized in time. Teaching and learning complement each other， and exploring how to better teach this course helps teachers and students grow together.

Key words： Experimental Design and Data Analysis; teaching reform; teaching experience