《生物統(tǒng)計學(xué)》教學(xué)方式的探索和實踐

摘要：生物統(tǒng)計學(xué)是運用數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現(xiàn)象和試驗調(diào)查資料的一門科學(xué)，在生物學(xué)、食品、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、生態(tài)、環(huán)保等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，是生物學(xué)科各專業(yè)學(xué)生的必修課和工具課。本文以生物學(xué)專業(yè)的視角根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和生物統(tǒng)計學(xué)課程特點，通過改革教學(xué)模式、教學(xué)方法和考核方式等途徑提高學(xué)生生物統(tǒng)計學(xué)知識的應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：生物統(tǒng)計學(xué)；教學(xué)方式；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0145-03

生物統(tǒng)計學(xué)是數(shù)理統(tǒng)計在生物學(xué)中的應(yīng)用，它是用數(shù)理統(tǒng)計的原理、方法來分析解釋生物學(xué)中各種現(xiàn)象和實驗調(diào)查資料的一門科學(xué)。生物統(tǒng)計學(xué)是本科生專業(yè)必修課，對提高學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)有重要意義。生物統(tǒng)計學(xué)，不僅提供設(shè)計科學(xué)試驗和收集數(shù)據(jù)的方法，而且也提供整理和分析數(shù)據(jù)、得出科學(xué)結(jié)論的方法。同時，生物統(tǒng)計學(xué)也是一門理論性和實踐性較強(qiáng)的課程，課程內(nèi)容廣、概念多、公式多；加上學(xué)生缺乏背景知識，對該課程認(rèn)識不夠，使這門課程有教師難教，學(xué)生難學(xué)、難記、難用的“四難”課程之稱[1，2]。從2012年開始，我校生物統(tǒng)計學(xué)教研組針對課程特點，重新確立了教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)計劃，改進(jìn)教學(xué)方式，增加學(xué)生上機(jī)操作訓(xùn)練，使學(xué)生由傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)統(tǒng)計基礎(chǔ)知識向掌握具體數(shù)據(jù)處理和分析方法的目標(biāo)上轉(zhuǎn)變，將過去以筆試為主的考試方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)知識測試和統(tǒng)計分析方法應(yīng)用相結(jié)合的考核制度，從源頭上使教學(xué)模式向注重人才培養(yǎng)和提高學(xué)生科研素質(zhì)上轉(zhuǎn)變。經(jīng)過教研組全體教師的努力，生物統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平得到了大幅提升。筆者根據(jù)兩年來的生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)工作的實踐，結(jié)合課程特點，對生物統(tǒng)計學(xué)課程教學(xué)方法的探索和實踐作如下總結(jié)。

一、確立教學(xué)目標(biāo)、調(diào)整教學(xué)計劃

2012年前，我校生物統(tǒng)計學(xué)，主要由數(shù)學(xué)專業(yè)的老師進(jìn)行講授，教學(xué)內(nèi)容以數(shù)理統(tǒng)計為主。學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后，仍然無法將統(tǒng)計學(xué)這一工具應(yīng)用于生物學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域。針對這一情況，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)研究決定生物統(tǒng)計學(xué)這門課程由學(xué)院相關(guān)專業(yè)的教師授課，教研組接到通知后進(jìn)行了研究部署。筆者在確立人才培養(yǎng)目標(biāo)時，首先將生物統(tǒng)計學(xué)課程定義為工具課。在確保這一基礎(chǔ)后，筆者根據(jù)我校本科生培養(yǎng)目標(biāo)，將生物統(tǒng)計學(xué)的目標(biāo)明確為：以一線教師和科研工作中最常用的統(tǒng)計分析方法為內(nèi)容，要求學(xué)生了解現(xiàn)代科學(xué)研究的基本方法、統(tǒng)計學(xué)基本概念和主要參數(shù)的意義；理解生物學(xué)實驗設(shè)計方法和常用統(tǒng)計模型的應(yīng)用條件；掌握實驗設(shè)計和統(tǒng)計分析方法，掌握EXCEL和STATISTICA軟件操作方法，能夠獨立進(jìn)行生物學(xué)試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析，并具有綜合運用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力。

根據(jù)上述教學(xué)目標(biāo)，筆者選擇合適的課程教材，制定教學(xué)計劃，將生物統(tǒng)計學(xué)的課程重心放在讓學(xué)生了解統(tǒng)計學(xué)的一般原理和方法、掌握實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的原理、掌握統(tǒng)計軟件處理和分析數(shù)據(jù)的方法上。

二、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出課程重點

教學(xué)內(nèi)容貫穿整個教學(xué)過程，是人才培養(yǎng)的主要落腳點。生物統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)內(nèi)容非常龐雜，筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)計劃，將生物統(tǒng)計學(xué)課程進(jìn)行了梳理，主要以一線教師和科研工作者最常用到的統(tǒng)計學(xué)知識為基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容，主要包括數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)類型、總體和樣本、數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計、概率和分布、統(tǒng)計推斷、t檢驗、方差分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、多重比較、相關(guān)和回歸、因子分析、非參數(shù)檢驗、實驗設(shè)計等。教學(xué)的重點，是讓學(xué)生理解各種統(tǒng)計方法的使用條件和基本原理，通過在計算機(jī)上運行EXCEL和STATISTICA軟件，結(jié)合生物學(xué)實例掌握各類統(tǒng)計模型和檢驗方法的具體操作步驟，得出統(tǒng)計檢驗結(jié)果，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)運用已掌握的生物學(xué)原理解釋實驗數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的科學(xué)意義。此外，我們在教學(xué)過程中，會將近年來生物學(xué)方面有重要意義的一些統(tǒng)計學(xué)方法和原理做簡單的普及，如將系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系納入形態(tài)數(shù)據(jù)中，檢驗形態(tài)特征進(jìn)化的譜系依賴性；利用不同地理種群的生活史特征和形態(tài)特征計算物種的表型分化，結(jié)合遺傳分化數(shù)據(jù)分析物種分化的原因等。我們通過這樣的方式，在學(xué)生心中埋下進(jìn)一步學(xué)習(xí)統(tǒng)計學(xué)的種子，為他們以后的科研和學(xué)習(xí)提供幫助。從教學(xué)內(nèi)容上，筆者將以往所注重的統(tǒng)計原理介紹和統(tǒng)計模型推導(dǎo)的部分轉(zhuǎn)變?yōu)樽寣W(xué)生理解統(tǒng)計模型的原理和應(yīng)用條件，內(nèi)容上側(cè)重于讓學(xué)生掌握統(tǒng)計分析方法的應(yīng)用。因此，筆者在授課過程中，上機(jī)實習(xí)的學(xué)習(xí)時間約占整個課時的50%。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，生物統(tǒng)計學(xué)課程重點要求學(xué)生掌握實驗數(shù)據(jù)分析處理的一般方法，并利用EXCEL和STATISTICA軟件綜合分析數(shù)據(jù)并得出科學(xué)結(jié)論。教學(xué)過程中，筆者注重生物學(xué)實例教學(xué)，利用已發(fā)表文章的數(shù)據(jù)為訓(xùn)練內(nèi)容，將課程所涉及的各類統(tǒng)計模型貫穿于實例教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，將所學(xué)方法應(yīng)用于實際科研項目中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

三、“以學(xué)生為本”，優(yōu)化教學(xué)方式

現(xiàn)代教學(xué)觀念認(rèn)為，課程是學(xué)生的發(fā)展，課程是教師與學(xué)生之間的契約[3]。這里體現(xiàn)了一種“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，傳統(tǒng)教學(xué)較多地體現(xiàn)在對教師和教材的關(guān)注上，而“以學(xué)生為本”的教學(xué)思想，則更多地關(guān)注在課程教學(xué)活動過程中學(xué)生的參與和知識的獲得，關(guān)注在課程教學(xué)過程中為學(xué)生創(chuàng)造出充滿生機(jī)的學(xué)習(xí)、研究氛圍，為學(xué)生提供張揚個性、充分發(fā)展的環(huán)境[4]。在“以學(xué)生為本”的教學(xué)思想指導(dǎo)下，針對生物統(tǒng)計學(xué)理論性較強(qiáng)，內(nèi)容枯燥、乏味等特點，筆者在教學(xué)過程中，以多媒體教學(xué)為主，輔以傳統(tǒng)的板書教學(xué)。教學(xué)過程，筆者為學(xué)生提供大量的實驗數(shù)據(jù)，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生主動挖掘數(shù)據(jù)，通過小組討論等形式探究數(shù)據(jù)處理方式，應(yīng)用已學(xué)習(xí)的統(tǒng)計模型分析實驗數(shù)據(jù)并得出科學(xué)結(jié)論。

在教學(xué)過程中，將傳統(tǒng)的教師講授模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熤v授和實例教學(xué)相結(jié)合的模式，筆者將上課的地點安排在計算機(jī)機(jī)房進(jìn)行，每次上課根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同設(shè)置1～2課時的實例教學(xué)。從應(yīng)用統(tǒng)計方法解決實際科研問題的角度組織課堂教學(xué)，以小組的形式就某個實際問題展開討論，教師的角色定位成課程組織者，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。例如，我們在講解t檢驗時，前1個課時，我們通過多媒體教學(xué)結(jié)合板書的形式講解t檢驗的應(yīng)用條件和計算原理；其余2個課時，我們提供一定的生物學(xué)實驗和中學(xué)生考試成績相關(guān)的數(shù)據(jù)，以小組討論的方式要求學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計檢驗并得出科學(xué)結(jié)論。在學(xué)習(xí)相關(guān)與回歸時，我們要求學(xué)生將生物化學(xué)實驗和生態(tài)學(xué)實驗的數(shù)據(jù)拿到生物統(tǒng)計學(xué)上進(jìn)行統(tǒng)計檢驗，如分子量和電泳遷移距離的實驗數(shù)據(jù)，可以用來檢驗蛋白質(zhì)分子量和電泳遷移距離的相關(guān)性，并預(yù)測已知遷移距離的蛋白質(zhì)分子的分子量；通過卡方檢驗驗證果蠅雜交結(jié)果是否符合實驗預(yù)期等。我們通過對自己實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計檢驗，讓學(xué)生深刻體會到學(xué)習(xí)生物統(tǒng)計學(xué)的重要性，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性，變被動接受為主動學(xué)習(xí)和探究。endprint

四、“學(xué)以致用”，加強(qiáng)實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是高校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是高校生物專業(yè)教育教學(xué)體系的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能及實踐技能的重要途徑。它對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，造就學(xué)生成為具有社會競爭力和國際競爭力的高素質(zhì)人才具有特殊作用[5，6]。因此，筆者根據(jù)大學(xué)生人才培養(yǎng)目標(biāo)，將生物統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)內(nèi)容融入到學(xué)生實踐教學(xué)中。在教學(xué)過程中，我們將整個班級按照每6個人一個小組進(jìn)行分組，在教授不同的教學(xué)內(nèi)容時，給每組同學(xué)收集一定的數(shù)據(jù)，采用研究型教學(xué)的方式讓學(xué)生根據(jù)已有的知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，并得出相應(yīng)的統(tǒng)計結(jié)果。我們通過研究型教學(xué)的方式，可以使學(xué)生積極參與到教學(xué)和科研實踐中，對提高學(xué)生利用生物統(tǒng)計學(xué)的原理解決實際生物學(xué)問題有積極的推動作用。

此外，筆者利用動物、植物和微生物野外實習(xí)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練等實踐教學(xué)活動引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的統(tǒng)計學(xué)知識應(yīng)用到實際科研訓(xùn)練中。教師根據(jù)已學(xué)過的統(tǒng)計學(xué)原理組織和指導(dǎo)學(xué)生在開展野外調(diào)查和創(chuàng)新訓(xùn)練前，針對性地查閱文獻(xiàn)、設(shè)計實驗方案，學(xué)生在實習(xí)過程中根據(jù)已確定的實驗方案進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和采樣工作，完成野外實踐活動并獲得相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析得出科學(xué)結(jié)論。我們通過完整的實驗設(shè)計、獲得數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論等過程，使學(xué)生更好地掌握生物統(tǒng)計學(xué)這門工具課，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

五、注重實效，改革考核形式

考試是教育教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié)，正確理解和掌握考試的目的對促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和改進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量有重要意義。在以往的教學(xué)過程中，考試以筆試為主，考試內(nèi)容主要偏重于概率論和統(tǒng)計學(xué)的原理和基本概念等，期末考試的成績決定了這門課的最終成績。在這種考試指揮棒的作用下，學(xué)生往往是平時松、考前緊，考后不復(fù)習(xí)。這種考試方式不能全面考查學(xué)生對各種統(tǒng)計分析方法的掌握和應(yīng)用情況，同時也不利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)習(xí)課程后也不能將具體的統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用到今后的科研或教學(xué)實踐中。為了扭轉(zhuǎn)這種局面，對學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確、客觀、公正地評定學(xué)習(xí)成績和能力的改革勢在必行。筆者根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，將課程最終考核成績分為以下三個部分：平時成績（占總成績的40%，主要由出勤和課后作業(yè)成績組成）、期末筆試成績（占總成績的24%，主要是生物統(tǒng)計學(xué)一些重要的概念和統(tǒng)計原理）和實驗數(shù)據(jù)分析（占總成績的36%，根據(jù)給定的實驗數(shù)據(jù)，利用EXCEL和STATISTICA軟件選擇正確的統(tǒng)計分析方法，得出可靠的實驗結(jié)論）。

在教研組實施上述教學(xué)改革后，我院學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)處理和解決科學(xué)問題的能力有了明顯提高。在大學(xué)生科研訓(xùn)練中，我們要求學(xué)生不斷地把統(tǒng)計的方法應(yīng)用到解決實際科學(xué)問題上，使他們形成了一個不斷鞏固統(tǒng)計學(xué)方法和學(xué)習(xí)新的統(tǒng)計學(xué)知識的良性循環(huán)中，對統(tǒng)計學(xué)的學(xué)習(xí)有了更進(jìn)一步的提高?？傊?，我們通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和考核形式的一系列改革，可以有效地將學(xué)生從機(jī)械地學(xué)習(xí)生物統(tǒng)計學(xué)的理論知識向利用統(tǒng)計學(xué)的原理解決實際生物教學(xué)和科研的實際問題上轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生能夠在理解統(tǒng)計學(xué)理論的基礎(chǔ)上，正確選擇和熟練運用統(tǒng)計方法解決實際問題。作為專業(yè)教師，我們也會在今后的教學(xué)中，仍需要不斷學(xué)習(xí)統(tǒng)計理論，探索教學(xué)規(guī)律，完善教育體系，提高課程教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有較強(qiáng)社會適應(yīng)能力和競爭能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才而努力。

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作者簡介：屈彥福（1979-），男（漢族），內(nèi)蒙古興和縣人，南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，講師，博士，從事進(jìn)化和生理生態(tài)學(xué)研究。endprint