生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程線上線下混合式教學(xué)模式探究

金詩語 王士巖 朱小燕

（淮陰工學(xué)院 生命科學(xué)與食品工程學(xué)院 江蘇淮安 223003）

試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程是高等院校理工類的專業(yè)必修課程，是從事工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是開展科學(xué)研究的重要工具。該課程內(nèi)容復(fù)雜抽象、涉及體系廣、知識(shí)更新快，新的統(tǒng)計(jì)分析方法不斷涌現(xiàn)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生與教師的互動(dòng)時(shí)間少、互動(dòng)內(nèi)容覆蓋面小，難以將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于學(xué)生所學(xué)專業(yè)和實(shí)際生活中。這使得單純的線下教學(xué)效果并不是很理想，學(xué)生的期末考試成績也普遍偏低，在隨后的工作與研究生期間學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力不強(qiáng)。此外，受疫情的影響，部分地區(qū)學(xué)生不能按時(shí)返校上課，使得原本有序的面對面教學(xué)無法繼續(xù)推進(jìn)。而利用釘釘?shù)绕脚_(tái)開展線上線下混合教學(xué)模式可有效彌補(bǔ)這一缺陷，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不受時(shí)空的限制。該模式突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，使學(xué)生的主動(dòng)性得到了充分的發(fā)揮，同時(shí)也突出教師對學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)作用，強(qiáng)調(diào)教師提供數(shù)字化資源創(chuàng)設(shè)情景，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向?qū)W生推送學(xué)習(xí)資源，進(jìn)行線上階段教學(xué)。通過語言文字、經(jīng)典視頻、案例教學(xué)等形式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與自主學(xué)習(xí)，經(jīng)過課前預(yù)習(xí)、課堂教師講解、學(xué)生間互相討論、課后復(fù)習(xí)鞏固，使學(xué)生對知識(shí)的理解更加透徹。在實(shí)施過程中，教師可實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，這有助于及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度[1]。但是單一的線上教學(xué)也存在許多的問題，這包括：（1）學(xué)生缺乏老師的臨場監(jiān)管，部分學(xué)生出現(xiàn)嚴(yán)重的刷課現(xiàn)象；（2）線上教學(xué)效果與質(zhì)量容易受到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成學(xué)習(xí)任務(wù)容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，影響教學(xué)質(zhì)量；（3）學(xué)生遇到問題不能在第一時(shí)間得到有效解決，存在的問題難以被后臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確體現(xiàn)。這些問題也使得單純的線上教學(xué)模式并沒有被絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)可。線上線下混合式教學(xué)模式給學(xué)生們提供了一種多元、動(dòng)態(tài)和時(shí)空開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，促進(jìn)學(xué)生對生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理知識(shí)的掌握，加深對數(shù)據(jù)分析方法的理解，提升了學(xué)生利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法來解決生物工程領(lǐng)域的問題。

一、線上線下混合式教學(xué)資源構(gòu)建

生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和方法來分析、闡釋生物界各種現(xiàn)象，主要流程為科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集、整理、分析，并最終得出客觀、科學(xué)的結(jié)論。為了適應(yīng)數(shù)字化新時(shí)代的教學(xué)要求，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館等搜集和整理多元化的教學(xué)素材如視頻、電子閱讀資料、應(yīng)用案例等充實(shí)課堂內(nèi)容[1]。教學(xué)內(nèi)容主要涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則、完全隨機(jī)設(shè)計(jì)、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)以及單因素和兩因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)律、統(tǒng)計(jì)方法分類；集中趨勢、離散趨勢及分布形狀的統(tǒng)計(jì)數(shù)計(jì)算與應(yīng)用；正態(tài)分布、t分布、F分布、卡方分布的基本特性與應(yīng)用；統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)、參數(shù)區(qū)間估計(jì)的基本原理和步驟；平均數(shù)、百分?jǐn)?shù)假設(shè)測驗(yàn)和區(qū)間估計(jì)的方法；卡方檢驗(yàn)的原理和方法；方差分析的基本原理和顯著性檢驗(yàn)；回歸系數(shù)、相關(guān)系數(shù)的含義、計(jì)算方法、顯著檢驗(yàn)以及應(yīng)用等。教學(xué)重點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理、統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)原理與方法、正態(tài)分布、二項(xiàng)分布等概念和基本性質(zhì)、方差分析基本原理、非參數(shù)檢驗(yàn)、回歸與簡單相關(guān)分析等，側(cè)重于各類統(tǒng)計(jì)分析的基本理論與方法，并在教學(xué)過程中引入先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析軟件R進(jìn)行實(shí)踐操作。通過引入案例教學(xué)，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為課堂分析對象，使用R軟件展示數(shù)據(jù)分布形態(tài)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的區(qū)間估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、非參數(shù)檢驗(yàn)、回歸與相關(guān)分析等，還可模擬隨機(jī)試驗(yàn)使學(xué)生們更直觀、深刻地理解生活中各種現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。

二、線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，將生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程授課方式分為課堂線下教師講授和學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)兩部分，并設(shè)計(jì)成課前、課堂和課后三大板塊，學(xué)生通過三個(gè)階段的學(xué)習(xí)，逐漸加深對統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的理解，從而提高應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力（見圖1）。

圖1 生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

1.課前

通過建立一個(gè)教學(xué)班級(jí)的釘釘群，與學(xué)生及時(shí)溝通課程的教學(xué)安排，及時(shí)發(fā)布教學(xué)安排、課堂作業(yè)等信息。課前及時(shí)推送教學(xué)PPT、電子教材、應(yīng)用案例及相關(guān)教學(xué)視頻，以便學(xué)生了解統(tǒng)計(jì)學(xué)背景，及時(shí)預(yù)習(xí)即將講授的理論知識(shí)，從而快速系統(tǒng)地獲取知識(shí)。例如，在講授方差分析時(shí)，可提前將方差分析的概念、類型、原理、分析步驟等資源推送給學(xué)生，并發(fā)布簡單的課前測驗(yàn)任務(wù)，教師可通過平臺(tái)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行學(xué)情分析，從而及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2.課堂

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程最核心的部分，根據(jù)生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程的教學(xué)目標(biāo)，需要分解教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，對于抽象的概念如假設(shè)檢驗(yàn)、t分布、F分布等知識(shí)通過生活實(shí)例、穿插演示實(shí)驗(yàn)等方式加深學(xué)生的理解，從而提升學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。利用現(xiàn)代化教學(xué)手段與傳統(tǒng)板書相結(jié)合，有效推理方差分析等各類統(tǒng)計(jì)方法的變異數(shù)分割原理，并可設(shè)置問題搶答環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)師生間的有效互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。把學(xué)生分為4個(gè)大組，通過翻轉(zhuǎn)課堂，要求每組講解一種抽樣分布的主要內(nèi)容，其他組學(xué)生負(fù)責(zé)提問。教師在課堂上負(fù)責(zé)組織學(xué)生討論，控制教學(xué)進(jìn)程，對學(xué)生講解的內(nèi)容和問題進(jìn)行補(bǔ)充和解答，并根據(jù)同學(xué)們的講解、提問、回答及討論的情況記錄他們的平時(shí)成績[2]。這種教學(xué)方式增強(qiáng)了師生間的互動(dòng)交流，提高授課的效率，使學(xué)生成為課堂的主體，有助于學(xué)生更好地掌握教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。

3.課后

每次課后，對當(dāng)次課程的重點(diǎn)內(nèi)容發(fā)布話題，引導(dǎo)學(xué)生參與討論，并推送課外延展閱讀資料如最新的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和算法等，開闊學(xué)生視野，加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容構(gòu)建各類統(tǒng)計(jì)分布的脈絡(luò)思維導(dǎo)圖，從而掌握各類抽樣分布的聯(lián)系與區(qū)別。針對理論分布和抽樣分布、統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、非參數(shù)檢驗(yàn)、相關(guān)和回歸等知識(shí)點(diǎn)設(shè)置章節(jié)測試，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)學(xué)生完成測試題，教師根據(jù)學(xué)生的完成情況，對出錯(cuò)較多的測試題進(jìn)行集中講解、答疑。此外，還通過課程論文的形式，引導(dǎo)學(xué)生積極探索和研究相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生對統(tǒng)計(jì)學(xué)的興趣。教師根據(jù)試題的完成質(zhì)量和參與討論情況給予學(xué)生課后評(píng)價(jià)成績。

4.考核方式

本課程的考核主要采用過程評(píng)價(jià)（50%）和期末評(píng)價(jià)（50%）相結(jié)合，過程評(píng)價(jià)主要依據(jù)線上平臺(tái)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和課堂互動(dòng)的數(shù)據(jù)，如學(xué)生課前觀看視頻及課程資料、章節(jié)測試、話題在線討論的參與度、平時(shí)作業(yè)、線上課外拓展資源的學(xué)習(xí)情況、課堂的搶答、分組任務(wù)、提問與討論等。期末評(píng)價(jià)則分為卷面閉卷考試和R軟件數(shù)據(jù)分析與實(shí)踐，從理論知識(shí)和實(shí)踐技能兩個(gè)方面考核學(xué)生[4-5]。

三、線上線下混合式教學(xué)效果的反饋與思考

1.線上線下混合式教學(xué)效果的反饋

線上線下教學(xué)是近幾年才在我國各大高校大力推廣的一種教學(xué)模式。盡管經(jīng)過這幾年的發(fā)展，其教學(xué)作用已經(jīng)得到了廣大師生的認(rèn)可，但仍存在不少問題。顯然，這一教學(xué)模式還需要通過廣泛吸納學(xué)生群體意見不斷改進(jìn)、不斷完善。為此，本文作者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對這一事實(shí)，特編制了一份《生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程線上線下混合式教學(xué)問卷調(diào)查表》。該問卷共設(shè)置了9大問題，采取固定選項(xiàng)與開放式回復(fù)兩種形式進(jìn)行問卷調(diào)查，旨在全面掌握生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程線上線下混合式教學(xué)的教學(xué)效果，并為今后的教學(xué)改進(jìn)方向提供科學(xué)依據(jù)。課程結(jié)束后，針對線上線下混合教學(xué)的效果進(jìn)行問卷調(diào)查，共110名學(xué)生參與，其中學(xué)生在進(jìn)行線上線下混合式學(xué)習(xí)過程中，面臨的主要困難是線上人數(shù)較多時(shí)，對網(wǎng)絡(luò)要求較高，容易出現(xiàn)卡頓、延遲、掉線等多種問題。同時(shí)一部分學(xué)生自制力較差，經(jīng)常出現(xiàn)瀏覽網(wǎng)頁、偶爾邊打游戲邊上課等情況，學(xué)習(xí)時(shí)難以集中注意力。此外，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，部分學(xué)生認(rèn)為線上線下混合式學(xué)習(xí)不能有效地與老師交流溝通，知識(shí)的傳遞效率較低，還存在硬件設(shè)備跟不上、環(huán)境嘈雜等問題（見圖2）。

圖2 問卷調(diào)查中學(xué)生在線上線下混合式學(xué)習(xí)中遇到的主要問題

這些問題與單純的線上教學(xué)存在的問題十分相似，也在一定程度上反應(yīng)出線上教學(xué)存在的通病。相比之下，同學(xué)們對線下教學(xué)部分的認(rèn)可度相對較高，提出的問題相對較少，存在的問題主要是：（1）線下教學(xué)與線上教學(xué)的銜接程度還待提高；（2）線下教學(xué)與線上教學(xué)的主次問題應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適時(shí)調(diào)整；（3）線下教學(xué)的針對性不足，線上教學(xué)存在的問題沒有得到很好的解決。除此之外，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理這門課程的操縱實(shí)踐性較強(qiáng)，老師合理使用線上教學(xué)與線下教學(xué)可以提高學(xué)習(xí)效率，但以線上線下講解為主，線上訓(xùn)練為輔，教學(xué)效果可能更好。

2.線上線下混合式教學(xué)效果的思考

相比于傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式，線上線下混合式教學(xué)模式教學(xué)方式多樣化、提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，通過搶答、分組任務(wù)等環(huán)節(jié)加強(qiáng)了師生間互動(dòng)，使得課堂的參與度更高。通過引入案例分析，有利于提升學(xué)生運(yùn)用各種統(tǒng)計(jì)學(xué)理論分析問題、解決問題的能力。然而，在線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐中，也暴露了一些問題，如學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)習(xí)慣差異較大，在線上資源的學(xué)習(xí)中，有些學(xué)生的主動(dòng)性和自我約束能力較差，需要教師引導(dǎo)才能取得較好的學(xué)習(xí)效果。因此，在進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐時(shí)，仍要以線下的課堂教學(xué)為主，因材施教，探索以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，不能因在線上給學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源而在課堂中忽略某些教學(xué)重點(diǎn)的講解。此外，還需正確對待學(xué)生們線上平臺(tái)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，不能單純以學(xué)生觀看視頻的時(shí)長、次數(shù)和簽到情況等作為成績評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)出現(xiàn)學(xué)生刷視頻而輕視學(xué)習(xí)內(nèi)容的情況。盡管如此，與單一線上教學(xué)或傳統(tǒng)線下教學(xué)相比，線上線下混合式教學(xué)具有無法替代的優(yōu)勢。通過在生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)中，引入了線上線下混合式教學(xué)模式，使得教學(xué)資源和教學(xué)方式多樣化，打破了傳統(tǒng)面對面課堂教學(xué)的時(shí)空限制，學(xué)生可充分利用零散時(shí)間學(xué)習(xí)各種統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，提高了學(xué)習(xí)的自主性和積極性。通過課前預(yù)習(xí)、課堂分組任務(wù)、課后拓展資源的學(xué)習(xí)，加深了學(xué)生對試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理、統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)原理與方法、正態(tài)分布、二項(xiàng)分布等概念和基本性質(zhì)、方差分析基本原理、非參數(shù)檢驗(yàn)、回歸與簡單相關(guān)分析等知識(shí)點(diǎn)的掌握，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。但在未來的教學(xué)實(shí)踐中，仍需進(jìn)一步提高教師的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)能力，不斷更新和豐富教學(xué)內(nèi)容和課程資源，積極將最新的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識(shí)融入教學(xué)中，為疫情常態(tài)化教學(xué)奠定基礎(chǔ)。