生物統計學課堂教學和考核體系研究

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［摘要］生物統計學是生命科學領域進行研究工作必不可少的一門工具學科，為了提高學生畢業論文設計以及未來進行科學研究的能力，根據“生物統計學”課程教學主要存在的問題，提出了將OBE教育理念深入貫徹到教學過程中，優化課程教學內容，將理論教學與實踐教學相結合，將SPSS統計軟件操作與教學內容緊密結合，探討采用啟發式教學、問題驅動式教學和團隊教學法相結合的課堂教學模式，建立合理的考核評價體系。結果表明，可提高學生分析和解決實際問題的能力，達到提升人才培養質量的效果。

［關鍵詞］生物統計學；課堂教學；考核體系

生物統計學是應用數理統計的原理來研究生命科學領域的一門學科，屬于應用型學科。“生物統計學”是許多高校的農學類、林學類、醫學類及生物類等專業的基礎課程[1-3]，是生命科學領域研究人員、高校教師進行研究，以及學生進行畢業論文設計和未來進行科學研究所必須要掌握的一門工具課程[4，5]。“生物統計學”主要以概率論、線性代數為基礎，教學內容數學理論較深，含有復雜、繁多而且抽象的公式推導，并且還要用這些數學的方法來揭示生命科學領域雜亂無章的現象下面掩蓋的本質規律，課程的實踐性很強，重點強調分析和解決實際問題的能力。與其他比較形象直觀的課程不同，學生普遍感覺“生物統計學”難度較大，不易掌握。該課程的傳統課堂教學方法是以教師教授為主，采用以閉卷考試為主的傳統考核方式，使得學生只注重應付期末考試，而忽視了知識的掌握與實際應用，已經無法適應目前素質教育的培養要求。

一、“生物統計學”課程教學主要存在的問題

自2012年以來，學院的“生物統計學”課程由48學時壓縮到40學時再壓縮到32學時，實踐課程也從原來的8學時到沒有，也就是32學時內要讓學生學完“生物統計學”這門課程的所有學習內容。然而，隨著大數據時代的來臨，對學生統計能力的要求越來越強，所以，如何在有限的學時內達到教學效果，對教師和學生來說，都是一個嚴峻的考驗。成果導向教育（OBE）理念是國際上廣泛認可的先進的教育理念[6，7]，教育已經從傳統的以教師為中心轉變為以學生為中心，所有的教的目的、教學質量的好壞都以學生學習成果作為評價標準[8]，所以，如何掌握學生的學習成效顯得尤為關鍵。如何將OBE教育理念應用到“生物統計學”課程中，以提高學生的學習效果，是一個迫切需要解決的問題，這就需要教師進行嚴謹的教學設計。筆者想讓學生掌握什么內容，怎么去掌握這些內容，怎么知道學生已經掌握了這些內容，這些問題都需要考慮。在傳統“生物統計學”課堂教學中，只是以滿堂灌的授課方式，教師給學生講授了大量的公式，強調了計算，但缺乏實際應用。學生學完之后，只是記憶了一些公式，而不知道該怎么應用，碰到一些實際問題不知道怎么解決，甚至有的學生認為“生物統計學”是一門難學而無用的課程。有些專業在設置時為了減輕學生壓力，甚至取消了這門課程，這就給學生進行畢業論文設計，乃至未來進行科學研究造成了很大的障礙。鑒于這種情況，我們應該進行深刻反思，也迫切需要教師對“生物統計學”課程進行課堂教學以及考核評價體系的改革，以滿足學生未來的需求。

二、“生物統計學”課堂教學改革措施

（一）結合學生學習現狀，優化教學內容

課程教學大綱中“生物統計學”只有32學時，而且全部都是理論課時，結合課程特點和學生學習現狀，筆者將學時分解為理論學時26學時和實驗學時6學時，因為課時量較少，所以實驗課時內容主要包括試驗設計（包括試驗計劃書的編制）、數據收集與處理、統計分析軟件的基本操作。在教學中，結合學生目前學習情況及其他課程合理安排實驗內容。比如在試驗設計這一個實驗中，因為學院在學生大一的時候已經安排了學業導師，到課程開設時，學生基本已經有了自己的畢業論文導師和畢業論文題目，筆者就會要求每位學生根據自己的畢業論文內容和研究目的選擇合理的試驗設計方法，并確定好試驗方案，編制出詳細的試驗計劃書，為學生后期進行畢業論文試驗打好基礎。在數據收集與處理實驗中，結合同學期開展的植物生理學實驗課程內容或者導師開展的項目研究，讓學生具有了收集數據的原始資料，之后讓學生收集數據，核對數據，拿到雜亂無章的數據時教會學生怎么用軟件（最常用的是Excel）進行整理，并用圖形或者三線表表示出來，這樣數據結果清晰整齊。在統計分析軟件的基本操作這個實驗中，主要選擇SPSS統計軟件，主要是由于SAS、R、Stat和Origin等涉及語言編程，比較難學[4，9]，而SPSS（StatisticalPackagefortheSocialScience）是一個大型社會科學統計軟件包，界面比較友好，方便易學，而且功能強大，幾乎可以解決全部的統計分析問題[10]，學院最早沒有機房，只能讓學生自備或者借用同學的筆記本電腦，提前根據自己的電腦系統安裝好SPSS統計軟件，然后在上課時，隨機出一些試驗題目或者讓學生利用自己已經做出的實驗數據，從已經學過的理論知識中判斷出是哪種試驗設計，比如，成組或者配對試驗設計、單因素完全隨機試驗設計、雙因素隨機區組試驗設計或者是拉丁方試驗設計等，選擇合適的統計分析方法。通過實驗課時的增加，明顯感覺學生興趣增加，可能主要是因為學生在學完理論課后，又能利用自己所學的知識解決研究中的實際問題，讓學生感覺學有所用，而且在課程中學生參與度也大大增加。在之后學生完成畢業論文過程中，老師普遍反映，學生對于試驗設計的掌握、數據的處理與分析能力及作圖制表能力明顯增強，學生畢業論文質量明顯提高，達到了良好的學習效果。

（二）多種教學方式相結合，增加學生理論課學習興趣

在理論課教學中，采用啟發式教學、問題驅動式教學和團隊教學相結合，減少教師在課堂上的講授時間，以學生為中心，強調以學生為主體的教學理念，增加學生參與時間。比如在試驗設計中關于成組試驗設計和配對試驗設計很多同學不能完全掌握，剛好同一學期開始了解剖生理學課程，學院購買了大量的小兔子，這時，筆者采用團隊教學法，將班級學生分為小組，每組4—6人，讓同學們以組為單位，將小兔子進行編號，然后分為2組，通過各種排列組合，以及團隊相互交流與討論，終于全部掌握了這兩種試驗設計方法的區別，有利于學生后續選擇正確的數據分析（成組或是成對數據t檢驗）。統計推斷中，假設檢驗是最開始就要學習的內容，這一部分也是“生物統計學”課程中的重點和難點，這部分對于同學們來說很陌生，往往不能理解，這時主要采用問題驅動式教學、啟發式教學和團隊教學相結合，以實際生活中遇到的問題為基礎提出教學案例，從而引導學生理解假設檢驗的原理與方法，比如生產某種紡織品，要求棉花纖維長度平均為30mm以上，現有一棉花品種，以n=400進行抽查，測得其纖維平均長度為30.2mm，標準差為2.5mm，問該棉花品種的纖維長度是否符合紡織品的生產要求[11]（P150-156）。這個問題從表面上看30.2mm＞30mm，很容易得出“這批棉花品種的纖維長度符合紡織品的生產要求”這樣的結論，啟發學生去思考：這樣的結論是否正確呢？讓學生以小組形式進行討論，引導學生了解：這樣一個抽樣實驗的結果是不是能代替總體呢？同學們給出的結果是：只能樣本推斷總體，而不能代替總體。這就引出“假設檢驗”這一術語，啟發學生思考，根據這道題目，會產生幾個結果，就應該做出幾種假設，學生思考結束后，明白了這類型的題目只會而且只能有兩種情況：一種是不符合紡織品的生產要求（H0，無效假設），一種是符合紡織品生產的要求（HA，備擇假設）。那么為什么不符合紡織品生產的要求是H0呢？就這道題來講，大家期望的結果是符合紡織品生產的要求還是不符合呢？結果肯定是期望符合紡織品生產的要求，期望的結果一般是有效的，只能是HA，這樣就確定好了假設：H0：μ≤30mm（即該棉花品種纖維長度不符合紡織品生產的要求）；HA：μ＞30mm。之后在確定顯著性水平P值時，問題就來了，P值作為統計推斷的核心依據，其概念也是“生物統計學”課程教學的重點和難點[12]，為什么P=0.05或者P=0.01，而不是其他數值呢？目前學術界都是這樣來進行使用的，但學術界也陷入了“P值使用怪圈”，從而引發了P值爭論，為促進學生深入理解P值，在介紹P值概念的同時還應該重點介紹顯著水準的概念，以引導學生正確看待和靈活使用計算得到的P值，否則容易出現推斷α的或者β錯誤。之后選擇合適的檢驗統計量和推斷的內容引導學生回憶前面學過的“抽樣分布”的內容，選擇和計算的過程就相應簡單多了，而最后得出的結論是“該棉花品種纖維長度不符合紡織品生產的要求”，通過這樣的實例，讓學生明白，表面看到的數據結果并不一定能反映事物總體的規律和真實情況，因此需要進行假設檢驗，通過統計推斷才能獲得正確的結論，也讓學生明白學習生物統計學知識，不是僅僅應用于生命科學領域的研究，可能未來從事經濟金融等行業或者自己創業都會有很大的幫助，是真正的“學有所需，學有所用”的一門學科，大大提高了學生的學習興趣和需求及對課程的認可度。

三、“生物統計學”考核體系改革措施

在原有的考核評價體系中，考試形式單一，主要以閉卷考試為主，受考試時間（2h）限制，考試內容局限于基本概念和計算過程，內容比較單一，無法進行實際應用的考核，考試結果難以真正地區分學生的學習效果和掌握知識的程度，而且造成了學生重理論輕實踐的情況，有些學生在平時的學習中，不認真努力，較懈怠，在期末考試前突擊復習也能取得不錯的成績。該門課程綜合成績比例構成是平時成績（30%）和期末考試成績（70%），平時成績主要由學生考勤、課堂表現和課后作業構成，考勤和課堂表現比較容易考核，但是課后作業往往難以監督，有些學生出現抄襲現象，導致學生綜合成績無法反映學生真正解決實際問題的能力和水平。這門課程考核的目的應該是突出學生將理論知識應用于實踐的能力[13，14]，因此，平時成績應該在平時上課中多做一些課程內容小測驗，引進雨課堂教學，通過互聯網、手機微信與課程教學過程融合，提前推送預習課件和學習內容，課堂中同步推送課程內容相關練習題目，并當場作答，課后推送模擬試卷及習題等[15]，全面真實地考核學生成績，期末考試應該以主觀題為主，比如考核學生是否真正掌握試驗設計的能力，就可以找出本領域中最新科研熱點，針對實際的科學問題選擇幾個合適的科研題目，讓學生根據題目及所要達到的目的，做出正確的試驗設計方案。如果考查學生收集處理分析及整理數據的能力，可以學生課程實驗為例收集數據，也可以讓學生進行抽樣調查，調查不同學院學生或者男女學生的消費水平或者消費內容等，這些都是很常見的比較容易收集到的數據。收集數據后，進行整理，統計分析，推斷出總體情況，真正做到將課堂學到的內容應用到生活實際當中。最終的課程成績比例也做出相應的調整，將期末成績調整為總成績的50%，降低了期末考試成績占比，提高了平時成績占比。在平時成績考核中，提升了實踐內容的比例，使該門課程的綜合成績構成為：期末成績（50%）、實踐內容（20%）、課后作業（10%）、課堂表現（15%）和課堂考勤（5%）。

四、結語

生物統計學是一門較枯燥難懂但應用性很強的學科，為了提高生物統計學學習效果，課堂教學改革和考核體系改革成為大勢所趨。因此，教師應該以學生為中心，深化OBE教育理念，將理論教學與實踐內容相結合，優化教學內容，啟發式教學、問題驅動式教學和團隊教學相結合，讓學生參與到課堂教學中，提高學生的學習興趣，建立合理的考核評價體系，加強學生全過程學習的考核，真正讓學生具備解決問題的能力，達到提升人才培養質量的效果。

作者：關天霞 張有富 張芬琴 單位：河西學院 生命科學與工程學院 農業與生態工程學院 甘肅省河西走廊特色資源利用重點實驗室