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[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2013)14-0093-02
生物統計學是運用數理統計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現象和試驗調查資料的一門科學。其目的就是科學地設計試驗,并對所得試驗數據進行分析,達到減少試驗次數、縮短試驗周期、迅速找到優化試驗方案或數學模型的作用。隨著生物學研究的不斷發展,該學科逐漸成為生物學領域科學研究和實際工作必不可少的工具,是高等院校生物學各專業的必修專業基礎課,其應用也越來越廣泛,在科學研究中被譽為“科技工作者從事科學研究的工具和手段”。
由于生物統計學是一門集理論性和實用性于一體的工具學科,其包含的公式和抽象概念也較多,且需要一定的數學推理能力,所以,學生學起來枯燥無味,甚至產生厭學情緒。本人結合近幾年的教學實踐和目前教學中存在的問題,就怎樣提高生物統計學的教學質量,探索適合生物相關專業的教學內容、教學手段和教學方法以及考核辦法,談談自己的一些認識和思考。
一、傳統教學中存在的問題
隨著時代和科技的發展,傳統生物統計學教學方式已不再適應現代教學的目標,其問題主要表現為:第一,教學內容太過繁雜,無法體現重點難點和實用性,有些內容過于詳細全面。第二,授課方式太傳統。教師上課基本是滿堂灌,學生只是機械式地學習,無法調動學生的積極性和主觀能動性。第三,缺乏教學實踐內容。很少安排實踐課程,即使有也是敷衍了事,學生沒有真正學到什么。第四,課程考查形式單一。一般以閉卷筆試為主,且考試內容全是書本上的理論,無法反映學生利用知識解決實際問題的能力。第五,師資隊伍不夠強大。教師的年齡比例和教學經驗都有一定的不足,特別是科技的發展,使得教師也得加強專業學習。
二、生物統計學教學改革措施
針對以上教學中存在的幾個問題,嘗試對該課程進行教學改革,為培養現代實用創新人才,積極探索有利于調動學生學習主動性和創造性的教學方式,我們對生物統計學的教學主要做了如下幾個方面的改革:
(一)精簡教材,優化內容
教材既是體現教學內容和教學要求的知識載體,也是教學的基本工具,它既是教師課堂教學的依據,也是學生獲取知識的參考資料,能夠保證教學過程的順利進行,又能提高教學質量。因此,教師在選擇生物統計學教材時,不僅要考慮內容全面,更要重視理論與實踐相結合,比如試驗設計軟件、統計分析軟件、實例講解等應用性強的內容。
生物統計學教學內容一般包括試驗設計和統計分析兩大部分。試驗設計和試驗實施是統計分析的前提,只有正確的試驗設計才能保障后續科學研究活動的科學性和可行性。但是,當前教學只注重基本原理和公式的推導過程,而忽略了試驗設計的重要性。因此,對教學內容進行了如下優化:試驗設計、試驗研究方法和統計分析方法并重,盡量減少統計分析中原理和公式的詳細講解過程,重視試驗設計與統計分析軟件的應用及對統計分析結果的合理解釋。
(二)改進教學方式
教學方式包括教學方法和教學手段。改革教學方式,其目的在于激發學生學習的積極性和主動性,提高學生綜合運用統計學理論解決實際問題的能力。教師在授課過程中應盡量采取豐富多樣的教學方法,如“反問式”、“啟發式”、“互動式”等,或將各種教學方法有機結合,從而達到提高教學效果的目的。各種教學方法都有其特點,關鍵是如何根據教學內容的不同選擇相應的教學方法,使學生更好地領會課程內容,以取得更好的教學效果。
高校教學改革使各門課程學時數減少,但生物統計學的內容不減反增,而且該課程公式概念多、內容抽象、統計計算過程復雜。這使得傳統教學手段無法滿足當前的教學發展需要。因此,要在有限的學時內完成超額的教學內容并取得較好的教學效果,就必須引進現代化多媒體教學手段。多媒體教學具有內容豐富,信息量大,圖文并茂,形象生動,易于學生理解和應用的特點。但傳統教學手段也不能完全丟掉,其特有的優越性是多媒體無法替代的。因此,在教學過程中應將二者有機結合,充分利用兩種教學方式的優勢,達到提高教學效果的目的。雖然多媒體教學加快了教學進度,提高了信息量,但也要充分考慮到學生的適應能力,信息量過大易導致學生思維跟不上教學進度,反而起不到應有的效果。
(三)加強上機和實踐教學
生物統計學作為一門實用性很強的工具課,其重要性就在于解決實際問題。因此,加強上機操作和試驗設計十分重要。理論課結束后進行上機操作,選擇一個適合自己的統計軟件進行操作練習。在學會了統計軟件后,學生分組自選研究題目進行試驗設計并按計劃實施,再利用統計分析軟件對試驗資料和結果進行分析,結合專業知識給出合理解釋,寫出詳細的試驗報告,從而提高學生分析問題、解決問題的能力。
(四)加強師資隊伍建設
課程建設和教學改革的關鍵是師資隊伍的建設。隨著生物統計學和科學技術的不斷發展,新的教學內容和教學手段不斷出現,這就要求教師也要不斷加強業務學習和提高科研能力,掌握先進的教學手段和教學方法。不斷充實生物統計學教師隊伍,為課程改革奠定師資基礎。教師的科研工作可以直接作為教學的第一手資料,在課堂上進行分析講解,更能使學生理解。
(五)改革傳統考核方式
生物統計學是一門應用性較強的課程,當前的考核方式大部分是閉卷筆試,考核內容基本都是課本上的基本理論,都是死記硬背的知識,這種考核方式不能更客觀準確地評定學生對這門課的掌握程度和實際應用能力。因此,對課程考核方式做了如下改革:平時成績占20%、試驗設計與統計分析占30%、筆試成績占50%。筆試內容突出實用性和工具性,重在理解而不是死記硬背,考查學生綜合利用知識分析和解決實際問題的能力,特別是結合生物工程專業來出一些試驗設計和統計分析題。這樣,大大減輕了學生的考試壓力,使他們不僅學到試驗設計和統計學知識,又能靈活地運用。
三、結語
生物統計學課程作為生物學領域中重要的工具課,對于學生的專業課學習和以后的畢業論文設計及將來從事相關專業的工作十分重要。要提高生物統計學課程的教學效果和質量,教師不僅要努力鉆研探索,提高自己的綜合素質,同時也必須緊跟時展步伐,優化教學內容,改進教學方式。只有不斷地探索和改進,才能提高學生運用知識解決實際問題的能力,提高教學效果和質量。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 王學敏.高?!渡锝y計學》課程教學改革的初步探討[J].經濟研究導刊,2010,(9):233-234.
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一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位。
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革。
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?,F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養。
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?,F共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
參考文獻:
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生物統計學是南陽師范學院生命科學與技術學院的一門專業基礎課,主要包括試驗統計分析和設計兩部分內容,是現代生物學研究不可缺少的工具。通過該課程的學習,可使學生掌握基本的試驗設計和統計分析方法,培養學生具有嚴謹的科學態度與分析問題、解決問題的能力,以為以后的工作和科學研究打下基礎。但該課程原理復雜、內容抽象、計算公式繁多且難記,加之教學內容的不斷增加和學時的相對減少,開課時間又大多安排在大四,對大一所學的數學基礎知識有所淡化,被許多學生認為是較難學習和掌握的一門課程,加之大部分學生又忙于準備考研,對學習該門課程的重要性認識不足,興趣不濃,都給該課程的教學帶來困難和挑戰。因此,對生物統計的教學方法進行改革,以激發學生的學習興趣,提高學生對該課程重要性的認識,理解和掌握基本知識及技能,特別是培養學生的應用能力,以進一步提高該課程教學效果。
1由考試型授課向實際應用型授課轉變
生物統計學原理復雜,讓學生完全掌握每個統計方法的原理、統計公式的推導較困難,且對于非統計專業人士是沒有必要的。生物統計學的公式比較多,統計分析的方法也比較多,讓學生把所有的公式記下來,既費時間、學生不易接受,也沒有必要。在遇到生物、農林、生態、生化等實際問題時,一方面是如何設計實驗方案,使實驗既科學合理,節約時間和成本,通過統計分析,得出理想的實驗結果;另一方面是面對已取得的實驗結果,如何選擇和使用統計分析方法。在大學科研中,有很多學生或在讀研究生,在這方面的知識和能力表現不足。因此,培養學生解決實際問題的能力比考試取得高分更重要。授課內容要深入淺出,多拿實際事例讓學生選擇統計分析方法,把不同的統計方法加以比較;或者把一個實驗結果用多種統計分析方法同時進行分析,對分析結果加以比較,使學生充分認識不同統計方法的特點和不足,激發學生對統計學的認識和興趣,把學生從繁瑣的概念和復雜的公式中解脫出來。由考試型授課向實際應用型授課轉變的另一個重要環節,就是考試方式的轉變??荚嚪绞绞菍W生學習方法的指揮棒。如果采取傳統閉卷筆試的方式,學生往往在考前幾天死記硬背公式以應付考試,考試過后又很快忘記。對于這門實踐性較強的工具性課[1],教師嘗試了“帶紙開卷”考試法。即在考試內容上側重以應用為主的考題,減少問答等概念性的內容,以引導學生掌握學習重點和方向,培養實際解決問題的能力。在學生的備考復習上,采用激發學生積極思考問題的方式,規定學生在2張A4紙上可單面手寫自認為重要的公式供考試時參考,但不允許寫有關基本概念、問答之類的內容。篩選和抄寫公式的過程,本身就是一個深刻認真學習和思考的過程,這正是該課教學所要求的,促使學生把主要精力放在用統計分析方法解決實際問題的方向上,提高解決實際問題的能力,同時也大大減輕了學生的學習負擔[2]。
2由純理論型授課向軟件應用實驗型授課轉變
統計學是一門相對古老的學科,在過去的授課過程中,因為計算多是筆算或由計數器計算,這就要求必須掌握計算過程,掌握計算的每一步驟,否則無法進行實際應用。但是隨著現代計算機和計算軟件的發展,使計算軟件在工作和科研中的應用已經廣泛普及。相反,如果不會使用計算機和計算軟件,會給實際工作帶來很多不便和困難,不能滿足工作和科研的需要,特別是現代計算技術和計算軟件突飛猛進的發展。在分析方法的多樣性、分析結果的準確和詳細性、分析制圖的精美和完善性等方面,都是手工計算無法達到的。因此,必須改變傳統的純理論型授課方式,通過上機實習環節使學生應用統計軟件進行數據分析,將學生從大量復雜計算中解放出來,提高效率,使學生綜合運用知識的能力得到提高。適用于統計教學的計算機軟件較多,目前主要有SAS、SPSS、Excel 等,都提供了一個功能相對完整的數據分析工具[3]。但相比之下,從功能和可操性而言,SPSS是國際流行的統計軟件,有強大的數據處理功能,操作簡單,分析結果詳細,還有很好的制圖功能,得到國內外專家的認可[4-5]。因此,在實踐課程的教學過程中,要加大對該軟件的應用。同時,老師要經常給學生介紹新的統計分析軟件,擴大學生的視野。
3由完全依靠教材內容型授課向以教材為主、結合實際需要、拓展新內容型授課轉變
生物統計學作為一門有一定學時限制的學科,在知識的組合方面,具有基礎性、系統性和經典性的特點,所介紹的方法也是相對古老、常用、相對簡單的,如假設檢驗、區間估計、方差分析、回歸分析、相關分析、簡單的正交實驗設計等。而實際上生物統計的內容較多,如主成分分析、判別分析、聚類分析、對應分析、典型相關分析、通徑分析等,實驗設計中還有均勻設計、配合均勻設計等[6-7]。隨著現代計算技術的飛速發展,許多新的計算方法不斷出現,這些新方法是實踐中非常需要的,而且新分析方法具有生物統計學所介紹的統計方法不可取代的作用。因此,完全有必要根據實際需要,適當插入一些新的內容,擴大學生的知識視野,其中重要的途徑就是介紹使用新方法的文獻資料,使學生充分認識到統計分析的重要性、廣泛性,增加學生的實踐能力。對生物統計學所介紹的方法,在實際應用時也有必要進行完善。如多重比較,雖然課本中介紹了多重比較的方法,對比較結果的顯著性表示方法也做了介紹。但是在實際時,由于期刊文字的限制,用生物統計學所介紹的方法,所用版面太大,要求簡明標出,這就提出了如何簡化的問題。特別是很多組數據進行比較時,步驟較繁瑣。如比較10組數據,用生物統計學所介紹的方法,需要45組數據來表示,顯然占用版面較大,這時則需要啟發學生用簡明的辦法進行解決。因此,要結合實際,完善課本內容,增強學生實際應用的能力,培養學生的創新能力,從而提高學生的實際操作能力。
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[4] 向窮,施樹良,李鈺.常用統計軟件在生物統計中的應用比較[J].現代生物醫學進展,2009,9(9):1775-1777.
一、生物統計學的教育現狀
隨著生命科學研究的飛速發展,生物統計的重要性日趨彰顯。2014年LinkedIn對全球超過3.3億用戶的工作經歷和技能進行分析,在公布的最受雇主喜歡及關注的25項技能中,統計分析和數據挖掘位列榜首。生物統計學是運用概率論和數理統計的原理和方法,分析和解釋生物界各種現象和實驗調查資料的一門學科[1],是眾多高等院校中生物學、醫學、藥學和農學等專業的必修課程。生物統計學的教學內容前后章節關系密切,環環相扣,層層深入,具有內容多、公式多、概念多的特點。學生在學習中感到晦澀難懂,容易產生難學、厭學的思想。同時,目前生物統計學的教育還存在一些不足之處:(1)試驗設計在教學中所占比例不足。生物統計學與試驗設計是緊密結合在一起的,主要向人們講授了從事科學研究的試驗方法和對收集到的試驗結果進行分析整理的方法。凱爾文勛爵(LordKelvin)曾說過:“當你能夠衡量你所談論的事物,并能以數字來表達它時,可以說你對它有了一些了解;而當你不能衡量或不能用數字表達時,你對它的知識就是膚淺的和不能令人滿意的”。由此可見,生物統計學作為量化事物的工具和手段在科學研究中發揮著重要的作用。然而,目前該課程的設置上忽視了新形勢下的教學導向,偏重統計基本方法和基本理論的介紹,忽視了試驗設計的介紹。(2)生物統計學理論和社會實踐的脫節,學生缺少將統計理論應用到實踐中的能力。在生物統計學的教學實踐中,教師偏重理論知識的講解,使得教學內容空洞而枯燥。同時,在課程設置中未將生物統計學與專業實踐課聯系在一起教學,使得學生脫離了社會實踐,導致學生的學習積極性不高。(3)生物統計學和醫學基礎課之間的分離。在課程設置上,沒有將這兩個學科整合在一起,學生既沒有形成自己的知識框架,又沒有將生物統計學的知識應用到醫學基礎課的學習中。
二、課程整合理論對生物統計學教學的啟示
基于上述課程設置及教育中的問題,南方醫科大學生物統計學系在多年的教學實踐中總結構建了“課程整合”體系。早在19世紀末20世紀初,在杜威(JohnDewey)發起的進步教育運動中,就有了一種綜合課程的思想,他強調在理論與實踐中倡導課程整合。ParkW.J.在參考了各類界定的基礎上,認為整合的課程是超越單門學科有目的地組合知識、觀點和探究問題,以達到學習者對學習內容更深層的理解[2]。根據目前生物統計學的教學環境和條件,深化生物統計學課程整合涉及到課程形式、教學模式和教學資源三個方面。
(一)課程形式的整合
以南方醫科大學的五年制臨床醫學本科課程設置為例(其它學校基本類似),主要分為公共基礎課程、專業基礎課程、專業課、公共選修課和實踐教學五類。公共課程包括大學語文、外語和體育等;專業基礎課程為學生必須掌握的專業基本理論、基本知識和基本技能的課程;專業課指從事本專業或相近專業工作所需的相關課程和專業學習的延伸課程,主要培養學生從事相應領域臨床實踐的初級思維和能力;公共選修課為面向全校所有本科專業開設的選修課程;實踐教學分為課內和課外實踐教學環節,主要培養學生的實踐能力和科研能力。在課程整合中主要有:(1)生物統計學的理論課程和實踐教學課程的整合,其主要目的是使學生對生物統計將來的應用領域有一個大概了解,能夠正確理解和合理解釋應用領域的問題,面對統計咨詢對象時能和其它專業人士進行較好的溝通。(2)整合生物統計學中的應用軟件和專業基礎課程,如SPSS軟件與生物統計學,STATA軟件與流行病學,RevMan和循證醫學等,通過在一個學期同時開設兩門課程,使學生充分感受到應用軟件的實用性,有助于對一些抽象的計算方法的理解,提高學習興趣進而提高學習效率。
(二)教學模式的整合
南方醫科大學生物統計學系實施了導師制教育,每位導師指導3到6名本科生,從三年級開始指導學生參加科研活動和統計咨詢與數據處理實踐。導師制教育的實施整合了理論教學和實踐教學,這種教學模式變教師“主講”為“主導”,學生“被動”為“主動”。導師制教育是運用任務驅動法,以實際案例為主線,教師為主導,學生為主體的教育方法,最終目的是培養學生實際應用統計學知識的能力[3]。學生在實際案例的教學情境下學習統計學有多重好處:第一,豐富的生活案例或科研案例激發了學生學習統計學的興趣,驅動著學生進行不斷學習,培養了學生的文獻查閱能力、團體合作的能力、克服困難的能力,以及在解決案例后的自我認同感。第二,案例教學可以激發學生的主觀能動性。在這樣的教學模式整合中,突出了學生主體的地位。學生在老師和同學的幫助下,在完成各項小任務的過程中,逐步完善各個主題的知識體系的構建,促進知識的吸收和應用。第三,案例教學培養了學生思考、分析和解決問題的能力,鍛煉了學生的邏輯思維,激發了學生的科研興趣。幾年的實踐表明導師制教育的執行不僅提高學生專業統計學軟件的學習成績,同時學生真正學會了生物統計學的應用能力,能夠有機地將理論和實踐相結合,達到了較好的教學效果。
(三)教學資源的整合
生物統計學教學資源整合包括:教材資源的整合和網絡資源的整合兩方面。教材資源的整合要考慮到教材的規范性、可靠性、時代性和針對性,使學生在學習中舉一反三,有效地發揮學生學習的主動性和自主性。在教材的選擇采納上,除了使用中文的本科生規劃教材外,還選取了部分英文教材如《FundamentalsofBiostatistics》(RosnerB,2006,6thEdit)、《UsingMultivariateStatistics)(TabachnickBG&FidellLS,2007,5thEdit)等。網絡資源的整合為生物統計學的教學提供了豐富的資源和空間,利用“微信墻”增強學生的參與和互動,突出因材施教和個性發展。同時,利用網絡資源,按照“自評他評結合、堂內堂外結合”的原則,綜合運用現代先進技術,注重對學生日常學習表現作出發展性評價,逐步推動形成性評價體系建設。
三、結束語
醫學課程改革中的“學科細分”和“課程整合”并不矛盾,課程整合的主要目的是消除各學科教學間的壁壘,促進學術的交流;同時,課程整合有利于促進教師之間的交流和合作。在高等醫學院校,我們要著眼于未來,實現基礎與臨床、醫學與人文、公共衛生與臨床醫學的有機整合。
作者:關 穎 張國霞 單位:南方醫科大學
參考文獻
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?,F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?,F共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
參考文獻:
[1]何風華,李明輝。生物統計學多媒體教學的探索與實踐[J].江西教育學院學報(綜合),2004,25(6):25~27
[2]洪偉,吳承禎,陳輝,等。精品課程建設的核心:學科、隊伍建設與科學研究[J].高等農業教育,2004,6:50~51.
[3]崔相學。提高學生統計分析素質的實踐與探討[J].成都中醫藥大學學報(教育科學版),2004,6(2):67~68.
關鍵詞:生物統計學;精品課程;教學改革
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位。
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革。
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?,F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養。
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?,F共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2017)06-0182-02
Study on Improving Teaching Efficience on Biology Statistics
Fang Ming et al.
(College of Life Science and Technology,Heilongjiang August First Land Reclamation University,Daqing 163319,China)
Abstract:Biology statistics is an fundamental professional classes in life and technology college and very important status in agricultural practice.However,current teaching methods existed many problems.Therefore,the article reformed three aspects of theory and practice and test so as to improve class efficiency and teaching effects.
Key words:Biology statistics;Teaching effects;Teaching efficience
生物y計學是高等院校農學、動物科學以及生命科學專業的必修課程之一,生命科學的快速發展、大量數據的涌現使得生物統計學重要性日益凸顯,但是在課堂教學實踐上存在嚴重問題,筆者在課堂實踐中感受到,傳統的“滿堂灌”授課方式在生物統計學中教學效果不好,因此,本文針對生物統計學課程目前存在的問題,從課程基本理論、實驗、考核方式等方面進行改進和完善,優化教學方法,改革教學方式,提高教學質量和教學效果。
1 改善教學方法,提高課堂學習效率
1.1 完善課程資料,豐富課堂活動 學習“生物統計學”課程需要具備一定的高等數學、線性代數、概率與數理統計知識,對于農業大學普通本科生來說,由于在大一階段學得不夠詳細深入,學起來難度較大。教師在黑板上寫滿數學大公式,枯燥乏味,學生數學基礎差,聽不懂課,缺乏課堂互動,久而久之,教師授課缺乏動力,形成惡性循環。因此教師需要在授課風格、內容、學習方法等多方面做必要的調整[1]。首先要激發學生的學習興趣,強調本門課程在生產和科研中的地位和作用,使學生意識到課程的重要性,激發學生的求知熱情;其次教師需要重視課件的質量。課件要求生動、形象的展示教學內容,需要突出教學重點,在教學方法、版書設計等方面精心設計,精心準備上課資源,包括PPT、論文、Word和Excel、SPSS 等。要讓課件的內容富有新鮮感,將知識性與趣味性結合起來。講解內容需要具有詳細的操作步驟,能夠促進學生理解和操作。
1.2 推薦簡單實用統計軟件,簡化繁冗程序 目前統計學上國際通用的軟件包主要有SAS、SPSS等,功能強大;但針對農科院校的本科生而言,難以理解,而且是英文界面,結合多年教學經驗,圍繞教學目標逐步展開學習。研究者向學生推薦EXCEL,它基本能滿足本科教學的需要,操作簡便,建議在教學中推薦使用。
1.3 教學手段和方式方法的多樣化 在課程講授中要根據不同的教學內容采用不同的教學方式和方法。對于統計學基本理論,以講授為主,講清楚基本概念,說明其意義及應用條件。對于統計分析方法,引導學生運用數理統計原理探究問題和方法,培養學生的統計思維能力[2]。對于以文字敘述為主且容易理解的內容,指導學生自學,組織課堂討論,以學生為主體,可以使學生的自學能力、思維能力增強,培養學生總結歸納和表達的能力。在授課過程中更多地創造機會讓學生參與教學過程,老師多提出問題,讓學生與教師多進行良性互動,可以使學生的文字及口頭表達能力得到全面提高。每次授課結束后,布置一定量的課后習題,督促學生及時復習所學知識,從而對所學內容得到鞏固和提高[3]。
2 優化實驗內容,注重培養學生操作能力
生物統計學實驗教學主要是培養學生綜合運用基本理論和方法解決實際問題的能力。通過理論課上的講授和練習后,學生基本全能掌握所學內容,但練習的內容與實踐相脫節,所以實驗課的內容以綜合性、設計性實驗為主,充分發揮學生的主觀能動性和綜合分析及解決問題的能力。實驗課前,教師將要求學生熟悉實驗內容[4]。上課時,學生根據內容上機操作學習,要求學生書寫操作步驟,教師現場進行答疑,課后教師認真批閱電子版的實驗報告后,再將學生的問題、成績及評語反饋給學生。若實驗中學生出現共性問題,教師則先將問題給學生講解清楚再進行下節課的學習。通過師生之間的不斷交流,教師可以及時掌握學生學習情況,有利于教師不斷調整教學方法及進度以達到更好的教學效果。由此可見,通過各種相關的教材、網絡、學院科研成果等方面的積累,收集大量的案例數據,建立富有學科特色的案例素材庫,將實驗內容與專業實驗相結合,促進科研成果向教學資源的轉化,豐富生物統計學的實驗內容。教學內容的增加,開闊了學生視野,很多學生通過查閱文獻,根據實驗室條件,選定因素、水平可以獨立設計試驗和進行數據處理[5]。
3 改革考試方式
考試能夠直接反饋教學效果,《生物統計學》的教學內容主要包括理論知識和綜合應用兩大部分,考試主要圍繞理論知識和實際操作能力兩個方面展開[6]。準確反映學生對于《生物統計學》的掌握程度。將理論知識與實際應用的比例應調整為5∶5,平時成績與期末成績的比例調整為3∶7或4∶6,降低考試的偶然誤差。增加命題的多樣化,重點考察學生基本知識的掌握程度及解決實際問題的能力,通過考察軟件操作等方式來測試學生對統計知識的運用能力。
由此可見,本研究針對生物統計學課程實踐性、應用性強的特點和目前教學中存在的問題,采取了理論教學與實驗教學緊密結合、強化軟件應用教學、制作多媒體課件輔助教學、改革考核方式以及建設開放式數量分析實驗室等多種措施,增強了學生學習生物統計學的興趣,進一步培養了學生運用生物統計方法分析和解決問題的能力,取得了較好的教學效果。在今后的生物統計學實驗教學中,教師需要與時俱進,根據教學和科研需要,不斷更新教學內容,采用先進的教學模式、教學方法和考核手段,使學生積極、快樂地學到知識,培養了學生邏輯思維能力、語言表達能力和自學能力,同時提高學生發現問題、解決問題的能力。
參考文獻
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[2]葉子弘,崔海峰,陳 春,等.生物統計學課程“能力素質培訓計劃”的構建及分析[J].安徽農業科學,2011,39(10):6268-6269.
[3]張強,張建平.生物統計學實驗教學的探索與實踐[J].實驗室科學,2012,15(6).
[4]丁雪梅,張曉君,譚智敏,等.生物統計學實驗教學改革的探索與實踐[J].黑龍江畜牧獸醫,2014.
生物統計學是用數理統計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現象和試驗調查資料,屬于應用統計學的一個分支[1]。然而,在傳統教學模式下,生物統計學教學與其應該達到的教學目標具有較大的距離,學生學完統計學課程后,并沒有形成統計學思維,統計實踐應用能力不足。任務驅動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法,它將以往以傳授知識為主的傳統教學理念,轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念。近年來,任務驅動法多運用于單片機、PLC、醫藥等課程的教學中,提高了學生的學習興趣,也培養了學生的創新意識和團隊精神,鍛煉了學生的操作技能,增強了學生的自信心[2-5]。因此,本研究將任務驅動法與生物統計學教學相結合,為生物統計學課程的教學模式改革提供一個新思路。
1.對象與方法
1.1研究對象
選擇本校2013級植物保護本科生70人,采用任務驅動法進行部分教學,作為試驗組;選取2012級同專業本科生67人作為對照組,對照組學生此前已經學習過本課程,采用傳統授課方法。課程課時均為50學時,其中38學時為理論課時,12學時為上機實驗課時。
1.2研究方法
對試驗組學生統一授課以及任務驅動法進行教學,將生物統計學主要知識點分解為六大模塊,即:試驗設計模塊、統計描述模塊、參數估計模塊、假設檢驗模塊、方差分析模塊和直線相關回歸分析模塊。教師針對一個主題,設置教學情境,布置學習任務,學生自主探索,分組討論,代表發言,總結歸納,鞏固提高等環節進行授課。本研究選取一個實際案例,六個模塊的理論知識都需要應用于分析這個案例的數據,得到相關的統計結論。教師介紹相應的統計理論后,讓學生分組討論該案例,選用合適的統計研究方法,利用相關統計軟件給出結果,并請代表進行發言。教師在學生討論過程中適時指點,給出線索,最后進行歸納總結。在課程結束后,設計調查問卷,收集對照組和實驗組學生對生物統計學這門課程的授課滿意度(滿意度分為:非常滿意、滿意、一般、不滿意、非常不滿意)。
1.3效果評價
(1)客觀評價:試驗組與對照組之間的課程總評成績的比較;
(2)主觀評價:課程滿意度問卷調查,問卷調查表的信度系數為0.89,效度α=0.84。共發放137份問卷,收回有效問卷136份。1.4統計學處理采用SPSS17.0統計軟件進行數據處理。計量資料采用t檢驗,計數資料采用Mann-WhitneyU檢驗。以P<0.05為差異具有統計學意義。
2.結果
2.1試驗組和對照組學生的總評成績比較
試驗組學生的總評成績為(77.43±2.48)分,對照組學生的總評成績為(71.01±2.37)分,經t檢驗,試驗組學生的成績顯著優于對照組學生(t=3.66,P=0.000),總評成績平均提高了6.32分。
2.2試驗組和對照組學生的課程滿意度比較
試驗組學生在課程的教學方式(P=0.009)、教學內容設計(P=0.007)、課堂氛圍(P=0.034)、授課情境的設置(P=0.004)、授課效果(P=0.007)、上機實驗(P=0.020)和綜合評價(P=0.000)方面均優于對照組學生。
3.討論
3.1運用任務驅動法進行教學的體會
首先,教學過程中教師和學生的定位發生了轉變,讓教師成為學生主動學習過程中的引導者。教師負責將基本的理論知識傳授給學生,讓學生置身于真實的案例和情境中,激發學生內在的學習興趣,進行主動的探索,完成辨別是什么、怎么辦的解決問題的一系列行為,最終達到培養學生將統計理論應用于實際案例的能力。其次,任務驅動法能夠讓學生培養團隊合作能力。學生通過小組討論完成學習任務,并以學習報告的形式匯報學習成果,在此過程中,溝通能力、協作能力、表達能力缺一不可。最后,任務驅動法能夠加深學生對統計思維的理解,提高統計實踐應用能力。在自主學習和小組討論的過程中,每位學生都需要結合所學的統計知識,給出自己的解決方案和意見。在頭腦風暴的過程中,學生就會更加清晰地認識到統計方法的精髓和作用,達到小組方案的完善。
3.2運用任務驅動法存在的問題及展望
在任務驅動法教學的實施過程中,也存在一些關鍵問題。首先,任務驅動教學法對教師的業務能力和精力要求更高。教師需要花費大量的時間來進行課程設計,還要根據教學過程中學生的反饋及時進行調整,對教師來說是一個很大的挑戰。另外,個別學生已經習慣了傳統授課模式,并不想做出改變,就出現了“消極怠工”的現象,對學習任務的完成沒有起到積極的作用。任務驅動法確實能夠提高學生的學習積極性和學習成績,那么應用這種教學方法進行教學改革的嘗試應該要堅持進行并不斷進行完善,讓學生改變對生物統計學課程的畏難情緒,實現課程的可持續發展,展現出以統計實踐應用為目標的課程風采。
參考文獻;
[1]李春喜,姜麗娜,邵云,等.生物統計學[M]北京:科學出版社,2013[2]劉國光.任務驅動法在單片機教學中的應用[J]中國職業技術教育,2005,27(10):74-75
[3]張曉海.任務驅動法在PLC教學中的實踐[J]實驗技術與管理,2009,26(11):131-132
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)44-0164-02
生物統計學是數理統計原理在生物醫學領域的應用。作為生物醫學類各專業的重要基礎課,該課程旨在培養學生具備統計思維,能科學地設計試驗方案、收集整理試驗數據,并在此基礎上正確選擇、應用統計原理與方法對試驗結果進行分析,從而達到解決生物醫學研究和實踐中的實際問題的目的。通過該課程的學習,可培養學生分析、解決問題的能力,有利于提高學生的綜合素質。
然而,當前生物統計學教學面臨諸多挑戰。一方面,當前高校教學的發展趨勢是以適應社會需求為導向,突出應用性,因而專業基礎課學時有不同程度的縮減,生物統計學僅有32課時,教學時間有限。另一方面,生物統計學包含眾多關聯度高的抽象概念,公式多且難記憶。傳統教學模式以教師講授為主,教師既要介紹基本概念和原理,又要通過實例闡釋統計方法的應用,教學難度大;而學生要記憶大量公式和概念,還要通過反復練習鞏固、掌握基本的試驗設計和統計分析方法,學生普遍反映難以真正理解生物統計學的作用,不會靈活應用相關知識來解決實際問題,甚至不能正確地描述數據。課程結束后,學生會迅速遺忘學過的大部分知識,面對畢業設計和生產實踐中遇到的問題一籌莫展。
如何突破教學難點,在生物統計學有限的課堂教學時間內提高教學效率,讓學生真正的學以致用呢?通過近年來的教學實踐,筆者認為,重視和加強統計分析軟件的輔助教學作用是提升生物統計學教學效率的重要途徑。
一、統計分析軟件excel和SPSS簡介及應用
(一)Excel的功能及其在生物統計學教學中的應用
Microsoft Excel是微軟公司推出的辦公軟件Microsoft office的組件之一,提供大量統計函數,使用Excel可以實現如下統計分析功能。(1)用于數據整理和分析。試驗過程中獲得的試驗數據首先要輸入到統計分析軟件中進行保存和整理。Excel提供求和、求平均數等簡單運算,使用者可在Excel中對試驗數據進行初步整理后,再將數據導入其他統計軟件進行進一步的統計分析。(2)用于統計圖表繪制。以Excel2003為例,Excel提供了含柱狀圖、折線圖在內的共14種標準圖表類型供用戶選擇;用戶還可以根據需要對圖表區、繪圖區、坐標軸和圖表標題等的格式進行修改。(3)統計函數分析。Excel提供包括數學函數、文本函數、邏輯函數以及統計函數等基本函數供用戶使用,如COUNT、MAX等描述統計函數以及AVERAGE、STDEV等統計分析函數,可以幫助用戶完成簡單的統計分析和假設檢驗;Excel還在其分析工具庫中提供了一些統計分析程序,如t檢驗、方差分析及回歸分析等。因此,Excel友好的用戶界面和強大的統計計算功能使其除生物統計學外,在會計、經管等專業的本科教學中得到了廣泛應用。
(二)SPSS的功能及其在生物統計學教學中的應用
SPSS軟件是國際認可的專業統計分析軟件之一,最初由美國斯坦福大學的三名研究生于1968年開發成功,該軟件操作簡單易學,能夠快速準確的對大量的、復雜的專業數據進行統計分析。此外,SPSS還具備強大的制圖功能,可為用戶提供可視化的分析結果。因此,它是另一個適用于生物統計學教學的重要統計分析軟件。
SPSS的功能詳解如下:(1)數據導入。SPSS軟件既可直接建立或打開SPSS類型的數據文件,也可導入Excel、ASCII等數據文件,可以實現和檢測儀器輸出原始數據的無縫對接。(2)基本統計分析。SPSS可方便的實現數據匯總和描述性統計分析,用戶獲得的分層報告中給出了包括中位數、最大/小值、方差等常規描述統計結果。(3)SPSS的復雜統計分析功能。SPSS幾乎涵蓋了生物醫學研究可能用到的所有的統計方法,如方差分析、聚類分析、平均數的檢驗、回歸分析、判別分析等。(4)SPSS的繪圖功能。在SPSS中各種統計圖既可以由相應的統計過程產生,也可以由用戶直接調用“Graph”菜單實現柱狀圖、散點圖、餅圖、時間序列圖、頻譜圖等多種類型圖表的繪制。
綜上,Excel與SPSS統計分析軟件各有特色,前者使用較方便、通用性強,適宜生物統計學初學者使用;后者的專業性更強,在學生積累了一定統計學原理的知識儲備后,可逐漸加強對SPSS軟件的學習,進一步提高自身分析復雜試驗數據的能力。
二、統計分析軟件輔助教學,提高教學效果
(一)激發學生興趣,變被動學習為主動學習
從心理學的角度看,興趣是人對客觀事物的一種積極的認識傾向,它推動人去探求新的知識,發展新的能力。對于生物統計學這樣一門邏輯思維嚴密、概念抽象、計算繁雜的課程而言,引入統計分析軟件可以在一定程度上提高學生的學習興趣,調動其學習的主動性,這將大大促進學習效果。例如,在講授“數據收集整理”內容時,我們設定了如下教學場景:檢測納米材料導致老鼠肺部炎癥的情況,要求學生將教師提供的或自己參與實驗獲取的原始數據錄入統計軟件,后續學習中利用統計軟件對數據進行進一步的整理,包括定性/定量數據的轉換、次數分布圖繪制,配合正態分布和t分布曲線,可使學生對一些理論分布有了直觀的感性認識。學生還可以繼續使用統計分析軟件對這些數據進行假設檢驗等統計分析,避免了傳統教學單純講解教科書上抽象原理和例子的抽離感,使學生真正投入到學習中去。
(二)梳理教學內容,提高學生的實際應用能力
作者結合自己多年來從事生物醫學研究的經驗,將教學內容整合、梳理為基本統計原理、統計方法、統計分析軟件應用及試驗設計四大塊。在教學實踐中,為了提高學生的實際應用能力,遵循以下原則:(1)減少抽象概念和公式推導的講授、弱化計算,在講清基本統計原理的基礎上,集中精力介紹統計方法的適用范圍、統計結果的描述和解釋。(2)增加生物醫學工程研究實例講解,讓學生接觸到本專業研究的前沿知識,具有鮮明的專業特色。(3)將統計軟件的使用融入到日常教學內容中:教師在每章理論知識講授完畢后,立即演示Excel和SPSS軟件在本章節的應用。此外,預留一定的教學內容(如方差分析)要求學生自己查找資料、制作課件,并走上講臺介紹統計軟件在該章節的應用,加深學生對統計原理的理解。通過此環節學生進一步熟悉運用了統計軟件分析數據的方法,掌握了統計分析結果的判讀和描述方法。通過上述理論學習和實踐訓練,提高了課堂教學的效率,也有助于提升學生解決實際問題的能力,達到學以致用的目的,為學生順利撰寫畢業論文和從事相關科學研究打下了良好的基礎。
三、結語
實踐證明,利用Excel和SPSS統計分析軟件輔助《生物統計學》課程教學,能有效激發學生的學習積極性和熱情,顯著提高了教學效率和學生的學習效果。更重要的是,讓學生掌握了利用統計分析軟件整理、分析復雜試驗數據的方法,可以真正利用《生物統計學》理論解讀數據背后隱藏的試驗規律,獲得分析和解決實際問題的能力,全面提升該課程的教學質量。
參考文獻:
[1]李春喜,姜麗娜,邵云,張岱靜.生物統計學[M].第五版.北京:科學出版社,2013.
生命科學領域的學習和研究內容決定了生物統計學課程是此領域本科學生的必修課程。但與生命科學領域其他專業課程相比,生物統計學理論性強、內容抽象、計算公式繁多。生命科學專業學生由于受形象思維方式的影響,較難接受和理解生物統計學的抽象概念和邏輯推理。課堂調查顯示學生在心理上對本課程產生一定的抵觸情緒,學習興趣不高,學習效果不好。隨著近年來本科教育目標及培養方案的不斷調整,作為專業基礎課程的生物統計學教學課時不斷被壓縮。但與此同時,生物統計學領域的新概念和新方法不斷出現,學生由于進一步深造和工作對生物統計學知識的需求也不斷增加,我們也必須不斷增加和調整生物統計課程的教學內容。教學內容的不斷膨脹和發展需求與教學學時壓縮之間的矛盾是擺在國內眾多任課教師面前的現實問題。因此,在學生認知不足、學習積極性不高的情況下,如何在有限的教學學時內高質量地完成生物統計學課程的教學,為學生奠定一個堅實的試驗設計和統計分析的基礎,是擺在每位從事生物統計課程教學教師面前的巨大挑戰。
不同于傳統的生物統計學教學對統計理論的過多強調,現代生物統計學教學過程中需對計算機技術在統計計算中應用能力的培養給予足夠的重視。鑒于現在大學生計算機操作能力普遍較好且有興趣的特點,在生物統計學課程教學中引入計算機教學為該課程改革提供了契機。運用計算機教學需要選擇一個合適的統計分析軟件,與常用的Excel和SAS軟件相比,R語言既是一款更適合在生命科學相關專業本科生教學中進行使用的統計分析軟件。
一、R語言的特點及應用現狀
R語言早期由新西蘭奧克蘭大學的Ross Ihaka和Robert Gentleman開發,現在則由“R開發核心團隊”負責開發。R語言免費的軟件,可從R網站(http://)及其分布于世界各地的鏡像網站上自由下載,具有豐富的統計函數及強大的畫圖功能,而且用戶還可以通過安裝新的套件(Packages)進一步增強其功能。R語言的代碼是公開的,用戶既可以查看函數的源代碼學習統計編程,也可以通過修改源代碼實現新的功能。鑒于其強大的統計計算與圖形展示功能,且完全免費和源代碼開放的特點,其近年來發展迅速。目前,國外眾多大學統計相關課程及筆者較為了解的動物科學專業相關課程都將R作為教學工具軟件。然而,目前國內高校統計相關課程教學中統計軟件的使用雖種類繁多,有SPSS,SAS,Matlab,Minitab,Stata,Origin,MS xcel等,據筆者了解將R軟件運用于大學統計教學的案例還非常少。因此,如何將R軟件應用于大學生物統計學教學還需更多的研究和探討。
二、R語言的基本功能
R語言在統計描述、統計作圖、統計分布及統計檢驗等方面豐富的函數為生物統計教學提供了便利的資源。這些函數可分類總結如下:
統計描述:常用的統計描述函數有算術平均數mean,標準差sd,方差var,極差range,中位數median,和sum,最大值max,最小值min。同時,還可以用summary對不同類型數據進行簡單統計描述,用table對多變量分類數據進行統計,用frequency對頻數資料進行整理。統計作圖:簡單統計作圖函數包括柱狀圖barplot、餅圖pie、直方圖hist、莖葉圖stem、箱線圖boxplot、散點圖plot等圖示方法;除此之外,還可以使用lattice程序包制作更為復雜的多變量、多數據集的組合圖形,及3D圖形。統計分布:在統計教學中統計分布是重要的一部分函數,R中常用的統計分布有正態分布normal,二項式分布binom,卡方分布chisq,指數分布exp,F分布f,泊松分布pois,t分布t,及均勻分布unif。將這些統計分布名稱前面分別加上字母d、q和p即可獲得這些統計分布的分布密度density,分位數quantile,概率函數probability。如dnorm(),即為正態分布密度函數。統計檢驗:R中常見的統計檢驗函數有t檢驗t.test,方差分析aov,卡方檢驗chisq.test,及相關檢驗cor.test。需要注意的是,在調用相關函數時,需提供正確的數據變量及參數選項。
三、生物統計教學實例分析
1合理使用教材,優化教學內容
教材是體現教學內容和教學要求的知識載體,使教學的基本工具,不僅是學生在校獲取知識的重要來源,也是教師進行教學的依據,貫穿整個教學過程,是提高教學質量的重要保證[6]。近幾年來,隨著教學改革的不斷深化,各種各樣的生物統計教材不斷出現,每一本教材都有其自身的特點,又均有不同程度的不足之處,尤其在內容的編排上,筆者認為目前尚無符合數學邏輯的較為完美的教材,這也許與生物統計學這門課自身的特點有關。作為一名生物統計教師,要想取得良好的教學效果,就必須博覽群書,歸納、整理和總結各家所長,深切領會生物統計教學內容,透徹把握內容間的內在邏輯聯系,遵循數學邏輯編排各章節教學內容,
使學生聽起來順理成章,便于系統理解和掌握。例如:
大部分生物統計教材都是將正態分布、標準正態分布、、分布和二項分布等編排在同一章,而不同性質資料的顯著性檢驗所依賴的理論分布不同,計量資料的顯著性檢驗的理論依據是正態分布、標準正態分布、t分布和樣本平均數的分布,其統計量的計算公式來源于正態分布和統計量的分布;計數資料的兩屬性率的顯著性檢驗的理論依據是二項分布,其統計量的計算公式來源于二項分布的原理。所以,為了便于學生系統理解和掌握,應該將計量資料的顯著性檢驗的理論分布和檢驗方法編排在一起講授,而將計數資料的顯著性檢驗的理論分布和檢驗方法編排在一起講授。
2改革教學方法,運用多元化的教學形式
生物統計學的理論性相對較強,內容相對枯燥和抽象,單一的教學形式容易導致學生注意力渙散,產生視覺、聽覺和思維疲勞。做為一名教師必須認真撰寫教案或講稿,認真備課,根據教材各章節的具體情況,選擇多種適當的教學方式和方法貫穿于教學過程中,力求做到教學內容與方法的優化組合。例如:兩樣本所在總體均數差異的統計比較,試驗設計方法不同,顯著性檢驗所用的統計量的計算方法也不同,這時可采用比較法將成組設計與成對設計兩種設計資料的統計比較方法對比起來講解,從而有助于學生加深記憶,避免混淆;有時可采用演繹法,例如講到算術平均數時,先下定義:一個資料中各觀測值的總和除以觀測值的個數所得的商就是算術平均數。再加以解釋,最后再舉例說明;有時可采用歸納法,例如在講樣本平均數分布的基本性質時,如果應用數學知識進行證明推導,一方面需要相當好的數學基礎,另一方面又很抽象,不便于理解。為此,可模擬一個簡單的抽樣試驗,根據試驗結果歸納得出樣本平均數分布的基本性質;有時可采用講授與練習相結合的方法,例如,在講授試驗資料的整理、假設檢驗、方差分析、回歸分析等內容時,在講清解題思路和分析步驟的基礎上,借助計算機Excel表統計分析工具和SPSS、DPS等統計分析軟件演示例題的分析過程與結果,并安排適當的時間讓學生動手練習。
另外,筆者授課時還注重系統講授與啟發式、討論式及課堂提問等教學方法相結合,避免滿堂灌”。經常在講課過程中提出問題,啟發、引導學生思考,適當‘設疑”,活躍課堂氣氛,吸引同學們的注意力,在每次課結束前,有意識地留出一定的時間,讓學生提問,以了解學生對所講授的知識的掌握程度,發現問題,通過答疑及時得到解決,進一步加深學生對所講授內容的理解記憶,增強學習生物統計的興趣。
在教學的組織上,講宄教學策略,提高教學藝術,創設良好的教學情境,培養學生判斷、思維、推測、論證等多項技能,促進其邏輯思維能力的發展。課堂講授是生物統計教學過程的主要形式,授課時應注意概念準確,條理清楚,邏輯性強,全面把握課程的深廣度,突出教學內容的重點,難點;語言生動、精練,深入淺出;板書簡潔、清晰;重視講課效果的信息反饋,根據反饋信息適當調整講課進度與講授方式,修改完善授課內容,力求使教與學兩方面協調一致,以提高教學效果。
3明確教師職責,既教書又育人,實現教學相長
作為一名教師,應明確自己的職責,愛崗敬業,積極承擔教學任務,以對國家、對學生高度負責的精神對待自己的教學工作。努力學習、刻苦鉆研業務,不斷提高學術水平。認真學習和研宄教育科學,不斷改進教學方法,努力提高教學水平和教學效果。
作為一名大學教師應注重自身道德品質修養,始終堅持身正為師,德高為范的宗旨,樹立高尚的職業道德,為人正直、誠實,治學嚴謹,以自己的言行規范同學們的思想意識,端正學習態度,幫助學生樹立正確的世界觀和人生觀,真正做到既教書又育人。教師的言傳身教對學生素質的培養起著潛移默化的作用,在生物統計學的教學中,要注意用教師的言行感召學生,影響他們正確做人,寓德育于智育之中。例如,通過介紹本門課程的發展史以及在生產和科研中的地位和作用,激發學生主動學習的熱情,啟迪學生樹立發奮學習、將來為祖國建設獻身的決心;通過介紹前人發現問題、解決問題的思路和方法,對學生進行辯證唯物主義教育,培養學生的邏輯思維能力和創新精神;通過指導學生自學,培養學生分析歸納、綜合表達的能力;通過課堂講授,在教學語言、教學方法、版書設計等方面,給學生起示范作用,培養學生的從師素質;通過認真批改學生作業和耐心答疑,培養學生嚴謹求實的科學態度。
由于生物統計學具有數學邏輯性,前后章節聯系較密切,通常是上次課講原理,下一次課接著講應用,如果原理沒有掌握好,具體應用時就會一塌糊涂;另外,生物統計課程內容的編排一般是:先講基礎理論、基礎知識(包括一些常用的統計量,如均方、標準差、標準誤等)或常用的實驗術語和統計術語,后面直接利用這些基礎理論、基礎知識,或在講課過程中直接使用統計術語或實驗術語,如果這些基礎知識沒有理解或掌握,聽課時就會反應遲鈍,影響聽課效果,久而久之,就會感到越聽越糊涂,越學越不明白,結果可想而知。因此必須嚴格要求學生按時上課,不準隨意曠課、遲到、早退,同時,上課要認真聽講,積極思考,順著教師講課的思路,認真詳細地做好筆記,便于今后復習和鞏固所學內容。
另外,為幫助學生鞏固和消化所學知識,可要求學生積極主動與教師聯系溝通,教師也要注重師生間的交流與互動。只有通過及時溝通,學生才可以及時解決學習中遇到的難題,向教師反饋教學中存在的不足和改進建議,同時教師也可以在交流中清楚了解學生的知識背景、理解能力及學習中普遍存在的問題,從而可以因地制宜、因材施教的調整教學計劃和內容安排,并針對學生提出的問題及時優化課堂教學環節,促進教學相長和師生的共同進步與發展。在教學過程中筆者主要采用課間交流、作業批改、手機短消息、無記名隨堂問卷調查等形式,保持教學互動和師生間必要的交流;通過E-mail等網絡交流工具實現師生間在情感、知識等方面的良好溝通與緊密聯系,以便及時發現問題,了解教學情況,有針對性地改進教學效果。
4充分利用現代化教學設施、手段,培養學生的創新意識
隨著多媒體技術的發展和多媒體設備的普及,多媒體計算機輔助教學(MCAI)作為現代教育技術的一種重要手段,目前在國內外被廣泛地應用于教學實踐中。多媒體課件因其容量大、展示靈活,而且集圖像、音頻和視頻于一體,為教學創造了廣闊的空間[7]。多媒體計算機輔助教學和傳統的教學手段相比,可以不受時間、空間、微觀、宏觀的限制,通過生動形象的教學內容,幫助學生進行對比、綜合和歸納,培養學生的理解能力和創新能力,提高學生的分析問題和解決問題的能力,在學生的綜合能力培養方面,可以實現傳統教學方式不可比擬的效果。生物統計學概念多,公式多,統計計算過程繁瑣乏味。如果在課堂上采用板書的形式進行演算,既浪費課堂教學時間,又容易出錯。多媒體課件具有圖文并茂的特點,可以進行人機交流,在生物統計教學過程中恰當地使用多媒體計算機輔助教學具有以下優點。
第一,使用多媒體教學能夠傳授給學生一種應用高科技、緊跟時代步伐的觀念,開闊了學生的視野,拓寬了學生的知識面,并能在一定程度上促進學生在計算機等相關課程的學習。
第二,多媒體計算機輔助教學能以文字、圖形或動畫方式直觀地展示生物統計學的教學內容,可以通過不同的背景圖案、字體顏色、線條、圖形、聲音、動畫等變化多端的形式,來吸引和刺激學生集中注意力,活躍課堂氣氛,提高學生的學習興趣,加深學生的理解和記憶。
第三,多媒體計算機輔助教學授課的信息量大,而且可以根據需要,及時銜接到相關的統計網站或網頁,靈活地向學生傳遞相關的教學信息。在教學過程中,可以有意識地關注并介紹一些主要的統計學網站和論壇給學生,借助網絡達到溝通和共同提高的目的。
第四,多媒體計算機輔助教學可以以計算機為媒介,通過‘網絡課堂”模塊,為學生提供自我學習空間,實現師生間的‘交互”。在網絡課堂”模塊,按照教師授課的邏輯過程及教學方法,將授課內容進行模擬,并以Flash動畫的形式再現,學生可以隨時瀏覽、學習,從而為學生營造了良好的自我學習空間,調動了學習的主動性;當學生在學習的過程中遇到問題時,可在‘網上討論”界面,通過局域網與教師或學生進行討論,實現師生之間的直接交流與互動。
第五,多媒體教學使生物統計學教學智能化,實現教學內容與實際應用的有機結合。生物統計學教學的目的并不在于讓學生掌握一些知識點,而在于樹立統計觀念,培養學生新的統計學推理思維能力,學會從不確定性和概率的角度去思考問題,深刻理解統計學基本原理,懂得如何運用統計學原理處理科學研宄中的信息,并能夠應用統計分析軟件正確地處理分析試驗數據。傳統的生物統計學教學是以教師為中心,教師以黑板、粉筆和教案進行教學,學生被動地做筆記、復習、考試,這種教學模式不利于學生熟練掌握這門課程。應用多媒體計算機輔助教學,教師在授課過程中可以根據需要直接利用Excel、SPSS、DPS等統計分析軟件演示例題的分析過程與結果,從而實現教學內容與生物統計軟件應用的有機結合,開闊了學生的視野,激發了學生們的學習興趣。
5積極開設實驗課,做到理論與實踐相結合