生物統計學(xué)精品課程建設的實(shí)踐與體會(huì )
摘要：根據21世紀對生物統計學(xué)課程的重新定位，在生物統計學(xué)精品課程建設中重點(diǎn)突出了教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，強化了學(xué)生能力的培養。
關(guān)鍵詞：生物統計學(xué);精品課程;教學(xué)改革
一、引言
隨著(zhù)生物科學(xué)的發(fā)展，只有定性的結論已不能滿(mǎn)足實(shí)踐的需要，實(shí)現生物科學(xué)結論定量化是人們長(cháng)期追求探索的目標;生物統計學(xué)是生物學(xué)科定量化的重要分析理論與方法，生物統計學(xué)是生物學(xué)科應具備的基本知識和素質(zhì)，與生命活動(dòng)有關(guān)的各種現象中普遍存在著(zhù)隨機現象，大到森林陸地生態(tài)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(xué)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(xué)科。因此，生物統計學(xué)是一門(mén)在實(shí)踐中應用十分廣泛的工具學(xué)科，它是生命科學(xué)各專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課，對后續生命科學(xué)課程學(xué)習和生物科研有重要作用。
同時(shí)，生物統計作為數理統計在生物學(xué)領(lǐng)域的應用，是教學(xué)難度較大的一門(mén)課程。因此，在生物統計學(xué)精品課程建設過(guò)程中，針對各專(zhuān)業(yè)培養目標的定位，因材施教，更新教育理念，加強實(shí)踐訓練，在教學(xué)方法和教學(xué)手段上進(jìn)行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學(xué)課程的重新定位
(一)新世紀對生物統計學(xué)課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業(yè)和遺傳統計學(xué)首先獲得了發(fā)展，在其基礎上發(fā)展起來(lái)的生物統計學(xué)、統計流行病學(xué)、隨機化臨床試驗學(xué)已經(jīng)成為攻克人類(lèi)疾病的一個(gè)里程碑。這在過(guò)去的半個(gè)世紀里顯著(zhù)提高了人類(lèi)的期望壽命。
21世紀人類(lèi)基因組，基因芯片等實(shí)驗科學(xué)產(chǎn)生出的巨量數據，需要新工具來(lái)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(shí)踐方面的洞察力、技術(shù)和訓練。
未來(lái)的生物統計學(xué)將會(huì )與信息技術(shù)密切結合，較少側重傳統數理統計，而會(huì )更多注意數據分析，尤其是大型數據庫的處理。生物統計學(xué)越來(lái)越不同于其它數學(xué)領(lǐng)域，計算機和信息科學(xué)工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學(xué)對大學(xué)生素質(zhì)培養的作用。
生物統計學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是通過(guò)樣本來(lái)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(diǎn)，因此在生物統計課程的學(xué)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(lái)思考問(wèn)題和分析科學(xué)試驗的結果。
生物統計學(xué)是通過(guò)個(gè)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(jiǎn)單枚舉法和科學(xué)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(xué)的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件，因此，生物統計學(xué)不僅是試驗設計與統計方法的教學(xué)，更重要的還是大學(xué)生思維方式的培養，這對提高大學(xué)生的素質(zhì)很有必要。
生物統計學(xué)包括試驗設計和統計方法兩個(gè)有機聯(lián)系的組成部分。通過(guò)試驗設計的教學(xué)可提高大學(xué)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(guò)統計方法的教學(xué)除讓學(xué)生弄清各種統計方法的內涵外，還需要使學(xué)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(xué)生科學(xué)研究素質(zhì)。
三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革
(一)加強電子課件及網(wǎng)絡(luò )平臺建設。
生物統計學(xué)是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學(xué)科，而概率統計的理論和思維方法對本科生來(lái)說(shuō)有一定的難度，加之課程學(xué)時(shí)的減少(由原來(lái)的60 - 70學(xué)時(shí)，降到現在的40學(xué)時(shí)左右) ,如何深入淺出地引導學(xué)生入門(mén)，并使學(xué)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(xué)難點(diǎn)。為此，我們利用多媒體技術(shù)，制作了與教材配套的課件，通過(guò)在課堂上把抽象內容形象化與直觀(guān)化，收到了良好教學(xué)效果。建設了一個(gè)生物統計學(xué)教學(xué)網(wǎng)絡(luò )支撐平臺，現有課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學(xué)》教材、課程錄像、實(shí)習指導、在線(xiàn)測試題、參考文獻、其它教學(xué)資源等欄目，免費向全校師生開(kāi)放。
(二)將多媒體教學(xué)優(yōu)勢與學(xué)生的認知規律有機結合，用較少的學(xué)時(shí)得到良好的教學(xué)效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀(guān)化的特點(diǎn)。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點(diǎn)與學(xué)生的認知規律相結合，多媒體教學(xué)就可能會(huì )帶來(lái)一些弊端諸如： (1)內容多，幻燈片變換快，由照本宣科變?yōu)檎掌列�，為新�?ldquo;滿(mǎn)堂灌”; (2)課件圖片多，內容以展示為主，缺乏啟發(fā)性; (3)教學(xué)內容常用滿(mǎn)屏的方式顯示(即所謂“死屏”) ,老師照著(zhù)屏幕上的內容給學(xué)生講解，失去了傳統教學(xué)方法，老師邊講邊板書(shū)能給學(xué)生留下比較深刻印象的特點(diǎn)，缺乏吸引力。
而多媒體在教學(xué)中只能充當工具的角色，在教學(xué)過(guò)程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀(guān)化的特點(diǎn)與學(xué)生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時(shí)，采用啟發(fā)式教學(xué)方式，精煉教學(xué)內容，模仿傳統教學(xué)書(shū)寫(xiě)板書(shū)的過(guò)程，根據教學(xué)內容的難易程度，采用逐字、逐句、逐段顯示教學(xué)內容的動(dòng)畫(huà)方式。在課堂教學(xué)中，老師仍然保持傳統教學(xué)方法的教姿教態(tài)，在授課的過(guò)程中與學(xué)生保持互動(dòng)，根據學(xué)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(shí)輔以板書(shū)進(jìn)行講解。這樣做既發(fā)揮了多媒體教學(xué)的特點(diǎn)，又充分照顧到學(xué)生的認知規律，在內容沒(méi)有縮減，學(xué)時(shí)減少近三分之一的情況下，仍然取得良好的教學(xué)效果。
(三)長(cháng)期堅持教育教學(xué)方法及教學(xué)規律的研究。
生物統計學(xué)的理論基礎是概率論與數理統計，從這個(gè)層面上講，它有非常濃的數學(xué)味道，但是它又有別于概率論與數理統計，生物統計學(xué)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(xué)中一些具體問(wèn)題的應用。因此在教學(xué)過(guò)程中就存在一個(gè)“度”的把握問(wèn)題，如果將概率論及數理統計的原理講得太多，一是學(xué)時(shí)不允許，二是學(xué)生難以消化，得不到好的教學(xué)效果;如果只注重方法的講解，學(xué)生知其然不知其所以然，就會(huì )誤入亂套公式的歧途。經(jīng)過(guò)將教學(xué)的重點(diǎn)放在教學(xué)中引導學(xué)生重點(diǎn)掌握統計方法的功能與用途，方法與步驟，防止各類(lèi)方法的誤用，淡化定理的證明與公式的推導。在教學(xué)內容的安排上采用“保干削枝”，即在學(xué)時(shí)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(xué)時(shí)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(xué)生掌握生物統計學(xué)中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓，從而避免學(xué)生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學(xué)發(fā)展的前沿動(dòng)向，探索生物統計學(xué)解決前沿問(wèn)題的理論與方法。
統計學(xué)在生物學(xué)中的應用已有長(cháng)遠的歷史，許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發(fā)展而來(lái)，而且生物統計是一個(gè)極重要的跨生命科學(xué)各研究領(lǐng)域的平臺�，F在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與生物信息學(xué)的蓬勃發(fā)展，使得生物統計在這些突破性生物科技領(lǐng)域上扮演著(zhù)不可或缺的角色。
在課程建設中，隨時(shí)注意納入生物統計學(xué)在前沿領(lǐng)域研究應用的內容，增強課程的活力，提高教師和學(xué)生面向生物產(chǎn)業(yè)主戰場(chǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
四、加強實(shí)踐教學(xué)，注重學(xué)生能力培養
生物統計學(xué)要不要開(kāi)實(shí)驗課，怎樣開(kāi)實(shí)驗課，一直存在爭議，在此認為生物統計學(xué)不僅應該開(kāi)設實(shí)驗課，而且還要將實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)放在計算機技術(shù)和統計軟件的應用上，讓學(xué)生不僅掌握統計方法，而且加深對原理的認識，獲得就業(yè)或升學(xué)的必備計算機統計技能，提高解決復雜問(wèn)題的能力。
(一)開(kāi)展統計軟件的實(shí)習，擴大學(xué)生的視野，提高學(xué)生素質(zhì)。
20世紀20年代發(fā)展起來(lái)的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類(lèi)數據問(wèn)題具有很大的優(yōu)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(kāi)始并沒(méi)有能夠在實(shí)踐中很好推廣開(kāi)來(lái)。而電子計算機技術(shù)的誕生與發(fā)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(shù)，通過(guò)計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過(guò)程屏障起來(lái)，讓用戶(hù)直接看到統計輸出結果與有關(guān)解釋?zhuān)瑥亩菇y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(xué)時(shí)數與達到培養目標所需完成的教學(xué)內容相比還是不足的。為此，可以通過(guò)標準的統計軟件的教學(xué)實(shí)習來(lái)達到以點(diǎn)帶面，擴大學(xué)生視野，提高學(xué)生素質(zhì)。
為此我們建立了一個(gè)專(zhuān)用于實(shí)習教學(xué)的生物統計電腦實(shí)驗室�，F共有50余臺電腦，并連接到校園網(wǎng)。實(shí)驗室配備有指導教師，負責對上機的學(xué)生答疑。除按教學(xué)計劃進(jìn)行的正常實(shí)習教學(xué)外，實(shí)驗室還對優(yōu)秀學(xué)生免費開(kāi)放，鼓勵他們結合教師的科研活動(dòng)，應用所學(xué)生物統計學(xué)知識，學(xué)習新的生物統計學(xué)知識，掌握應用計算機解決生物統計學(xué)問(wèn)題的技能。
(二)全方位、多層次的實(shí)踐教學(xué)。
為了進(jìn)一步培養學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和科學(xué)嚴謹的治學(xué)態(tài)度，必須將本課程的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)延伸到課堂教學(xué)外，開(kāi)展全方位、多層次的實(shí)踐教學(xué)。
在原綿陽(yáng)農專(zhuān)期間，主要在作物育種、作物栽培、動(dòng)物營(yíng)養等課程實(shí)驗與實(shí)習中，根據相關(guān)內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關(guān)內容。
組建了西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院以后，由原來(lái)的單一農科專(zhuān)業(yè)變成了理、工、農三大學(xué)科均有專(zhuān)業(yè)的格局。雖然專(zhuān)業(yè)的學(xué)科歸屬不同，但有一點(diǎn)是相通的，其內涵均屬于生命科學(xué)的范疇。以科學(xué)研究的方法進(jìn)行劃分，均屬于實(shí)驗科學(xué)。
掌握正確的實(shí)驗設計方法，從不確定性數據中挖掘事物的客觀(guān)規律，是實(shí)驗科學(xué)工作者必備的技能。因此，我們將原來(lái)只是在農科專(zhuān)業(yè)上延伸實(shí)踐教學(xué)的作法推廣到全院的所有專(zhuān)業(yè)，結合實(shí)驗課教學(xué)的改革，對發(fā)酵工藝學(xué)實(shí)驗、植物細胞工程實(shí)驗、食用菌實(shí)驗、微生物學(xué)實(shí)驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學(xué)指導學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗設計，把過(guò)去單一的實(shí)驗流程、樣品觀(guān)察或檢測實(shí)驗改變?yōu)樵囼灄l件的優(yōu)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(xué)生使用統計學(xué)的方法對進(jìn)行分析和討論，最后得出最佳試驗條件。
這樣的實(shí)驗教學(xué)改革起到了一箭雙雕的作用，從專(zhuān)業(yè)基礎課或專(zhuān)業(yè)課的角度看，改驗證性實(shí)驗為設計型、綜合性實(shí)驗，增強了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養了學(xué)生創(chuàng )新思維的能力;從生物統計學(xué)角度看，將課程的教學(xué)實(shí)踐延伸到課程外，彌補了學(xué)時(shí)的不足，更重要的是學(xué)生將自己學(xué)到的統計學(xué)知識，轉化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力，知識得到很好的內化。
此外，在學(xué)生課外科技活動(dòng)中指導學(xué)生選用正確的實(shí)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(yè)論文(設計)中要求學(xué)生采用恰當的生物統計學(xué)方法進(jìn)行設計與分析，寫(xiě)出高質(zhì)量的畢業(yè)論文(設計) 。
通過(guò)這樣的教學(xué)實(shí)踐，訓練了學(xué)生的統計思維能力，使學(xué)生充分認識到掌握生物統計學(xué)這一工具的重要性和必要性，增強了學(xué)生學(xué)好用好這門(mén)工具的信心，提高了學(xué)生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀(guān)發(fā)展規律的能力。
精品課程是集科學(xué)性、先進(jìn)性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優(yōu)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(xué)內容、一流的教學(xué)方法、一流的教材、一流的教學(xué)管理等特點(diǎn)。與之相比，我們在生物統計學(xué)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(xué)研究等方面加大力度，將生物統計學(xué)建設成體現現代教育教學(xué)思想、符合現代科學(xué)技術(shù)和適應社會(huì )發(fā)展進(jìn)步的需要、能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展而深受學(xué)生歡迎的一門(mén)課程。
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