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生物统计学课堂教学和考核体系研究

[摘要]生物统计学是生命科学领域进行研究工作必不可少的一门工具学科,为了提高学生毕业论文设计以及未来进行科学研究的能力,根据“生物统计学”课程教学主要存在的问题,提出了将OBE教育理念深入贯彻到教学过程中,优化课程教学内容,将理论教学与实践教学相结合,将SPSS统计软件操作与教学内容紧密结合,探讨采用启发式教学、问题驱动式教学和团队教学法相结合的课堂教学模式,建立合理的考核评价体系。结果表明,可提高学生分析和解决实际问题的能力,达到提升人才培养质量的效果。

[关键词]生物统计学;课堂教学;考核体系

生物统计学是应用数理统计的原理来研究生命科学领域的一门学科,属于应用型学科。“生物统计学”是许多高校的农学类、林学类、医学类及生物类等专业的基础课程[1-3],是生命科学领域研究人员、高校教师进行研究,以及学生进行毕业论文设计和未来进行科学研究所必须要掌握的一门工具课程[4,5]。“生物统计学”主要以概率论、线性代数为基础,教学内容数学理论较深,含有复杂、繁多而且抽象的公式推导,并且还要用这些数学的方法来揭示生命科学领域杂乱无章的现象下面掩盖的本质规律,课程的实践性很强,重点强调分析和解决实际问题的能力。与其他比较形象直观的课程不同,学生普遍感觉“生物统计学”难度较大,不易掌握。该课程的传统课堂教学方法是以教师教授为主,采用以闭卷考试为主的传统考核方式,使得学生只注重应付期末考试,而忽视了知识的掌握与实际应用,已经无法适应目前素质教育的培养要求。

一、“生物统计学”课程教学主要存在的问题

自2012年以来,学院的“生物统计学”课程由48学时压缩到40学时再压缩到32学时,实践课程也从原来的8学时到没有,也就是32学时内要让学生学完“生物统计学”这门课程的所有学习内容。然而,随着大数据时代的来临,对学生统计能力的要求越来越强,所以,如何在有限的学时内达到教学效果,对教师和学生来说,都是一个严峻的考验。成果导向教育(OBE)理念是国际上广泛认可的先进的教育理念[6,7],教育已经从传统的以教师为中心转变为以学生为中心,所有的教的目的、教学质量的好坏都以学生学习成果作为评价标准[8],所以,如何掌握学生的学习成效显得尤为关键。如何将OBE教育理念应用到“生物统计学”课程中,以提高学生的学习效果,是一个迫切需要解决的问题,这就需要教师进行严谨的教学设计。笔者想让学生掌握什么内容,怎么去掌握这些内容,怎么知道学生已经掌握了这些内容,这些问题都需要考虑。在传统“生物统计学”课堂教学中,只是以满堂灌的授课方式,教师给学生讲授了大量的公式,强调了计算,但缺乏实际应用。学生学完之后,只是记忆了一些公式,而不知道该怎么应用,碰到一些实际问题不知道怎么解决,甚至有的学生认为“生物统计学”是一门难学而无用的课程。有些专业在设置时为了减轻学生压力,甚至取消了这门课程,这就给学生进行毕业论文设计,乃至未来进行科学研究造成了很大的障碍。鉴于这种情况,我们应该进行深刻反思,也迫切需要教师对“生物统计学”课程进行课堂教学以及考核评价体系的改革,以满足学生未来的需求。

二、“生物统计学”课堂教学改革措施

(一)结合学生学习现状,优化教学内容

课程教学大纲中“生物统计学”只有32学时,而且全部都是理论课时,结合课程特点和学生学习现状,笔者将学时分解为理论学时26学时和实验学时6学时,因为课时量较少,所以实验课时内容主要包括试验设计(包括试验计划书的编制)、数据收集与处理、统计分析软件的基本操作。在教学中,结合学生目前学习情况及其他课程合理安排实验内容。比如在试验设计这一个实验中,因为学院在学生大一的时候已经安排了学业导师,到课程开设时,学生基本已经有了自己的毕业论文导师和毕业论文题目,笔者就会要求每位学生根据自己的毕业论文内容和研究目的选择合理的试验设计方法,并确定好试验方案,编制出详细的试验计划书,为学生后期进行毕业论文试验打好基础。在数据收集与处理实验中,结合同学期开展的植物生理学实验课程内容或者导师开展的项目研究,让学生具有了收集数据的原始资料,之后让学生收集数据,核对数据,拿到杂乱无章的数据时教会学生怎么用软件(最常用的是Excel)进行整理,并用图形或者三线表表示出来,这样数据结果清晰整齐。在统计分析软件的基本操作这个实验中,主要选择SPSS统计软件,主要是由于SAS、R、Stat和Origin等涉及语言编程,比较难学[4,9],而SPSS(StatisticalPackagefortheSocialScience)是一个大型社会科学统计软件包,界面比较友好,方便易学,而且功能强大,几乎可以解决全部的统计分析问题[10],学院最早没有机房,只能让学生自备或者借用同学的笔记本电脑,提前根据自己的电脑系统安装好SPSS统计软件,然后在上课时,随机出一些试验题目或者让学生利用自己已经做出的实验数据,从已经学过的理论知识中判断出是哪种试验设计,比如,成组或者配对试验设计、单因素完全随机试验设计、双因素随机区组试验设计或者是拉丁方试验设计等,选择合适的统计分析方法。通过实验课时的增加,明显感觉学生兴趣增加,可能主要是因为学生在学完理论课后,又能利用自己所学的知识解决研究中的实际问题,让学生感觉学有所用,而且在课程中学生参与度也大大增加。在之后学生完成毕业论文过程中,老师普遍反映,学生对于试验设计的掌握、数据的处理与分析能力及作图制表能力明显增强,学生毕业论文质量明显提高,达到了良好的学习效果。

(二)多种教学方式相结合,增加学生理论课学习兴趣

在理论课教学中,采用启发式教学、问题驱动式教学和团队教学相结合,减少教师在课堂上的讲授时间,以学生为中心,强调以学生为主体的教学理念,增加学生参与时间。比如在试验设计中关于成组试验设计和配对试验设计很多同学不能完全掌握,刚好同一学期开始了解剖生理学课程,学院购买了大量的小兔子,这时,笔者采用团队教学法,将班级学生分为小组,每组4—6人,让同学们以组为单位,将小兔子进行编号,然后分为2组,通过各种排列组合,以及团队相互交流与讨论,终于全部掌握了这两种试验设计方法的区别,有利于学生后续选择正确的数据分析(成组或是成对数据t检验)。统计推断中,假设检验是最开始就要学习的内容,这一部分也是“生物统计学”课程中的重点和难点,这部分对于同学们来说很陌生,往往不能理解,这时主要采用问题驱动式教学、启发式教学和团队教学相结合,以实际生活中遇到的问题为基础提出教学案例,从而引导学生理解假设检验的原理与方法,比如生产某种纺织品,要求棉花纤维长度平均为30mm以上,现有一棉花品种,以n=400进行抽查,测得其纤维平均长度为30.2mm,标准差为2.5mm,问该棉花品种的纤维长度是否符合纺织品的生产要求[11](P150-156)。这个问题从表面上看30.2mm>30mm,很容易得出“这批棉花品种的纤维长度符合纺织品的生产要求”这样的结论,启发学生去思考:这样的结论是否正确呢?让学生以小组形式进行讨论,引导学生了解:这样一个抽样实验的结果是不是能代替总体呢?同学们给出的结果是:只能样本推断总体,而不能代替总体。这就引出“假设检验”这一术语,启发学生思考,根据这道题目,会产生几个结果,就应该做出几种假设,学生思考结束后,明白了这类型的题目只会而且只能有两种情况:一种是不符合纺织品的生产要求(H0,无效假设),一种是符合纺织品生产的要求(HA,备择假设)。那么为什么不符合纺织品生产的要求是H0呢?就这道题来讲,大家期望的结果是符合纺织品生产的要求还是不符合呢?结果肯定是期望符合纺织品生产的要求,期望的结果一般是有效的,只能是HA,这样就确定好了假设:H0:μ≤30mm(即该棉花品种纤维长度不符合纺织品生产的要求);HA:μ>30mm。之后在确定显著性水平P值时,问题就来了,P值作为统计推断的核心依据,其概念也是“生物统计学”课程教学的重点和难点[12],为什么P=0.05或者P=0.01,而不是其他数值呢?目前学术界都是这样来进行使用的,但学术界也陷入了“P值使用怪圈”,从而引发了P值争论,为促进学生深入理解P值,在介绍P值概念的同时还应该重点介绍显著水准的概念,以引导学生正确看待和灵活使用计算得到的P值,否则容易出现推断α的或者β错误。之后选择合适的检验统计量和推断的内容引导学生回忆前面学过的“抽样分布”的内容,选择和计算的过程就相应简单多了,而最后得出的结论是“该棉花品种纤维长度不符合纺织品生产的要求”,通过这样的实例,让学生明白,表面看到的数据结果并不一定能反映事物总体的规律和真实情况,因此需要进行假设检验,通过统计推断才能获得正确的结论,也让学生明白学习生物统计学知识,不是仅仅应用于生命科学领域的研究,可能未来从事经济金融等行业或者自己创业都会有很大的帮助,是真正的“学有所需,学有所用”的一门学科,大大提高了学生的学习兴趣和需求及对课程的认可度。

三、“生物统计学”考核体系改革措施

在原有的考核评价体系中,考试形式单一,主要以闭卷考试为主,受考试时间(2h)限制,考试内容局限于基本概念和计算过程,内容比较单一,无法进行实际应用的考核,考试结果难以真正地区分学生的学习效果和掌握知识的程度,而且造成了学生重理论轻实践的情况,有些学生在平时的学习中,不认真努力,较懈怠,在期末考试前突击复习也能取得不错的成绩。该门课程综合成绩比例构成是平时成绩(30%)和期末考试成绩(70%),平时成绩主要由学生考勤、课堂表现和课后作业构成,考勤和课堂表现比较容易考核,但是课后作业往往难以监督,有些学生出现抄袭现象,导致学生综合成绩无法反映学生真正解决实际问题的能力和水平。这门课程考核的目的应该是突出学生将理论知识应用于实践的能力[13,14],因此,平时成绩应该在平时上课中多做一些课程内容小测验,引进雨课堂教学,通过互联网、手机微信与课程教学过程融合,提前推送预习课件和学习内容,课堂中同步推送课程内容相关练习题目,并当场作答,课后推送模拟试卷及习题等[15],全面真实地考核学生成绩,期末考试应该以主观题为主,比如考核学生是否真正掌握试验设计的能力,就可以找出本领域中最新科研热点,针对实际的科学问题选择几个合适的科研题目,让学生根据题目及所要达到的目的,做出正确的试验设计方案。如果考查学生收集处理分析及整理数据的能力,可以学生课程实验为例收集数据,也可以让学生进行抽样调查,调查不同学院学生或者男女学生的消费水平或者消费内容等,这些都是很常见的比较容易收集到的数据。收集数据后,进行整理,统计分析,推断出总体情况,真正做到将课堂学到的内容应用到生活实际当中。最终的课程成绩比例也做出相应的调整,将期末成绩调整为总成绩的50%,降低了期末考试成绩占比,提高了平时成绩占比。在平时成绩考核中,提升了实践内容的比例,使该门课程的综合成绩构成为:期末成绩(50%)、实践内容(20%)、课后作业(10%)、课堂表现(15%)和课堂考勤(5%)。

四、结语

生物统计学是一门较枯燥难懂但应用性很强的学科,为了提高生物统计学学习效果,课堂教学改革和考核体系改革成为大势所趋。因此,教师应该以学生为中心,深化OBE教育理念,将理论教学与实践内容相结合,优化教学内容,启发式教学、问题驱动式教学和团队教学相结合,让学生参与到课堂教学中,提高学生的学习兴趣,建立合理的考核评价体系,加强学生全过程学习的考核,真正让学生具备解决问题的能力,达到提升人才培养质量的效果。

作者:关天霞 张有富 张芬琴 单位:河西学院 生命科学与工程学院 农业与生态工程学院 甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室

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