注重統(tǒng)計思維培養(yǎng)與應(yīng)用為主導(dǎo)的生物統(tǒng)計學(xué)課程建設(shè)

張靖++鄒吉祥++同麗嘎

摘 要： 統(tǒng)計學(xué)是現(xiàn)代生物科學(xué)研究和實踐應(yīng)用中不可缺少的工具。針對大連民族大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)生物統(tǒng)計學(xué)課程中存在的“理論講述占用學(xué)時長、強調(diào)數(shù)學(xué)屬性、忽視實際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生實踐應(yīng)用能力低等”問題，提出在教學(xué)中注重學(xué)生思維培養(yǎng)和能力提高，以統(tǒng)計思維培養(yǎng)為主線，以實際應(yīng)用為主導(dǎo)，采用理論教學(xué)與實踐教學(xué)相互滲透融為一體的教學(xué)方式，在教學(xué)過程中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞： 統(tǒng)計學(xué)思維 應(yīng)用能力 R語言 案例教學(xué) 生物統(tǒng)計學(xué)

1.引言

生物統(tǒng)計學(xué)是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法，處理、整理和分析生物科學(xué)研究中的資料，揭示生物學(xué)本質(zhì)的一門科學(xué)[1]，其在現(xiàn)代生物學(xué)和生產(chǎn)實踐具有不可替代的作用[2]。通過向?qū)W生講授數(shù)理統(tǒng)計的基本原理，使學(xué)生能獨立設(shè)計科學(xué)實驗、正確處理和分析實驗數(shù)據(jù)，對實驗結(jié)果作出科學(xué)合理的解釋[3]，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)運用統(tǒng)計學(xué)的方法分析和解決問題的能力、探索問題的能力，激發(fā)學(xué)生的開拓創(chuàng)新精神[4]。

2.課程建設(shè)的必要性

大連民族大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)于2011年開始招生，作為新辦專業(yè)，原來的教學(xué)計劃中沒有“生物統(tǒng)計學(xué)”的課程，只設(shè)置有32學(xué)時學(xué)校平臺課程“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”，旨在使學(xué)生掌握數(shù)理統(tǒng)計的基本原理和分析方法。但在實際課程講授過程中存在以下問題：一是概率論部分的講授占用了超過2/3的學(xué)時，數(shù)理統(tǒng)計部分講授較少，使學(xué)生缺乏數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析的必要訓(xùn)練。如在2014屆本科生答辯過程中發(fā)現(xiàn)畢業(yè)論文中缺乏統(tǒng)計分析，在答辯時也沒有試驗設(shè)計與假設(shè)檢驗的概念。二是強調(diào)數(shù)學(xué)屬性，而忽視實際應(yīng)用。授課教師在講授過程中過分強調(diào)公式的記憶和推導(dǎo)，學(xué)生課后練習(xí)多通過查找書后附表與手工計算結(jié)合的形式，長期忽略其應(yīng)用性特點，忽視了利用計算機軟件進行試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的能力培養(yǎng)[5]。三是缺乏足夠的實踐環(huán)節(jié)，面對實踐中的新問題不能采用恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法。生物統(tǒng)計學(xué)是應(yīng)用型學(xué)科，實踐環(huán)節(jié)的缺乏，導(dǎo)致學(xué)生對生物統(tǒng)計學(xué)的應(yīng)用能力偏低[6]。此外，我校生物技術(shù)專業(yè)本科生在大二上半年需要進入各老師的實驗室參與實驗室工作，課程的講授與他們在實驗室所見、所做和統(tǒng)計學(xué)聯(lián)系不上，不會設(shè)計實驗和分析數(shù)據(jù)。因此，更新教育理念、建立以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的生物統(tǒng)計學(xué)課程，是培養(yǎng)社會適應(yīng)型人才的急待解決的問題[7]。

針對上述生物統(tǒng)計學(xué)中的不足，在教學(xué)中應(yīng)注重思維培養(yǎng)和能力提高，基本思路是以統(tǒng)計思維培養(yǎng)為主線，以實際應(yīng)用為主導(dǎo)，理論教學(xué)與實踐教學(xué)相互滲透融為一體的教學(xué)方式。

3.以統(tǒng)計思維培養(yǎng)為主線

所謂統(tǒng)計思維，就是面對社會生活中的各種問題，能夠從統(tǒng)計學(xué)角度進行思考，并能恰當(dāng)運用數(shù)理統(tǒng)計的方法來分析和解決問題[8]。類似于美感、樂感、節(jié)奏感等，當(dāng)遇到有關(guān)問題時，能想到從統(tǒng)計的視角收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。以“參與式”教學(xué)方式與案例講解作為統(tǒng)計思維培養(yǎng)的主要形式。

3.1通過“參與式”教學(xué)方式讓學(xué)生理解生物統(tǒng)計學(xué)基本概念。

在教學(xué)中準備“參與式”的教學(xué)素材，能夠讓學(xué)生深刻掌握統(tǒng)計背后的真正含義。如在講授統(tǒng)計學(xué)基本知識時，將他們通過“參與式”教學(xué)的形式引入統(tǒng)計學(xué)的大門。通過一個常識問題的逐步深入使學(xué)生加深思考：“如何比較兩個同學(xué)的身高”，“如何比較學(xué)習(xí)本課程班級同學(xué)的身高”，“如何比較大連市全體本科生的身高”。使學(xué)生逐步了解均值、方差等常用統(tǒng)計指標(biāo)，并增加對抽樣概念的感性認識。在講授抽樣分布內(nèi)容時，很多學(xué)生很難理解“統(tǒng)計數(shù)的抽樣分布”與前面所講授的各種分布函數(shù)之間的關(guān)系。因此，采用“參與式”教學(xué)方式，給出紅、綠、藍、白四個小球（分別代表1、2、3、4）。首先，讓學(xué)生做樣本容量為n=2（總體數(shù)為N=16）的放回抽樣；其次，分別計算16次抽樣的平均值、統(tǒng)計出均值為1、1.5、2、2.5、3、3.5和4情況出現(xiàn)的概率；再次，根據(jù)概率繪制出概率分布圖；最后，給學(xué)生講解總體（16種抽樣可能）、樣本（每次抽的2個小球）、樣本抽樣分布（繪制的圖形）的概念與實驗中哪些過程相對應(yīng)。

3.2在教學(xué)方式上，通過案例講解讓學(xué)生清楚理解不同統(tǒng)計方法背后的含義。

以方差分析為例，“處理”、“重復(fù)”、“處理效應(yīng)”、“實驗誤差”和“總變異”等，通過的公式描述和推導(dǎo)的形式很難使學(xué)生了解該方法背后的含義。因此，選擇“我國不同省市平均身高”為案例進行講解。各個省市抽樣出的人在理論上應(yīng)該身高是相等的，但由于其所處的地理環(huán)境和后天的生活習(xí)慣不同，造成每個人的平均身高不同。不同的省份就是處理，每個省份抽出的不同人就是重復(fù)；地理環(huán)境就是組間效應(yīng)，個體的差異/基因的微小差異就是試驗誤差，即由組內(nèi)效應(yīng)造成的；方差分析實際上就是解每一個觀測值（抽取出個人的身高）與總體平均數(shù)、組間效應(yīng)和組內(nèi)效應(yīng)的線性方程的過程，即方差分析的基本思想——將觀測值出現(xiàn)變異分解為處理效應(yīng)的變異和試驗誤差的變異。通過這個實例的講解，使學(xué)生對方差分析有了進一步的感性認識，能讓學(xué)生更加深刻理解各種統(tǒng)計方法。

3.3實際應(yīng)用為主導(dǎo)。

注重實際應(yīng)用，本課程安排多次上機實訓(xùn)，通過R統(tǒng)計軟件和實踐專題訓(xùn)練的形式，幫助學(xué)生鞏固和加深對統(tǒng)計學(xué)的理解。R語言具有開放的源代碼，完全不用擔(dān)心版權(quán)問題，具有豐富的統(tǒng)計函數(shù)及強大的圖表制作功能，并可以通過安裝新的包進一步增強其功能[9]。國內(nèi)外許多大學(xué)開始采用自由軟件R作為統(tǒng)計教學(xué)輔助工具[10]。專題訓(xùn)練的數(shù)據(jù)都來自于本專業(yè)教師的相關(guān)的研究成果。設(shè)計的專題訓(xùn)練包括：“生物專業(yè)技術(shù)試驗數(shù)據(jù)預(yù)處理與分析”、“不同水氮條件對文冠果產(chǎn)量的影響”、“鹽堿梯度下吳屯楊長勢分析”、“農(nóng)家肥對蔬菜品質(zhì)的影響”等。經(jīng)過這些專題的訓(xùn)練，學(xué)生能獨立應(yīng)用這些數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和結(jié)果分析，達到與本專業(yè)教師的科研項目相結(jié)合的目的。

實踐專題的設(shè)計遵循“實驗設(shè)計”、“資料整理在實施過程中始終以應(yīng)用為主導(dǎo)，與特征數(shù)的計算”、“統(tǒng)計推斷”、“方差分析”、“直線回歸與相關(guān)分析”、“圖表制作”為主線，通過教師的逐步操作講解。將學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組完成專題訓(xùn)練，所有專題研究均要求撰寫有一定水平的研究報告，學(xué)生在課堂中向其他學(xué)生講述：如何設(shè)計實驗、如何提出異常數(shù)據(jù)、采用何種分析方法、如何得出具體結(jié)論，等等，最后老師評述學(xué)生在專題訓(xùn)練中的優(yōu)點和不足，初步實現(xiàn)了從被動接受知識向提升應(yīng)用能力和創(chuàng)新潛能的轉(zhuǎn)變。

4.結(jié)語

本文結(jié)合生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中存在的問題，以學(xué)生統(tǒng)計思維培養(yǎng)為主線，以實際應(yīng)用為主導(dǎo)，在教學(xué)中注重思維培養(yǎng)和能力提高，將傳授知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)有機結(jié)合。通過對2014級本科生的講授，在“2015年的遼寧省大學(xué)生市場分析大賽”過程中得到了許多指導(dǎo)老師的肯定：“學(xué)生在比賽準備過程中可以較熟練的應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的基本原理和方法解決實際問題。”筆者希望通過本論文的“磚”為生物統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)改革引出更多的“玉”。

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