基于案例教學(xué)的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程改革探究*

徐太海 張奕婷 任國(guó)領(lǐng) 梁彥濤 張國(guó)發(fā)（大慶師范學(xué)院）

隨著生物大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)分析能力在生物專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中扮演著越來(lái)越重要的角色[1]。生物統(tǒng)計(jì)學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析技能的主要課程載體，在生物學(xué)課程體系中的位置愈加重要。目前，高等教育中圍繞著知識(shí)體系的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程建設(shè)已經(jīng)基本成熟[2]。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生無(wú)論是在畢業(yè)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)試驗(yàn)，還是各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，都離不開統(tǒng)計(jì)學(xué)的幫助，然而單純的理論教學(xué)不能使學(xué)生對(duì)于生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法達(dá)到熟練運(yùn)用的程度，如何培養(yǎng)生物學(xué)專業(yè)的統(tǒng)計(jì)學(xué)思維具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。

案例式教學(xué)可以通過具體的情境，將隱性的知識(shí)外顯，或?qū)@性的知識(shí)內(nèi)化。學(xué)生必須具有系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)背景知識(shí)作為支撐，才能正確理解并解決案例教學(xué)過程中涉及的實(shí)際問題[3]。對(duì)于一般的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的初學(xué)者，其數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)有限，缺乏統(tǒng)計(jì)學(xué)的思維，而且目前生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在本科生教學(xué)過程中課時(shí)數(shù)較少，如我院《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的課時(shí)只有32學(xué)時(shí)，理論和實(shí)踐表明，案例教學(xué)法如果應(yīng)用不恰當(dāng)，不會(huì)取得良好的教學(xué)效果[4]。因此，結(jié)合自身教學(xué)情況，通過對(duì)大慶師范學(xué)院生物工程學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行案例教學(xué)，總結(jié)整理出適合生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的案例和教學(xué)方法，從多個(gè)方面提高教學(xué)效果。

一 生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的課程特點(diǎn)和問題

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程特點(diǎn)是教學(xué)內(nèi)容前后章節(jié)關(guān)系密切，層層深入，并且需要較好的概率論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[5]。同時(shí)，由于概念多、計(jì)算多，學(xué)生感到枯燥乏味，而且部分統(tǒng)計(jì)概念容易混淆，直接影響了學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用[6]，且隨著計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用的普及，學(xué)生不愿意使用傳統(tǒng)方法去計(jì)算，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)生物統(tǒng)計(jì)是的基本概念、基本方法掌握不扎實(shí)。此外，統(tǒng)計(jì)分析方法多而且難，各種分析方法又有特定的適用范圍和使用特點(diǎn)，課程學(xué)時(shí)少，每章節(jié)的內(nèi)容都講不透，使得學(xué)生一知半解，不會(huì)應(yīng)用。教學(xué)與科研的脫節(jié)也使生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程在人才培養(yǎng)過程中未起到應(yīng)有的作用，拘泥于舊的教學(xué)模式，不能科學(xué)規(guī)劃該課程新形勢(shì)下的教學(xué)導(dǎo)向和編排，忽視試驗(yàn)設(shè)計(jì)，只注重統(tǒng)計(jì)分析基本方法、基本原理，重課堂講授，少課外實(shí)訓(xùn)，尤其是與科研活動(dòng)相結(jié)合的實(shí)訓(xùn)活動(dòng)和統(tǒng)計(jì)分析，致使學(xué)生無(wú)法正確掌握和應(yīng)用理論知識(shí)，也難以將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用技能[7]。

二 課程改革的研究

在當(dāng)今大學(xué)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的教學(xué)中，許多教學(xué)工作這在教學(xué)方法與內(nèi)容上有了很大改進(jìn)，主要是涉及多媒體教學(xué)方式、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式的引入、傳統(tǒng)的考核方式的改革、翻轉(zhuǎn)課堂[8]等，均取得了一定的效果。以加強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件在教學(xué)過程的應(yīng)用為例，多種統(tǒng)計(jì)軟件的出現(xiàn)為改革《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》傳統(tǒng)教學(xué)方式提供了新的契機(jī)和工具[9]。目前，世界上最著名的統(tǒng)計(jì)相關(guān)軟件主要有Excel、SAS(Statistical Analysis System)和SPSS(Statistical Product and Service Solutions)等，Excel軟件作為一個(gè)非專業(yè)的統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，其統(tǒng)計(jì)功能還不夠強(qiáng)大；SAS軟件[10]是一個(gè)集多種強(qiáng)大功能為一體的大型軟件系統(tǒng)，但是其操作較為復(fù)雜，對(duì)于統(tǒng)計(jì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度較高；而SPSS軟件具有統(tǒng)計(jì)功能強(qiáng)大、功能界面展現(xiàn)規(guī)范、分析結(jié)果輸出整齊等優(yōu)點(diǎn)，用戶只要掌握一定的Windows操作技能，簡(jiǎn)單了解統(tǒng)計(jì)分析原理，就可以使用該軟件為特定的科研工作服務(wù)，適用于在《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》本科教學(xué)過程中使用。我院生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程安排了一定學(xué)時(shí)的上機(jī)訓(xùn)練，主要以學(xué)習(xí)SPSS軟件為主，一定程度上提高了教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用技能。

在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程教學(xué)改革過程中，應(yīng)用了較多的傳統(tǒng)案例，如遺傳學(xué)的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)等，但這些例題距離當(dāng)代時(shí)間較為久遠(yuǎn)，且學(xué)生從中小學(xué)即開始學(xué)習(xí)這些簡(jiǎn)單的問題，在大學(xué)課堂上講解這些案例不能提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了進(jìn)一步改善教學(xué)效果，研究生物統(tǒng)計(jì)學(xué)案例式教學(xué)方法，建立新的案例庫(kù)勢(shì)在必行。案例式教學(xué)自20世紀(jì)80年代初引入我國(guó)，經(jīng)過多年的實(shí)踐和探索，對(duì)我國(guó)高校教學(xué)的改革和發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。案例選擇是案例式教學(xué)成敗的關(guān)鍵因素，選取案例時(shí)應(yīng)注意要根據(jù)教學(xué)目的和要求選擇相應(yīng)的案例，緊密圍繞所要傳授的核心內(nèi)容選編有代表性的案例，內(nèi)容精煉，從而更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

三 案例教學(xué)的實(shí)施對(duì)象和方法

（一）實(shí)施對(duì)象

生物工程學(xué)院2016級(jí)生物技術(shù)專業(yè)全體同學(xué)。

（二）課堂教學(xué)模式

采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的模式。理論教學(xué)在多媒體教室進(jìn)行，采用多媒體與板書結(jié)合的方式；實(shí)踐教學(xué)在機(jī)房進(jìn)行，應(yīng)用SPSS軟件處理數(shù)據(jù)分析的問題。

（三）考核模式

1 測(cè)驗(yàn)

包括筆試和上機(jī)兩種形式。筆試試題采用多種題型，上機(jī)測(cè)驗(yàn)通過不同的試驗(yàn)題目操作考核學(xué)生對(duì)SPSS軟件的掌握和應(yīng)用能力。

2 案例分析

要求2016級(jí)全體同學(xué)結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目分組提交相關(guān)數(shù)據(jù)處理的成果，有團(tuán)隊(duì)的提交團(tuán)隊(duì)成果，無(wú)團(tuán)隊(duì)的提交個(gè)人成果。

（1）字?jǐn)?shù)要求：不限字?jǐn)?shù)，但要求能完整地說(shuō)明一個(gè)案例的問題。

（2）團(tuán)隊(duì)案例要求：對(duì)于提交團(tuán)隊(duì)成果的案例，要求必須是學(xué)院備案的具體項(xiàng)目（包括競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)室開放、大創(chuàng)等），團(tuán)隊(duì)成員必須是學(xué)院備案的參與人員，否則按違紀(jì)取消團(tuán)隊(duì)案例分析成績(jī)。提交一個(gè)案例成果的團(tuán)隊(duì)成員不能超過5人，且案例分析過程中均應(yīng)體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)所有成員在數(shù)據(jù)處理過程中所起到的作用，未體現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作的成員將沒有案例分析的成績(jī)。超過5人的團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（如實(shí)驗(yàn)室開放），需要以不超過5人為一個(gè)團(tuán)隊(duì)從不同角度、不同的數(shù)據(jù)收集和處理方法來(lái)進(jìn)行案例分析，團(tuán)隊(duì)成果如有雷同，取消雷同小組的案例分析成績(jī)。

（3）個(gè)人案例要求：無(wú)團(tuán)隊(duì)案例分析成果提交的同學(xué)，或者因?yàn)轫?xiàng)目組成員較多，無(wú)法在案例分析過程中體現(xiàn)個(gè)人在數(shù)據(jù)分析和處理工作中所起到作用的同學(xué)，要求提交個(gè)人案例分析成果。為了避免案例分析成果提交的盲目性，要求提交個(gè)人成果的同學(xué)進(jìn)行定向案例分析，即按照個(gè)人學(xué)號(hào)尾號(hào)對(duì)應(yīng)的十個(gè)章節(jié)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，個(gè)人案例分析成果與相應(yīng)章節(jié)內(nèi)容無(wú)關(guān)的案例分析成績(jī)?yōu)?分。具體要求見表1。

表1 個(gè)人案例分析命題要求

（4）案例分析評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：教師根據(jù)案例分析的提交成果，根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，處理數(shù)據(jù)的工作量，結(jié)論的正確性等多個(gè)方面，給出團(tuán)隊(duì)及個(gè)人成果的案例分析成績(jī)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 案例分析評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

（四）考核效果分析

1 案例分析考核在總體考核過程中發(fā)揮的作用

通過筆試和上機(jī)測(cè)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的基本理論知識(shí)和基本操作技能進(jìn)行檢驗(yàn)，讓學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行案例設(shè)計(jì)及案例分析。在學(xué)生提交的案例中，以產(chǎn)學(xué)研合作為基礎(chǔ)的團(tuán)隊(duì)成果往往可以獲得高分，因?yàn)檫@樣的結(jié)果既有較好的研究基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)直觀準(zhǔn)確，又能在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力方面發(fā)揮作用。

2 典型案例解析

（1）案例來(lái)源

以黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“氨基酸發(fā)酵尾液生產(chǎn)蛋白飼料”為依托的案例分析成果，充分體現(xiàn)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的效果。案例分析數(shù)據(jù)情況如下。

某公司產(chǎn)品提取率μ0=0.85，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)新產(chǎn)品提取率0.87、0.84、0.96、0.88、0.87、0.90、0.84、0.91，研發(fā)的新產(chǎn)品與某公司產(chǎn)品相比，是否顯著提高了產(chǎn)率？

（2）案例解析

用假設(shè)檢驗(yàn)的方法來(lái)解決這個(gè)問題。

①建立假設(shè)，確定檢驗(yàn)水準(zhǔn)：

H0：μ1＝0.85；H1：μ1≠0.85

α＝0.05。

②計(jì)算概率：

計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：

n-1=7時(shí)，t0.05=2.365?，F(xiàn)實(shí)得|t|躍t琢=2.365，故P＜0.05。

③作結(jié)論：

按α＝0.05水準(zhǔn)，否定H0：μ1=0.85，即研發(fā)新產(chǎn)品與意大利公司產(chǎn)品有顯著差異，且顯著提高了產(chǎn)率。

（3）案例反思

①t分布是對(duì)正態(tài)分布的檢驗(yàn)，案例中的提取率服從正態(tài)分布嗎？如果服從正態(tài)分布，依據(jù)是什么？如果不服從，是否可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將百分率轉(zhuǎn)化成某種符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)呢？

②實(shí)驗(yàn)室研發(fā)新產(chǎn)品的提取率數(shù)值波動(dòng)較大，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)本身存在較大的實(shí)驗(yàn)誤差，是提取液的問題，還是提取劑的問題，抑或是控制參數(shù)的問題，還有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析研究。

3 案例分析考核的不足

從案例分析的提交成果可以看出，大部分學(xué)生提交的為個(gè)人案例分析成果，只有少部分學(xué)生提交了團(tuán)隊(duì)案例分析成果，說(shuō)明學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開放、大創(chuàng)項(xiàng)目過程中還缺少基于統(tǒng)計(jì)學(xué)思維的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理，這也導(dǎo)致學(xué)生在參與這些項(xiàng)目時(shí)完成質(zhì)量不高，往往得出一些流于表面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，不能形成相關(guān)論文成果。通過此次訓(xùn)練，學(xué)生意識(shí)到生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在科研領(lǐng)域應(yīng)用的價(jià)值，一定程度上促進(jìn)了學(xué)生對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程重要性的認(rèn)識(shí)，為今后學(xué)生加強(qiáng)對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)。

四 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，采用“案例式”教學(xué)方法對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的教學(xué)模式、考核模式進(jìn)行了改革探索。研究發(fā)現(xiàn)，案例式教學(xué)有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。案例主要來(lái)源于學(xué)生參與的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、大學(xué)生生命科學(xué)聯(lián)賽、實(shí)驗(yàn)室開放等，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)目的性更強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性更高。學(xué)生為尋求答案，積極查閱資料，互相討論，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。案例式教學(xué)有助于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，并能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)?？己四Ｊ降母淖円泊龠M(jìn)了本門課程由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，學(xué)生由以往的只會(huì)算題不會(huì)應(yīng)用，逐步變?yōu)閷?duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的應(yīng)用有一定的預(yù)期和設(shè)計(jì)，為將來(lái)的項(xiàng)目結(jié)題和畢業(yè)論文打下了良好的基礎(chǔ)。

對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行案例教學(xué)的初步探索后發(fā)現(xiàn)，案例教學(xué)雖然是一種適合本門課程的教學(xué)方法，但仍有許多問題需要改進(jìn)。如案例教學(xué)的介入時(shí)機(jī)需要恰如其分，不宜過早也不宜過晚，介入過早學(xué)生對(duì)基本概念、基本方法還沒有理解，介入過晚則使學(xué)生沒有充分的時(shí)間對(duì)案例分析的材料進(jìn)行搜集和整理，不能與教師和同學(xué)之間形成有效的互動(dòng)，從而失去對(duì)案例分析的興趣，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。此外，根據(jù)我院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，引導(dǎo)學(xué)生將案例分析的素材盡量與我院的實(shí)習(xí)就業(yè)基地阜豐集團(tuán)、華理生物技術(shù)有限公司等企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，這也是生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程改革的努力方向。