“生物統(tǒng)計學”教學中運用智慧樹平臺的實踐研究

金曉霞，陳 超，張欣欣，李 偉，于麗杰

（哈爾濱師范大學 生命科學與技術學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

生物統(tǒng)計學是以數(shù)理統(tǒng)計學原理來研究、揭示生物現(xiàn)象的學科，是生物學的方法論和生物專業(yè)的工具性專業(yè)基礎課，屬于應用型學科?！吧锝y(tǒng)計學”是生物類專業(yè)包括生物科學和生物技術等的專業(yè)基礎課［1］。“生物統(tǒng)計學”課程不僅可提供正確地整理分析數(shù)據(jù)從而得出客觀、科學結論的方法，也可培養(yǎng)學生合理設計專業(yè)實驗的能力和思辨性的思維方式，是生命科學領域研究人員、高校教師進行研究，以及學生進行畢業(yè)論文設計和未來進行科學研究所必須掌握的一門工具課程［2-4］。

成果導向教育（OBE）理念是國際上廣泛認可的先進教育理念，這種理念與按照經(jīng)濟社會需求培養(yǎng)應用型人才目標相吻合。OBE理念下教育從傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心，所有的教的目的、教學質(zhì)量的好壞都以學生學習成果作為評價標準，所以，如何提高學生的學習成效顯得尤為關鍵［5-7］。如何將OBE教育理念應用到“生物統(tǒng)計學”課程中，以提高學生的學習效果，是一個迫切需要解決的問題。

一、哈爾濱師范大學“生物統(tǒng)計學”在生物科學專業(yè)中的學科地位

“生物統(tǒng)計學”是我校生命科學與技術學院生物科學專業(yè)的專業(yè)必修課，本課程總學時48學時，3學分，共九章。通過該課程的學習，學生應該能夠理解并運用生物統(tǒng)計學的基本概念、原理和理論，處理和分析生物學相關實驗數(shù)據(jù)；針對生物界數(shù)量現(xiàn)象等生產(chǎn)實踐問題，綜合運用常規(guī)統(tǒng)計分析方法，能夠提出問題、分析問題和解決問題；具備對生物科學問題進行探索的科學精神及樹立從事科學研究的嚴謹態(tài)度。該課程與畢業(yè)要求學科素養(yǎng)中的“具有扎實的生物學基礎知識、基本理論和基本技能。具備自主、合作和探究性學習的能力”高度相關，對培養(yǎng)目標中“具有成為卓越教師的職業(yè)理想和基本素質(zhì)，具有個人職業(yè)發(fā)展規(guī)劃能力”具有支撐關系。生物科學專業(yè)畢業(yè)生應能夠從事生物教育事業(yè)，具有扎實的生物學及相關學科的理論基礎、熟練的實驗技能和創(chuàng)新意識，具有育人能力、發(fā)展思維和信息技術應用能力，成為能夠從事中學生物學教學及相關研究、管理等工作的高素質(zhì)專門人才。

二、“生物統(tǒng)計學”課程的課程目標及教學要求

（一）課程目標

生物統(tǒng)計學是一門應用統(tǒng)計方法或數(shù)學邏輯來搜集、整理、分析和解釋生物界數(shù)量現(xiàn)象的科學方法，是生物科學工作者進行科學研究、指導生產(chǎn)實踐的重要工具。

教學目標是培養(yǎng)學生針對生物科學問題進行試驗或調(diào)查，并對試驗結果進行科學的統(tǒng)計分析的能力，包括數(shù)據(jù)收集整理、分布特征描述、方差分析、回歸及相關分析等，特別是培養(yǎng)學生利用樣本數(shù)據(jù)推斷總體數(shù)量特征的方法；同時培養(yǎng)學生的辯證思維及運用統(tǒng)計學思維分析客觀問題的能力。知識目標：學生能夠理解并運用生物統(tǒng)計學的基本概念、原理和理論，處理和分析生物學相關實驗數(shù)據(jù)資料并得出科學結論。能力目標：學生能夠針對生物學生產(chǎn)實踐等問題，綜合運用常規(guī)統(tǒng)計分析方法，能夠發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。素質(zhì)目標：學生具備正確的生命觀念，以及對生物科學問題進行探索的科學精神和樹立從事科學研究的嚴謹態(tài)度。

（二）教學要求

使學生在對統(tǒng)計學原理全面了解的基礎上，熟悉和掌握收集、整理試驗資料的方法，教師由淺入深地講解如何運用生物統(tǒng)計方法對試驗結果進行正確的分析，并通過對一些重要的統(tǒng)計公式推導及其應用條件的實例講解，加深學生的認識和理解。按時布置各章節(jié)的習題、作業(yè)、討論及階段性測驗等相關內(nèi)容，這是使學生鞏固知識、深入理解的重要環(huán)節(jié)。利用具有統(tǒng)計功能的計算器及統(tǒng)計學計算機應用軟件的使用，簡化學生的運算過程。

三、考核標準

本課程的考核標準包括三個部分：（1）平時成績，含有課程參與度、課前預習、課后作業(yè)和階段性測驗，滿分100分，在百分制總成績中占比30%，最終計分時按比例折算。（2）期中考試，主要在課程進度半程時，對前面已經(jīng)講完的知識點進行考核。滿分100分，在百分制總成績中占比10%，最終計分時按比例折算。（3）期末考試，采用閉卷筆試，卷面滿分100分，在百分制總成績中占比60%，最終計分時按比例折算。其中期末考試、期中考試和平時成績由教師按評分標準進行評價。

四、“生物統(tǒng)計學”課程教學中存在的問題

由于受到學時的限制，生命科學與技術學院“生物統(tǒng)計學”課程理論授課僅48學時，并且傳統(tǒng)的灌輸式教學不利于學生理解和消化煩瑣復雜的統(tǒng)計學知識。學生的數(shù)學知識功底參差不齊，基礎相對薄弱，使課堂教學的難度加大而且效果較差。雖然課堂教學中設置有提問、討論和學生解答等過程，但是時間較短，參與的學生數(shù)有限、教師難以了解學生對課程知識內(nèi)容的掌握情況，存在的疑惑，更難以區(qū)分學生因為個體差異而產(chǎn)生的對課程內(nèi)容掌握程度的差異。因此，傳統(tǒng)的課程教學模式與人才培養(yǎng)目標之間存在的矛盾日益突出，需要探索新的教學模式。

對于“生物統(tǒng)計學”教師來說，如何改變傳統(tǒng)的教學方法，提高學生的興趣和積極性，是值得進一步探究的問題。智慧樹是目前國內(nèi)較為成熟的教育現(xiàn)代化和互聯(lián)網(wǎng)教育平臺，其獨特的“平臺+內(nèi)容+服務”三位一體的運行模式，幫助教師完成了教學發(fā)展培訓，解決了師資緊缺的難題，取得了良好的教學效果［8］。

五、“生物統(tǒng)計學”與智慧樹平臺相結合的教學實踐

（一）教學前的準備工作

智慧樹的使用需要具備電腦、智能手機和無線網(wǎng)絡。在“生物統(tǒng)計學”課程開課之前，教師通過電腦登錄智慧樹的官網(wǎng)（https://www.zhihuishu.com/），并注冊教師賬戶，創(chuàng)建“生物統(tǒng)計學”課程和班級，可以生成課程號二維碼，邀請同學們加入，最好按照實際上課的班級分別創(chuàng)建不同的課程，這樣便于之后的課堂管理和成績統(tǒng)計。教師可以利用手機端發(fā)布學習資源、學習任務（任務、作業(yè)和考試，其中考試題的設置目前只能在電腦端操作）、訓練題庫和作業(yè)考試等。學生可以利用手機實時收到課程PPT和教師推送的作業(yè)與考試等內(nèi)容。在上課前，教師在智慧樹平臺提前給學生推送相關資料，包括課件PPT、預習資料、教學視頻等，還有智慧樹平臺的一些優(yōu)質(zhì)視頻課程資源，如：“生物統(tǒng)計與試驗設計”課程由西北農(nóng)林科技大學的鄭惠玲教授等人授課。

（二）授課中的交流與互動

在“生物統(tǒng)計學”授課過程中，教師可以利用智慧樹平臺的“群聊”功能進行簽到、投票、隨機點名、搶答、課堂答疑及頭腦風暴等互動環(huán)節(jié)，提高學生的課程參與度與興趣度，還可以利用翻轉(zhuǎn)課或直播課進行回答討論和作業(yè)考試等教學過程。教師可以利用案例教學法、翻轉(zhuǎn)課堂和引導式教學等多種方式，組織學生進行課堂討論，培養(yǎng)學生探究問題和解決問題的能力。

（三）課后知識的總結和鞏固

課堂教學之后，教師根據(jù)學生在課堂上的表現(xiàn)進行多種形式的鞏固練習，如作業(yè)和測驗等?？梢岳弥腔蹣淦脚_資源，根據(jù)每章節(jié)的重點和難點布置相關的作業(yè)題，并根據(jù)課程進度安排進行4～5次階段性測驗和1次期中考試，與期末考試共同構成學生最終的課程成績。

（四）具體實施的案例

以本學院2018級生物科學專業(yè)4～6班92名學生學習“方差分析”知識單元為例。上課前一周，教師將課件PPT和授課視頻上傳到智慧樹平臺，并提出課前問題：針對三組或三組以上的平均數(shù)進行差異顯著性比較時，之前所講解的差異顯著性檢驗方法是否可行，為什么？學生可以提出自己的觀點，如有的學生認為可以進行成組數(shù)據(jù)的t檢驗；有的同學認為不可以。請學生各自說明和辯論為什么可以、為什么不可以，因為之前所講解的內(nèi)容都是兩組數(shù)據(jù)的t檢驗等，老師在課堂教學時給予解釋，說明不能用之前所講的兩組數(shù)據(jù)t檢驗的原因與弊端，所以需要引入針對3組或3組以上平均數(shù)之間相互比較的新的檢驗方法，從而提出本章的內(nèi)容“方差分析”。

在課堂教學時，利用智慧樹的“自定義投票”或者“快速投票”環(huán)節(jié)，了解學生對以往知識的掌握情況，并通過“隨機點名”的方式提問，從而了解學生的想法和思路。教師再以“不同培養(yǎng)液澆灌苜蓿造成產(chǎn)量的差異”案例為大家講解為不能用之前學過的方法進行多組數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗，并進一步回顧之前學過的“Ⅰ型錯誤”的概念，加深學生對已學知識的理解。之后，根據(jù)此案例引入新的方法——方差分析，并講解方差分析的原理和具體檢驗過程，但是不用占用過多時間進行復雜公式的推導，而是要把其原理和應用講清楚。在講解過程中，隨時利用“隨機點名”的方式提高學生動腦分析問題的能力和課程的參與度。對于一些復雜的推導過程可以不要求學生記憶，只要學生掌握此方法的實際運用環(huán)境和具體分析問題的能力即可，并對差異顯著的結果表示方式進行講解，即多重比較。針對多重比較，主要講解LSD法和Duncan法，講解完方差分析的原理之后，利用具體的實例講解使學生加深印象和提高實際運用能力。對于方差分析的實際應用，在課程后半部分對統(tǒng)計學分析軟件SPSS中的方差分析部分進行講解，尤其強調(diào)如何對統(tǒng)計軟件分析的結果進行科學的闡述，有利于本科生今后參加校級、省級乃至國家級的各類各級生物學相關競賽，不但可以拓寬學生的眼界和視野，如果學生畢業(yè)論文涉及試驗類的課題，通過本課程數(shù)據(jù)分析的學習還可以提高畢業(yè)論文的層次和水平，最終達到提升學生畢業(yè)后的實踐創(chuàng)新能力的目的，與培養(yǎng)應用型人才的目標相契合。

課后教師布置作業(yè)題，如：小白鼠在接種三種不同菌型傷寒桿菌后的存活日數(shù)，試問三種菌型的平均存活日數(shù)是否有顯著性差異？如果有顯著性差異，那么這種差異又存在于哪些菌型之間？通過作業(yè)題的練習，提高學生吸收和鞏固新知識的能力。本班級共有92名學生，該題滿分為10 分，學生提交作業(yè)后的平均分為9.76 分，說明教學班級學生能夠較好地理解此知識點的內(nèi)容。

本學期課程結束后，分析利用智慧樹平臺結合課堂教學的混合教學模式發(fā)現(xiàn)，學生課程的參與度較好，提高了自學能力，表現(xiàn)為平時成績和期末成績有所提高。學生的平時成績和學習進度可以通過智慧樹網(wǎng)絡平臺下載到相關數(shù)據(jù)，如圖1所示。平時學習進度在75～100%的學生占大部分，為92%，而學習進度在75%以下的學生所占比例較小。平時成績也能統(tǒng)計出來在90～100分數(shù)區(qū)間的學生占85%，而在80～90分數(shù)區(qū)間的學生占12%，在60～80分數(shù)區(qū)間的學生占3%，沒有60分以下的學生（圖2）。

圖1 學生學習進度分布餅圖

圖2 學生平時成績分布餅圖

通過以上實踐可以看出，利于智慧樹平臺實施混合式教學，在一定程度上改善了生物科學專業(yè)“生物統(tǒng)計學”傳統(tǒng)教學中存在的問題，對提高課程教學質(zhì)量和學生的學習效率具有較好的作用。智慧樹平臺可以搭建起師生之間的橋梁，提高學生課堂的參與度和學習效果，合理利于該平臺對課程教學改革具有一定的推動作用，有利于高校生物科學專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)。