農(nóng)林生物類專業(yè)本科“生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)模式的改革和探索

摘" 要：文章結(jié)合貴州大學(xué)“生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)團隊農(nóng)林生物類專業(yè)本科多年一線教學(xué)實踐與經(jīng)驗，首先概括總結(jié)了有關(guān)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習這門基礎(chǔ)理論課程時面臨的困難、挑戰(zhàn)以及存在的突出問題，針對這些痛點或難點給出了具體的應(yīng)對辦法和措施，以期為這一工具性質(zhì)課程的未來改革指明方向，提升此課程的教學(xué)質(zhì)量與育人效果。

關(guān)鍵詞：農(nóng)林生物類專業(yè)；大學(xué)；生物統(tǒng)計學(xué)；教學(xué)模式

中圖分類號：G641文獻標志碼：A

統(tǒng)計學(xué)（Statistics）是對帶有隨機性誤差的數(shù)據(jù)進行收集、整理、分析、展示以及解釋的科學(xué)和藝術(shù)，包括理論與應(yīng)用兩大分支。生物統(tǒng)計學(xué)（Biostatistics），顧名思義是指運用數(shù)理統(tǒng)計的原理和辦法去研究生命科學(xué)中的自然現(xiàn)象并對其進行統(tǒng)計推斷與得出結(jié)論的學(xué)科，屬于應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的范疇。作為普通高等院校農(nóng)林生物類專業(yè)本科生的一門基礎(chǔ)理論課程，“生物統(tǒng)計學(xué)”旨在讓學(xué)生掌握：（1）如何合理地進行試驗（調(diào)查）設(shè)計；（2）如何科學(xué)地整理和分析收集到具有變異的資料，從而揭示隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，進而指導(dǎo)科學(xué)研究與生產(chǎn)實踐^[1]。因此，無論是從短期（如畢業(yè)設(shè)計），還是長遠的角度（如科學(xué)研究或生產(chǎn)實踐）來看，生物統(tǒng)計學(xué)都是一個值得投入時間和精力去掌握的工具，對于身處大數(shù)據(jù)或人工智能時代的當代大學(xué)生而言無疑是十分重要的，已引起社會各界的廣泛關(guān)注與高度重視^[2]。盡管對未來職業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用，這門課程卻被廣大農(nóng)林生物類專業(yè)學(xué)子視為大學(xué)四年最難學(xué)的課程之一，讓人談之色變，唯恐避之不及^[3–4]。鑒于此，貴州大學(xué)“生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)團隊的各位教師，一直在努力思考如何針對農(nóng)林生物類專業(yè)本科生和課程特點進行改革，以期找到一種適合他們且行之有效的教學(xué)模式或方法。文章概括總結(jié)了農(nóng)林生物類專業(yè)學(xué)生在學(xué)習這門課程時面臨的主要困難、挑戰(zhàn)以及存在的問題，給出了可能的應(yīng)對舉措，希望提升此門課程的教學(xué)質(zhì)量和育人效果，助力貴州大學(xué)雙一流建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展。

1 “生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)中面臨的困難、挑戰(zhàn)及存在的問題

1.1 學(xué)生學(xué)習熱情普遍不高

在多年的執(zhí)教生涯中曾有許多教師向筆者“吐槽或抱怨”貴州大學(xué)農(nóng)林生物類專業(yè)本科生對“生物統(tǒng)計學(xué)”課程的學(xué)習熱情普遍不高，經(jīng)和同學(xué)們私下交流溝通發(fā)現(xiàn)原因可能主要有如下幾點：（1）事先未選修“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”和“線性代數(shù)”等預(yù)備課程，導(dǎo)致突然面對生物統(tǒng)計學(xué)時顯得有些焦慮甚至恐懼，時常感到心有余而力不足，如極難理解隨機變量、抽樣分布以及小概率事件實際不可能性原理等重要概念；（2）由于缺乏生產(chǎn)實踐與科學(xué)研究經(jīng)歷，致使他們對這一工具性課程的重要性缺乏直觀認識，同時去學(xué)習抽象于此的生物統(tǒng)計學(xué)時會感覺到頗為困難；（3）這門課的數(shù)理特性使得它包含的概念和公式較多，邏輯推理高超復(fù)雜，長期接觸容易讓人感到枯燥乏味。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)有主流教材依舊存在一些短板或不足

盡管國內(nèi)市場上的中文生物統(tǒng)計學(xué)教材早已琳瑯滿目，讓人目不暇接，并且均由描述統(tǒng)計學(xué)、推斷統(tǒng)計學(xué)以及試驗（調(diào)查）設(shè)計等三個板塊組成，囊括了大學(xué)本科生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)大綱規(guī)定的全部內(nèi)容，但它們依舊存在一些短板或不足，表現(xiàn)為：（1）內(nèi)容過于陳舊，沒有緊跟學(xué)科發(fā)展潮流做到吐故納新，如泊松分布（Poisson distribution）是一個孤立的知識點與其他各章節(jié)沒有產(chǎn)生任何聯(lián)系，卻在許多教材的數(shù)次改版中依舊“存活了”下來，與之相對箱線圖（Box plot）和小提琴圖（Violin plot）等為數(shù)據(jù)可視化展示領(lǐng)域中的兩個常見統(tǒng)計圖，但卻還沒有獲得應(yīng)有的關(guān)注而被任何一部主流教材收錄；（2）編撰的系統(tǒng)性不強或欠佳，給人一種凌亂或龐雜的感覺，如很多生物統(tǒng)計學(xué)教材都依據(jù)變量類型介紹不同資料的整理與展示，卻轉(zhuǎn)而按章節(jié)來介紹假設(shè)檢驗中的諸方法，同時還不注重單個檢驗方法的應(yīng)用前提條件和各檢驗方法之間的相互聯(lián)系與區(qū)別，導(dǎo)致學(xué)習者感到混亂，后續(xù)面對實際問題時依舊會感到手足無措。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因在于國內(nèi)生物統(tǒng)計學(xué)教材編寫講究“大兵團”作戰(zhàn)或“聯(lián)合”攻關(guān)，即一部教材往往由多名領(lǐng)域內(nèi)知名學(xué)者通力合作完成，每位專家只負責其中的一塊內(nèi)容導(dǎo)致。

1.3 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)沒有獲得足夠的重視

作為一門理論和實踐性極強的學(xué)科，“生物統(tǒng)計學(xué)”教學(xué)的主要目標之一就是讓學(xué)生掌握現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)的有關(guān)理論與方法，同時具備將這些技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究的能力，即需要確保知識的學(xué)習與運用形成一個完整的循環(huán)。從這里不難看出實驗教學(xué)環(huán)節(jié)對于構(gòu)筑生物統(tǒng)計學(xué)的知識閉環(huán)是不可或缺的，但貴州大學(xué)農(nóng)林生物類專業(yè)本科“生物統(tǒng)計學(xué)”課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)卻沒有獲得足夠的重視，呈現(xiàn)出如下特點：（1）流于形式。這主要歸咎于兩個方面的因素：①現(xiàn)有教學(xué)模式大都將實驗課置于理論課這一主體之后，而課時的縮減往往會導(dǎo)致處于后面的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)時間不充裕，無奈最后只能匆匆結(jié)課；②實驗環(huán)節(jié)未納入課程考核評價體系，給同學(xué)們創(chuàng)造了“渾水摸魚”的機會；（2）將實驗環(huán)節(jié)僅局限在或簡單等同于課本中某些理論方法的軟件（如Excel、SPSS、SAS、R以及Python等）實現(xiàn)，卻忽視試驗（調(diào)查）設(shè)計，殊不知作為統(tǒng)計學(xué)中的“魂”，后者對于獲取穩(wěn)健可靠的結(jié)論至關(guān)重要。因為，據(jù)筆者所知目前尚沒有哪一種統(tǒng)計方法能夠從有偏的數(shù)據(jù)中獲得令人信服或給人以啟發(fā)的結(jié)果。

2 農(nóng)林生物類專業(yè)本科“生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)模式改革的潛在舉措

2.1 借助降難、釋壓以及課程思政等辦法可重新點燃同學(xué)們的求知欲望

誠然，讓農(nóng)林生物類專業(yè)的學(xué)生每天同數(shù)學(xué)公式與符號打交道是一件讓人很痛苦的事情，長此以往勢必導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習生物統(tǒng)計學(xué)的熱情銳減；相反，如果帶領(lǐng)學(xué)生擺脫數(shù)學(xué)的“泥潭或沼澤”，更多聚焦于統(tǒng)計學(xué)思維（運算的問題直接交給計算機即可）的培養(yǎng)和課程思政則很有可能會重新點燃他們學(xué)習的熱情。例如，授課老師不僅可通過“信噪比”這一概念讓學(xué)生輕松地理解假設(shè)檢驗的本質(zhì)即為信息強度（觀測到的差異）與噪音（誤差）的權(quán)衡（當它們旗鼓相當，比值還沒超過設(shè)定閾值時，則可認為觀測到的差異有可能是由誤差導(dǎo)致；當它們大相徑庭，比值遠超過設(shè)定閾值時，則完全有理由相信觀測到的差異絕不僅僅純由誤差導(dǎo)致）而擺脫公式的束縛，還可借助現(xiàn)代遺傳學(xué)之父——孟德爾（Mendel G J，1822～1884）的分離和自由組合定律的科學(xué)發(fā)現(xiàn)這一課堂思政元素向他們傳遞學(xué)好該課程的重要性。

2.2 搭建系統(tǒng)且清晰的生物統(tǒng)計學(xué)框架，絕不做已有教材的“孝子賢孫”

“盡信書，則不如無書”，這個耳熟能詳?shù)某烧Z反復(fù)告誡或提醒世人，讀書時不能盲目迷信書本，而要學(xué)會獨立思考與判斷。因此，作為普通高等院校農(nóng)林生物類專業(yè)本科“生物統(tǒng)計學(xué)”課程的任課老師，絕不能照本宣科，拘泥于課本，否則容易被其反噬，導(dǎo)致自己教而不得其法，學(xué)生學(xué)而不得要領(lǐng)，更談不上在以后的科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中靈活運用；相反，應(yīng)該結(jié)合自身實踐經(jīng)驗，打開枷鎖，為學(xué)生搭建系統(tǒng)且清晰的生物統(tǒng)計學(xué)框架，絕不做已有教材的“孝子賢孫”，即講課時完全不必“照章辦事”，可自由選擇授課內(nèi)容與順序。具體地講，除了可通過增刪知識點確保教學(xué)內(nèi)容同教育目標、時代發(fā)展以及學(xué)生需求相一致外，還可運用章節(jié)重排而使知識系統(tǒng)化，比如適當調(diào)整某些章節(jié)的出現(xiàn)順序就足以讓假設(shè)檢驗這一長期混亂模塊中的眾多方法展現(xiàn)出更為明顯的層級關(guān)系，即（1）使不同檢驗方法按變量類型、研究/生產(chǎn)目的以及試驗（調(diào)查）設(shè)計這樣一個嵌套結(jié)構(gòu)編排，同現(xiàn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計方法選擇邏輯的“三板斧”相對應(yīng)；（2）讓同學(xué)們意識到針對計量資料的諸方法中線性回歸處于核心或關(guān)聯(lián)地位，這也就意味著它既可特化為方差分析甚至t檢驗，亦可泛化為協(xié)方差分析，突出不同方法之間的相互聯(lián)系。

2.3 革新實驗環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容和課程考核體系

眾所周知，試驗（調(diào)查）設(shè)計是指在試驗（調(diào)查）研究開始之前，根據(jù)研究課題要求，對試驗（調(diào)查）作出周密安排，力求用最少的人力、物力以及時間，獲得足夠且可靠的資料，進而通過分析得出正確的結(jié)論，明確回答研究課題預(yù)先提出的問題，包括研究目的與問題的制定、試驗單位的選取、實驗方案的明確、重復(fù)數(shù)目的計算、試驗單位的分組、觀測指標的選擇以及數(shù)據(jù)的收集和處理等^[1]。由此不難看出，試驗（調(diào)查）設(shè)計是一個系統(tǒng)的方法論，而數(shù)據(jù)處理只是其中一個極小環(huán)節(jié)。若試驗（調(diào)查）設(shè)計不合理，考慮不周全，僅通過數(shù)據(jù)分析不但不能得到想要的結(jié)果，甚至還將導(dǎo)致整個課題的失敗^[1]，即只會獲得盲人摸象般的效果，讓人啼笑皆非。因此，針對農(nóng)林生物類專業(yè)本科“生物統(tǒng)計學(xué)”課程實際情況，必須革新實驗環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，即除將試驗（調(diào)查）設(shè)計強制納入此環(huán)節(jié)以外，還應(yīng)在新的課程考核評價體系中著重考查學(xué)生此方面的能力，從制度上做出根本保證。

3 結(jié)語

作為一門基礎(chǔ)工具課，“生物統(tǒng)計學(xué)”對于學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習、畢業(yè)論文設(shè)計以及未來工作十分重要，但想要學(xué)好肯定也不容易，特別是對于數(shù)理基礎(chǔ)不好或“討厭”數(shù)學(xué)的農(nóng)林生物類專業(yè)的本科生而言。因此，“抱怨或吐槽”起不了任何作用，唯有仔細鉆研與努力探索學(xué)習者和教學(xué)過程中面臨的主要困難、挑戰(zhàn)以及存在的突出問題，針對這些痛點或難點給出具體的應(yīng)對辦法與措施并將其付諸實踐，不斷總結(jié)改進方可實現(xiàn)為黨育人和為國育才的宏偉目標。

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Reform and exploration on the teaching model of biostatistics course for the undergraduates majoring in agriculture and forestry biology

DONG Xianghong¹， WANG Fang²， GAN Lei¹， WANG Zhenlu¹， AN Miao¹， LUO Chao³

（1.Department of Fisheries sciences， College of Animal Science， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China; 2.Wenjin Middle School of Tuanfeng County， Huanggang 438000， Hubei China; 3.Department of Landscape Gardening， College of Forestry， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China）

Abstract：Combined with the first-line undergraduate teaching practice and experience on agriculture and forestry biology majors for several years by the teaching team of Biostatistics course of Guizhou University， this article sums up the difficulties， challenges， and prominent problems faced by students in learning this basic theory course， and then puts forward specific countermeasures and measures for these pain points or difficulties. The aim of this article is to indicate direction for the future reform on this instrumental course so as to improve its teaching quality and education effect.

Keywords：agriculture and forestry biology majors; college; biostatistics; teaching mode

基金項目：貴州大學(xué)博士基金（貴大人基合字（2021）65號）和貴州大學(xué)園林省級一流專業(yè)建設(shè)項目（XJG2023081）聯(lián)合資助。

作者簡介：：董響紅（1990.2- ），男，漢族，湖北武漢人，博士，講師。主要從事漁業(yè)資源調(diào)查與評價、生物多樣性及其保護、全球變化生物學(xué)和水域生態(tài)系統(tǒng)建模等方面的研究。E-mail：xhdong@gzu.edu.cn。

通訊作者：羅超（1989.5- ），男，漢族，四川成都人，博士，講師。主要從事風景園林規(guī)劃設(shè)計、園林花卉植物種質(zhì)資源以及功能基因研究。E-mail：Chaoluo@gzu.edu.cn。