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生物統計學(Biostatistics)學是概率論和數理統計的原理和方法在生命科學領域的重要應用,它貫穿于生物醫學研究流程的始終,不僅提供試驗設計、數據收集整理和數據描述的基本方法,還提供合理選擇統計分析方法以及對統計結果的分析與應用的重要原則[1]。因此,生物統計學是生物醫學類各專業的重要基礎課和必修課。該課程旨在培養學生具備統計思維,正確選擇、應用統計方法解決生物醫學研究中遇到的問題。通過該課程的學習,能為學生后續課程學習、畢業設計及科研論文撰寫打好基礎,也有利于培養學生的科學素養以及運用數學工具分析和解決問題的能力,從而大大提高學生的綜合素質[2]。但生物統計學有很強的理論性和實踐性,教學內容包含大量復雜的數學公式和抽象概念,需要學生具備一定的數學基礎和邏輯推理能力。與其他專業課相比,普遍反映授課難度大、學生積極性不高、遺忘快。因此,必須針對該課程特點,改革教學體系、教學方法和考核方式,達到激發學生學習興趣,培養學生熟練掌握并靈活運用常用試驗設計和統計分析方法的目的。作者結合自己近年來的教學實踐,分析教學過程中存在的問題,就如何提高生物統計學的教學效果淺談自己的體會,為提升生物統計學的教學質量提供一定的參考。
一、生物統計學的教學體系建立
課程體系和教學內容直接反應課程的教學目的和培養目標,是培養學生學習能力、提高教學質量的核心環節。在生物統計學教學體系建立過程中,我們綜合考慮課程特色和教學要求,從理論教學和實踐應用環節入手,組織整合教材內容,精心提煉生物醫學研究中的實際問題,以期給予學生在生物統計學的學習和應用中以科學、合理的引導。首先,理論教學是整個教學體系構建的基礎,而教材則是教學體系是否完整而有效的基礎與核心。作為教學內容的載體,教材是學生獲取知識的來源,也是教師教學的依據,它是貫穿教學活動的重要因素,因此,教材的選擇將直接影響教學質量和效率。在教材選擇方面我們主要考慮了教學內容覆蓋的全面性,在教學中指定李春喜主編的《生物統計學》(第五版)作為教材,根據本科教學的實際需求選擇部分內容進行詳細講解。同時,授課教師歸納和融合其他參考書的優秀教學內容,透徹理解教學內容的內在邏輯聯系,打造適合本專業的理論教學體系。
其次,生物統計學課程具有很強的實踐性。因此,實踐教學體系是生物統計學教學的另一關鍵,也是檢驗課程實際效果的最終標準。在教學過程中,我們將計算機技術和統計軟件引入生物統計學的實踐教學,向學生介紹Excel、SAS、SPSS等經典統計軟件的特點,在不同章節教學中穿插具體統計方法的統計軟件實現,講解利用統計軟件進行統計分析的步驟,達到將抽象統計理論與直觀形象操作相結合的目的。統計軟件引入生物統計學教學既體現信息技術時代的特點,又適應了高素質應用型人才培養的要求[3]。另一方面,我們以具體的科研案例為基礎,指導學生運用生物統計學知識自主進行實驗設計和數據分析,并將實驗方案和統計方法運用到學科競賽等課外科技活動中,不僅鞏固了學生對知識的理解,也提升科技作品的檔次。在畢業論文環節,加強對學生論文中統計學方法運用的培訓和規范化要求,提高畢業論文的質量。這些實踐教學活動使學生把所學的知識真正運用于解決實際問題。
二、多元化教學,提高生物統計學教學效果
傳統的生物統計教學以教師課堂理論講授為主,教學活動以教師為中心,有利于教師掌控課程內容和進度,但教學效果主要取決于教師個人的課堂組織和語言表達能力。由于生物統計學教學內容枯燥,抽象概念多、關聯度高,公式多且難記憶,學生在被動聽課的過程中易產生厭學情緒,學習積極性不高,對知識的掌握效果欠佳。同時,單一的講授教學使學生在課后除完成習題外,無任何其他檢測手段,難以達到學以致用的效果,學生也難于感受該課程的現實意義。從教學實踐中也發現,依靠傳統教學模式,盡管教師和學生都投入了大量時間和精力,學生不會靈活應用相關知識來解決實際問題。在課程結束一到兩年后,學生會遺忘學過的大部分知識,面對畢業設計和生產實踐中遇到的問題一籌莫展。因此,必須采用多元化的教學形式,利用豐富的教學內容和富于變化的教學手段來吸引學生注意力,提高教學效率的目的。
(一)板書教學
板書教學作為傳統教學手段,在講授大數定理、中心極限定理、方差分析的分解等重要的統計學原理和相關公式的證明和推導時,可以留給學生足夠的時間理解和消化講授的知識,學生可在在老師的引導下積極思考,因而在理論教學時具有其他教學手段難以比擬的優勢。
(二)多媒體教學
隨著計算機技術的普及,多媒體教學手段在高校教學中已被廣泛使用。多媒體教學能給予學生直觀的圖形、圖像,能使得一些抽象的問題形象化,這對于生物統計學這樣抽象概念眾多的課程來說顯得非常重要,通過我們精心制作的生物統計學課程教學課件,學生能多角度地直接觀察對象,更好的理解抽象的生物統計學概念;而通過搭配課件中不同的背景、文字、圖片、視頻等內容,使得課件圖文聲像并茂,能多角度調動學生的情緒、注意力和興趣,提高學生的學習興趣,能有效地突破教學難點。我們還利用多媒體教學交互性好的特點,基于本校課堂互動系統,要求學生接入該系統在線實時答題,師生共同批改檢查并進行當堂評價,使大部分學生能在課內理解掌握重要知識點,有效解決了知識缺陷累加的問題。此外,在目前還沒開設課內上機實驗的情況下,我們還利用多媒體課件進行演示實驗,如:隨機抽樣分布中的隨機數生成,介紹Excel、SAS、SPSS等統計軟件在統計推斷、方差分析、一元回歸等方面的應用,講解利用上述統計軟件進行統計圖表繪制的要求和流程等,讓學生清晰、直觀的掌握抽象的概念及過程,提高學生分析和解決問題以及呈現研究數據的綜合能力。
(三)案例式教學
案例教學法起源于19世紀20年代,由美國哈佛商學院所倡導。該方法將工作中的真實情景加以典型化處理,形成供學生思考分析的教學案例,學生通過課前/后獨立學習和課堂討論的方式主動參與教學過程。在生物統計學課程中我們遵照“提出問題—學生思考—尋求解決—理論講授—實踐運用”的思路實施案例教學法。在講授前將要分析講解的案例分發給學生,讓學生在課后預先尋求解決方案,課堂上先由學生講述自己的解決方案,然后再由教師分析講授相關原理和正確方法。案例式教學可引導學生通過獨立思考、分析案例,獲取解決方案的學習過程,真正認識到生物統計學課程的重要性,形成正確的統計思維。此外,基于案例的教學模式重視教師與學生的雙向交流。學生要對材料進行消化并查閱各種資料提出解決問題的方案;而教師要對學生的解決方案給以引導,并不斷整合新的教學內容,對教師也提出更高的要求。在生物統計學中引入案例教學是提高教學效果的一種有效手段[4]。
三、改革考核方式,培養學生綜合能力
作為評定學生對所學知識掌握程度的依據,考試是教學中的一個重要環節,它可以促進學生系統總結已學知識,也是教師了解教學效果最有效的方法。目前,生物統計學的考核方式多以期末閉卷考核為主,考察內容側重于基本概念、理論和計算。這種考核方式下學生平時聽課作業不認真,考前突擊也能通過考試;即使是掌握了知識點的學生也可能不會靈活解決科研中的實際問題。因此,我們改革考核方式,結合平時含書面作業、案例分析口頭講述和期末考試綜合評定學生成績。期末考試形式為“一紙開卷”,學生可以將自己認為重要的知識點梳理后歸納至“一紙”上供考試時參考。考試內容加入大量案例分析內容,更為靈活。實踐證明,上述考核方式促使學生把主要精力放在用統計分析方法解決實際問題的方向上,提高解決實際問題的能力,同時也大大減輕了學生的學習負擔。
四、總結
關鍵詞:
中圖分類號: G642 文獻標識碼: A 文章編號:1672-1578(2013)01-0040-02
《生物統計學》是數理統計在生物學中的應用,從數量角度研究生命科學現象已經為大多數生物學研究者所認知。通過對生物試驗與調查數據資料的客觀分析,不僅能夠將生命科學問題推向深化和精確化,而且還能對其理論及其假說進行論證和說明。在這一過程中,生物統計為生命科學的研究和探索提供了重要方法和工具。近年來,全國各高校生物類專業普遍加強了《生物統計學》的教學工作[1]。《生物統計學》具有較強的理論性和實踐性,學生普遍反映這門課程難懂、難學。本文中筆者結合自己的教學實踐,在分析目前教學中存在問題的基礎上,就如何提高《生物統計學》的教學效果,談談自己的一些體會和思考。
1 現狀分析
1.1 內容側重數理,計算繁瑣,令學生缺乏興趣
統計學是把數學的語言引入具體的科學研究領域,將所研究的問題抽象為數學問題的過程,是搜集、分析和解釋數據的一門科學。《生物統計學》是數理統計在生物學研究中的應用,它是用數理統計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現象和試驗調查資料的一門學科,屬于應用統計學的一個分支[1]。該課程有許多抽象的理論、概念和公式,難以理解和記憶,所以課程學習起來,枯燥單調,且計算繁瑣,學生的興趣很難長時間保持。計算繁瑣突出表現在作業完成需要用較多的時間,學生反映大部分時間都用于計算,由于平時學習任務較為繁重,沒有充足的時間來完成作業。在考試過程中甚至存在個別同學寧愿放棄計算最后結果以求爭得更多審題做題時間。因此計算繁瑣、費時導致部分學生學習熱情和興趣下降。
1.2 教學條件限制,計算機應用欠缺
由于教學條件限制,目前生物類專業的教學沒有條件開設上機試驗課,所以目前廣泛應用的Excel表統計分析工具和SAS等統計分析軟件這部分知識就沒有機會傳授給學生。如果僅僅在課堂上進行講授不進行實際上機操作,就很難做到所學內容與科研實踐的緊密結合。如果在課堂上學生用計算器來計算,一是降低了運算速度,相對耗時較多,二是無法對一些常用的《生物統計學》軟件進行學習,無法進行較為復雜的統計分析。
1.3 專業課程尚未開設,學生理解困難
現代教學理論認為,在教學過程中,學生是學習的主體,教師是學習活動的組織者,是知識的傳播者,教學的一切活動都必須以強調學生的主動性、積極性為出發點。根據這一教學理念,首先應該了解學生的特點。
開設本門課程是在大二的第一個學期,學生已經學過了高等數學,有了一定數學基礎和分析歸納問題的能力,本課程需要用到的數學知識,大部分都已掌握;但對于專業課程尚未接觸,對一些專業術語還不熟悉,在舉專業方面的例子的時候學生理解時存在一定的困難。不過就筆者這學期所帶的3個班而言,接受能力比以往的班級要強一些,特別是很多同學考研愿望比較強烈。因此,在給這些班級上課時,就必須考慮這種情況,結合專業術語、統計原理多舉實例,著重突出統計原理在科研實踐中的應用,體現因材施教的教育理念。
2 教學實踐中的兩個發現
2.1 從課堂效果看
在講解試驗設計的基本要求這一章節內容中,針對試驗目的要明確這一知識點,“安排試驗時,需要對試驗的預期結果及其在生產和科研中的作用做到心中有數,既要抓住眼前的關鍵問題,又要兼顧未來。”在舉例時,談到國家轉基因專項的立項目的和小麥突變體庫構建的試驗目的,通過一宏觀一微觀兩個例子,學習便很好地理解了這一知識點。并且從學生的課堂表現可以看出,學生是非常樂意學習到一些這樣緊密聯系實際的例子。
2.2 從試卷分析看
筆者對商丘師范學院生命科學學院2011級生物科學、生物工程專業共111名學生的期末試卷成績進行了分析,從中可以了解學生對各知識點的理解和掌握程度,也可以為進一步改進教學方法和提高教學效果提供依據。考試采用開卷形式,考試題型有名詞解釋、填空題、計算題、綜合題。學生成績在各分數段的分布情況見表1。
從表1可以看出成績大致呈正態分布,大部分的學生掌握了課程的基本內容。通過對試卷的分析,還發現試卷中學生的計算題失分較多。分析原因,可能存在以下幾方面因素:一是只掌握了基本理論,應用到具體情況往往不知道該怎么分析。比如平均數的假設檢驗,根據不同的實際情況應該有區別的應用,但學生不知道什么情況下用哪種方法來計算,區分不明便容易出錯;二是掌握知識點不細致,導致在計算時出現一些錯誤。比如t測驗和u測驗中臨界值的大小記不準確;三是審題不明,導致所問非所答。比如把“相關系數”看成“回歸系數”導致出錯;四是難點沒有很好掌握,導致計算錯誤。比如對數據進行多重比較時出錯率較高;五是計算失誤,導致結果錯誤。
3 改進設想
基于以上對現狀的分析及教學實踐中的發現,針對存在問題,筆者有下面一些改進設想。
3.1 調整已有教學內容順序
該課程包括試驗設計和統計分析兩部分,考慮到學生對專業知識接觸少,在課程內容的編排上可以實行先介紹試驗設計的內容,包括田間試驗、溫室和盆栽試驗的設計,而后再對統計分析結果的專業解釋和剖析反饋信息內容作介紹。從試驗研究的選題和設計、試驗方案的制定和實施、試驗數據的收集整理到試驗數據的統計分析,最后做出科學判斷等,盡可能把抽象的數理概念變為看得見摸得著的具體事物,提高學生對學習的興趣,使之更好地理解和掌握所學的課程內容[2]。
3.2 加入計算機統計軟件的教學內容
在計算機日益普及的今天,統計軟件的使用使得計算變得簡單、快捷和準確,這有利于將學生從繁瑣的計算中解放出來,把注意力放到對問題的討論、分析和評價統計結論上去,所以,學生應該通過統計教學對常用的統計軟件有所了解和掌握。目前適用于統計教學的計算機軟件有SAS、SPSS、Excel等,前兩種屬于專業統計軟件,SAS功能強大,是國際流行的統計軟件包,分析結果得到國內外專家的認可,但缺點也很明顯,過于龐雜,且是完全的英文界面,教學難度較大[3]。非統計專業的統計教學也可以選用Exce1軟件作為輔助教學工具。因為Excel提供了一個功能相對完整的數據分析工具,它的統計功能涵蓋了統計學的基本內容,并在Excel的宏內提供了一些實用的統計分析程序,如t測驗、方差分析和回歸分析等。而且大多數計算機里都裝有該軟件,學習起來非常方便。
在以后的教學中,可以嘗試運用Excel或SAS軟件來解決《生物統計學》教學的大量統計計算,使學生熟練掌握該統計軟件進行統計分析的基本操作,進一步加深學生對有關統計學原理和方法的理解,也可以提高學生分析問題和解決問題的能力,為今后從事科學研究工作奠定良好的基礎。
3.3 類比人文學科實例,提高學生學習興趣
針對培養學生的統計思維,運用統計學的思維和方法去分析和解決實際問題這個教學目標,可以類比人文社科的例子,從身邊看得到摸得著已經熟悉的例子入手,再介紹相關專業上的例子,理解起來就會簡單許多。如講相關性分析時,就可以舉如下例子:有10人對紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色按照其喜好程度進行等級評價。其中,最喜歡的等級為1,最不喜歡的等級為7,結果用表格形式列出。問這10人對顏色的愛好是否具有一致性。通過這個例子學生可以明了相關分析的用途,然后再詳細講解專業上的例子。將抽象、枯燥的理論結合一個個生動的事例進行講解,學生聽起來感到形象、生動,有利于對知識的理解和升華,起到舉一反三、觸類旁通的作用[4]。
4 結語
對于《生物統計學》課程的學習,尤其是要發揮學生的學習主觀能動性。教師在課堂上應反復強調這門課程的學習要求和學習的四個環節——預習、聽課并做筆記、做題、復習。明確指出做筆記可以幫助學生集中注意力,提高課堂利用效率。注重發揮學生的主體性,倡導學生主動參與教學實踐活動,調動學生的學習積極性。鼓勵學生踴躍提出問題、回答問題和上講臺演算,提高學生分析和解決問題的能力,并引導學生在每學完一部分內容時進行歸納總結。統計學的內容博大精深,作為《生物統計學》課程的教師,應努力通過各種信息反饋途徑,找出教學中的不足,從而加強教學研究,探索新的教學方法,提高《生物統計學》教學質量,為學生今后的科研奠定基礎。
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關健詞: 《生物統計學》 教學改革 改革與探索
《生物統計學》是數理統計的原理和方法在生物科學研究中的應用,它不僅給我們提供了如何正確地設計科學試驗和收集數據的方法,而且提供了如何正確地整理、分析數據,得出客觀、科學結論的方法。它是生物科學等專業重要的專業基礎課,該課程體系建設對生物科學、植物生產類專業、動物生產類專業十分重要,是從事生物生產、育種試驗研究的工具性課程。通過該門課程的學習,學生不僅可以了解有關生物統計的基本概念以及參數的意義,掌握基本的試驗設計和生物試驗數據的統計分析方法,提高綜合素質,同時還可以培養發現問題、分析問題的能力,建立和鞏固專業思想。
在專業發展、大學生素質教育與創新教育等教學改革方面,《生物統計學》課程是一門十分重要的課程,具體體現在:(1)可提高學生從必然性推理到或然性推理的歸納推理能力;(2)可提高學生的科研能力,使學生明白試驗研究前、中和后的主要目的和任務,以及怎樣提高試驗的精度,為畢業論文以及今后參加科學研究奠定良好的基礎;(3)可提高學生的動手能力。為此,我們對《生物統計學》課程的教學內容、方法和手段進行了幾項改革探索。
1 .教學內容的改革與探索
《生物統計學》主要講述五個方面的內容:(1)介紹科學研究基本過程、試驗方案制定和試驗誤差及其控制,講述生物試驗的誤差來源和控制誤差的技術、試驗設計、實施規則;(2)介紹研究對象總體的理論分布、統計數的抽樣分布及統計數的理論概率;(3)講述統計推斷的基本方法、平均數比較的u測驗和t測驗、F測驗和x2測驗及其應用,包括計量數據的方差分析和計數數據的統計分析;(4)方差分析的應用,介紹單因素、多因素試驗結果的統計分析;(5)二變量直線回歸和相關分析。該課程的知識和分析問題的方法是科研工作者必須掌握和熟練運用的。因此在教學實踐中,描述性統計學的知識即資料的整理和描述應重點講授連續性資料的整理方法;推斷性統計學的知識即理論分布、t檢驗、x2檢驗、F檢驗,重點講授正態分布的概率計算方法和對各種資料的檢驗方法,特別是資料的類型與相應統計分析方法的聯系,使學生能掌握根據不同資料正確選擇使用統計分析方法的能力,并且能夠根據所掌握的知識和技能分析具體的實驗數據和材料,得出較為客觀和準確的結果;對于回歸、相關分析則主要介紹一元回歸、相關分析的基本思想和分析方法,計算方法、過程留給學生自學,多元分析則要求學生在熟練掌握的基礎上進行自學;試驗設計重點講清試驗設計的基本原則,并結合實際講清不同的試驗設計的基本思想和設計方法,對試驗所得資料的分析方法則要求學生自學。
2. 教學方法、手段的改革與探索
《生物統計學》的理論性相對較強,內容相對枯燥和抽象,教學方法單一必然會導致學生學習興趣低下,不利于培養學生分析問題和解決問題的能力,要想真正建立起先進、科學的創新教學模式,只有通過系統優化教學設計,針對教學內容,借助于現代化媒體技術,采取各種有效的教學方法。因此在教學中就要求由以教師為主體轉變為以學生為主體、教師為主導的思路上來,突出以學為主,堅持以啟發誘導為核心,激發學生學習的興趣,引導學生積極主動開展思維活動,緊緊圍繞學的需要組織教學。課內以課堂理論講授為主,重點讓學生弄懂基本原理;習題討論主要運用實例進行分析,重點讓學生掌握具體計算方法和分析;教學中可適當安排一些討論課,讓學生將所學知識與生產實際結合起來,充分調動學生學習的主動性、積極性,讓學生學會學習。
2.1計算機輔助教學
《生物統計學》概念多、公式多,統計計算過程煩瑣乏味,如果在課堂上用板書的形式進行演算,既浪費課堂教學時間,又容易導致學生注意力渙散,產生視覺、聽覺和思維疲勞。多媒體課件具有圖文并茂的特點,在《生物統計學》教學中若能應用好多媒體,既能提高學生的學習興趣,又可加深學生的理解和記憶,促進教學內容的進一步深入,明顯提高教學效果。
多媒體教學的效果與課件的設計和制作水平關系密切,課件應在重視教學基本原理的基礎上,處理好內容與形式的關系,達到為教學服務的目的,切忌完全復制教材上的內容,而是必須突出重點、難點,這就需要教師對所要講解的內容理解透徹,具備熟練的多媒體創作和使用技巧,引導學生學會統計分析方法,提高學習的積極性,同時要經常注意來自學生的信息反饋,不斷地進行課件的更新。多媒體教學對教師提出了更高的要求,要求教師花費更多的時間和精力準備每一堂課的教學內容,同時不斷地更新知識,為教學積累素材。
2.2 統計分析軟件的應用
目前廣泛應用的統計軟件主要有SAS、SPSS,國產的優秀統計軟件有DPS,此外Excel軟件提供了較強的數據分析功能和統計繪圖功能,易學易用,筆者在教學過程中穿插介紹Excel的一些統計功能,如Excel的一些常用統計函數及統計方法的應用,以及常用統計圖表的繪制,并要求學生能夠掌握并熟練運用,取得了較好的教學效果。對具體資料的統計分析,一些常用的統計分析方法如t檢驗、x2檢驗、方差分析、相關回歸分析、多元相關回歸分析等均有相應的計算機分析軟件,教學中只需給學生介紹基本思想和基本原理,要求學生盡量考慮用計算機來完成,把學生從大量的計算中解脫出來使之集中精力去學習《生物統計學》的基本思想、方法及其實際應用。
2.3 理論聯系實際
生物統計學的教學并不是為了讓學生掌握一些知識點而進行教學,樹立統計的觀念、應用統計方法分析和解決生物學研究的問題才是這門課程的最終目標。因此,在教學中,特別要注意將純理論的統計學知識與科學研究中的實際問題聯系在一起,必須與專業實際聯系在一起進行教學,只有這樣才不會使本課程的教學顯得空洞,才不會脫離生產實際,才能在實踐中培養學生的綜合能力。
3. 考核方式的改革與探索
考核是教學活動的一個重要組成部分,是促進學生復習、鞏固所學知識,并對教學效果進行檢查的重要方法,恰當的考核對學生的理論學習和實踐訓練具有引導、激勵和促進的作用。傳統的筆試中學生要把大量的時間花在數學計算上,而不能全面考查學生對各種統計分析方法的掌握和應用情況。為了對教學質量進行科學地評價與管理,也為了客觀準確地評定學生的成績和能力,進行考試改革是必要的。
為了更好地發揮考試的功能,我們在教學過程中針對過去把書面考試作為評價學生學習效果的主要手段這一應試教育現象,實行考知識與考方法相結合,考理論與考應用相結合,建立了從學習過程、作業練習、期中考試到期末考試,定性評價與定量評價相結合的過程性評價體系,確保對影響學生應用能力形成的關鍵知識點進行全面測試,從重“知識”逐步走向重“能力”,培養學生腳踏實地的學習態度和嚴謹作風,促進教學質量不斷改進和提高。
通過以上三個方面的改革嘗試和探索,從各屆學生的學習效果的比較分析看,已收到了一定的成效,使學生體會到了該課程的重要實用價值,初步樹立了統計理念,培養了學生應用概率統計方法解決實際問題的能力。但《生物統計學》作為生命科學學科中重要而特殊的一門工具課程,要教好這門課,還有很多問題需要進一步的探究,在以后的教學中,還需要繼續鉆研統計理論,探索教學規律,優化教學過程,完善教學體系,從而全面提高該課程的教學質量。
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關鍵詞: Excel 生物統計學 分布 CHIDIST函數 CHIINV函數
1.引言
《生物統計學》是研究數據資料的收集、整理、分析和解釋的一門科學[1],是畜牧、獸醫、農學、微生物、醫學等領域不可缺少的統計工具,越來越多的數據分析離不開生物統計學原理。《生物統計學》中的上機實習是提高學生動手能力和解決問題能力的重要環節,我們在本次教學改革與實踐中已經把二項分布、正態分布、普哇松分布、F分布、卡方()分布等的概率計算納入《生物統計學》實踐教學中,一方面讓學生針對不同數據清楚分布類型,針對不同分布類型選用不同Excel函數模塊,另一方面通過不同分布概率計算,將課本上所學的知識很好地應用于實踐數據分析中。本文主要介紹的是Excel中的CHIDIST和CHIINV函數在分布中具體應用情況及注意事項。
4.結語
隨著計算機技術的發展,已經有更多軟件被應用于《生物統計學》,如Excel[2],SAS[3],SPSS[4]-[6]等,對二項分布、正態分布、普哇松分布、F分布、分布等常用分布的概率計算來說Excel顯得簡單多了。雖然《生物統計學》后面的附錄中一般提供分布的臨界值表,但是有其局限性,即當自由度(df)>40時書本上就查找不到其臨界值了。因此本文主要介紹了Excel中的CHIDIST函數和CHIINV函數在分布中的概率和臨界值計算,方便學生或其他人員利用Excel直接獲得概率或臨界值。
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關鍵詞:生物統計學;統計思維;應用意識
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)44-0191-03
生物統計學是利用概率論和數理統計的原理和方法研究生物數量性狀變化規律的一門學科,是應用數學領域的重要學科分支[1]。它涵蓋了生物學試驗設計、數據收集和數據整理、統計分析方法的選擇以及統計結論的得出與解釋等內容。生物統計學不僅廣泛應用于傳統的生物學、生態學、醫學、藥學和農學等各學科專業中,也是現代分子生物學研究中數據分析的重要工具[2]。數據分析與處理能力是當今生物學領域科研工作者的必備技能之一,且隨著生物組學時代的來臨,生物統計學的應用更加廣泛和深入,生物統計學在高校生物學課程體系中的位置也愈發重要,肩負著培養學生數據分析技能和科研素養的重要使命。因此,生物統計學已成為我國高等院校生物科學類專業的一門基礎課程,也是廣東海洋大學水產養殖學專業的一門專業必修課。
然而,生物統計學課程不同于其他的理論基礎課和專業課,其最大特點是概念抽象、公式復雜、計算煩瑣,是一門教師和學生普遍反映難教、難學、難懂的課程,這也導致學生缺乏學習興趣和動力,難以取得預期的教學效果[3]。為此,本文將結合筆者近年來水產生物統計學的教學實踐,就如何培養學生統計思維能力和應用意識進行分析和探討,以期為水產生物統計學課程的教學提供一定的參考。
一、統計思維能力培養
生物統計學作為一門工具學科,是一種思維方法(或統計思想)在生物學中的應用。學習生物統計學就是要學會利用統計思想分析問題和解決問題。姚亮等(2015)歸納了四條統計思想,分別是或然性思想、小概率原理、大概率原理和信息最大化原理。這些統計思想存在于生物統計學理論體系的各個角落,共同構成了統計學學科的思想基礎。為此,生物統計學的課堂中,教師應將核心統計思想的闡述貫穿于基礎理論知識講解中,努力幫助學生理解復雜統計理論和方法的思想本質。
1.注重核心統計思想的講解是培養學生統計思維能力的首要任務。生物統計學教學活動中,由于較多的數學推理與計算等難點需要講解,因此會占用教師較多的授課時間和精力,從而面臨能力培養難于知識傳授的困境,這就與“知識傳授與能力培養”的高等教育課程基本培養目標相違背。另一方面,正是因為生物統計學課程較大的教學與學習難度,才更需要學生掌握核心的統計學思想及應用統計學思想思考問題的思維模式,這樣才有助于學生更深層次地理解理論性較強的具體統計理論與方法,并將其靈活運用于解決各種實際科研問題。
舉例來說,若某事件發生的概率很小,其在一次(或極少次)試驗中幾乎不可能發生,統計學上將該事件稱為小概率事件。小概率事件對應的小概率原理是假設檢驗理論的思想基礎,幾乎所有假設檢驗的推理均是依據小概率原理來進行的。具體來說,首先假定原假設成立并進行檢驗統計量的計算,推導出其為一小概率事件,那么依據小概率原理則有理由相信原假設在概率上是不成立的;反之,若無小概率事件的發生,則無充分理由質疑原假設。顯然,小概率原理是假設檢驗理論最為關鍵的思想基礎。倘若教師在講授假設檢驗理論之前注重小概率事件原理的講解,便能幫助學生更好地理解統計推斷的推理過程和判斷依據。同樣,注重或然性現象(隨機性現象)、大概率原理以及信息最大化原理等統計思想的講解,對于幫助學生透徹理解統計學基本理論、培養學生統計思維能力均具有十分重要的作用。
2.模型構建訓練及實例結合教學是培養學生統計思維能力的主要途徑。源于數學學科分支的統計學可以理解為對現實問題的抽象概括,即現實統計問題的模型化表達。比如,生物統計學中的方差分析將總變異分解為組內變異和組間變異兩部分,分別代表誤差和試驗的處理效應,并將生物學中的各種控制試驗采用統一的符號及線性公式來描述,進而計算統計量來衡量因素的效應值。教學過程中教師可要求學生將實際科研問題中的因素、水平、重復、組間、組內等具體名詞代入方差分析的理論線性模型,反復開展模型構建訓練,以加深對方差分析的理解。再如假設檢驗,一般將檢驗過程分為“假設提出”、“選擇及計算統計量”、“確定顯著性水平”和“統計推斷”四個步驟,而任何實際問題的假設檢驗分析均可構建為由這四個步驟構成的模型。課程講授初期務必嚴格要求學生遵守“四步走”的分析流程,進行統計模型的構建訓練,不斷增強學生對該統計模型的熟悉程度,這樣做,讓同學們在更好地掌握統計學理論知識的同時,又培養了其模型思維能力。
實例結合教學是生物統計學教學的重要方法,也是模型構建訓練的重要組成部分。課堂教學活動中,教師可選擇一些貼近生活、科研與生產的實例來講解抽象的統計學理論和模型。比如,筆者在講解假設檢驗理論時,選用水產飼料裝包機工作是否正常的實例來講解假設檢驗的基本步驟。首先提出原假設和備擇假設,講解兩種假設各自表示的實際含義;根據“裝包機是否工作正常”及“額定標準”確定檢驗統計量為樣本均值并計算;確定P值后,做出統計推斷,并解讀統計結論所代表的實際統計學含義。
通過以上模型構建訓練和實例結合教學,將抽象的統計學理論、方法與具體的實際問題相結合,達到化繁為簡的目的,進而提高生物統計學的教學效果。當然,模型訓練與實例結合教學是一項系統工程,需要教師投入更多的時間和精力備課,并循序漸進地將其貫穿于整個生物統計學的教學過程。
3.計算機輔助分析訓練是培養學生統計思維能力的有效措施。生物統計學基本理論往往涉及復雜的推理和計算過程,而作為生物專業的學生并無必要完全掌握其中的每一個具體細節和過程。從生物統計學課程的教學目的來看,基本原理和知識的講解固然非常重要,但更應強調對學生的生物學試驗設計、數據收集、分析以及處理技能的培養。生物統計學教學的最高目標是讓學生從抽象、復雜的統計學知識中解放出來,學會利用計算機統計工具高效地進行生物數據的分析、處理和解釋。更為重要的是,計算機輔助分析過程中的數據錄入、統計方法的選擇與應用、適用前提條件的判斷以及結果的解釋等各環節的實訓操作是學生對統計思想、統計模型的再次復習和鞏固,是培養學生統計思維能力的有效措施。
二、統計應用意識培養
生物統計學是探討生物學研究的試驗設計、數據收集與整理、分析與推論,并最終從樣本信息中獲取有關總體的科學可靠的結論的科學,是將數學方法應用于生物學研究領域的工具學科,是生物科學應用型人才的必備知識,也是廣大科研工作者從事科學研究的重要工具和手段。因此,著力培養學生綜合運用生物統計學知識和方法的能力、增強學生分析問題與解決問題的能力,進而提高學生的綜合素質和科學素養是生物統計學課程教學的又一目標。
1.教材選擇與課程內容體系的優化。教材是體現教學內容和教學要求的知識載體,也是教學最基本的工具,它不僅是教師進行教學的依據,而且是學生獲取知識的重要資料。生物統計學課程主要包括統計理論知識和統計軟件的使用兩部分內容,二者相互依存,不可分割。因此,教師應結合課程屬性,選擇統計理論與實際學科相結合、統計原理與試驗設計相結合、統計學方法與統計軟件相結合的生物統計學教材進行教學較為合適;同時選擇若干具有一定實用性且難易程度、側重點不同的參考書讓學生課后參考學習,以取長補短,開闊學生視野。其次,在生物統計學課程課時減少和教學內容增加的現實背景下,課程內容體系的編排和優化在兼顧該課程的理論性的同時,更要突出其應用性和實踐性。也就是說要根據教學內容的難易程度和理論的系統性,合理分配學時;盡量壓縮復雜統計學定理的證明和公式數理推導等內容,相應增加統計學基本理論和統計分析方法及其應用的內容。
2.加強生物統計學的計算機輔助實驗教學,重視知識的應用性。計算機技術的發展給統計學帶來了巨大的變化,它幫助科技工作者擺脫了繁重的手工計算的麻煩,同時計算機技術的發展和計算機技術在統計學中的應用,為培養學生分析問題、解決問題的能力,提高其綜合素質提供了廣闊的空間。因此,教學過程中應適當壓縮統計學理論的教學時間,注重統計學軟件的操作,增加學生上機操作時間。筆者在各基本理論知識講授完畢之后,開設相應實驗課程,講授統計軟件的使用方法和演示例題的計算及分析過程;同時,要求學生結合實例,進行計算機軟件的操作,重點掌握統計軟件的數據錄入、儲存,各種基礎統計方法的選擇與應用、適用前提條件的判斷、結果的解釋等內容。在計算機輔助實驗教學中,利用統計軟件把基本原理與統計方法的實際應用有機結合起來,不僅使復雜的統計數據處理工作變得簡單,而且充分調動了學生的主觀能動性和學習興趣,從而提高了學生的統計學應用能力。
3.合理運用案例教學和專題訓練,強調知識應用性。生物統計學課程的理論性強、內容抽象,照本宣科的傳統教學方法,更會使學生失去學習興趣,不利于培養學生獨立思考能力,且難以取得良好的教學效果。案例教學是實現以應用能力培養為導向的生物統計學課程教學改革目標的一個重要手段。教師將生物學領域的科研工作或生產實踐等案例貫穿到教學過程中,應用統計學理論知識對試驗設計、方案制訂、樣品采集與測量、數據收集整理、數據的統計分析等各個研究步驟進行講解與分析,既增強了學生的學習興趣,又培養了學生的統計學思維及統計學應用能力。教師在案例選擇上,盡量減少陳舊的、與社會發展不相適應的實例,及時增加統計學課程呈現的新理論、新方法和新應用,將反映專業發展最前沿的成果實例轉化為教學內容,使學生在掌握統計學理論的同時及時了解專業技術發展和應用的最新動態,與時俱進,適應專業發展的需要,提高學生的科研素質。
專題訓練是培養生物統計學應用能力、達到從感性認識到理性認識的又一有效途徑。教師可以將統計學課程內容分為若干模塊,每一模塊包含若干統計學方法,并分專題講解各種統計方法和理論在生物學中實際應用。通過專題訓練培養學生提出問題、分析問題和解決問題的思維習慣,引導學生合理、科學地應用統計學方法,進而逐步掌握生物統計學的基本原理及常用統計方法。
4.改革考核方式,突出統計工具的運用能力。考試是高等院校的一個重要教育制度,考試成績是檢驗教學質量和學生學習效果的一項重要指標。考核方式的合理與否,決定著教學效果的好壞以及學生學習積極性能否得到最大限度地調動。目前我國許多高校的考試制度和考核方式缺乏一定合理性和靈活性,如以閉卷考試為主和限定的考試題型等。就生物統計學課程而言,這種考核方式不能真正體現生物統計學課程的本質屬性,不能全面考察學生對生物統計學原理的掌握及運用能力。為此,筆者認為生物統計學的考核方式應實行考查學生掌握理論知識與統計方法應用技能結合情況的綜合考核方式,將考核成績分為三個部分:平時成績(占20%,包括課堂表現、出勤率、作業情況)、理論考試成績(30%)和上機操作考試成績(50%)。閉卷考試命題應突出基礎性和實用性,少出或不出理論性強但無實際應用的偏題,同時考慮學生掌握基本知識的程度及靈活應用知識的能力;上機操作考試部分是在計算機上進行試驗數據的整理、輸入、分析和統計結論的獲得等,是考查學生應用統計學軟件對常用統計方法的分析運用能力。采取閉卷考試和上機操作考試有機結合的考核方式,同時加大上機操作的考核比重,既調動了學生學習的主動性,擺脫了單純的應試考核模式,又培養了學生運用統計學理論和方法解決實際問題的能力,提升了學生的統計學應用能力。
三、結語
針對生物統計學課程的屬性和特點,筆者認為生物統計學的教學既要注重學生統計思維能力的培養,也要重視學生統計學應用意識的培養。為此,本文探討了培養學生統計思維能力的主要途徑和方法,主要包括統計思想講解、模型構建訓練與實例結合教學及計算機輔助分析訓練;同時,本文還從教材選擇與課程內容體系的優化、加強計算機輔助實驗教學、合理運用案例教學和專題訓練及改革傳統考核方式等方面闡述了培養學生統計學應用意識的教學策略。隨著生物組學時代的來臨,科研數據分析和處理能力將顯得尤為重要,相信以上教學方法和策略的應用,將會顯著提高學生運用生物統計學知識分析問題、解決問題的能力,幫助學生抓住生物統計學的發展和應用機遇。
參考文獻:
[1]張力,甘乾福,吳旭.SPSS19.0(中文版)在生物統計中的應用[M].廈門大學出版社,2013.
關鍵詞 生物統計學 教學改革 教學內容 教學方式 考核方式
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
生物統計學是應用統計學的原理和方法來分析、解釋生物界各種現象和試驗調查資料的一門科學。該課程是高等院校農學、植保、生物類專業的必修課程,通過該課程的學習,學生將掌握試驗設計的原則和方法,學會科學地收集、整理、分析數據的方法,培養對試驗結果可靠性的判斷能力,獲得計算機統計軟件的操作技能,學會統計思維,提高對自然與社會中具有不確定性事物的認識能力,同時也為學習其它課程如數量遺傳學奠定基礎。
為將農業與生物學試驗,特別是田間試驗緊密結合起來,華中農業大學植物科學技術學院農學專業的生物統計學課程名稱改用“生物統計與田間試驗設計”,一般在第四或五學期開設,這時學生雖然已經系統學習了概率論、遺傳學等相關基礎課程,但對本課程的理解和掌握仍然存在較大難度。因此,進一步加強該課程的教學手段改良、深化教學改革,對于更好地開展教學工作具有積極意義。結合該課程的特點,筆者在近幾年的教學實踐中就如何提高教學質量進行了探索和實踐,形成了幾點心得體會。
1 生物統計與田間試驗設計課程教學中普遍存在的問題
1.1 教學內容和手段有待進一步合理優化
隨著高校的不斷擴招,許多學生為了能上大學而選擇農業類高校,進了大學之后對農業類專業有抵觸情緒,學習思想不端正,導致厭學,對專業課程得過且過,靠“臨時抱佛腳”突擊過關。而且,由于生物統計學課程所涉及的公式很多,學生們普遍認為該課程枯燥乏味,晦澀難懂,再加上傳統教學中以“填鴨式”教學為主,重課堂講解輕實踐應用,學生們認為這門課程學習完了就一輩子再也用不到了,即使學習,也是機械地背下公式以應付考試,缺乏主觀能動性。常常是教師辛辛苦苦講解,學生們一考完試就全部忘光。造成這種狀況的重要原因之一就是教學內容陳舊枯燥,教學手段單一呆板,不能激發學生的學習興趣,而且由于教學中輕實踐應用,學生們也忽視了該課程的重要性和在實際生活中的應用價值。
1.2 成績考核體系未能激發學生的主動性
現行的課程成績評價辦法有一定的科學性,但尚需進一步改進。一般是教師根據學生平時的課堂出席情況和課后作業完成的優劣給出一個平時成績,課程總評成績由平時成績和(期中)期末成績按一定比例折合算得。學生們為了保證平時成績較好,雖然會積極到堂,但有些學生“人在曹營心在漢”,作業抄襲情況嚴重,未能調動學生的學習主觀能動性。
2 課程教學改革中的幾點建議
2.1 豐富和更新教學內容
目前,市面上的生物統計學教材琳瑯滿目,各有千秋,有的教材重實證舉例,有的注重理論推導,選擇教材時要注意結合各種圖書的特點。可以由中國農業出版社出版、蓋均鎰主編的《試驗統計方法》為主要教材,參考書目為:上海外語教育出版社出版、郭平毅主編的《生物統計學》,高等教育出版社出版、杜榮騫主編的《生物統計學》,科學出版社出版、李春喜等編著的《生物統計學》,幾本教材取長補短,相互結合進行教學。
由于課時較之幾年前大量壓縮,因此在編排課程內容時要重點突出,針對不同的專業,要有不同的側重點。在側重點明晰的前提下,以所選教材為主線,在講授經典理論和方法的同時,兼顧農業類學科的前沿進展和發展方向,對相應內容在講解時以學科前沿或學生們易感興趣的事例舉例。比如,為端正學生們的學習態度,提高他們的學習積極性,在緒論章節要重點強調統計方法在實際生活和本專業中的重要貢獻和作用。生活中應用的例子比如有:許多淘寶賣家為提高銷量刷信用,利用的就是顧客傾向于從銷量最多或信用最好的店鋪購物的心理,這里用到的就是統計學中的眾數;各種平民選秀節目中,邀請多個評委對每個選手進行綜合評分和評價,最后各選手的排名和分數的獲得也利用到了統計學中的方法;也可以簡單說明生物統計學在遺傳學領域的重要作用,如在遺傳作圖、序列比對及基因的分子進化分析中都用到了統計學的基本理論和方法;甚至還可以列出一些最新的專業文獻,展示其利用生物統計學的方法處理數據的部分內容。
另外,在教學內容的編排次序上,也不宜對教材生搬照抄、幾年不變,應該隨著開課學期的不同以及當季農作物的農時來合理安排。因為該門課程中有些章節如田間試驗方法與實施和卡方測驗等與大部分的章節內容沒有一個承上啟下的關系,在時間編排上比較靈活,為配合農作物的生長季節以便安排學生通過田間實地考察和操作來增加感性認識,讓學生有充分的自由度進行探索式學習,這些章節在內容編排上可以靈活變動。
2.2 多種教學方式的結合和靈活應用
傳統的板書教學方式在有限的時間內提供的信息量較少,但展現細致,對于講解有些公式的來由和推理過程比較適用。隨著教學條件的不斷提高和完善,多媒體教學目前已經成為高校授課的主要方式。尤其是多媒體教學方式提供的信息量大,能夠加快課程進度,比較適合當前課時已經幾經壓縮的生物統計學課程,但是要注意根據學生的接受能力來調節課時進度。多媒體教學講課進度加快,加上學生從教師那里可以拷貝得到課件,因此大部分學生來不及也懶得再做筆記,課后又不鞏固復習,造成過目即忘的現象,達不到好的教學效果。
在實際教學過程中要將兩種教學手段有機結合起來,以多媒體教學為主,板書為輔,利用板書一方面可以清楚地陳述公式或結論的推導過程,另一方面也是有效控制課時進度的有效手段。制作多媒體課件時要利用PPT的特點,適當插入圖片和例證,統計學課件也可以制作得圖文并茂,色彩豐富,同時還可以在需要作圖的環節比如雙尾和單尾檢驗部分,設置動畫和聲音效果,加深學生的印象,提高其學習積極性。比如在課程內容從抽樣分布過渡到假設檢驗時,可以舉個年輕人感興趣的例子——中國和韓國女星知名度的比較,PPT中插入多個中韓當紅明星的照片,以此說明對兩個總體的比較常常是不可行的,這時就要采取另一種辦法,即抽取樣本,通過樣本所代表的總體進行比較。各類美女的照片吸引了學生的注意力,使學生印象深刻,同時也完成了講課內容從總體到樣本的研究順利過渡到樣本到總體的研究。
2.3 重視實踐教學——實驗課程改革
當前農業高校人才培養普遍存在重理論教學輕實踐教學,重實驗室訓練輕田間試驗操作等現象。在人才培養計劃中,一線實踐學時比例逐步下降,并在分割中進一步被弱化。另一方面,許多年輕教師從本科到博士的經歷是從實驗室到實驗室,缺乏實踐生產經驗,致使其在教學中不能理論聯系實際,學生的實踐意識和實踐能力得不到訓練和提高。
生物統計學是一門與生產實踐聯系緊密的學科,因此實驗課程的設置必須以訓練和提高學生的實踐能力為教學目標。華中農業大學植科院開設了10個學時的實驗課程,課程主要在現代化的電腦實驗室完成,目的是介紹和訓練學生應用Excel進行常規的統計分析,如用Excel進行描述統計、統計圖表的制作、假設檢驗、方差分析、直線相關和回歸分析等,也簡略介紹了SAS在統計中的應用。這種教學模式將統計知識與計算機技能融為一體,同時由于Excel軟件不用購買,操作簡單,不需編程,學生容易掌握,也就為生物統計學的實際應用提供了方便與快捷的手段。許多學生反映實驗課程的教學內容在本專業畢業課題的數據分析中非常有用。
另一方面,實驗課程的設置還應強調統計知識在田間生產中的實際應用,注意課堂教學和田間教學相結合。比如緒論中介紹的田間試驗中的一些基本概念:小區、保護行、試驗因素、水平、處理、試驗指標等,有些定義比較拗口,不易理解,在期末考核和實際應用中發現學生理解上比較模糊,個別概念容易混淆。尤其是常用田間試驗設計方法這一章節,介紹了各種試驗設計方法及其優缺點、適用的條件等等,信息量大,學生只能靠死記硬背暫時記住,很難理解記憶。這幾年,華中農業大學植科院在實驗課與田間實地教學的結合方面進行了一些嘗試,將學生帶到田間地頭,進行實例教學,指出小區、因素等等在田間的具體指代內容和所在,更把學生帶到省級區試試驗點和育種圃,現場講解各種田間試驗方法的設計,讓學生根據具體情況一起討論和分析每種方法的優缺點,幫助學生理解記憶,也為其它專業課如作物育種學的學習奠定了基礎,效果很好。
課程教學的主要任務并不僅僅是傳授知識,知識長久不用就會遺忘,教學更應注重培養學生分析問題、解決問題的能力以及創新、批判精神。因此,我們也嘗試安排了一些討論課,比如在介紹完各種田間試驗方法和相應的數據分析方法之后,以幾個育種或生產上的實例讓學生進行田間設計,將實際所學的知識與生產實踐結合起來,不僅可以調動學生的學習積極性,培養學生分析問題、解決問題的能力,還有利于學生團隊合作精神的培養,真正實現教學從實踐中來、到實踐中去。
2.4 考核方式的多元化
期中或期末考試是對教學質量進行考核的一個主要辦法,同時也對學生認真學習該門課程有很好的督促作用,但是過于強調筆試在學生成績中的比重,不利于調動學生的積極主動性。由于生物統計學的課程特點,公式多,難理解難記憶,課程內容連貫性較強,因此每次講解新內容前,我們會用5分鐘左右的時間復習回顧上節課的重點內容,理清脈絡,比較記憶各章節中的公式,對學生新內容的學習起到一個承上啟下的作用,效果較好。但是仍然有許多學生不進行課后復習,在講課時他一臉茫然的表情。為進一步激發學生的學習主動性,我們進行了改進,每次課前隨機抽取一個學生請他幫大家復習鞏固上次課程的學習內容,根據學生的表現在平時成績上給予適當分數獎勵。還可以根據課時進度,在課程中穿插一些小的問題或統計學題目,請學生自告奮勇爭相解答,給以適當分數獎勵。改變后的考核方式加大了平時成績(課堂表現+課后作業)的比例,更能體現“以學生為主體,以教師為主導”的教學理念。
參考文獻
[1] 蓋均鎰.試驗統計方法.北京:中國農業出版社,2000.
[2] 朱漢春,程龍.《生物統計學》教學改革與實踐.西南農業大學學報(社會科學版),2006.4(3):270-272.
關鍵詞:醫學院校;生物統計學;專業認知;專業建設
中圖分類號:G455 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)02(b)-0000-00
隨著國家擴招政策的實施和教育部本科專業審批權限的下放,越來越多的本科高等醫學院校,開始跨越本校的分類屬性,開辦非醫學類專業,少數醫學院校非醫學類專業數目已經接近甚至超過了醫學類專業數目,他們的建設目標是把學校建設成為“多科性的大學”。[1]但是隨著招生規模日益擴大,高等人才培養問題逐漸升溫,特別是醫學院校非醫學專業大學生的培養工作成了擺在醫學高等教育面前的重要問題。本研究選取了某醫學院校生物統計學專業在校本科生為樣本,對其專業認知情況及其影響因素進行了深入研究,并提出了相關建議。希望能夠為醫學院校生物統計學專業建設提供參考依據,并對醫學院生物統計學專業人才培養工作提出合理化建議。
1對象和方法
1.1 調查對象:以某醫學院校生物統計學專業全日制本科在校生為調查對象。
1.2 調查方法:本研究采用問卷調查的方式,調查問卷由研究者自行設計,由調查員統一發放問卷,問卷由被調查者本人填寫,研究者審核后回收問卷。本次共發放問卷113份,收回有效問卷101份。有效回收率為89.38%。
1.3 數據處理:調查結果全部數據用Epidata3.1進行數據的錄入和校驗,用SPSS 19.0 軟件進行統計學處理。
2結果與分析
2.1調查對象基本情況:
在收回的有效問卷中年齡為19~25歲,平均年齡(21.19±1.12)歲。男性41人,占40.6%。在收回的有效問卷中大二(2012級)40人,占39.6%;大三(2011級)40人,占36.9%;大四(2010級)21人,占20.8%。
2.2常用統計方法認知情況:
其中常用統計方法認知情況的調查中14種統計方法(見表1.1),其中基本方法9種,高級統計方法5種。
結果顯示,在基本統計方法中,大二學生除均數標準差等計量資料的統計描述(47.5%)、方差分析(62.5%)、常用概率分布(52.5%)、直線回歸與相關(60%)以了解為主,其他均以不知道為主;大三學生除生存分析(62.5%)、meta分析(82.5%)、聚類分析(82.5%)等高級方法以不知道為主,其他統計方法均以了解為主;大四學生所有高級統計方法均以了解為主,基本統計方法以熟悉為主。詳細結果見下表1.1
4 將認知情況采用三分級評分,0=不知道,1=了解,2=熟悉,分別賦分0,1,2,得分越高,表明認知情況越好。取各年級學生每項統計方法認知得分情況,按年級分組進行多相關樣本的的非參數檢驗。Friedman 檢驗,在α=0.05水平下, =26.143,P
取每位學生每項統計方法認知得分之和得到該學生統計方法認知總得分,按性別分組,進行兩獨立樣本非參數Mann-Whitney檢驗,在α=0.05水平下,Z=-0.897,P>0.001,即性別因素對專業認知的影響不顯著。
2.3 常用統計軟件使用情況:
在全體有效問卷中,平時主要使用SAS軟件分析數據的有3人(3.0%),SPSS軟件的有44人(43.6%)Excel軟件的有42人(41.6%),使用其他軟件4人(4.0%),從未使用軟件的有8人(7.9%)。
在分年級統計中,大二年級中有23人(57.5%)選擇使用Excel軟件,為最常用軟件;另外還有7人(17.5%)不使用任何軟件。大三年級主要使用SPSS軟件,30人(75.0%);還有9人(22.5%),使用Excel。大四年級中,有11人(52.4%)使用SPSS軟件,10人(47.6%)使用Excel。詳見下表1.2
對各年級學生選擇的常用統計軟件進行交叉列聯表分析, =128.803,P
3 討論與建議
隨著醫學科學的不斷發展,醫學統計學的思維與理念已經滲透到醫學科學研究的每一個角落。[2]該部分人才培養工作的好壞關系著醫學院校課程改革和人才培養工作的成敗,對高等醫學院校順利進行有重大的作用和意義。針對目前醫學院校生物統計學專業學生的認知現狀, 相關高校的教育應從以下幾方面進一步改進。
3.1優化課程結構,重視基礎理論的教授和專業思維能力的培養。
基本統計方法是醫學統計學的基礎, 掌握基本統計方法的基本原理、計算過程和結果解釋是學習高級統計方法的基本功。[3]學校在教學計劃和課程設置中應該加強專業基礎課的教授,加大基礎課的課時比例,刪除陳舊和重復的課程為學生以后專業課的學習和專業能力的提升,打下堅實的基礎。重視不同課程之間、高級技能與基礎知識在教學中的相互滲透,加強各知識之間的銜接與聯系。建立知識理論框架,提高學生總體把握知識的能力。鼓勵學生相互學習,共同進步。開設專業講座,介紹本專業的前沿理論和發展現狀,提高學生的專業思維能力,開拓學生的視野。
3.2 加強統計軟件使用的訓練,培養適應社會需求的應用型人才。
在重視理論與書本教學的同時,注意理論講授與軟件應用的結合。有關高校應當較強統計軟件應用課時在總課時中的比例。在低年級中開設Excel與統計應用等選修課程,在中高年級中開設以SPSS和SAS為主干的專業統計軟件應用課程。重視學生統計應用軟件使用的培養,在統計軟件的使用教學中使抽象的統計理論形象化,使學生能合理使用、愿意使用相關的統計軟件。加強統計軟件使用的訓練,使統計軟件使用的教學與現實問題結合,著重加強學生解決現實問題和創新能力培養,培養適應社會需求的應用型人才。
3.3轉變教學模式,構建具有醫學院校特色的生物統計學人才培養體系。
面對高校招生規模不斷擴大,醫學院校專業設置不斷多元化的現狀。我們應當主動改變教學模式,在加強以往教學實踐中重視課堂教學、重視專業技能傳授的同時,應當借鑒國內外高校的先進經驗。以學生的全面健康發展為核心,以提高專業技能為重點,采取靈活多變的方法不斷適應社會對人才的需求。進行“通識教育”,促進統計理論與醫療衛生教育的結合。創建綜合性的人才培養模式,構建具有醫學院校特色的生物統計學人才培養體系。
參考文獻:
[1]崔光成,劉吉成.本科醫學院校開辦非醫學類專業的現狀調查.中國高等醫學教育[J].2007,7:31~32
關鍵詞生物統計學;理論與實踐整合;中外合作辦學;雙語課程
中圖分類號S-01;G642文獻標識碼A文章編號0517-6611(2017)30-0249-02
生物統計學(Biostatistics)是運用統計學的原理和方法,分析生命科學研究數據資料的一門科學,包含試驗方案設計、試驗數據收集、整理及分析。生物統計學是全國許多高等院校生命科學類本科專業的一門重要的專業基礎課程。由于該課程涉及的原理、概念及數學公式多且抽象難懂,系統性強,對學生邏輯思維能力的要求也高,常使學生在學習中倍感頭疼,是一門難度大的課程。而生物統計學屬于應用統計學的范疇,具有很強的實踐性和應用性,是一門重要的工具課,它能培養學生統計學思想,使其學會如何科學地設計研究方案及分析數據,從而得出科學的結論;它能幫助學生更好地學習專業相關課程及完成畢業實習論文。因此掌握好生物統計學知識對學生今后從事本行業相關工作有重要意義[1]。
在全球一體化的大環境下,中外合作辦學日益興起,福建農林大學自2003年以來成功開辦了與加拿大新斯科舍農學院的“2+2”本科教學合作項目(中加合作班)[2],為了培養具有國際視野的高等人才,包括生物統計學在內的許多課程被設定為雙語課程[3]。生物統計學雙語課程要求學生掌握生物統計學的基本理論與應用的同時,也掌握一定的生物統計學專業英語,具備與國際同行進行專業交流的能力。本科學生的專業英語基礎都相對薄弱,在學習難懂的生物統計學原理的同時,一并學習難記的生物統計學專業英語術語,可以說是難上加難。為了在有限的學時中讓學生達到這兩重學習目標,對課程體系和教學模式的完善進行了初步探索。關于優化生物統計學教學改革,各教學同行已有不少研究,案例法、引入各種計算機軟件輔助教學、考核方式的改革、圖示法、課程整合、項目導向等,均取得了成果[4-6]。其中課程整合模式和項目導向的教學模式啟發很大,都在很大程度上強調了實踐在生物統計學課程中的重要性,提倡“教、學、做”融為一體的教學理念,培養“知識+能力”的雙強人才。世界著名教育學家杜威(JohnDewey)也強調理論與實踐的整合,提出了綜合課程的思想。在借鑒他人經驗的同時,結合生物統計學的特點,即概念理論難和實踐應用性強,從理論與實踐相整合的角度出發,設計新的教學模式,利用理論講授課、上機實踐課、網絡教學平臺等多方面教學整合滲透,讓學生在解決問題的實踐過程中,更加深刻地理解理論知識,培養統計思想和實際應用的能力。
1修訂教學內容及教學大綱
筆者所進行的教學改革面向對象為福建農林大學中加合作班的學生,他們本科學習的后2年即將赴加拿大繼續學習。為了提前適應國外的學習環境,他們的課程皆為雙語課程,大多為全英文授課。針對各不同專業及各不同課程的雙語課程,英文教學部分所占不等,都旨在使學生在掌握專業知識的基礎上,培養能進行該專業學術問題國際交流的能力。而在英文滲透度不同階段的雙語教學中,以全英文教學對提高學生英語交流能力效果最好[7]。考慮到學生的實際需求,加上所面向的學生英語水平普遍較好,在教學內容的改革中,相應提高了英語教學所占的比重。起初計劃實行全英文教學,但在與學生的初步交流后,發現他們的生物統計學專業英語基礎十分薄弱,如果一味用全英文教學,恐怕本就難懂的生物統計學知識再加上不甚明了的專業英語使學生對該課的感覺更加云山霧罩,可能連掌握相應生物統計學原理的這個最基本教學要求都完成不了。因此修訂了原初的教學計劃,適當增加了中文教學的分量,在教學參考書、課件及教學情景設置上都做了相應的調整。教學用書選定了2本,中英文各1本,分別為杜榮騫著的《生物統計學》(高等教育出版社)和ThomasGlover、KevinMitchell著的AnintroductiontoBiostatistics(WavelandPrInc),同時也列出一些適合本科生閱讀的英文教學參考書,方便學生課前預習和課后自學。采用全英文課件,旨在更好地給學生一個英語教學環境,而教學過程中,針對關鍵的專業知識和難懂的統計原理,用中英文詳細解釋,反復舉例,力爭使學生在掌握生物統計學知識的基礎上同時增強他們的生物統計專業英語交流能力。
在確定該雙語課程的教學語言模式后,根據該課程的教學目標及學時數,考慮到增加的生物統計學專業英語方面的學習內容,修訂完善了教學大綱,對教學內容進行相應調整。相較于學校其他專業及他校該課程的40~50個學時安排,安排了60個學時,從時間上說比較充裕。其中51個學時為課堂理論課,9個學時為上機實踐課。教學的主要內容與以往保持一致,包含生物統計學的基本原理概念、試驗設計、描述統計(數據的整理與分析)和推斷統計,每章增加相應的專業英語和統計軟件操作的學習內容,并在課堂講解后及時進行上機實踐課的練習。為了讓學生更好地學會靈活應用統計知識解決實際問題,一些公式的數理推算過程簡略介紹,不再重點講解。一方面讓學生有更多時間和精力做到學以致用,另一方面打消學生因害怕艱澀難懂的數學演算而對該課程產生厭學情緒。在教學模式中,將理論與實踐相整合,以達到“學中做,做中學”的目標。
2整合理論教學與實踐教學
生物統計學雖然系統性、理論性強,但它更是一門實踐性強的工具課。在教學中,若僅教授理論,學生很可能難以在今后的實際實踐工作和研究中將其真正變成有利工具利用起來。基于這些特點,筆者試著從多角度進行理論和實踐相整合的教學模式改革,以提高教學效果。具體體現在3個方面:一是試驗設計原則理論與實踐案例數據分析的教學整合;二是實踐案例統計分析理論與計算機統計軟件操作的教學整合;三是利用網絡教學平臺、課堂及課后的互動、中英文參考書的導讀,將生物統計專業英語的教授與交流整合。
試驗設計原則是生物統計學課程的重要內容之一,貫穿整個課程體系,它集中體現了統計思想的精髓所在。而對學生統計思想的培訓,可以說是生物統計學課程教學的核心部分[8]。在教學過程中,這部分相對容易,沒有復雜的數學公式,內容邏輯性強,學生能很快認同,但這也是最難教的一部分,學生可以很輕易地快速記住這些概念,但遇到實際問題的時候卻往往表現得不知所措。同時,正因為沒有真正學會如何去用,學生在一段時間后,可能不再記得這些概念原則。考慮到系統關聯性,不少生物統計學書將試驗設計的內容放在了全書的后半部分。若課堂教學也參照該順序,那么試驗設計原則教授的內容并沒有反復解說和演練,很可能會導致試驗設計的原則與實踐案例分析相割裂,難于找到內在的密切聯系,也使學生對試驗設計的原則學習缺乏實踐應用,從而導致易學易忘。所以筆者選擇了從課程教學的初期就開始結合案例講授統計思想,推出試驗設計原則的內容,在后期的各推斷統計模型的教學中,先給出案例,讓學生自我實踐,做出試驗設計,進一步講解試驗設計原則與統計思想。一方面使普遍懼怕書中繁雜數學公式的學生了解到統計其實是很有趣的一門課,并非是一味地進行數學計算,打破學生恐懼的心防,激發學生的學習興趣,讓學生有學下去的動力。另一方面,讓試驗設計原則與統計思想的講解和實踐貫穿課程始終,原理、原則思想都是從實踐中高度抽象濃縮的概念,也只有通過不斷的實踐,才能使學生在識記的基礎上做到靈活應用,提高統計學能力。
計算機統計軟件的操作技能在當今科技高度發展的時代愈顯重要,尤其是當今大數據時代,對于海量數據的處理,單靠紙筆顯然是不夠的。因此計算機統計軟件教學的重要性也被提到日程上來,成為當今生物統計學課程教學的重要部分[9]。關于計算機統計軟件的教學,筆者在不同班級中分別嘗試過Excel、SPSS和R教學,它們各有優缺點,
哪個軟件更適合本科教學,很難一概而論。軟件的操作屬于課程實踐環節的內容,它們都可幫助學生省去用復雜公式計算的工作,更高效地分析處理數據。無論是哪種軟件,單一的操作教授并不是難點,如何選擇正確的程序命令,如何解讀計算結果,得出科學結論才是統計軟件學習的關鍵,而這些則依賴其背后統計原理的掌握。正是由于這樣環環相扣的關聯,在教學過程中,筆者將統計軟件的教學和相對應的生物統計理論的講解通過實踐案例相整合,在課堂中講完統計理論后,隨即教授如何用軟件操作相關案例,通過軟件操作的講解和結果的解讀,進一步鞏固相關統計理論。同時,特意調整上機實踐課的時間,讓學生得以及時實踐,將實踐與理論教學整合。
該課程是雙語課程,培養學生的生物統計專業英語能力也是教學的主要目標之一。而任何英語的學習,更多實踐的練習是學好的不二法門。為了達到這個教學目標,筆者也采取了理論與實踐整合的策略,除了全英文課件及課堂英文教學外,也利用各種課堂課后互動的機會及學校的網絡教學平臺加大對學生生物統計專業英語的實踐訓練。推薦課程參考書有英文書也有中文書,推薦中文書的目的是幫助沒有生物統計學基礎的本科生更好地系統掌握該學科的理論知識,而英文參考書的閱讀則進一步訓練學生生物統計的專業英語閱讀能力。通過網絡教學平臺上傳該課程的學習資料,布置部分課程作業,加強與學生的互動。上機實踐課和課后習題也大部分采用英文形式,讓學生在實踐練習中熟記生物統計的專業英文詞匯。
3教學效果及其展望
經過這樣的教學改革,取得一定教學成果,但仍有不少缺憾的地方。通過理論與實踐相整合的教學模式,學生對抽象的統計學概念原理有了深一步的了解,可能對方差分析、線性回歸模型中相對復雜的計算公式不一定完全記牢,但對
其試驗設計的原理都有所掌握,對于不同的案例,學生基本都能判斷出其試驗設計的類型,據此選擇正確的軟件程序命令,并對數據輸入結果做出正確的解讀,達到了預期的教學效果。教學反饋顯示,學生普遍覺得案例偏少,自己實踐練習的環節不夠。從學生的表現看,他們也普遍熱衷于自我實踐的學習,激發了學習的熱情,筆者也鼓勵啟發他們嘗試多種方法解決問題,引導他們在課堂外自學,在實踐中相互討論,讓他們更深刻、直觀地理解生物統計學原理。而這也從另一方面反映了生物統計學為應用統計學一個分支的特點,需要在實踐中學習,才能幫助學生活學活用。為了檢驗學生對生物統計專業英語的掌握情況,在課程考核(上機考試和期末閉卷筆試)中也采用部分英文考核方式。雖然大多學生最初被題目中描述的生物試驗的專業英語所難住而顯得無從下手,也有少數學生還是抓住了題目中統計常用的詞匯,對題目做出了應有的解題判斷,在筆者的一點提示后,近一大半的學生還是有了解題的正確思路,這有很大可能是得益于英文教學與平時大量英文習題的練習。
總之,作為應用統計學分支的生物統計學是實踐性強的一門工具課,又具有理論性強的特點,理論與實踐相整合的教學模式使學生“學中做,做中學”,不但激發了學生學習的熱情,也能幫助學生通過實踐更深刻地理解其背后統計原理概念,并真正做到活學活用。結合教學效果及學生的教學反饋,將對該教學模式進行進一步的優化,進一步增加軟件實踐環節,做到學以致用,培養出適應當今科技發展潮流的人才。
作者:賈琪等
參考文獻
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[3] 賈琪,賈坤志.農林院校留學生生物統計課程全英語教學實踐與體會[J].教育教學論壇,2016(35):136-137.
生物統計作為畜牧學科的核心課程一直是高校的講授重點與難點。本文將結合筆者在講授生物統計學課程中發現的一些現實問題,如:理論課與實操分割,學生的數理基礎薄弱,課堂交流的缺乏等探討生物統計學課程的教學改革方向。
關鍵詞:
生物統計;教學改革
統計學可以分為數理統計和應用統計兩大范疇。生物統計學就是應用統計學中的一個重要分支,同時也是生物信息分析和超級計算機平臺上進行大數據分析的重要理論基礎。隨著國際大數據時代的到來,中國不論從政府,企業還是高等學府越來越重視統計學的相關課程。通過生物統計學課程的講授,筆者發現了一些生物統計學課程講授中一些值得探討的問題。
1高校教學安排中通常將理論課的講授和實踐操作分割開來
舉個例子來說,在高校的生物統計學課程通常是先進行基礎理論的講授,內容包括統計資料的整理,資料的描述統計,常用的概率分布,假設檢驗,方差分析,卡方檢驗,直線回歸與相關分析,以及試驗設計方法。所有的理論課程講完以后,一般情況下就過去10個教學周了。之后是安排一整周的教學實習。教學實習的安排通常是一種統計學軟件(如SAS)的操作,以SAS軟件為例,主要教授如下內容:SAS軟件的基本操作,SAS程序結構、程序的輸入、修改調試和運行,常用生物統計方法的SAS程序(描述性統計、資料的正態性檢驗、t檢驗、方差分析、直線回歸分析等)[1]。這里有幾個小問題值得高等教育的工作者去思考。首先,學生的記憶能否再10周以后對于抽象的理論知識依舊清晰。在微機課程開始的時候,所學的知識已經是幾周以前講授的內容了,在教學中,我經常發現當我提出一個指令讓學生輸入的時候,一部分學生還可以馬上跟上教師的節奏,另一部分學生在線面瞪著眼睛茫然不知所措。其次就是實踐操作的部分內容和理論課程脫節。這樣講授的后果就是不論理論課程還是實踐操作,學生學習結果都是半桶水,而生物統計學課程也成為同學們心目中的難點課程。
2涉及大量的抽象概念和公式,導致學生缺乏學習該課程的興趣
生物統計學涉及大量抽象概念,例如:總體與樣本,參數與統計量,準確性與精確性,隨機誤差與系統誤差,小概率事件實際不可能原理等[2]。生物統計學涉及大量的數學知識。雖然我院的學生在開設生物統計學課程之前已經學習了部分高等數學的知識。但對于理工口的學生而言,農科口的學生對數學的掌握和運用程度仍然有所欠缺。而這些抽象的概念和公式導致了部分學生的恐懼心理。
3統計學課程的數理屬性導致了課堂交流開放性的欠缺
和管理或文法課程不同的是,生物統計學課程中講述例題的結果是在概率論的基礎下做出的結論。比如說:當計算出的試驗參數小于或超過試驗閾值的時候,我們可以接受或否定預先建立的零假設,而否定或接受備擇假設,從而對試驗結果做出統計學上的判斷[3]。而管理學課程往往可以是多元開放的結果。比如:請用S(strengths)W(weaknesses)O(opportunities)T(threats)分析法來討論一家企業的優勢,劣勢,機會和威脅。同學在和教師的討論過程中就可以根據自身的知識,經驗和理解給出開放多元的答案。根據以上三點在生物統計學講授課程中所發現的問題。我對生物統計學課程有如下思考:1)將理論課時和實踐課時結合講授。首選的方案是在機房里講授統計學課程,2個標準學時的大課可以一堂課程講授理論課程,一堂課講授相關的微機操作。次選方案是在多媒體教室講課時,老師用自己的筆記本電腦連接連接多媒體平臺,切換理論和操作課程的講授,每節課程結束后,下次課帶學生進機房實操。2)對于數學基礎相對薄弱學科的學生,在每節課的講授之前先做一個簡單的概念回顧,將本節課程所需要運用的數學知識進行一個幾分鐘的短時間review以消除學生對數學知識的恐懼心理。3)加強和學生的課堂溝通。盡管無法做到象文科類課程那樣隨心所欲的暢所欲言,課堂交流在生物統計學課程上仍然是必要的。一般而言,我會選擇上一堂課結束前講授過的習題和同學們進行溝通交流。溫故而知新,對自己已經聽過的課程同學們進行解答和回顧往往更有信心,也能更好的活躍課堂的氣氛。
4總結
生物統計是一門農業口重要的核心課程,在生物統計的教學中,筆者發現了一些困擾現在高校教師和學生的問題,也提出一些教學改革的探討,以期提高教學效率,改善教學效果。
參考文獻