《生物統計與試驗設計》課程建設與學生科研素質培養

摘要：《生物統計與試驗設計》是農學類專業的專業基礎課，是從事農業科學研究的專業基礎工具。為了進一步提高本課程的教學效果，本文針對揚州大學農學院國家級精品課程《生物統計與試驗設計》的教學內容、教學體系、教學方法、教學手段、網絡教學統計軟件的開發應用以及在大學生科研素養培養的作用等方面進行了全面的總結和解析。以期對課程教學改革提供借鑒和幫助。

關鍵詞：生物統計與實驗設計 教學手段 網絡教學 科研素養

《生物統計與試驗設計》是農學、生物科學等專業重要的學科專業基礎課[1]，是關于科學試驗的設計、實施、試驗數據的收集、整理、分析，以及結果解釋和推斷的一門科學。本課程主要是運用數理統計原理和方法于農學和生物科學研究，使學生理解試驗數據現象和本質的關系，樹立農學和生物科學研究正確的思想和方法。該課程教學的目的是使學生初步具有獨立處理和分析農學和生物學試驗數據的能力，為進一步學習各專業課程以及畢業論文設計與實施奠定堅實的基礎。揚州大學的《生物統計與試驗設計》課程在2010年入選國家精品課程。目前，該課程的授課對象包括農學院、園藝與植物保護學院、生物科學與技術學院以及環境科學與工程學院多數專業的本科生以及部分研究生。近年來，在該課程的教學改革實踐中，我們注重將科研和教學緊密結合起來，通過科研促進教學，著力提高大學生的科研素養。通過深化教學改革，注重學生能力的培養，有效提高了農科大學生的科研素養。利用科研豐富教學內容，使學生通過本課程學習，掌握了進行科學研究的深入研究模式。

1 教學內容與教學體系改革

近年來，本教研室在教材建設、教學內容及方法的改革、相關課程系統構建等方面進行了多方面努力，主要包括：

1.1 改革教學內容，適應新時期人才培養需要

根據夯實基礎、拓展外延以及課程內容現代化的要求，需進一步修訂教學大綱。教學大綱不是《生物統計與試驗設計》章節內容的簡單堆砌，而是本門課程教學的指導性文件；不只是課堂講授的大綱，還應是指導學生自學的綱要。《生物統計與試驗設計》是一門工具，學習的目的是為了應用這一工具處理和分析試驗數據，對教學大綱進行修訂，在把握本學科前沿知識的同時，強調生物統計方法的應用，同時注意介紹本領域前沿信息與新的統計方法研究進展，以提高學生的學習興趣。

1.2 與時俱進開設相關課程，加強學生動手能力

學以致用是生物統計學的最終目的，在目前計算機已經普及的情況下，利用計算機解決統計計算問題已十分容易。本教研室積極拓寬思路，先后為本科生和研究生開設了《統計分析系統SAS應用》和《常用統計軟件的應用》兩門校級公共選修課，每年授課人數超過200人。這一做法不僅可以使學生更好地理解本課程所講授的統計分析方法，更有利于學生拓寬知識面，以適應新時代的要求。除開設《生物統計與試驗設計》課程外，還應開設高級生物統計、試驗設計、數量遺傳學、統計基因組學、生物信息學等多門后續相關課程。這些課程大多是作物遺傳育種、植物生物技術專業研究生的學位或必修課程。對進一步加深對《生物統計與試驗設計》課程的理解起到重要作用，此外還對作物遺傳育種、植物生物技術以及其他農學相關專業研究生的培養有較大作用。

1.3 規范教學環節，提高教學效果

在課堂講授、上機操作等教學過程中，注重革新教學方式，活躍教學氛圍，充分發揮啟發式教學的特色，從發現問題、解決問題入手引導學生，強化自覺學習的效果。教學過程中結合多媒體課件使用，但又不拘泥于多媒體課件，采用多種形式，激發學生的學習積極性，提高學習效果。另外，講授過程中特別注重統計基礎理論與統計分析方法與生產和科研實踐相結合，使學生對統計方法的了解與掌握更加實在。努力探討實踐互動式教學，改變傳授式教學中師生的距離感，采用計算機演示，上機等實踐環節，加深對知識點的掌握，熟練常用統計分析方法的學習與應用。多年來，本教研室一直采用試題庫出卷、試卷內容廣泛、題目嚴謹、嚴格考試、統一閱卷，判分標準合理，使生物統計課程歷來為各類學生所重視，使這一在農學院普遍認為較難學習的課程，被廣大學生所接受、理解并掌握，并能在畢業論文、科研實踐中加以應用。

1.4 突出精品，狠抓教材建設

教材建設是課程建設的基本內容之一，是保證教學質量的基礎。本課程教研組非常重視教材建設，早在上世紀八九十年代，本課程組莫惠棟教授就編著出版了《農業試驗統計》（第一版和第二版）和《實用農業試驗方法》等教材[2]。中國科學院生物學部委員、院士、中國作物學會理事長莊巧生研究員曾評價道：“《農業試驗統計》是一本好書，內容豐富，條理清晰，系統性、邏輯性、實用性都很強，不僅是大學本科生、研究生的好教材，也是農業科學特別是作物科學工作者的好工具書”。此外，為了與《生物統計與試驗設計》課程學習相配套，在1996年組織編著并出版了《統計分析系統SAS軟件實用教程》，該教材是國內較早介紹統計軟件的教材。為了進一步適應新時期的教學需要，本課程組又主編了《SPSS農業試驗數據分析實用教程》和參編了“十二五”規劃教材《生物信息學》等，形成了系列教材體系。此外，經高等教育出版社約稿，本課程組正在組織中國農業大學、華中農業大學等相關教師《生物統計與試驗設計》國家“十二五”規劃教材的編寫工作。

2 教學方法與教學手段改革

《生物統計與試驗設計》是農學類專業的一門重要的基礎課，該課程最大特點是概念多、公式多[4-5]。針對本課程的實際特點，在組織教學中，主要采取以下幾種解決辦法：①組織集體備課等各類教學活動，對重點難點共同研討，并提出解決方法和采取措施等原則性建議，再由各任課教師結合班級具體情況組織教學。②提倡啟發式、討論式的教學方法，教師的講解深入淺出，厚積薄發，層層剖析。采用講要點、講方法、講思路的教學方法，引導學生積極思考，學生參與和交互，提高學生的學習主動性。③提倡利用多媒體課件，錄像，網絡技術等輔助教學手段，結合板書進行教學，增強教學效果。本教研室在多年教學經驗的基礎上研制了單機版的“生物統計輔助教學系統”多媒體課件，該課件利用動畫演示、數據庫查詢、自測系統等方式引導學生學習該課程。完成了具有自主知識產權的DAS數據處理軟件的研制。建立了生物統計網絡教學系統。④滾動式教學手段的運用。由于統計課的內容前后連貫性很強，因此，從實例或學過的內容引出新的知識就顯得尤為重要。通常在一節課的開始，教師可采用提問或自我總結的方式，將上次課或與本次課有關的知識用精練的語言進行概括，起到帶領學生復習和理清思路的作用，然后順著這個思路引出新的知識。⑤堅持提倡學生的自主學習精神，使學生從“教會”到“學會”，最后達到“會學、會用”，使學生終身受益。

3 以科學研究促進教學

3.1 注重教學內容和教學體系改革

以科研促教學是做好《生物統計與試驗設計》教學工作的主要措施。在精品課程建設的幾年中，課程組成員群策群力，充分發揮集體作戰的優勢，努力爭取教育部和校級教改項目，先后承擔教育部、省教育廳和學校等多項教學研究項目，并將我們的研究成果應用到教學之中，對教學具有很好的促進作用。研究成果不斷充實到教學內容中去，收到了很好的效果。此外在教學過程中我們還經常組織集體聽課，互相討論，加深對統計分析理論的理解。并注重對探討的內容進行總結，積極撰寫教學論文，提高教學水平。

3.2 承擔其他科研項目，拓寬研究領域

實踐證明，科研工作對充實和更新教學內容、改善教學條件、增強教師素質、提高教學質量都有重要作用。因而本教研室的所有教師都是教學、科研雙肩挑的。目前，本教研室的教師主持和參加多項國家級（如國家自然科學基金項目、863項目，973項目等）、部省級（省自然科學基金等）課題20多項。近年來，在國際權威期刊上發表論文多篇，在國內自然科學核心刊物上發表論文70余篇，其中被SCI收錄的論文30多篇。此外，我們的研究成果曾獲得教育部自然科學二等獎等科研獎勵。以上的科研項目和研究成果，大多數與本課程密切相關，這對加深統計課程的理解，提升教師水平，提高教學效果有很大作用。因此，科學研究不僅促進了本教研室教學質量的提高，還有利于青年教師和研究生的培養。

在教學過程中，可以將教學與科研相結合，提高學生的學習積極性。例如，平均數的比較可用我們自己培育的新品種間產量的比較；緒論的教學可介紹自己在生物統計與田間試驗課程方面的科研成果，即把自己提出的胚乳性狀QTL定位方法、最大似然聚類方法、非線性擬合的縮張算法和多種具有國際影響的QTL定位新方法等介紹給同學，一方面建立自己在學生中的威信，另一方面又提高學生的積極性；在適當的時候將研究生處理數據資料的經典例子給同學講述，使他們意識到要靈活使用統計方法，才能發揮其最大的效益；把承擔的國家、省部級科研項目的內容從生物統計與田間試驗側面講述給學生，潛意識地培養學生的科學研究能力。

4 全新教學方式的使用

依托校園網，建立了生物統計網絡教學系統。本教學系統包含課程簡介、師資隊伍建設、教學大綱、課程教案、常用統計軟件的應用、習題集、統計軟件開發、教研教改和參考資料等內容。同時為方便同學生的交流，我們專門設立了網絡討論區。生物統計網絡教學系統的多樣性、形象性、互動性及靈活性等特點，改變了以往生物統計教學的抽象與難懂，促進了學生的學習積極主動性。除了建立了《生物統計與試驗設計》教學網站，為適應單機版用戶，我們開發了單機版的DAS（數據分析系統），目前2.0版本已經通過測試，即將發布在互聯網上。DAS系統包含學習系統和數據分析系統兩個部分。其中學習系統面向生物統計的初學者，為其提供一個良好的學習工具；而數據分析系統采用全菜單操作方式，類似Excel的運行界面，完美的圖形輸出方式來進行數據分析，涵蓋了課程中所涉及到的所有的統計分析方法。目前我們正在積極開發DAS系統的iPad版本和android版本。

5 在大學生科研素質培養中的作用

教研室堅持邊研究探索、邊試點實踐的方針，不斷總結經驗，全面規劃，重點突破。自2003年以來，參加試點實踐的有農學、農業信息技術、農村區域發展、生物技術、植物保護和應用化學等本科專業，學生人數1000人。具體效果主要體現在：①通過深化教學改革，注重學生能力的培養，有效提高了農科大學生的科研素養。利用科研豐富教學內容，使學生通過本課程學習，掌握了進行科學研究的深入研究模式：立題→制定試驗方案→選擇田間試驗設計類型→田間實施→觀察記載→收獲、取樣、考種→整理資料→統計分析→撰寫課程論文→發現問題→再次立題，深化研究。提高學生的分析問題解決問題的能力，為學生今后從事科學研究奠定了良好的科研素養。近年來，本科生將本課程所學習的教學方法應用到科研實習中，在國內外期刊上發表學術論文的本科生明顯提高，并已經有本科生將論文發表在SCI刊物。②為本科生考取研究生后進行科學研究奠定了方法論的基礎。開展統計軟件的學習，擴大學生的視野，提高學生的素質，為學生以后在科研工作中利用統計軟件解決實際問題奠定了基礎。近年來農學院考取研究生的同學將生物統計和試驗設計知識應用于科學研究中，數據分析的能力大大增強。

參考文獻：

[1]王永立，喬琳，樊淑華.生物統計學課程教學改革探索與嘗試[J].周口師范學院學報，2011，28（5）：82-84.

[2]莫惠棟.農業試驗統計[M].上海科學技術出版社，1992.

[3]蓋鈞鎰.試驗統計方法[M].北京：中國農業出版社，2001.

[4]陳柄.《食品試驗設計與統計分析》課程教學設想[J].西南農業大學學報，社會科學版，2008（6）1：211-213.

[5]葉子弘，崔海峰，陳春.生物統計學課程“能力素質培養計劃”的構建及分析[J].安徽農業科學，2011，39（10）：6268-6269.