注重統計思維培養與應用為主導的生物統計學課程建設

張靖++鄒吉祥++同麗嘎

摘 要： 統計學是現代生物科學研究和實踐應用中不可缺少的工具。針對大連民族大學生物技術專業生物統計學課程中存在的“理論講述占用學時長、強調數學屬性、忽視實際應用，導致學生實踐應用能力低等”問題，提出在教學中注重學生思維培養和能力提高，以統計思維培養為主線，以實際應用為主導，采用理論教學與實踐教學相互滲透融為一體的教學方式，在教學過程中取得了較好的效果。

關鍵詞： 統計學思維 應用能力 R語言 案例教學 生物統計學

1.引言

生物統計學是應用數理統計的原理和方法，處理、整理和分析生物科學研究中的資料，揭示生物學本質的一門科學[1]，其在現代生物學和生產實踐具有不可替代的作用[2]。通過向學生講授數理統計的基本原理，使學生能獨立設計科學實驗、正確處理和分析實驗數據，對實驗結果作出科學合理的解釋[3]，以培養學生科學運用統計學的方法分析和解決問題的能力、探索問題的能力，激發學生的開拓創新精神[4]。

2.課程建設的必要性

大連民族大學生物技術專業于2011年開始招生，作為新辦專業，原來的教學計劃中沒有“生物統計學”的課程，只設置有32學時學校平臺課程“概率論與數理統計”，旨在使學生掌握數理統計的基本原理和分析方法。但在實際課程講授過程中存在以下問題：一是概率論部分的講授占用了超過2/3的學時，數理統計部分講授較少，使學生缺乏數據處理與統計分析的必要訓練。如在2014屆本科生答辯過程中發現畢業論文中缺乏統計分析，在答辯時也沒有試驗設計與假設檢驗的概念。二是強調數學屬性，而忽視實際應用。授課教師在講授過程中過分強調公式的記憶和推導，學生課后練習多通過查找書后附表與手工計算結合的形式，長期忽略其應用性特點，忽視了利用計算機軟件進行試驗設計和數據統計分析的能力培養[5]。三是缺乏足夠的實踐環節，面對實踐中的新問題不能采用恰當的統計方法。生物統計學是應用型學科，實踐環節的缺乏，導致學生對生物統計學的應用能力偏低[6]。此外，我校生物技術專業本科生在大二上半年需要進入各老師的實驗室參與實驗室工作，課程的講授與他們在實驗室所見、所做和統計學聯系不上，不會設計實驗和分析數據。因此，更新教育理念、建立以應用能力培養為導向的生物統計學課程，是培養社會適應型人才的急待解決的問題[7]。

針對上述生物統計學中的不足，在教學中應注重思維培養和能力提高，基本思路是以統計思維培養為主線，以實際應用為主導，理論教學與實踐教學相互滲透融為一體的教學方式。

3.以統計思維培養為主線

所謂統計思維，就是面對社會生活中的各種問題，能夠從統計學角度進行思考，并能恰當運用數理統計的方法來分析和解決問題[8]。類似于美感、樂感、節奏感等，當遇到有關問題時，能想到從統計的視角收集數據和分析數據。以“參與式”教學方式與案例講解作為統計思維培養的主要形式。

3.1通過“參與式”教學方式讓學生理解生物統計學基本概念。

在教學中準備“參與式”的教學素材，能夠讓學生深刻掌握統計背后的真正含義。如在講授統計學基本知識時，將他們通過“參與式”教學的形式引入統計學的大門。通過一個常識問題的逐步深入使學生加深思考：“如何比較兩個同學的身高”，“如何比較學習本課程班級同學的身高”，“如何比較大連市全體本科生的身高”。使學生逐步了解均值、方差等常用統計指標，并增加對抽樣概念的感性認識。在講授抽樣分布內容時，很多學生很難理解“統計數的抽樣分布”與前面所講授的各種分布函數之間的關系。因此，采用“參與式”教學方式，給出紅、綠、藍、白四個小球（分別代表1、2、3、4）。首先，讓學生做樣本容量為n=2（總體數為N=16）的放回抽樣；其次，分別計算16次抽樣的平均值、統計出均值為1、1.5、2、2.5、3、3.5和4情況出現的概率；再次，根據概率繪制出概率分布圖；最后，給學生講解總體（16種抽樣可能）、樣本（每次抽的2個小球）、樣本抽樣分布（繪制的圖形）的概念與實驗中哪些過程相對應。

3.2在教學方式上，通過案例講解讓學生清楚理解不同統計方法背后的含義。

以方差分析為例，“處理”、“重復”、“處理效應”、“實驗誤差”和“總變異”等，通過的公式描述和推導的形式很難使學生了解該方法背后的含義。因此，選擇“我國不同省市平均身高”為案例進行講解。各個省市抽樣出的人在理論上應該身高是相等的，但由于其所處的地理環境和后天的生活習慣不同，造成每個人的平均身高不同。不同的省份就是處理，每個省份抽出的不同人就是重復；地理環境就是組間效應，個體的差異/基因的微小差異就是試驗誤差，即由組內效應造成的；方差分析實際上就是解每一個觀測值（抽取出個人的身高）與總體平均數、組間效應和組內效應的線性方程的過程，即方差分析的基本思想——將觀測值出現變異分解為處理效應的變異和試驗誤差的變異。通過這個實例的講解，使學生對方差分析有了進一步的感性認識，能讓學生更加深刻理解各種統計方法。

3.3實際應用為主導。

注重實際應用，本課程安排多次上機實訓，通過R統計軟件和實踐專題訓練的形式，幫助學生鞏固和加深對統計學的理解。R語言具有開放的源代碼，完全不用擔心版權問題，具有豐富的統計函數及強大的圖表制作功能，并可以通過安裝新的包進一步增強其功能[9]。國內外許多大學開始采用自由軟件R作為統計教學輔助工具[10]。專題訓練的數據都來自于本專業教師的相關的研究成果。設計的專題訓練包括：“生物專業技術試驗數據預處理與分析”、“不同水氮條件對文冠果產量的影響”、“鹽堿梯度下吳屯楊長勢分析”、“農家肥對蔬菜品質的影響”等。經過這些專題的訓練，學生能獨立應用這些數據完成數據的統計和結果分析，達到與本專業教師的科研項目相結合的目的。

實踐專題的設計遵循“實驗設計”、“資料整理在實施過程中始終以應用為主導，與特征數的計算”、“統計推斷”、“方差分析”、“直線回歸與相關分析”、“圖表制作”為主線，通過教師的逐步操作講解。將學生分為若干學習小組完成專題訓練，所有專題研究均要求撰寫有一定水平的研究報告，學生在課堂中向其他學生講述：如何設計實驗、如何提出異常數據、采用何種分析方法、如何得出具體結論，等等，最后老師評述學生在專題訓練中的優點和不足，初步實現了從被動接受知識向提升應用能力和創新潛能的轉變。

4.結語

本文結合生物統計學教學中存在的問題，以學生統計思維培養為主線，以實際應用為主導，在教學中注重思維培養和能力提高，將傳授知識、培養能力和提高素質有機結合。通過對2014級本科生的講授，在“2015年的遼寧省大學生市場分析大賽”過程中得到了許多指導老師的肯定：“學生在比賽準備過程中可以較熟練的應用統計學的基本原理和方法解決實際問題。”筆者希望通過本論文的“磚”為生物統計學的教學改革引出更多的“玉”。

參考文獻：

[1]李春喜，邵云，姜麗娜.生物統計學（第四版）[M].北京：科學出版社，2008.

[2]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）：82-4.

[3]趙亮，高貴珍，劉小陽，等.應用能力培養導向的生物統計學課程改革初探[J].宿州學院學報，2013，28（11）：108-10.

[4]戚文華，蔣雪梅.高校生物統計學課程教學改革與探索[J].教育教學論壇，2014（42）：109-11.

[5]朱香萍，李楨，張庭榮.信息時代《生物統計學》教學的探索與實踐[J].農業網絡信息，2008（2）：81-4.

[6]陳秀莉.生物統計學教學改革實踐與體會[J].陰山學刊，2014，28（3）：90-2.

[7]孫耀中.生物統計學課程教學中對學生的綜合能力培養[J].河北科技師范學院學報，2006（1）：60-2.

[8]周建軍，張理，唐年勝.統計學教學中統計思維培養的幾點思考[J].科技信息，2013（23）：19，29.

[9]張哲，張豪.淺談R語言在生物統計學教學中的應用[J].教育教學論壇，2013（27）：54-5.

[10]詹秋文.計算機技術在生物統計教學中的應用[J].高等農業教育，2002（6）：56-7.