淺談《R語言與生物統(tǒng)計學》的“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式

李蘭芝 陳淵 易圖永

摘要：本文討論了《生物統(tǒng)計學》課程的重要性、難點和關(guān)鍵，結(jié)合R語言教學的必要性和可行性。為最大化課堂效能，探討了《R語言與生物統(tǒng)計學》的“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，分析了該課程的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢，并對該課程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)提出了一定的解決策略。

關(guān)鍵詞：R語言；生物統(tǒng)計學；慕課；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）03-0193-02

生物統(tǒng)計學是傳統(tǒng)生物學、醫(yī)學、農(nóng)學和現(xiàn)代分子生物學研究不可缺少的工具，是一門應用性很強的學科，是生命科學各相關(guān)專業(yè)學生學習后續(xù)專業(yè)課的必備基礎(chǔ)。通過《生物統(tǒng)計學》課程的學習，能夠培養(yǎng)學生掌握基本的試驗（調(diào)查）設(shè)計和統(tǒng)計分析方法，較靈活地應用統(tǒng)計基本方法與手段分析和解釋生物學現(xiàn)象、進行科學研究的實驗設(shè)計及其數(shù)據(jù)資料的處理，有利于培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為學生今后科研能力和管理能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)（王魏根，2017）。

《生物統(tǒng)計學》是生物學科和農(nóng)學學科本科教學中的基礎(chǔ)課程之一。然而，一方面，隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω鲗W科發(fā)展的推動作用也日漸凸顯。得益于各種新技術(shù)的開發(fā)，各類生物學問題研究的精確性也得到日益提升，傳統(tǒng)問題的分析方法也由簡單的定性研究逐漸升級為更為復雜的定量研究。近年來DNA高通量測序技術(shù)成本大幅度降低，積累了大量的基因組和轉(zhuǎn)錄組等數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的深度挖掘也將成為現(xiàn)階段以及未來研究的熱點。數(shù)據(jù)處理的技術(shù)與藝術(shù)在生命科學發(fā)展中的需求越來越高，生物統(tǒng)計學在學科人才培養(yǎng)中的地位也愈加重要（王建等，2017）。另一方面，經(jīng)調(diào)查學生反應生物統(tǒng)計學課程設(shè)計過于偏重基礎(chǔ)理論，難度較大、略感枯燥且學習效果欠佳。尤其是沒有系統(tǒng)學習過較好的統(tǒng)計軟件，或者接觸的統(tǒng)計軟件實用性欠缺，造成了學而無用的感覺。

現(xiàn)有多種統(tǒng)計軟件如SPSS、SAS、Excel和R語言等被應用于生物統(tǒng)計課的實驗教學，以輔助學生對統(tǒng)計學理論知識的理解，提高生物統(tǒng)計學知識的應用能力。其中，與常用的SPSS和SAS等統(tǒng)計軟件相比，R語言以其好學易懂、操作性強、開源免費等強大優(yōu)勢，極受授課老師推崇和學生歡迎（馬相如，2010）。作者經(jīng)過多年的本科、研究生教學和科研探索，以及對學生的課后調(diào)研表明：R語言既是一款更適合在生命科學相關(guān)專業(yè)本科生教學中進行使用的統(tǒng)計分析軟件，也是進行科學研究的好軟件。《R語言與生物統(tǒng)計分析》將易學好用的R軟件應用到大學生物統(tǒng)計的課程教學過程中，以生物數(shù)據(jù)的常用統(tǒng)計分析方法為基礎(chǔ)，在簡明扼要地闡述統(tǒng)計學基本概念、基本思想與基本方法的基礎(chǔ)上，講述與之相對應的R函數(shù)的實現(xiàn)，并通過具體的例子說明統(tǒng)計問題求解的過程。《R語言與生物統(tǒng)計學》課程注重統(tǒng)計的思想性、方法的實用性和計算的可操作性，既能鍛煉學生的實際動手能力又能提升學生的學習興趣，提高教學效果（段煉等，2017；張哲等，2013）。

然而，對于剛接觸R語言的學生來說，利用R進行統(tǒng)計分析無疑是增加了學習的負擔，這時僅僅依靠課堂教學時間進行學習、訓練是達不到教學要求的，所以要增加課外學生自主學習的時間。隨著社會的進步發(fā)展，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)的便利，變革當前的教育結(jié)構(gòu)與教學流程，轉(zhuǎn)變教學和評價模式，以有效解決教學內(nèi)容的不斷膨脹和發(fā)展需求與教學效率低下的矛盾，是值得教育者關(guān)注的課題。慕課（MOOC）的出現(xiàn)為此提供了良好的契機，同時也是高校課程改革的重要手段和方式之一，也是現(xiàn)代教育學科建設(shè)，特別是優(yōu)勢學科、優(yōu)勢課程建設(shè)的重要推手。自2004年開始，已有不少發(fā)達國家的教育者開始嘗試“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學思路與模式（田愛麗，2016）。

該模式能培養(yǎng)學生的高層次思維能力、創(chuàng)新精神和實踐能力，改變以往傳統(tǒng)教學模式中教師講學生聽為主的授課方式、紙筆測試為主的評價方法，很好滿足學生個性化學習的需求。首先，翻轉(zhuǎn)課堂是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)的便利，教師指導學生課前觀看相關(guān)教學資源信息，如對知識的講解的教學微視頻、課件，借助圖書館或網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)資料，與同學相互討論等多種方式，提前自主完成知識的預習。學生根據(jù)自己的學習節(jié)奏和學習風格自行規(guī)劃學習內(nèi)容和獲取知識，提出預習過程中所遇到的問題；教師通過分析學生學習的數(shù)據(jù)和學生的“問題”，課堂上有針對性地重點講解，師生共同研究解決問題，體現(xiàn)了以“學生為本”的思想和個性化教學理念，推動學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，最大化課堂效能（章明珠等，2017）。學生的慕課學習是翻轉(zhuǎn)課堂的前提條件，翻轉(zhuǎn)課堂是慕課學習的自然延伸和有機組成部分。慕課學習并不排斥課堂，而是為了讓師生更好地利用課堂上的時間進行深度研討和創(chuàng)造探究，提升課堂教學的效益。西方有研究表明：學生線上學習與線下學習，效果一樣好；而線上與線下相結(jié)合的混合學習，其效果要好于任何單一的學習形式（田愛麗，2016）。

一、《R語言與生物統(tǒng)計學》開展“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢

1.利用網(wǎng)絡(luò)平臺在線課程，受眾更多。將結(jié)合生物統(tǒng)計的理論知識講解和R語言分析案例的實操錄制視頻，上傳到網(wǎng)絡(luò)課程，便于學生反復觀看學習，相比傳統(tǒng)課堂理論知識講解更生動、更系統(tǒng)也更方便。配以其他學習資料和進階作業(yè)，通過學習平臺發(fā)送給學生，學生可隨時隨地登錄網(wǎng)絡(luò)課堂，時間安排更為靈活，時間利用更為高效。

2.培養(yǎng)方式靈活，針對不同層次的學生群體，可設(shè)定不同的學習章節(jié)。比如對于注重統(tǒng)計軟件應用專業(yè)的本科生，可安排R語言介紹和安裝，次數(shù)分布和描述統(tǒng)計，理論分布和抽樣分布，統(tǒng)計假設(shè)測驗，方差分析，常用實驗設(shè)計，卡方測驗，直線回歸和相關(guān)，多元線性回歸等基本統(tǒng)計知識相關(guān)章節(jié)，而對統(tǒng)計知識要求更高的專業(yè)（如生物信息學專業(yè)）或更高層次的學生（生命科學相關(guān)專業(yè)研究生）可增加ggplot2畫統(tǒng)計圖，或基于R語言的機器學習的高級統(tǒng)計知識相關(guān)章節(jié)。

3.課堂交流更有效。由于采取“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，學生首先在學習平臺上，通過視頻，在教師引導下先行自學，完成進階作業(yè)，達到對基礎(chǔ)知識的理解和識記，明確哪些知識點還未理解透徹，帶著“問題”進課堂，增強了師生課堂交流的有效性。教師則通過分析學生學習的數(shù)據(jù)，在詳細把握學情的基礎(chǔ)上，課堂上有針對性地重點講解，師生、生生一起解決疑難，拓展探究，動手實踐，在此過程中發(fā)展學生的高層次思維能力，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，促進拔尖創(chuàng)新人才的成長。

二、《R語言與生物統(tǒng)計學》開展“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式面臨的挑戰(zhàn)及解決策略

1.該教學模式能否成功應用的前提是較好的現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境和學生的學習自主性。現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境包括通暢的無線和有線網(wǎng)絡(luò)、豐富優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上學習資源、便捷的學習交流平臺和移動智能設(shè)備等，許多學校在此方面已提供了良好的條件，并給予一定的經(jīng)費支持。學生的學習自主性一方面需要學生自覺培養(yǎng)，另一方面需要有相應的在線學習監(jiān)控和評價系統(tǒng)。

2.《R語言與生物統(tǒng)計學》注重理論知識的理解和統(tǒng)計軟件的應用能力的培養(yǎng)，實操性要求非常強，其關(guān)鍵在于內(nèi)容設(shè)置的合理性，學生實際應用R語言完成案例分析的可行性。為幫助學生對理論知識的理解，可在每個理論知識點講解時，借用案例實操分析，并用圖表等將結(jié)果形象化，最后穿插試題，檢驗學習的效果。留存問題，可供進一步課堂上師生交流。對于基礎(chǔ)較差的學習者還可提供相應的討論主題、推送輔助學習材料，以供其更好地開展討論和完成習題做好準備。

3.本課程的開展，目的之一也是高效利用時間，將老師從重復講解理論知識中解放出來，將更多的時間用在個性化教學上。為增強學習的趣味和實用性，對一些對科研感興趣的同學，我們還可結(jié)合老師的科研項目，開展R語言統(tǒng)計知識的應用實踐，將這些實踐項目信息上傳到網(wǎng)絡(luò)課堂，與學生有針對性地開展討論研究，達到“以研助教，以教助研”的目的，使師生達到“雙贏”的局面，既培養(yǎng)了創(chuàng)新型人才，又提升了教師的科研能力和教學水平。

4.課程的良性循環(huán)發(fā)展。理想的教學是“因材施教”，而非模式化，“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式，可將學生進行合理分層或分班，設(shè)置彈性教學管理與多元的個性化的評價制度和方式，并增加參與度、滿意度、情感體驗度等指標，從而使學生能夠持續(xù)使用慕課，進而享受到慕課+翻轉(zhuǎn)課堂帶來的益處。

參考文獻：

[1]章明珠，廖開陽.“翻轉(zhuǎn)課堂”在計算機實踐課程中的應用[J].電子測試（科技論壇），2017，（6）：108.

[2]田愛麗.轉(zhuǎn)變教學模式 促進拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)——基于“慕課學習+翻轉(zhuǎn)課堂”的理性思考[J].教育研究，2016，（10）：106-112.