生物統(tǒng)計學線上教學的創(chuàng)新與實踐

項韜 余梅 曹建華

[摘 要]生物統(tǒng)計學是學習開展現(xiàn)代生物學研究所必需學習的基礎核心課程，其理論相對比較復雜，細節(jié)要求嚴格。新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，線上教學由之前的輔助教學方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕虒W方式，生物統(tǒng)計學課程的特點使其線上教學的效果受到影響。文章試以課程內(nèi)容設計、教學方式革新、考核方式改革以及對學生綜合能力的培養(yǎng)為切入點，探討疫情期間生物統(tǒng)計學課程教學模式的創(chuàng)新變化與教學實踐思考，力爭在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化的背景下，能夠?qū)崿F(xiàn)生物統(tǒng)計學線上教學的基本目標，從而提高教學效果。

[關鍵詞]生物統(tǒng)計學;線上教學;課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）02-0178-04

生物統(tǒng)計學是運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法對生物學中存在的客觀現(xiàn)象進行分析研究的一門學科，是進行現(xiàn)代生物學研究必備的基礎工具，具有很強的應用性[1-2]。但是，生物統(tǒng)計屬于數(shù)理統(tǒng)計學的一門分支課程，即使采用傳統(tǒng)線下授課開展教學，其教學內(nèi)容也顯得相對晦澀。因此在教學過程中，表現(xiàn)尤為突出的問題是學生機械式地完成對理論知識的記憶，無法深入理解統(tǒng)計原理和思想，難以設計科學合理的試驗，不能熟練掌握常見的統(tǒng)計分析軟件，將知識應用于解決實際問題的能力缺乏。在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化的情況下，教學模式有了很大變化，開展線上教學時教師沒有辦法通過學生的課堂學習狀態(tài)迅速、準確地評估學生對教學內(nèi)容的接受程度。開展線上教學，對教師而言，是全新的嘗試也是挑戰(zhàn)，同時也可能是一個改變傳統(tǒng)授課模式的契機。為了盡量減少疫情對課程教學的消極影響，使學生基本掌握生物統(tǒng)計學的核心內(nèi)容，達到教學目的，筆者針對生物統(tǒng)計學課程的特點從課程內(nèi)容、教學方式、考核方式等幾個方面對這門課程的線上教學進行了探索。

一、課程內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化

生物統(tǒng)計學的理論基礎源自概率論與數(shù)理統(tǒng)計，其中包含較多抽象的統(tǒng)計學和概率學概念以及大量的數(shù)學公式與計算。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，統(tǒng)計學理論和方法不斷更新，這就使得這門課程的授課內(nèi)容也需與時俱進。此外，前期的理論講授過程相對枯燥，再加上線上教學的實效性有所降低，難以調(diào)動學生的學習積極性，因此合理調(diào)整線上課程的內(nèi)容結(jié)構，將理論基礎與實際應用加以平衡顯得至關重要。

（一）合理劃分課程模塊

教師在進行線上課程設計時，需要考慮到疫情期間學生在家自主學習，沒有跟老師面對面互動，學習主觀能動性下降，課程學習速度會相對緩慢，因此應該合理劃分課程整體模塊，突出課程重難點，科學安排教學任務，以收到更好的教學效果。生物統(tǒng)計學的課程內(nèi)容應用性較強，其線上教學應當將重點放在后續(xù)的假設檢驗、方差分析和回歸分析部分。但是，扎實掌握生物統(tǒng)計學課程的開篇內(nèi)容，是取得良好教學效果的基礎，是開展后續(xù)較難理解內(nèi)容學習的鋪墊。教師在劃分課程模塊時需要抓住主干，使前后內(nèi)容得到貫通，并且要在全程授課中適當回顧前面的相關內(nèi)容，以防出現(xiàn)“基礎打不牢，學問攀不高”的現(xiàn)象。

（二）結(jié)合實際應用優(yōu)化課程內(nèi)容

生物統(tǒng)計學是學習開展生物學研究的必修課程，其課程內(nèi)容隨著計算機技術和生物學技術的發(fā)展更新較快。如今大部分高等院校所使用的生物信息學教材，其內(nèi)容較為陳舊，仍以傳統(tǒng)的統(tǒng)計學理論知識為主，沒有強調(diào)生物統(tǒng)計學在生物學研究如數(shù)據(jù)分析的差異表達分析、聚類分析、主成分分析等內(nèi)容中的作用[3]。誠然，扎實掌握相關理論是學好生物統(tǒng)計學的基礎，但是過度強調(diào)理論學習而忽略引導學生將學到的統(tǒng)計學知識用來解決生物學實際問題，容易使學生在未來的實踐應用中無從下手。另外，教師授課如果大部分都是對理論知識的講解，就會顯得枯燥乏味，學生的學習積極性下降，而這個現(xiàn)象在線上教學中會更加明顯。因此在設計這門課程的內(nèi)容時，教師應當結(jié)合實際，介紹生物統(tǒng)計學在生物技術前沿的應用，并通過引入時事熱點如新冠肺炎相關案例，或以知名論著以及教師和學生的研究課題為案例進行分析，將理論知識與實驗設計相結(jié)合。通過這樣的方式進行課程內(nèi)容的講授，引導學生進行結(jié)果分析和實驗設計，可以增強課程的互動性，也可以更好地培養(yǎng)學生的邏輯思維能力與知識應用能力，充分體現(xiàn)生物統(tǒng)計學課程的應用性。同時，為了提高學生的數(shù)據(jù)處理能力及應用能力，應該增加對SPSS、SAS、R等生物領域常用軟件的介紹和其有效使用方法的教學，增加上機練習題和準備好包含詳細操作步驟的習題答案，使學生能夠獨立使用軟件工具，較輕松地掌握利用現(xiàn)代統(tǒng)計工具解決生物學問題的基本操作。

二、課程教學方式的改革

（一）巧妙設計教學方案

生物統(tǒng)計學涉及諸多數(shù)學公式與計算，這使得許多數(shù)學功底薄弱的學生容易產(chǎn)生畏難情緒，影響其學習興趣。針對這一點，教師應該為充分激發(fā)學生的自主學習興趣而設計教學方案。比如第一章緒論主要講述了生物統(tǒng)計學的基本概念及發(fā)展歷程，教師在教學前期可以讓學生查閱相關文獻并將其讀后感進行分享，使學生在閱讀文獻的過程中對碎片化的知識進行整理，通過思考對生物統(tǒng)計學的整體框架有更深刻的認知。由于諸多文獻報道了生物統(tǒng)計學在現(xiàn)代農(nóng)、林、漁、牧等多個領域都有應用，學生閱讀此類文獻可以更加直觀地體會到生物統(tǒng)計學課程較強的應用性及重要性。與直接進行理論知識的講授相比，這種方式在教學前期更能有效調(diào)動學生學習積極性，對后續(xù)課程教學的有效開展也有一定的益處。而對于課程其他部分，我們也可以通過設置問題的方式，鼓勵學生開展拓展學習，讓學生自己通過更多途徑尋找問題的答案，并設置分享和討論環(huán)節(jié)，教師積極點評并答疑。這樣做不僅可減少學生對課程教學感到枯燥乏味的現(xiàn)象，而且也有助于學生閱讀文獻、構建知識體系等多方面能力的培養(yǎng)。

（二）精選有效的線上教學工具

自新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，各高校紛紛開展線上教學，多種線上授課軟件如微師、騰訊會議、釘釘直播、雨課堂等得以廣泛應用，同時各大網(wǎng)絡教學資源平臺如中國大學慕課、智慧樹等紛紛開放免費資源庫[4]。這些線上平臺各有其優(yōu)勢與特點，筆者將多款授課平臺的主要功能進行了橫向比較（如下表所示）。

教師應當根據(jù)自己的教學需求選擇合適的平臺，同時對網(wǎng)絡上的教學資源進行篩選，將優(yōu)質(zhì)資源進行整合，這樣不僅能為自己的授課提供新思路，也能用于輔助學生更好地理解課程知識。我們嘗試運用多款教學平臺來開展生物統(tǒng)計學這門課程的教學，建議使用的教學平臺應盡可能滿足以下條件：（1）操作簡便，界面友好。（2）直播授課方式靈活，包括屏幕共享、PPT演示、播放視頻等不同方式，方便隨時演示國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)教學課件、視頻。（3）配備教學工具，靈活多樣，可在PPT或文檔上寫畫，能在學生端實時顯示，方便進行公式推導和內(nèi)容拓展。（4）學生既可以在手機學習通上看課程直播，也可以在網(wǎng)頁上觀看，避免學生身處不同地區(qū)因網(wǎng)絡、設備等不同而影響學習效果。（5）具有回放功能，方便學生因網(wǎng)絡卡頓等原因無法及時、有效地參與教學活動時課后再回放觀看。（6）學生可舉手提問，與老師進行語音互動，可以用文字聊天，界面簡潔清爽。教師可與學生保持互動，隨時回答學生提出的問題。

（三）利用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡資源輔助教學

相較于傳統(tǒng)線下面對面教學而言，線上教學的優(yōu)勢在于學生獲取知識的途徑不再僅限于課堂。因此，筆者在疫情期間采用“慕課+課堂教學”的模式完成了部分章節(jié)的線上教學。在課程開始前，教師通過中國大學慕課、網(wǎng)易公開課等平臺篩選優(yōu)質(zhì)教學資源并上傳到云盤，讓學生提前對課程進行預習并對知識點進行梳理，同時通過QQ、微信、線上資源留言板等將預習中出現(xiàn)的問題及時反饋給教師，使教師的備課更有針對性。對于學生存在的共性問題，教師在課堂上組織學生進行討論解決。這樣可有效加快教學進程，使教師能夠?qū)⒏鄷r間和精力轉(zhuǎn)向更高階的活動中，如討論、答疑等，同時也充分鍛煉了學生的自主學習能力[5]。在講授重點課程內(nèi)容時，教師通過線上平臺將課堂教學錄制下來，供學生課后復習觀看。這樣做相較于單純的看書或瀏覽PPT，更便于學生加深對課程內(nèi)容的理解。同時，為避免學生因教學視頻過長而無法集中注意力觀看，教師可以制作微課視頻，開展知識點短視頻教學，這樣可以在保證學生集中注意力的同時，使學生對重要知識點的記憶更加深刻。另外，教師在篩選教學資源時也能夠不斷反思和總結(jié)，并且產(chǎn)生新的靈感，完善自己的課程教學。教師在授課過程中，要注意各個模塊間的邏輯性和相關性，避免生硬講述課本上的知識。對于難度較大的學習內(nèi)容，應該設計具體的學習任務，組織在線專題討論，調(diào)動學生的參與積極性，以便學生能更好地學習和理解這些課程內(nèi)容。

（四）利用線上平臺加強互動交流

傳統(tǒng)的生物統(tǒng)計學線下授課，大部分仍然局限于“老師講學生聽”的教學模式。這樣的教學模式顯得過于機械呆板，難以有效培養(yǎng)學生自主思考、自主學習的能力，難以很好地體現(xiàn)生物統(tǒng)計學作為一門“工具課”的應用性[6]。疫情期間的線上教學，學生學習時間相對自由，同時可以利用大量網(wǎng)絡學習資源，這為學生自主學習提供了更多便利。因此，教師可以選擇部分章節(jié)以翻轉(zhuǎn)課堂的形式完成教學。學生成立學習小組，組員分別負責不同的知識點，運用網(wǎng)絡資源自主學習不同的知識點，教師以隨機抽查的方式請學生通過屏幕共享對知識點進行講述，讓學生變成課堂學習的主人。這樣做使學生的學習更加靈活、主動以及參與感更強，更能充分調(diào)動學生的學習積極性。對于假設檢驗、方差分析等重點章節(jié)則由教師設置線上專題討論并進行答疑，同時引導學生對知識進行一定的拓展。教師可以利用屏幕共享功能，為學生展示多種統(tǒng)計軟件的具體使用過程。相較于傳統(tǒng)的課件教學，這樣的教學方式更加直觀，有助于學生更好地完成對重要統(tǒng)計軟件使用方法的學習。教師對學生課后答題情況進行統(tǒng)計后，能通過QQ等交流工具對學生進行更具針對性的一對一答疑，有助于學生更好地理解、掌握課程內(nèi)容。

（五）打造虛擬仿真課堂

運用虛擬仿真技術開展教學的課程，大都是一些實驗操作較困難或者危險系數(shù)較大不適宜學生大規(guī)模操作的實驗課，生物統(tǒng)計學虛擬仿真課堂探索目前仍比較缺乏。生物統(tǒng)計學課程是核心基礎課程，針對的是大學低年級學生，他們大都沒有開展生物實驗的經(jīng)驗，對統(tǒng)計的理解較淺，難以將過于抽象的生物統(tǒng)計理論形象化。例如，在動物生產(chǎn)中，對大范圍區(qū)域中的禽畜品種、品系分布、流行病學調(diào)查、飼料及抗生素的應用以及野生動物分布調(diào)查等研究，都對決策層了解我國禽畜生產(chǎn)水平和野生動物保護等具有重要參考意義。由于受多種現(xiàn)實條件制約，難以讓學生深刻地了解抽樣調(diào)查的開展方法，只能通過描述性的講解進行教學，學生聽了既沒有直觀感受也不知在未來的生產(chǎn)實踐中如何進行抽樣統(tǒng)計。利用虛擬仿真技術可模擬較大區(qū)域內(nèi)，在充分考慮自然和人類活動影響的情況下，虛擬不同類型的畜牧場以及草原、山地、高原等自然環(huán)境，通過設置各種動物種類和數(shù)量分布參數(shù)，可供不同抽樣調(diào)查技術進行準確性驗證。學生通過學習，能加深了解抽樣調(diào)查的科學方法，為未來相關實踐積累經(jīng)驗。同時，可借助虛擬仿真技術實現(xiàn)抽樣大數(shù)據(jù)的可視化和圖像化，激發(fā)學生分析大數(shù)據(jù)的興趣，培養(yǎng)學生的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計思維，讓學生初步掌握大數(shù)據(jù)分析的概念和方法，為其后續(xù)動物生產(chǎn)課程學習奠定基礎。虛擬仿真課程本身就是利用計算機技術虛擬實現(xiàn)，特別適合線上教學使用。目前，華中農(nóng)業(yè)大學生物統(tǒng)計學課程的虛擬仿真實驗經(jīng)過一學期的授課實踐，達到了預期教學目標，學生將抽象的生物統(tǒng)計技術具體化和形象化，加深了對生物統(tǒng)計技術的準確理解，提高了自主學習熱情。

三、課程考核內(nèi)容與方式的創(chuàng)新

課程考核是教師檢驗學生知識掌握程度的重要手段，其存在的意義是幫助學生發(fā)現(xiàn)自身學習的薄弱環(huán)節(jié)以及幫助教師有針對性地優(yōu)化教學。如今大部分學生將通過考試作為課程學習的唯一目的，這樣做所帶來的隱患就是學生只是機械完成了對理論知識的記憶，無法將其靈活運用，屬于典型的“高分低能”[7]。而考核應當起到的作用是督促學生復習，提升學生的學習興趣，使學生真正理解掌握課程的核心內(nèi)容。生物統(tǒng)計學是一門應用性強的課程，選用單一的試卷考核方式并不合理，加上線上教學對學生難以監(jiān)管，難以避免出現(xiàn)作弊等情況，因此應當對生物統(tǒng)計學課程傳統(tǒng)的期末考核方式進行一定的調(diào)整。

（一）增加過程考核的比重

線上教學相較于線下面對面教學而言，學生缺乏課堂約束，其學習自覺性有所下降。因此應增加過程考核的比重，調(diào)動學生學習的主動性和積極性，保證整個階段的學習質(zhì)量。過程考核分為考勤考核、課堂互動考核以及平時作業(yè)考核。考勤考核是把學生課程出勤率以及平臺統(tǒng)計的學生觀看網(wǎng)課的時長作為考核依據(jù)，是過程考核的基礎，對學生按時在線上進行課程學習具有一定約束力。課堂互動考核把學生上課時的積極性、小組討論的表現(xiàn)和自我展示的表現(xiàn)作為考核依據(jù)，能夠提升學生自主學習的積極性，也有利于引導學生完成知識拓展。開展平時作業(yè)考核，有助于督促學生在課后進行復習，對所學內(nèi)容加深印象，而且教師通過檢查學生作業(yè)完成情況能更好地了解學生知識的薄弱點，然后對教學內(nèi)容和教學方式進行調(diào)整。另外，將期末考試由閉卷改為開卷，減少書本上的死知識如名詞解釋這類題型的比重，增加試驗設計這類綜合題型的比重，同時通過引入具體案例完成對計算公式等內(nèi)容的考查。在2020年春季的生物統(tǒng)計學線上教學中，我們要求學生每周在線完成1套測試題（每周10題，有3次提交修改機會），并在“課堂交流區(qū)”回答教師所提問題;在整個課程學習周期，將學生每3人劃分成1個小組，每小組必須在“教師答疑區(qū)”至少參與3次學習討論，調(diào)動學生主動學習的積極性。同時，將期末總評分數(shù)構成調(diào)整如下：8次線上測試題共占35%，線上實踐（如提問、回答問題、期中考試、小組作業(yè)等）等共占25%，期末開卷考試成績占40%，加大了過程考核的比重。

（二）注重應用能力培養(yǎng)

學院開設生物統(tǒng)計學課程的目的是使學生能夠靈活運用統(tǒng)計學知識完成科學合理的實驗設計與實驗分析，因此課程考核更應注重對學生應用能力的考核。除了期末考試，學生還需要完成以具體案例為對象的分析報告（教師給每個學習小組1個主題，讓學生進行完整的實驗設計和統(tǒng)計分析）。同時應注重對學生統(tǒng)計軟件應用能力的考核，讓學生運用R、SPSS、SAS等軟件完成基本的數(shù)據(jù)處理，將操作過程以PPT或其他形式呈現(xiàn)，與同學分享自己的實驗設計與統(tǒng)計分析。

四、結(jié)語

要有效開展生物統(tǒng)計學課程的線上教學，要求任課教師根據(jù)其課程特點、培養(yǎng)目標來制訂相應的線上教學計劃，做到理論知識與實際應用相結(jié)合，教師講課與學生自主學習相結(jié)合。在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化的情況下，教師要充分利用線上平臺以及互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)教學資源，調(diào)整教學內(nèi)容并完善考核方式，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和思維能力，使線上教學收獲良好的教學效果。另外，教師在課程設計、教學和考核過程中，要了解每個學生的學習條件、學習基礎，設法因人施教、因地施教，采取靈活有效的授課形式。關心、關愛每個學生，使大家平等地享受高等教育的陽光，是我們高校教師開展線上教學所不可忽視的。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 高忠虎，吳忠鐵，吳云，等. 新冠疫情防控期基于騰訊課堂和超星泛雅平臺的高校線上教學實踐與探索[J]. 中國多媒體與網(wǎng)絡教學學報（上旬刊）， 2020（6）：12-13.

[2] 王建禮，鐘茜，張琇. 生物統(tǒng)計學課程教學優(yōu)化及學業(yè)評價的實踐與探索[J].高教論壇， 2016（11）：31-33.

[3] 王喻，馬明月. 生物信息學專業(yè)《生物統(tǒng)計學》教學改革研究[J]. 現(xiàn)代交際， 2020（6）：20-21.

[4] 范天愛，郭嘉媛，童鑫. “互聯(lián)網(wǎng)+”時代下對大學生慕課學習效果評價及存在問題優(yōu)化的分析研究[J]. 中外企業(yè)家， 2020（15）：163-164.

[5] 錢森和，薛正蓮，李婉珍，等. 應用型高校《生物統(tǒng)計學》課程教學模式創(chuàng)新途徑[J]. 安徽農(nóng)學通報， 2020（6）：148-149.

[6] 楊敏，李巖，李瑾，等. 畜牧學專業(yè)《生物統(tǒng)計學》課程教學中存在的問題及對策[J]. 現(xiàn)代畜牧科技， 2019（6）：12-13.

[7] 張婷婷，馬磊.以實踐為導向的生物統(tǒng)計學教學[J]. 西部素質(zhì)教育， 2019（13）：178-179.

[收稿時間]2020-08-20

[作者簡介]項韜（1989—），男，安徽人，博士，副研究員，研究方向：數(shù)量遺傳與應用統(tǒng)計。余梅（1968—），女，湖北人，博士，教授，研究方向：整合基因組學、功能基因組學和統(tǒng)計生物信息學。通信作者：曹建華（1976—），男，湖北人，博士，副教授，研究方向：基因組三維結(jié)構解析與表觀基因組學。

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