以應用為導向的“生態統計學”教學探索與實踐

秦鐘 章家恩 葉延瓊 李榮華 向慧敏

[摘 要] “生態統計學”是生態學及相關專業的核心基礎課程之一。針對“生態統計學”的課程特點及當前教學過程中存在的實驗和實踐教學內容缺乏、學生學習效果不佳、考核方式單一等問題，從課程內容的優化、教學案例及資源庫的建設、統計學軟件的應用及考核設置等方面，總結了統計學課程與生態學實驗、實踐類課程相融合，以及提高學生解決實際問題的能力所進行的探索，為完善與創新生態學專業本科學生的統計學教學奠定了基礎，也為其他方法類課程的教學實踐提供了借鑒。

[關鍵詞] 生態統計學;應用導向;案例教學;探索實踐

[基金項目] 2018年度廣東省教育廳高等教育教學改革項目“面向生態文明建設與鄉村振興戰略的資源環境生態類專業教學綜合改革研究”（粵教高函〔2018〕180號）;2019年度華南農業大學教育教學改革與研究項目“信息化環境下案例教學法在生態統計學中的應用”（JG19123）;2019年度華南農業大學質量工程項目“線下示范課程建設”（zlgc19050）

[作者簡介] 秦 鐘（1973—），女，寧夏銀川人，博士，華南農業大學資源環境學院生態學系副教授，主要從事生態系統分析與模擬研究;章家恩（1968—），男，湖北廣水人，博士，華南農業大學資源環境學院生態學系教授（通信作者），博士生導師，主要從事農業生態學研究;葉延瓊（1976—），女，重慶人，博士，華南農業大學資源環境學院副教授，主要從事生態規劃研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2022）12-0084-04[收稿日期] 2021-06-29

生態統計學是數理統計理論在生態學研究中的具體應用，是科學指導生態學實驗設計、對實驗結果進行科學分析的重要工具[1]。它運用數量統計的原理和方法，分析和解釋生態學各種現象和實驗調查資料，并對實驗結果進行分析，做出符合科學實際的推斷，從而培養學生應用統計分析方法來解決生態學研究領域中實際問題的能力。2019年，“生態統計學”被學校列為生態學本科專業的核心基礎課程。在該課程的教學過程中，筆者體會到傳統應用統計類課程在教學理念、教學方式與方法等方面存在的不足，也深切認識到不斷完善與創新生態學專業本科學生統計學教學的緊迫性。

作為一門應用性、實踐性、操作性很強的方法論科學，“生態統計學”由于課時限制，實驗和實踐教學內容嚴重缺乏，實驗設計只是局限于較少學時的理論介紹，沒有開設相應的實踐課，學生動手操作少，無法將所學內容與專業課程相聯系。

一、優化課程內容體系，力求知識點的融會貫通

“生態統計學”涉及統計學理論和實踐的應用研究，其內容包括相對抽象、邏輯性強的統計原理，也包括需進行煩瑣計算的統計方法應用。若采用以理論講解、計算或解題方法訓練為主的傳統教學模式，容易導致學生注意力分散、缺乏學習興趣等問題。另一方面，由于課程內容缺乏直觀性、形象性和實際應用能力的訓練，學生無法將所學內容與專業課程相聯系，不利于實踐能力和創新能力的培養。隨著生態統計學方法與研究內容的日益豐富，教學課時有限（24學時）、知識點多且分散、與實踐結合不緊密等問題凸現。為此，從以下幾方面對“生態統計學”的課程結構、教學內容和教學模式方法進行了調整。

1.為強化生態統計學的應用性，結合生態學專業本科生培養方案，我們適當刪除了部分與專業基礎課程、實驗課的教學內容相關但實踐性不強的內容（如百分數資料的統計分析等），增加了與生態學研究方法與案例、生態學綜合實驗、群落生態調查技術、土壤微生物與土壤動物調查技術、生態環境監測等專業實驗、實踐課程密切相關的教學內容，并結合專業課程設計了教學案例，將抽象化的概念和理論具體化，便于學生理解和掌握學科中需要使用的統計學原理和方法，提高了學習的積極性，并取得了較好的學習效果。

2.注重對相關概念、公式統計意義的闡釋，而不是理論公式的推導。在教學過程中，盡可能將實驗設計方法、實驗數據的整理與描述、假設檢驗、統計軟件的操作等內容整合在一個教學案例中，讓學生能夠圍繞某個具體的專業問題，完成從實驗或實驗設計到數據統計分析、結果解釋的完整過程，增強統計思維能力。

3.將教學的重點從計算過程轉向統計方法的理解和選擇，以及對結果的合理化解釋方面。為此，我們將統計分析軟件引入課堂教學，對于具體統計環節，首先講授其基本統計原理，在此基礎上結合專業內容提出案例，引導學生運用理論知識進行分析，然后借助統計軟件演示具體分析過程和結果，并加以適當的解釋。

二、以應用為導向，構建課程案例教學資源庫

“生態統計學”是一門以統計分析應用為核心的課程，在教學過程中，恰當運用案例教學，不僅能夠激發學生的學習興趣、加深對所學內容的理解，同時也能夠提高學生應用統計知識解決生態學及相關研究領域實際問題的能力。但現有的專業統計類教材提供的案例針對性不強，難以讓學生體會到統計分析方法在當前生態學及相關學科領域中的具體應用[2，3]。因此，通過各種途徑搜集整理專業針對性強的案例，及時將產學研成果或當前生態環境研究領域用到的具體統計分析方法轉化為鮮活的教學內容，構建以應用能力培養為導向的生態統計學課程案例資源庫成為“生態統計學”課程教學改革面臨的當務之急。為此，我們采取了以下幾方面的措施。

1.利用科研資料編寫案例。在備課中，將本團隊在多年科研工作中積累的數據資料，以及科研項目獲得的科學數據、研究生完成學位論文的實驗數據資料精選、整理編寫成案例，便于在課堂上靈活運用。

2.利用文獻資源編寫案例。利用學校圖書館提供的電子資源，搜集、篩選生態學研究領域的文獻，尤其是生態學前沿及熱點領域頂級刊物上發表的科研論文，編寫相應的教學案例。

3.利用生態環境大數據平臺編寫教學案例。依托當前生態環境領域大數據平臺收集生態環境、物種多樣性、自然保護區等相關數據，結合當前普遍關注的生態學現象和問題，篩選相關的數據資料，嘗試編寫教學專題案例。

4.利用其他信息編寫教學案例。廣泛參閱在線精品課程、教學資源庫、教學視頻等，經整理、改編后形成教學案例;利用學生在生態學實驗課、課程實踐、大學生科技創新項目和畢業設計等素材編寫教學案例。在實施案例教學時，提前將設置的案例通過教學平臺或公用郵箱等進行發布，引導學生提前查閱資料、整理思路或學習相關知識。在課堂中組織學生圍繞案例開展討論、發表觀點，并適時進行總結或點評。

三、重視統計學軟件教學，提高上機操作技能

在生態學研究中，經常需要對大量的數據進行統計分析處理，這是一項細致而煩瑣的工作，如果完全依靠手工來進行，工作量較大，且難以保證準確性，也得不到較高的精度[4，5]。為了減輕整理和計算大量數據的負擔，提高工作效率，需要借助統計學軟件這一工具。在“生態統計學”課程的教學實踐中，考慮到培養方案、課時安排等情況，我們采用SPSS（Statistical Package for the Social Science，社會科學統計軟件包）作為學生進行數據分析和處理的工具。這一軟件操作簡便，兼有數據管理、統計分析、統計繪圖和統計報表功能，且易學易用，是目前眾多高等院校廣泛采用的教學軟件之一[6，7]，也是學生開展數據分析與處理、完成畢業論文的必備工具。在利用這一軟件開展“生態統計學”授課的過程中，我們采用的做法主要有以下幾點。

1.課前準備好數據文件，用于課堂演示和練習。教師在上課前將教學案例中的數據整理為可用于軟件運行的數據文件，在授課過程中，結合案例分析穿插演示數據文件的操作、統計分析的過程及結果文件的生成等，然后將數據文件實時發送至學生電腦端，讓學生進行練習，使其熟悉并掌握操作技能，碰到問題時可及時反饋或向教師請教。

2.開放教學資源，便于學生在課下繼續學習和鞏固，多途徑提升軟件學習及應用效果。在初次開課時，教師將安裝軟件、統計分析的操作指南、視頻教程及配套的數據資源上傳至校內的網絡教學平臺，課后布置的作業也實時發布在教學平臺上，使學生能夠進行多次復習和實踐操作，對希望進行擴展學習的學生也創造了自主學習和提升的條件。

3.統計軟件雖然能夠提高生態學研究的效率，但從本質上來看，僅是一種輔助性手段，而不是單純的軟件操作課。因此，課程教學需讓學生理解生態統計學的基本理論、基本知識，培養統計學的思維。上機操作過程中，不僅要讓學生掌握軟件操作技能，也應通過深入講解實驗數據的特點與類型、各種統計分析方法的應用條件和范圍、分析結果的判讀與解釋等，加深學生對所學原理與方法的理解，才能達到理想的教學效果。

四、設置多層面、過程化的考核體系

在初次開設“生態統計學”課程時，考核以課程結束時的考試或考查的形式來進行。一般采用平時成績（50%）+期末考試成績（50%）的方式，其中平時成績結合課堂考勤、分析結果等評分，而期末考試多以生態統計學相關的理論知識考核為主，一定程度上存在著重計算結果輕相關過程環節的問題，不利于全面考查學生應用統計學思維解決實際問題的水平與能力。針對這一情況，近年來我們對生態統計學考核方式進行了適當調整，突出課程考核著重學生實踐能力、創新能力和綜合應用知識能力的特點。調整的基本做法如下：（1）將生態統計學理論知識的考核與應用實踐環節的考核評價相結合，設置相同的分值比例。（2）平時成績主要通過應用實踐環節進行評定。為突出多樣化和過程性評定的原則，在納入課堂考勤、回答問題這兩個考核指標的同時，將統計軟件上機操作和應用的熟練程度納入考核內容，并將進行實驗設計、完成相應的實驗方案作為課后作業的重要內容。（3）期末考試內容增加了對生態統計方法應用的前提或范圍、對結果的分析與解釋兩方面，考查學生在分析問題、闡釋結果等方面的準確性和能力。隨著教學案例的不斷豐富，擬設置開放試題，重點考核學生的統計思維能力及綜合利用統計方法分析和解決生態學實際問題的能力。

近年來，筆者所在的生態學系開設的生態學實驗和實踐課程在本科培養方案中的比重不斷提高，在“生態統計學”這門課程開設之前，已相繼開設了一系列的專業實踐課程，包括生態學野外綜合實習、生態學綜合研究案例與實踐、生態規劃案例與實踐、生態工程與技術案例與實踐等，這些課程均含有實驗設計和生態學數據的采集、分析。另一方面，生態學專業的本科生參加諸如大學生科技創新培育專項、生態沙盤設計大賽等多種科研創新項目的人數逐漸增加，開展這些項目研究常需要用到實驗設計和統計分析的知識與技能。此外，生態學系在校內生態學農場開展了本科生生態種田農事訓練，將學生按小組分配一定面積的農田，讓他們自行擬定種植方案，完成從作物種植、田間管理、收獲測產或品質測定、產品營銷等全過程操作訓練。在課程實踐和科研創新訓練時，學生可圍繞一個專業問題，完成從實驗設計到數據統計分析、結果解釋的完整過程。生態學系列實踐、實驗和實訓類課程的開展，不但延伸了“生態統計學”課程的教學空間，也為不同專業課程之間的有機融合、相關教學內容與教育資源的有效整合等提供了契機。

結語

對生態學及相關專業背景的本科生而言，“生態統計學”課程是關于生態學、環境科學領域的科學實驗的設計、實施，實驗數據的收集、整理，以及實驗結果的分析、解釋和推理的一門專業課程，具有極強的應用性。以培養學生統計思維為出發點，通過實施案例教學、強化統計軟件的操作與應用及課程考核方式的調整等，提高了學生學習的興趣和主動性，運用統計理論與方法分析和解決問題的實踐能力也有了不同程度的提升。

參考文獻

[1]覃林.統計生態學[M].北京：中國林業出版社，2009：78-85.

[2]李馨，李井春，趙春霞，等.案例教學在生物統計與試驗設計課程中的應用體會[J].畜牧與飼料科學，2013，34（10）：53-55.

[3]張銀霞，田蕾，李培富.植物生產類專業《試驗統計方法》實踐教學改革與應用[J].教育教學論壇，2019（15）：132-133.

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[6]李曉毅，徐兆棣.SPSS軟件在概率統計課程設置中的主導地位及應用[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2010，28（1）：24-26.

[7]張玲衛，程軍回，羅艷麗，等.SPSS軟件輔助下《生物統計學》實踐教學改革與探索[J].教育現代化，2018，5（37）：19-20.

Application-oriented Teaching Exploration and Practice of Ecological Statistics Course

QIN Zhong1，2，3， ZHANG Jia-en1，2，3， YE Yan-qiong1，2，3， LI Rong-hua1，2，3， XIANG Hui-min1，2，3

（1. College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642， China; 2. Key Laboratory of Agro-Environment in the Tropics， Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the Peoples Republic of China， Guangzhou， Guangdong 510642， China; 3. Key Laboratory of Agro-ecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions， Guangzhou， Guangdong 510642， China）

Abstract： Ecological Statistics is the core and fundamental course of ecology and related majors. Problems such as the lack of experimental and practical teaching content， the poor learning effect of students and the single assessment method in this subject have been concerned. Aiming at these existing problems， together with the characteristics of this course， the ways of application-oriented teaching reform are discussed from the aspects of the optimization of teaching contents， the establishment of teaching cases and resource database， the utilization of statistical software and the construction of courses assessment. Then the tentative measures including the integration of the statistics courses and the ecological experiment and practice courses， as well as the reinforcement of students ability in solving practical problems are summarized. The reform not only provides a foundation for improving and innovating the statistics teaching of undergraduate students majoring in ecology， but also serves as a guidance to other courses of method and skill.

Key words： Ecological Statistics; application-oriented; case teaching; exploration and practice