動物科學專業生物統計學教學模式的改革與實踐

張 宇，張金友，張 瑩，劉勝軍 (黑龍江八一農墾大學動物科技學院，黑龍江大慶 163319)

當今社會已進入互聯網時代，在大數據盛行的當下統計學與計算機技術迅速發展，各種新的概念和統計分析方法應運而生，科學研究、試驗設計和科技論文寫作等都要以生物統計學為基礎。但是，由于《生物統計學》教材中的原理抽象、概念晦澀、公式繁多等客觀因素以及部分學生數學基礎差、學習興趣低、課堂教學模式不合理等主觀因素，導致教與學過程中存在一定的困難。習近平總書記曾在全國教育大會上指出：高校要著重培養創新型、復合型、應用型人才。“十四五”規劃中提到：要突出課堂在提高教育教學質量中的主要陣地作用，切實轉變教與學的方式，探索課程的綜合化教學方式和方法。為貫徹“立德樹人”思想，順應時代發展，培養強農興農、知農愛農的人才，教育教學改革是一件必須要做也必須堅持做好的事情。黑龍江八一農墾大學是一所省屬農業院校，始終堅持“厚基礎、精專業、重實踐、強能力、高素質”的教育教學理念，以培養專業基礎扎實、實踐能力強、綜合素質高的復合應用型人才為總體目標，注重對學生應用實踐能力和創新創業能力等綜合素質的培養。筆者結合學校教育理念和人才培養目標，以動物科學專業特點和學情為出發點，以課程教學過程中出現的問題為突破口，對教學模式進行了改革和實踐。

1 生物統計學課程教學現狀

目前各大農業院校的生物統計學課程教學普遍存在以下問題：課時數安排不合理、理論課和實驗課學時比例不均衡、課程理論知識與實踐脫節、學生學習能力和水平參差不齊、部分學生數學和計算機基礎薄弱、實際運用統計學知識的能力差等，這些現象的存在直接導致教學效果受到較大的影響。對比此課程在不同層次高校同一專業的教學現狀，黑龍江八一農墾大學動物科學專業的生物統計學課程教學也存在一些相似的問題。

生物統計學課程以概率論和數理統計為原理，是研究和解釋生物界數量變異規律的基礎工具。它作為一門理論性和實踐性都很強的應用學科，對學生科研素養的培養、分析和解決問題能力的提升具有十分重要的意義，已被各類院校納入人才培養的必修課。筆者所在教研組曾對動物科學專業2015—2019級學生開展問卷調查。調查發現，65%的學生認為生物統計學課程的學習不重要，因為動物科學專業教學應以動物營養學、飼養學、動物遺傳學、家畜繁殖學等專業課為主；31%的學生認為生物統計學課程的學習比較重要；僅有4%的學生認為生物統計學課程的學習非常重要。此外，通過觀察學生的課堂表現發現，除了有考研計劃的學生外，相當一部分的學生在學習過程中不求甚解、無深入研討、無課前預習和課后鞏固。這充分說明學生對生物統計學課程的重要性認知度低。

黑龍江八一農墾大學動物科學專業招收本科生和專升本學生，改革前對這兩類學生教學大綱和教學活動的安排并沒有區別，未能做到因材施教。生物統計學作為一門專業基礎必修課，其開設目的是為了培養學生的統計學思維、為其他專業課的學習奠定基礎、為日后做畢業設計及進一步深造打下根基。但是，由于開課階段學生實踐運用少，容易出現“短期會、長期忘”的現象，很多臨近畢業的本科生和在讀研究生對試驗設計方法及統計方法的選擇與應用出現模棱兩可的狀態。此外，生物統計學課程的教學大綱為54學時，包括理論課40學時、實驗課14學時，學時有限但內容較多，存在理論與實踐“失衡”的現象；實驗課課時不足，不利于學生熟練掌握試驗設計和統計方法的運用，對于統計分析軟件的使用也做不到得心應手。

由于生物統計學課程具有“三難”特點——難學、難教、難懂，在教學過程中教師按照教材按部就班講課的方式是不可取的，用傳統的“傳遞-接受”式進行填鴨式教學亦不能產生較好的授課效果，單一的板書教學容易使學生感到乏味，進而失去學習興趣。有的教師認為，用板書進行公式推導，有助于學生跟上教師思路，了解公式的內涵及由來。若教師面對的是數學基礎薄弱甚至談“數”色變的學生，冗長的推導過程會應用較多的數學知識，學生容易出現厭倦、溜號的情況，甚至會產生挫敗感和自我懷疑，誤以為數學基礎不好就無法學好生物統計學課程。筆者認為，大數據時代背景下學生只需弄懂原理，繁雜的公式計算可由計算機軟件等代為完成，要在有限的學時內培養學生的統計思維、建立數據分析的意識、能運用軟件進行統計分析。

通過考試可以衡量教師的教學效果，又可以檢驗學生對知識的掌握程度。改革前，黑龍江八一農墾大學動物科學專業生物統計學課程考核方式為學生平時表現+實驗+期末閉卷考試(平時表現和實驗占比40%，期末成績占比60%)，題型有名詞解釋、填空題、判斷題、簡答題、計算題，其中計算題分值占比30%。這種考核方式較為傳統、缺乏創新，只要學生平時表現不差，考前臨時抱佛腳進行突擊，甚至死記硬背，就基本可以順利通過考試。雖然學生的掛科率不高，但大部分學生成績集中在60～75分。當今社會“高分低能”是一種令人擔憂的現象，應從提高學生的應用能力出發，對考核方式進行完善和改革。

2 教學模式的改革與實踐

目前諸多院校已對生物統計學課程開展教學改革，改革后的學生成績較以往傳統教學方式下的學生成績顯著提升、學生對統計學的實踐運用能力也有所增強。鑒于此，立足課程特點及學校教學的實際情況，借鑒同類院校教學改革的成功案例，通過對學生做好專業教育引領、對教學大綱進行修訂、對教學方法進行改進、對考核方式進行改革，達到激發學生的學習興趣、提升課程考核成績、提高應用知識能力的目的，實現對生物統計學課程教學質量的階段性提升。

任課教師要端正思想，以自己優良的師風影響學生，帶動班級營造良好的學風，堅決不能因學生不愛學習就產生倦怠情緒，應以飽滿的熱情投入到教學活動中。為了讓學生充分認識到生物統計學課程的重要性，筆者所在教研組嘗試開展以下教學改革：在緒論中結合學生感興趣的專業問題，介紹統計學在解決這些問題時所發揮的作用；借助學術造假、偽造數據等反面案例對學生進行思政教育，使學生進一步明確生物統計學知識對科學研究的重要性；舉辦生物統計學知識競賽和SPSS數據分析技能大賽；鼓勵學生參加“研本1+1”，認識到生物統計學的重要地位等。以優良師風帶動班風、學風，幫助學生樹立對生物統計學課程的正確認識，轉變觀念認知是提升教學質量的關鍵一步。

隨著生物統計學課程內容更新和課時壓縮，對教學大綱進行調整勢在必行。在教學過程中，教師應向學生灌輸統計思想，將與學科相關最前沿的成果和案例引入課堂教學中，而要讓學生學得扎實、記得牢靠則需要對原有的課時安排和教學大綱重新規劃。教學改革前，學校對這門課程的教學是先完成全部理論教學再完成實驗課教學，這就導致出現理論與實踐脫節的情況，實驗課進行SPSS軟件操作時學生對以前學過的理論知識記憶模糊，不能清楚說明實驗原理。鑒于以上原因，對教學大綱調整如下：第一章“緒論”、第二章“資料的整理”、第三章“資料的描述統計”各2學時，緊接著是2學時的上機實驗操作；第四章“常用的概率分布理論”4學時；第五章“假設檢驗”理論6學時、實驗6學時；第六章“方差分析”理論課8學時、實驗課6學時；第七章“χ檢驗”理論課4學時、實驗課2學時；第八章“直線回歸分析與相關分析”理論課2學時、實驗課2學時；第十二章“試驗設計”理論課2學時、實驗課2學時。調整后的理論課34學時、實驗課20學時，理論課與實驗課學時數比例為1.7∶1，與其他院校(1.25∶1～2.20∶1)相比較為合理。通過這種“理論+實驗”的循環模式，學生對理論知識有了更深入、更透徹的理解，同時強化了記憶并熟練掌握不同的數據資料分析所用的統計學方法。筆者發現調整教學大綱后同學的學習熱情更高。

因為該課程與動物遺傳學、動物營養學課程在同一學期開設，故在調整教學大綱的基礎上，以學科交叉融合為原則，實驗課教學內容可以與這兩門課程的實驗課相結合，比如學生在做動物飼養試驗時會應用生物統計學課程的試驗設計、對于產生的試驗數據也可分析解釋，進而得出結論。此外，也可讓學生通過調查方法獲得數據：如通過對2個班級的男生、女生性別比例是否相同進行調查分析來掌握獨立性卡方檢驗的方法；通過對班級同學身高和體重的數據分析來判斷二者是否存在相關或者回歸關系；通過對學院同一年級各個班級的大學英語四級成績分析來掌握方差分析的運用方法。這樣既能提升學生的動手能力、鞏固運用所學知識，又能增加學習的趣味性。據學院指導今年本科生進行畢業試驗的教師所述，2021屆動物科學專業畢業生在完成畢業試驗的過程中更加獨立，數據統計分析能力要強于往屆畢業生。

近年來，“慕課”“翻轉課堂”“直播課”這些教育教學與互聯網結合的產物變得盛行。這些“產物”以網絡為傳播媒介，具有規模大、資源豐富、開放共享等優點，使用的頻率逐漸升高，尤其是新冠疫情暴發期間學生不能正常返校上課，師生“被迫”上網課，自此這些新的學習途徑獲得越來越多的認可。筆者所在教研組充分利用這些資源，采用線上、線下相結合的方式開展教學工作，比如督促學生通過觀看慕課視頻完成課前預習，學生先自學一遍后再帶著問題到課堂上聽課，提高了學習效率和自我認可度。

授課采用直播課和翻轉課堂相結合的形式完成。開啟智慧樹直播課，在傳統板書和多媒體結合講授的基礎上，開設系統隨機點名回答問題或在規定時間內學生們同時用自己的手機作答。這種方式的互動有以下優點：①增強學生的課堂參與感和主動學習意識；②使學生精力更集中，跟上課堂節奏，隨時做好與教師互動的準備；③使教師對學生新知識的掌握情況有所了解，比如答題錯誤率較高說明講解不夠透徹，需要教師耐心講解。翻轉課堂是實現教師和學生角色互換的途徑，學生課前需要利用各種途徑完成自主學習，按班級人數可分為每個小組3～6人，讓小組內每一位成員都參與其中，通過多媒體或者板書的形式進行講解。翻轉課堂一般是教授教師已經講過原理的內容，如“假設檢驗”這一章的第一節“假設檢驗的原理”由教師完成授課，而“單個樣本檢驗”和“2個樣本檢驗”是對第一節原理的應用，可引導學生在翻轉課堂上完成，由學生主講后教師進行梳理補充，幫助學生理清知識脈絡、強化知識重點與難點。通過翻轉課堂不僅能培養學生的自主學習能力，對于團隊合作意識、語言表達能力的提升也有極大的促進作用。

在教學設計上，每節課課前利用3～5 min進行上一節知識的回顧是十分必要的。這種方式不僅有利于新課程的引入，而且能幫助學生抓住重點。在新課開始前，采用懸念導入法或提問式導入法，如方差分析的學習是在檢驗之后，檢驗適用于2個平均值之間的顯著性檢驗，可向同學展示一個“3個樣本平均數比較”的案例，也可采用啟發式教學，借助一些與動物科學相關的精選案例，從專業的角度激發學生的興趣。

生物統計學課程的教學目標是培養學生的統計思維，運用統計學原理進行試驗設計、數據整理、分析和解釋。傳統的閉卷考試不能廢棄，但可以改變試題結構，將計算題從試卷中除去，著重考查基礎知識和原理。對數據資料的整理分析、統計推斷、得出結論可通過機考完成。改革后的考核方式分為平時考核、機考和試卷考核3個部分，分別占30%、20%、50%。其中，平時成績包括課前預習、課堂表現、翻轉課堂同學互評、課后作業、實驗操作這5個方面，分別占比10%、30%、10%、25%和25%。目前很多院校也更加注重過程性考核方式，如上機測驗30%～50%、平時成績10%、期末成績40%～60%。增設機考環節，并在平時成績中提高實驗操作的分值占比，增加對學生動手能力的考查，平時考核成績在期末成績中占50%。這不僅可以督促學生預習、復習，而且能讓學生在整個課程的學習過程中都有較大的參與感與獲得感，對于統計知識的應用、學習能力的培養以及教學質量的提升具有十分重要的意義。改革考核方式后，學生對基本知識的掌握程度、靈活運用統計學原理和方法解決實際問題的能力均有所提升。這種新的考核方式也是對教師教學效果的綜合評價。

3 教學改革的效果和意義

黑龍江八一農墾大學是一所特色的應用型本科示范建設高校，動物科學專業的生源質量絕大多數屬于中等水平，學生基礎水平一般。作為教學的主導者，教師有責任和義務在教學設計上結合課程特點和學生基本情況因材施教，緊扣教學大綱將多種教學方法應用到教學中，并根據學生的反饋、學習狀態和成績及時調整和改進，切實提高教學質量和效果。為檢驗教學改革的效果，筆者對2015—2019級動物科學專業共431名學生的成績分布和平均分數進行了統計分析。2015級和2016級未進行教學改革，2017—2019級進行了教學改革。

由表1可知，教學改革后80～100分的學生人數呈增加趨勢，而80分以下的學生人數在逐年下降。經卡方檢驗可知，χ值為79.116，達到極顯著水平，表明教學改革有極顯著的效果(<0.01)。從圖1可以看出，80～100分的學生人數占比由16%增加到56%，成績優秀率(90～100分)由5%增加到16%，不及格率(<60分)由14%下降到3%。

表1 生物統計學課程教學改革前后學生期末成績的分布 Table 1 Distribution of the final exam grades of students before and after the teaching reform of biostatistics course 人

注：A.改革前;B.改革后 Note：A.Before the reform；B.After the reform 圖1 改革前后各分數段學生人數占比的分布Fig.1 Distribution of the number proportion of students in each grade before and after the reform

通過統計平均分數對各年級教學改革效果進行總體評估，采用的統計方法為單因素方差分析。從圖2可以看出，隨著教學改革時間的增加，學生的平均分數呈上升趨勢，改革后各年級學生的平均分數均極顯著高于改革前(<0.01)。這一結果雖然不排除不同年級學習風氣和生源質量不同等非試驗因素的干擾，但在一定程度上說明課程改革的效果和影響是積極的。

注：同列數據肩標不同字母表示差異極顯著(P<0.01) Note：Different capital letters indicated extremely significant differences(P<0.01) 圖2 不同年級動物科學專業生物統計學課程的平均分數Fig.2 The average score of students majoring in animal science in different grades for biostatistics course

4 小結

生物統計學是動物科學專業的一門基礎課，筆者所在課題組從多方面進行改革和嘗試，已取得明顯成效，具體體現在學生學習興趣和成績提高、課堂學習氛圍愈加濃厚、學生動手操作能力和處理分析數據的能力增強、本科畢業試驗設計更加獨立高效等。今后還需要結合學情等，及時調整和改革。