生物試驗設計與數據處理課程線上線下混合式教學模式探究

金詩語 王士巖 朱小燕

（淮陰工學院 生命科學與食品工程學院 江蘇淮安 223003）

試驗設計與數據處理課程是高等院校理工類的專業必修課程，是從事工農業生產的基礎，也是開展科學研究的重要工具。該課程內容復雜抽象、涉及體系廣、知識更新快，新的統計分析方法不斷涌現。在傳統的課堂教學中，有限的學時內，學生與教師的互動時間少、互動內容覆蓋面小，難以將所學的理論知識應用于學生所學專業和實際生活中。這使得單純的線下教學效果并不是很理想，學生的期末考試成績也普遍偏低，在隨后的工作與研究生期間學生的數據分析能力不強。此外，受疫情的影響，部分地區學生不能按時返校上課，使得原本有序的面對面教學無法繼續推進。而利用釘釘等平臺開展線上線下混合教學模式可有效彌補這一缺陷，使學生的學習不受時空的限制。該模式突出了學生在學習中的主體地位，使學生的主動性得到了充分的發揮，同時也突出教師對學生學習的引導作用，強調教師提供數字化資源創設情景，并通過網絡平臺向學生推送學習資源，進行線上階段教學。通過語言文字、經典視頻、案例教學等形式引導學生主動參與自主學習，經過課前預習、課堂教師講解、學生間互相討論、課后復習鞏固，使學生對知識的理解更加透徹。在實施過程中，教師可實時獲取學生的學習數據，這有助于及時調整教學內容和進度[1]。但是單一的線上教學也存在許多的問題，這包括：（1）學生缺乏老師的臨場監管，部分學生出現嚴重的刷課現象；（2）線上教學效果與質量容易受到網絡質量的影響，在規定的時間內完成學習任務容易出現網絡故障，影響教學質量；（3）學生遇到問題不能在第一時間得到有效解決，存在的問題難以被后臺監控數據準確體現。這些問題也使得單純的線上教學模式并沒有被絕大多數學生認可。線上線下混合式教學模式給學生們提供了一種多元、動態和時空開放的學習環境，充分發揮學生的主體地位，促進學生對生物試驗設計與數據處理知識的掌握，加深對數據分析方法的理解，提升了學生利用先進的數據分析方法來解決生物工程領域的問題。

一、線上線下混合式教學資源構建

生物試驗設計與數據處理課程運用統計學原理和方法來分析、闡釋生物界各種現象，主要流程為科學試驗設計、數據收集、整理、分析，并最終得出客觀、科學的結論。為了適應數字化新時代的教學要求，通過網絡、圖書館等搜集和整理多元化的教學素材如視頻、電子閱讀資料、應用案例等充實課堂內容[1]。教學內容主要涉及實驗設計原則、完全隨機設計、隨機區組設計、拉丁方設計以及單因素和兩因素實驗設計方法；統計數據規律、統計方法分類；集中趨勢、離散趨勢及分布形狀的統計數計算與應用；正態分布、t分布、F分布、卡方分布的基本特性與應用；統計假設檢驗、參數區間估計的基本原理和步驟；平均數、百分數假設測驗和區間估計的方法；卡方檢驗的原理和方法；方差分析的基本原理和顯著性檢驗；回歸系數、相關系數的含義、計算方法、顯著檢驗以及應用等。教學重點是試驗設計的基本原理、統計假設檢驗原理與方法、正態分布、二項分布等概念和基本性質、方差分析基本原理、非參數檢驗、回歸與簡單相關分析等，側重于各類統計分析的基本理論與方法，并在教學過程中引入先進的統計分析軟件R進行實踐操作。通過引入案例教學，將相關實驗數據作為課堂分析對象，使用R軟件展示數據分布形態，實現參數的區間估計、假設檢驗、方差分析、非參數檢驗、回歸與相關分析等，還可模擬隨機試驗使學生們更直觀、深刻地理解生活中各種現象的統計學規律。

二、線上線下混合式教學實踐

根據課程的教學目標，將生物試驗設計與數據處理課程授課方式分為課堂線下教師講授和學生線上自主學習兩部分，并設計成課前、課堂和課后三大板塊，學生通過三個階段的學習，逐漸加深對統計學知識的理解，從而提高應用統計學理論解決實際問題的能力（見圖1）。

圖1 生物試驗設計與數據處理課程線上線下混合式教學設計

1.課前

通過建立一個教學班級的釘釘群，與學生及時溝通課程的教學安排，及時發布教學安排、課堂作業等信息。課前及時推送教學PPT、電子教材、應用案例及相關教學視頻，以便學生了解統計學背景，及時預習即將講授的理論知識，從而快速系統地獲取知識。例如，在講授方差分析時，可提前將方差分析的概念、類型、原理、分析步驟等資源推送給學生，并發布簡單的課前測驗任務，教師可通過平臺查看學生的學習情況，進行學情分析，從而及時調整課堂教學的重點、難點。

2.課堂

教學內容的設計是生物試驗設計與數據處理課程最核心的部分，根據生物試驗設計與數據處理課程的教學目標，需要分解教學重點和難點，對于抽象的概念如假設檢驗、t分布、F分布等知識通過生活實例、穿插演示實驗等方式加深學生的理解，從而提升學生應用統計學理論知識解決實際問題的能力。利用現代化教學手段與傳統板書相結合，有效推理方差分析等各類統計方法的變異數分割原理，并可設置問題搶答環節，實現師生間的有效互動，調動學生學習的積極性和主動性。把學生分為4個大組，通過翻轉課堂，要求每組講解一種抽樣分布的主要內容，其他組學生負責提問。教師在課堂上負責組織學生討論，控制教學進程，對學生講解的內容和問題進行補充和解答，并根據同學們的講解、提問、回答及討論的情況記錄他們的平時成績[2]。這種教學方式增強了師生間的互動交流，提高授課的效率，使學生成為課堂的主體，有助于學生更好地掌握教學重點和難點[3]。

3.課后

每次課后，對當次課程的重點內容發布話題，引導學生參與討論，并推送課外延展閱讀資料如最新的統計學理論和算法等，開闊學生視野，加深學生對知識點的掌握和理解，鼓勵學生根據所學內容構建各類統計分布的脈絡思維導圖，從而掌握各類抽樣分布的聯系與區別。針對理論分布和抽樣分布、統計假設檢驗、試驗設計、方差分析、非參數檢驗、相關和回歸等知識點設置章節測試，在規定時間內學生完成測試題，教師根據學生的完成情況，對出錯較多的測試題進行集中講解、答疑。此外，還通過課程論文的形式，引導學生積極探索和研究相關統計學方法，培養學生對統計學的興趣。教師根據試題的完成質量和參與討論情況給予學生課后評價成績。

4.考核方式

本課程的考核主要采用過程評價（50%）和期末評價（50%）相結合，過程評價主要依據線上平臺的學習數據和課堂互動的數據，如學生課前觀看視頻及課程資料、章節測試、話題在線討論的參與度、平時作業、線上課外拓展資源的學習情況、課堂的搶答、分組任務、提問與討論等。期末評價則分為卷面閉卷考試和R軟件數據分析與實踐，從理論知識和實踐技能兩個方面考核學生[4-5]。

三、線上線下混合式教學效果的反饋與思考

1.線上線下混合式教學效果的反饋

線上線下教學是近幾年才在我國各大高校大力推廣的一種教學模式。盡管經過這幾年的發展，其教學作用已經得到了廣大師生的認可，但仍存在不少問題。顯然，這一教學模式還需要通過廣泛吸納學生群體意見不斷改進、不斷完善。為此，本文作者所在的教學團隊針對這一事實，特編制了一份《生物試驗設計與數據處理課程線上線下混合式教學問卷調查表》。該問卷共設置了9大問題，采取固定選項與開放式回復兩種形式進行問卷調查，旨在全面掌握生物試驗設計與數據處理課程線上線下混合式教學的教學效果，并為今后的教學改進方向提供科學依據。課程結束后，針對線上線下混合教學的效果進行問卷調查，共110名學生參與，其中學生在進行線上線下混合式學習過程中，面臨的主要困難是線上人數較多時，對網絡要求較高，容易出現卡頓、延遲、掉線等多種問題。同時一部分學生自制力較差，經常出現瀏覽網頁、偶爾邊打游戲邊上課等情況，學習時難以集中注意力。此外，與傳統課堂教學相比，部分學生認為線上線下混合式學習不能有效地與老師交流溝通，知識的傳遞效率較低，還存在硬件設備跟不上、環境嘈雜等問題（見圖2）。

圖2 問卷調查中學生在線上線下混合式學習中遇到的主要問題

這些問題與單純的線上教學存在的問題十分相似，也在一定程度上反應出線上教學存在的通病。相比之下，同學們對線下教學部分的認可度相對較高，提出的問題相對較少，存在的問題主要是：（1）線下教學與線上教學的銜接程度還待提高；（2）線下教學與線上教學的主次問題應根據教學內容適時調整；（3）線下教學的針對性不足，線上教學存在的問題沒有得到很好的解決。除此之外，多數學生認為，生物試驗設計與數據處理這門課程的操縱實踐性較強，老師合理使用線上教學與線下教學可以提高學習效率，但以線上線下講解為主，線上訓練為輔，教學效果可能更好。

2.線上線下混合式教學效果的思考

相比于傳統單一的教學模式，線上線下混合式教學模式教學方式多樣化、提高了學生學習的主動性和積極性，通過搶答、分組任務等環節加強了師生間互動，使得課堂的參與度更高。通過引入案例分析，有利于提升學生運用各種統計學理論分析問題、解決問題的能力。然而，在線上線下混合式教學實踐中，也暴露了一些問題，如學生個人學習習慣差異較大，在線上資源的學習中，有些學生的主動性和自我約束能力較差，需要教師引導才能取得較好的學習效果。因此，在進行線上線下混合式教學實踐時，仍要以線下的課堂教學為主，因材施教，探索以學生為主體的教學模式，不能因在線上給學生提供了豐富的學習資源而在課堂中忽略某些教學重點的講解。此外，還需正確對待學生們線上平臺的學習數據，不能單純以學生觀看視頻的時長、次數和簽到情況等作為成績評判標準，否則會出現學生刷視頻而輕視學習內容的情況。盡管如此，與單一線上教學或傳統線下教學相比，線上線下混合式教學具有無法替代的優勢。通過在生物試驗設計與數據處理課程教學中，引入了線上線下混合式教學模式，使得教學資源和教學方式多樣化，打破了傳統面對面課堂教學的時空限制，學生可充分利用零散時間學習各種統計學知識，提高了學習的自主性和積極性。通過課前預習、課堂分組任務、課后拓展資源的學習，加深了學生對試驗設計的基本原理、統計假設檢驗原理與方法、正態分布、二項分布等概念和基本性質、方差分析基本原理、非參數檢驗、回歸與簡單相關分析等知識點的掌握，激發了學生的學習興趣，有效地提高了教學質量。但在未來的教學實踐中，仍需進一步提高教師的網絡化教學能力，不斷更新和豐富教學內容和課程資源，積極將最新的統計學理論知識融入教學中，為疫情常態化教學奠定基礎。