“生物統(tǒng)計學(xué)”教學(xué)中運用智慧樹平臺的實踐研究

金曉霞，陳 超，張欣欣，李 偉，于麗杰

（哈爾濱師范大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025）

生物統(tǒng)計學(xué)是以數(shù)理統(tǒng)計學(xué)原理來研究、揭示生物現(xiàn)象的學(xué)科，是生物學(xué)的方法論和生物專業(yè)的工具性專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于應(yīng)用型學(xué)科?！吧锝y(tǒng)計學(xué)”是生物類專業(yè)包括生物科學(xué)和生物技術(shù)等的專業(yè)基礎(chǔ)課［1］。“生物統(tǒng)計學(xué)”課程不僅可提供正確地整理分析數(shù)據(jù)從而得出客觀、科學(xué)結(jié)論的方法，也可培養(yǎng)學(xué)生合理設(shè)計專業(yè)實驗的能力和思辨性的思維方式，是生命科學(xué)領(lǐng)域研究人員、高校教師進行研究，以及學(xué)生進行畢業(yè)論文設(shè)計和未來進行科學(xué)研究所必須掌握的一門工具課程［2-4］。

成果導(dǎo)向教育（OBE）理念是國際上廣泛認可的先進教育理念，這種理念與按照經(jīng)濟社會需求培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標相吻合。OBE理念下教育從傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，所有的教的目的、教學(xué)質(zhì)量的好壞都以學(xué)生學(xué)習(xí)成果作為評價標準，所以，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效顯得尤為關(guān)鍵［5-7］。如何將OBE教育理念應(yīng)用到“生物統(tǒng)計學(xué)”課程中，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是一個迫切需要解決的問題。

一、哈爾濱師范大學(xué)“生物統(tǒng)計學(xué)”在生物科學(xué)專業(yè)中的學(xué)科地位

“生物統(tǒng)計學(xué)”是我校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)的專業(yè)必修課，本課程總學(xué)時48學(xué)時，3學(xué)分，共九章。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該能夠理解并運用生物統(tǒng)計學(xué)的基本概念、原理和理論，處理和分析生物學(xué)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)；針對生物界數(shù)量現(xiàn)象等生產(chǎn)實踐問題，綜合運用常規(guī)統(tǒng)計分析方法，能夠提出問題、分析問題和解決問題；具備對生物科學(xué)問題進行探索的科學(xué)精神及樹立從事科學(xué)研究的嚴謹態(tài)度。該課程與畢業(yè)要求學(xué)科素養(yǎng)中的“具有扎實的生物學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能。具備自主、合作和探究性學(xué)習(xí)的能力”高度相關(guān)，對培養(yǎng)目標中“具有成為卓越教師的職業(yè)理想和基本素質(zhì)，具有個人職業(yè)發(fā)展規(guī)劃能力”具有支撐關(guān)系。生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)能夠從事生物教育事業(yè)，具有扎實的生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)、熟練的實驗技能和創(chuàng)新意識，具有育人能力、發(fā)展思維和信息技術(shù)應(yīng)用能力，成為能夠從事中學(xué)生物學(xué)教學(xué)及相關(guān)研究、管理等工作的高素質(zhì)專門人才。

二、“生物統(tǒng)計學(xué)”課程的課程目標及教學(xué)要求

（一）課程目標

生物統(tǒng)計學(xué)是一門應(yīng)用統(tǒng)計方法或數(shù)學(xué)邏輯來搜集、整理、分析和解釋生物界數(shù)量現(xiàn)象的科學(xué)方法，是生物科學(xué)工作者進行科學(xué)研究、指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的重要工具。

教學(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生針對生物科學(xué)問題進行試驗或調(diào)查，并對試驗結(jié)果進行科學(xué)的統(tǒng)計分析的能力，包括數(shù)據(jù)收集整理、分布特征描述、方差分析、回歸及相關(guān)分析等，特別是培養(yǎng)學(xué)生利用樣本數(shù)據(jù)推斷總體數(shù)量特征的方法；同時培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維及運用統(tǒng)計學(xué)思維分析客觀問題的能力。知識目標：學(xué)生能夠理解并運用生物統(tǒng)計學(xué)的基本概念、原理和理論，處理和分析生物學(xué)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)資料并得出科學(xué)結(jié)論。能力目標：學(xué)生能夠針對生物學(xué)生產(chǎn)實踐等問題，綜合運用常規(guī)統(tǒng)計分析方法，能夠發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。素質(zhì)目標：學(xué)生具備正確的生命觀念，以及對生物科學(xué)問題進行探索的科學(xué)精神和樹立從事科學(xué)研究的嚴謹態(tài)度。

（二）教學(xué)要求

使學(xué)生在對統(tǒng)計學(xué)原理全面了解的基礎(chǔ)上，熟悉和掌握收集、整理試驗資料的方法，教師由淺入深地講解如何運用生物統(tǒng)計方法對試驗結(jié)果進行正確的分析，并通過對一些重要的統(tǒng)計公式推導(dǎo)及其應(yīng)用條件的實例講解，加深學(xué)生的認識和理解。按時布置各章節(jié)的習(xí)題、作業(yè)、討論及階段性測驗等相關(guān)內(nèi)容，這是使學(xué)生鞏固知識、深入理解的重要環(huán)節(jié)。利用具有統(tǒng)計功能的計算器及統(tǒng)計學(xué)計算機應(yīng)用軟件的使用，簡化學(xué)生的運算過程。

三、考核標準

本課程的考核標準包括三個部分：（1）平時成績，含有課程參與度、課前預(yù)習(xí)、課后作業(yè)和階段性測驗，滿分100分，在百分制總成績中占比30%，最終計分時按比例折算。（2）期中考試，主要在課程進度半程時，對前面已經(jīng)講完的知識點進行考核。滿分100分，在百分制總成績中占比10%，最終計分時按比例折算。（3）期末考試，采用閉卷筆試，卷面滿分100分，在百分制總成績中占比60%，最終計分時按比例折算。其中期末考試、期中考試和平時成績由教師按評分標準進行評價。

四、“生物統(tǒng)計學(xué)”課程教學(xué)中存在的問題

由于受到學(xué)時的限制，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“生物統(tǒng)計學(xué)”課程理論授課僅48學(xué)時，并且傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)不利于學(xué)生理解和消化煩瑣復(fù)雜的統(tǒng)計學(xué)知識。學(xué)生的數(shù)學(xué)知識功底參差不齊，基礎(chǔ)相對薄弱，使課堂教學(xué)的難度加大而且效果較差。雖然課堂教學(xué)中設(shè)置有提問、討論和學(xué)生解答等過程，但是時間較短，參與的學(xué)生數(shù)有限、教師難以了解學(xué)生對課程知識內(nèi)容的掌握情況，存在的疑惑，更難以區(qū)分學(xué)生因為個體差異而產(chǎn)生的對課程內(nèi)容掌握程度的差異。因此，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式與人才培養(yǎng)目標之間存在的矛盾日益突出，需要探索新的教學(xué)模式。

對于“生物統(tǒng)計學(xué)”教師來說，如何改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提高學(xué)生的興趣和積極性，是值得進一步探究的問題。智慧樹是目前國內(nèi)較為成熟的教育現(xiàn)代化和互聯(lián)網(wǎng)教育平臺，其獨特的“平臺+內(nèi)容+服務(wù)”三位一體的運行模式，幫助教師完成了教學(xué)發(fā)展培訓(xùn)，解決了師資緊缺的難題，取得了良好的教學(xué)效果［8］。

五、“生物統(tǒng)計學(xué)”與智慧樹平臺相結(jié)合的教學(xué)實踐

（一）教學(xué)前的準備工作

智慧樹的使用需要具備電腦、智能手機和無線網(wǎng)絡(luò)。在“生物統(tǒng)計學(xué)”課程開課之前，教師通過電腦登錄智慧樹的官網(wǎng)（https://www.zhihuishu.com/），并注冊教師賬戶，創(chuàng)建“生物統(tǒng)計學(xué)”課程和班級，可以生成課程號二維碼，邀請同學(xué)們加入，最好按照實際上課的班級分別創(chuàng)建不同的課程，這樣便于之后的課堂管理和成績統(tǒng)計。教師可以利用手機端發(fā)布學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)任務(wù)（任務(wù)、作業(yè)和考試，其中考試題的設(shè)置目前只能在電腦端操作）、訓(xùn)練題庫和作業(yè)考試等。學(xué)生可以利用手機實時收到課程PPT和教師推送的作業(yè)與考試等內(nèi)容。在上課前，教師在智慧樹平臺提前給學(xué)生推送相關(guān)資料，包括課件PPT、預(yù)習(xí)資料、教學(xué)視頻等，還有智慧樹平臺的一些優(yōu)質(zhì)視頻課程資源，如：“生物統(tǒng)計與試驗設(shè)計”課程由西北農(nóng)林科技大學(xué)的鄭惠玲教授等人授課。

（二）授課中的交流與互動

在“生物統(tǒng)計學(xué)”授課過程中，教師可以利用智慧樹平臺的“群聊”功能進行簽到、投票、隨機點名、搶答、課堂答疑及頭腦風(fēng)暴等互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的課程參與度與興趣度，還可以利用翻轉(zhuǎn)課或直播課進行回答討論和作業(yè)考試等教學(xué)過程。教師可以利用案例教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂和引導(dǎo)式教學(xué)等多種方式，組織學(xué)生進行課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生探究問題和解決問題的能力。

（三）課后知識的總結(jié)和鞏固

課堂教學(xué)之后，教師根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)進行多種形式的鞏固練習(xí)，如作業(yè)和測驗等?？梢岳弥腔蹣淦脚_資源，根據(jù)每章節(jié)的重點和難點布置相關(guān)的作業(yè)題，并根據(jù)課程進度安排進行4～5次階段性測驗和1次期中考試，與期末考試共同構(gòu)成學(xué)生最終的課程成績。

（四）具體實施的案例

以本學(xué)院2018級生物科學(xué)專業(yè)4～6班92名學(xué)生學(xué)習(xí)“方差分析”知識單元為例。上課前一周，教師將課件PPT和授課視頻上傳到智慧樹平臺，并提出課前問題：針對三組或三組以上的平均數(shù)進行差異顯著性比較時，之前所講解的差異顯著性檢驗方法是否可行，為什么？學(xué)生可以提出自己的觀點，如有的學(xué)生認為可以進行成組數(shù)據(jù)的t檢驗；有的同學(xué)認為不可以。請學(xué)生各自說明和辯論為什么可以、為什么不可以，因為之前所講解的內(nèi)容都是兩組數(shù)據(jù)的t檢驗等，老師在課堂教學(xué)時給予解釋，說明不能用之前所講的兩組數(shù)據(jù)t檢驗的原因與弊端，所以需要引入針對3組或3組以上平均數(shù)之間相互比較的新的檢驗方法，從而提出本章的內(nèi)容“方差分析”。

在課堂教學(xué)時，利用智慧樹的“自定義投票”或者“快速投票”環(huán)節(jié)，了解學(xué)生對以往知識的掌握情況，并通過“隨機點名”的方式提問，從而了解學(xué)生的想法和思路。教師再以“不同培養(yǎng)液澆灌苜蓿造成產(chǎn)量的差異”案例為大家講解為不能用之前學(xué)過的方法進行多組數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗，并進一步回顧之前學(xué)過的“Ⅰ型錯誤”的概念，加深學(xué)生對已學(xué)知識的理解。之后，根據(jù)此案例引入新的方法——方差分析，并講解方差分析的原理和具體檢驗過程，但是不用占用過多時間進行復(fù)雜公式的推導(dǎo)，而是要把其原理和應(yīng)用講清楚。在講解過程中，隨時利用“隨機點名”的方式提高學(xué)生動腦分析問題的能力和課程的參與度。對于一些復(fù)雜的推導(dǎo)過程可以不要求學(xué)生記憶，只要學(xué)生掌握此方法的實際運用環(huán)境和具體分析問題的能力即可，并對差異顯著的結(jié)果表示方式進行講解，即多重比較。針對多重比較，主要講解LSD法和Duncan法，講解完方差分析的原理之后，利用具體的實例講解使學(xué)生加深印象和提高實際運用能力。對于方差分析的實際應(yīng)用，在課程后半部分對統(tǒng)計學(xué)分析軟件SPSS中的方差分析部分進行講解，尤其強調(diào)如何對統(tǒng)計軟件分析的結(jié)果進行科學(xué)的闡述，有利于本科生今后參加校級、省級乃至國家級的各類各級生物學(xué)相關(guān)競賽，不但可以拓寬學(xué)生的眼界和視野，如果學(xué)生畢業(yè)論文涉及試驗類的課題，通過本課程數(shù)據(jù)分析的學(xué)習(xí)還可以提高畢業(yè)論文的層次和水平，最終達到提升學(xué)生畢業(yè)后的實踐創(chuàng)新能力的目的，與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標相契合。

課后教師布置作業(yè)題，如：小白鼠在接種三種不同菌型傷寒桿菌后的存活日數(shù)，試問三種菌型的平均存活日數(shù)是否有顯著性差異？如果有顯著性差異，那么這種差異又存在于哪些菌型之間？通過作業(yè)題的練習(xí)，提高學(xué)生吸收和鞏固新知識的能力。本班級共有92名學(xué)生，該題滿分為10 分，學(xué)生提交作業(yè)后的平均分為9.76 分，說明教學(xué)班級學(xué)生能夠較好地理解此知識點的內(nèi)容。

本學(xué)期課程結(jié)束后，分析利用智慧樹平臺結(jié)合課堂教學(xué)的混合教學(xué)模式發(fā)現(xiàn)，學(xué)生課程的參與度較好，提高了自學(xué)能力，表現(xiàn)為平時成績和期末成績有所提高。學(xué)生的平時成績和學(xué)習(xí)進度可以通過智慧樹網(wǎng)絡(luò)平臺下載到相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖1所示。平時學(xué)習(xí)進度在75～100%的學(xué)生占大部分，為92%，而學(xué)習(xí)進度在75%以下的學(xué)生所占比例較小。平時成績也能統(tǒng)計出來在90～100分數(shù)區(qū)間的學(xué)生占85%，而在80～90分數(shù)區(qū)間的學(xué)生占12%，在60～80分數(shù)區(qū)間的學(xué)生占3%，沒有60分以下的學(xué)生（圖2）。

圖1 學(xué)生學(xué)習(xí)進度分布餅圖

圖2 學(xué)生平時成績分布餅圖

通過以上實踐可以看出，利于智慧樹平臺實施混合式教學(xué)，在一定程度上改善了生物科學(xué)專業(yè)“生物統(tǒng)計學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，對提高課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率具有較好的作用。智慧樹平臺可以搭建起師生之間的橋梁，提高學(xué)生課堂的參與度和學(xué)習(xí)效果，合理利于該平臺對課程教學(xué)改革具有一定的推動作用，有利于高校生物科學(xué)專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。