唐映紅 李 輝 劉良國 楊友偉 萬海清
(湖南文理學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖南常德 415000)
生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是具有較強(qiáng)理論性和實(shí)踐性的前沿交叉學(xué)科,是許多高校農(nóng)學(xué)類、生物類、醫(yī)學(xué)類等專業(yè)基礎(chǔ)課程,是生命科學(xué)領(lǐng)域研究人員、高校教師進(jìn)行研究以及學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)論文設(shè)計(jì)所必須要掌握的一門工具課程。該課程要求相關(guān)專業(yè)的學(xué)生要具備較為扎實(shí)的應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的邏輯思維能力,同時(shí)對(duì)教師的教學(xué)組織能力、教學(xué)水平、授課平臺(tái)和方法也有較高的要求。當(dāng)前生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程教學(xué)中存在以下不足:課堂教學(xué)極易使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生視覺、聽覺和思維疲勞,學(xué)習(xí)積極性不高,學(xué)習(xí)效果較差;學(xué)生缺乏在實(shí)踐中反復(fù)運(yùn)用和檢驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的鍛煉機(jī)會(huì),不利于培養(yǎng)學(xué)生解決生物學(xué)實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力;傳統(tǒng)考核方式難以檢測學(xué)生對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。如何突破生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的抽樣分布理論教學(xué),并培養(yǎng)學(xué)生解決生物學(xué)實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力,已成為提高該課程教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵問題。
1.2.1共性問題①生物統(tǒng)計(jì)分析軟件多樣,但在教學(xué)中缺少統(tǒng)計(jì)軟件相關(guān)能力要求和內(nèi)容介紹。由于教學(xué)、科學(xué)研究、畢業(yè)論文等過分依賴SPSS、R語言等分析軟件來分析數(shù)據(jù),與其他比較形象直觀的課程不同,學(xué)生對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程相關(guān)的抽樣分布理論和抽樣模型的理解和掌握不夠,無法判斷數(shù)據(jù)分析結(jié)果是否準(zhǔn)確[1]。比如,方差分析的數(shù)據(jù)采用哪一類(Ⅰ型或Ⅱ型或Ⅲ型)分析模式進(jìn)行分析是恰當(dāng)?shù)摹7讲罘治鰬?yīng)用SPSS 等軟件分析的前提是必須弄清楚所有數(shù)據(jù)分析模式,了解清楚后所有的數(shù)據(jù)都可以用Excel 平臺(tái)完成,甚至用WPS 平臺(tái)都可以完成。②生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的原理和公式內(nèi)容較多,授課中容易出現(xiàn)重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象,學(xué)生普遍感覺課程內(nèi)容難度較大,不易掌握,從而產(chǎn)生畏懼心理[2]。③課程考核采用以閉卷考試為主的傳統(tǒng)考核方式,使得學(xué)生只注重應(yīng)付期末考試,而忽視了知識(shí)的掌握與實(shí)際應(yīng)用,已經(jīng)無法適應(yīng)目前素質(zhì)教育的培養(yǎng)要求[3]。
1.2.2個(gè)性問題除了上述普遍存在的問題,生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程還受到專業(yè)本科培養(yǎng)方案學(xué)時(shí)偏少限制。有限的學(xué)時(shí)解決了基礎(chǔ)部分的理論課和實(shí)訓(xùn)課的教學(xué),尤其大案例教學(xué)降低了抽樣分布的教學(xué)門檻,但是應(yīng)用部分的理論教學(xué)和動(dòng)手能力訓(xùn)練還較欠缺,因此,亟待借助其他教學(xué)方式進(jìn)行該課程的教學(xué)改革,為本科畢業(yè)論文或科學(xué)研究中數(shù)據(jù)分析打下全面的基礎(chǔ)。
目前,有較多的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域教師嘗試從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面提升課程的教學(xué)質(zhì)量。國內(nèi)高校課程教學(xué)廣泛采用智慧課堂[4]、翻轉(zhuǎn)課堂[5]、混合式教學(xué)[6]等方式,將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合,在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)灌輸式、以教師為中心的課堂授課存在的不足,提高了課程教學(xué)質(zhì)量。有研究表明,生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程宜采用無紙化考試和教考分離的方式[5]。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”將云計(jì)算、5G、AR/VR等信息通信新技術(shù)和雨課堂、微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC 等新型教學(xué)平臺(tái)和方法應(yīng)用于教學(xué)各環(huán)節(jié),從根本上改變了傳統(tǒng)課堂中的師生地位及教與學(xué)的時(shí)空限制,使學(xué)生能在課堂之外隨時(shí)復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容并與教師在線交流與討論,優(yōu)化了教育資源的合理分配[7]。雨課堂有利于課前、課中、課后教師與學(xué)生間的交流與溝通,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、參與度和積極性,也影響著教師的教學(xué)理念和授課模式,能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的不足,在改善課程教學(xué)效率和教學(xué)效果上具有一定的推動(dòng)作用[8]。研究表明,Excel 作為輔助教學(xué)軟件,取得了良好的教學(xué)效果,與之前使用R 或Matlab 等統(tǒng)計(jì)軟件的教學(xué)效果相比,學(xué)生的接受程度更高,學(xué)習(xí)積極性也更高[9-10];使用Excel 電子表格逐步實(shí)現(xiàn)各種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)過程取得的教學(xué)效果,且其他任何專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件都無法替代,為非統(tǒng)計(jì)專業(yè)本科階段借助Excel 電子表格率先實(shí)現(xiàn)概率統(tǒng)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的寬口徑模式提供了借鑒[11-12]。教學(xué)案例的選取對(duì)提高教學(xué)效果的作用非常明顯,有利于學(xué)生更好地參與到教師的科研工作中,并為后續(xù)的畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等提供了一定的理論基礎(chǔ)和支持[13]。湖南文理學(xué)院該課程采用的大案例教學(xué)不同于案例教學(xué),以一個(gè)含509 個(gè)觀測值的育種材料數(shù)據(jù)資料,作為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)大案例教學(xué)的母總體,解決抽樣分布理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問題,與現(xiàn)有教材中的正態(tài)分布和三大統(tǒng)計(jì)分布的教學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通,重新打造了使用大案例教學(xué)的理論課基礎(chǔ)部分教案和上機(jī)實(shí)訓(xùn)操作項(xiàng)目,將案例式教學(xué)提升到一個(gè)更高的高度,進(jìn)而提升了生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理部分的教學(xué)效果[14]。基于智慧課堂的過程性評(píng)價(jià)方式能夠有效提高學(xué)生對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的學(xué)習(xí)積極性、認(rèn)知水平和應(yīng)用水平[4]。
本研究根據(jù)專業(yè)認(rèn)證,對(duì)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進(jìn)行改革,以大案例教學(xué)為開端,深度融合雨課堂、翻轉(zhuǎn)課堂和Excel(或WPS)電子表格平臺(tái)等現(xiàn)代信息技術(shù),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)效果,培養(yǎng)學(xué)生正確理解應(yīng)用研究類科技文獻(xiàn)的能力,為學(xué)生依次進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、科學(xué)研究訓(xùn)練、畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)等專業(yè)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程分理論課和實(shí)訓(xùn)課兩部分內(nèi)容,理論課共7 章教學(xué)內(nèi)容,依次為概率及概率分布、模型與抽樣分布、抽樣分布及應(yīng)用、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析(一)、方差分析(二)及回歸與相關(guān)分析,共32學(xué)時(shí),分成三大塊進(jìn)行教學(xué),即前3章采用大案例教學(xué),第4~6章采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),第7章采用普通案例教學(xué);實(shí)踐課包括9個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,利用Excel(或WPS)電子表格平臺(tái)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),共16 學(xué)時(shí),其中包含8 個(gè)課時(shí)的大案例集訓(xùn)項(xiàng)目(為紙質(zhì)版試驗(yàn)報(bào)告),8 個(gè)課時(shí)的常規(guī)案例演練項(xiàng)目(為雨課堂線上試驗(yàn)報(bào)告)。
2.1.1構(gòu)建大案例教學(xué)模式大案例教學(xué)模式融合了生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程中的抽樣分布理論和實(shí)踐教學(xué)。該教學(xué)模式使用一個(gè)含509個(gè)觀測值的育種材料數(shù)據(jù)資料,作為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)大案例教學(xué)的已知總體。在課程開頭基礎(chǔ)部分的抽樣分布教學(xué)過程中,將四大抽樣分布理論教學(xué)與基于Excel 或WPS 電子表格的操作方法過程融會(huì)貫通。先借助Excel 數(shù)據(jù)分析軟件中的“隨機(jī)數(shù)發(fā)生器”進(jìn)行微型化的Monte-Carlo抽樣研究,將正態(tài)分布的教學(xué)重點(diǎn)由描述性分布拓展到了抽樣分布,并跨越抽樣分布的大樣本模擬階段,完成一系列抽樣試驗(yàn)的容許范圍占比分析;再進(jìn)行依據(jù)三大統(tǒng)計(jì)分布的抽樣試驗(yàn)與抽樣誤差分析,與現(xiàn)有教材中的正態(tài)分布和三大統(tǒng)計(jì)分布的教學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通,重新打造使用大案例教學(xué)的理論課基礎(chǔ)部分教案和上機(jī)實(shí)訓(xùn)操作項(xiàng)目,全程循序漸進(jìn)安排5 個(gè)大案例集訓(xùn)項(xiàng)目,有平臺(tái)、有模型、有圖、有真相,實(shí)現(xiàn)全方位的教學(xué)互動(dòng),逐漸夯實(shí)抽樣分布理論的教學(xué)梯度,進(jìn)而提升生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理部分的教學(xué)效果。
2.1.2制作翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)案例通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)案例,提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和解決生物學(xué)實(shí)際問題的應(yīng)用能力。在基本統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用的教學(xué)環(huán)節(jié),以科研文獻(xiàn)為基礎(chǔ),教師科研和生產(chǎn)實(shí)踐為輔,制作翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)案例,學(xué)生分組討論,全程參與經(jīng)典試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)資料的搜集整理,以及經(jīng)典試驗(yàn)和正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析、回歸與相關(guān)分析等,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)野外試驗(yàn)或調(diào)查方案、采集整理數(shù)據(jù)、分析試驗(yàn)或調(diào)查數(shù)據(jù)的動(dòng)手能力。
2.1.3構(gòu)建統(tǒng)一的實(shí)訓(xùn)教材用Excel(或WPS)電子表格數(shù)據(jù)分析軟件解決抽樣分布理論教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)的問題。課程教學(xué)內(nèi)容增加實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,按理論講授和上機(jī)操作2∶1的學(xué)時(shí)比例進(jìn)行。以大案例數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助Excel(或WPS)電子表格數(shù)據(jù)分析軟件中的“隨機(jī)數(shù)發(fā)生器”進(jìn)行微型化的Monte-Carlo 抽樣研究實(shí)訓(xùn),將正態(tài)分布的教學(xué)重點(diǎn)由描述性分布擴(kuò)充到抽樣分布,并跨越抽樣分布的大樣本模擬階段,完成一系列抽樣試驗(yàn)的容許范圍占比分析,并可以讓枯燥難懂的抽樣分布理論課教學(xué)變得生動(dòng)活潑,彌補(bǔ)了以往只能使用教材后的附表作為互動(dòng)媒介的缺陷;再安排依據(jù)三大統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行的抽樣試驗(yàn)與抽樣誤差分析實(shí)訓(xùn),與現(xiàn)有教材中的正態(tài)分布和三大統(tǒng)計(jì)分布的教學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通,重新打造使用大案例教學(xué)的理論課基礎(chǔ)部分教案和上機(jī)實(shí)訓(xùn)操作項(xiàng)目,逐級(jí)夯實(shí)抽樣分布理論的教學(xué)梯度,降低推斷統(tǒng)計(jì)的教學(xué)門檻。
2.1.4建設(shè)課程思政通過科學(xué)研究方法論的導(dǎo)學(xué),擇要回顧中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展史,梳理歷史上經(jīng)典的試驗(yàn)研究過程和方法,提升探索未知、追求真理的責(zé)任感和使命感,培養(yǎng)科研意識(shí)和奉獻(xiàn)精神,引導(dǎo)學(xué)生勤思考、多動(dòng)手、走正道,解決基本統(tǒng)計(jì)方法的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練問題。
2.2.1Excel(或WPS)電子表格平臺(tái)的應(yīng)用Excel軟件兼具計(jì)算功能,其優(yōu)點(diǎn)是直觀、受眾廣、操作簡便,學(xué)生的接受度很高。本項(xiàng)目構(gòu)建了統(tǒng)一的實(shí)訓(xùn)教材,不僅使用Excel(或WPS)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)模型的求解過程,而且使用Excel(或WPS)的分析工具庫對(duì)統(tǒng)計(jì)模型快速獲得分析結(jié)果,幫助學(xué)生延伸到其他統(tǒng)計(jì)分析軟件的應(yīng)用。
2.2.2雨課堂的運(yùn)用充分運(yùn)用雨課堂課前、課上和課后的功能。①課前導(dǎo)學(xué):課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是引發(fā)問題,通過雨課堂發(fā)送該次課程的案例、課件和學(xué)習(xí)任務(wù)單,敦促、輔助學(xué)生進(jìn)行自主預(yù)習(xí),以及案例討論準(zhǔn)備工作。②課中實(shí)踐:課堂教學(xué)中,首先教師對(duì)教學(xué)知識(shí)重難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解,并插入課堂測驗(yàn),學(xué)生通過答題進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的了解和鞏固;然后學(xué)生根據(jù)案例進(jìn)行分組討論、分析和總結(jié)。③課后報(bào)告:一是課后雨課堂會(huì)形成課堂報(bào)告,同課后反思一起通過雨課堂推送至教師端,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)、簽到、答題情況及答題分?jǐn)?shù),綜合給出平時(shí)成績;二是課后發(fā)布線上試驗(yàn)報(bào)告供學(xué)生答題,實(shí)現(xiàn)無紙化教學(xué)。
2.2.3翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用學(xué)生分成小組,根據(jù)教師提供的案例,在課外進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)資料搜集整理、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等。在課堂上,首先每組學(xué)生進(jìn)行5 min 的PPT 匯報(bào),然后學(xué)生互相點(diǎn)評(píng),給出每組得分,最后學(xué)生以案例中的實(shí)際問題為中心展開自由討論,提出解決問題的基本思路和方法。在教師的引導(dǎo)下,由學(xué)生進(jìn)行總結(jié),建構(gòu)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和理論,深入理解其在生物科學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)訓(xùn)上機(jī)課堂中學(xué)生可隨時(shí)交流討論,協(xié)作完成教學(xué)內(nèi)容。
本課程的考核方式包括直接評(píng)價(jià)方式和間接評(píng)價(jià)方式,具體評(píng)價(jià)項(xiàng)目和權(quán)重如表1所示。

表1 課程考核方式及權(quán)重
2.3.1結(jié)果性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)期末考試采取參考答案和評(píng)分細(xì)則方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。涉及正態(tài)分布和t 分布的抽樣分析題3 個(gè),計(jì)20 分;覆蓋常見概率分布及Excel(或WPS)操作部分的單選題10個(gè),計(jì)20分;覆蓋三大統(tǒng)計(jì)分布基礎(chǔ)部分的顯著性檢驗(yàn)題3 個(gè),計(jì)24分;覆蓋方差分析及雙變量回歸與相關(guān)部分的分析題填空2個(gè),計(jì)24分;覆蓋前5章基本知識(shí)的判斷題6個(gè),計(jì)12分。
2.3.2表現(xiàn)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大案例集訓(xùn)項(xiàng)目的試驗(yàn)報(bào)告4 次,常規(guī)實(shí)例演練項(xiàng)目的試驗(yàn)報(bào)告4 次,每次均按百分制記分,試驗(yàn)報(bào)告作答工整、態(tài)度認(rèn)真、邏輯清晰、條理分明及無明顯雷同。大案例集訓(xùn)項(xiàng)目的試驗(yàn)報(bào)告(紙質(zhì))能夠基于大數(shù)據(jù)案例,展現(xiàn)出對(duì)四大抽樣分布理論的掌握,由于每個(gè)學(xué)生隨機(jī)抽樣的波動(dòng)性,每個(gè)人上機(jī)操作都有各自不同的正確答案。常規(guī)實(shí)例演練項(xiàng)目的試驗(yàn)報(bào)告采用雨課堂線上形式(無紙化),能夠展現(xiàn)出對(duì)平均數(shù)、百分?jǐn)?shù)、統(tǒng)計(jì)次數(shù)的顯著性檢驗(yàn)原理的理解和操作技巧的掌握程度。
2.3.3過程性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)雨課堂答題評(píng)價(jià)方式:本課程案例教學(xué)部分的每一章按百分制設(shè)置相應(yīng)的測驗(yàn)題,共4 次,學(xué)生在課上答題,幫助學(xué)生及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂評(píng)價(jià)方式:首先每組學(xué)生根據(jù)該組的案例,分別進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)、雙因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)、正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析及相關(guān)和回歸分析;然后每組學(xué)生進(jìn)行5 min 的PPT 匯報(bào),學(xué)生利用雨課堂在線互相點(diǎn)評(píng)并按百分制打分,所得平均分即為該組學(xué)生的成績,另需提交以案例中的實(shí)際問題為中心提出解決問題的基本思路和方法的總結(jié)材料。
2.3.4調(diào)查問卷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在課程結(jié)束之后,采用線上方式進(jìn)行問卷調(diào)查,總分100分,見表2。

表2 調(diào)查問卷內(nèi)容及權(quán)重
2.3.5學(xué)生綜合成績?cè)谝幌盗薪虒W(xué)改革實(shí)施過程中,學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和期末成績及格率得到大幅提高。相比傳統(tǒng)的教學(xué)和考核方式,課程教學(xué)改革后,學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和期末平均成績和及格率方面得到了顯著提高(P=0.03<0.05),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐應(yīng)用能力得到了明顯加強(qiáng)(表3)。從期末考試成績來看,無論是平均成績還是區(qū)分度,教學(xué)效果都得到明顯的提升,解決了以往不及格人數(shù)與90分以上人數(shù)不對(duì)等的問題。

表3 生物科學(xué)專業(yè)不同教學(xué)和考核方式下期末綜合成績統(tǒng)計(jì)
在開展統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)教學(xué)過程中,要轉(zhuǎn)變師生角色,讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體,教師成為教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)者與設(shè)計(jì)者。教學(xué)中教師需要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,轉(zhuǎn)變以往被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài),激發(fā)學(xué)生的自主探索欲望,引導(dǎo)學(xué)生深入理解知識(shí),并主動(dòng)掌握知識(shí)。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生將課堂中所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐項(xiàng)目當(dāng)中,使學(xué)生能夠熟練掌握課程內(nèi)容,靈活運(yùn)用,自主解決試驗(yàn)過程中存在的相關(guān)問題,從而更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。