農林生物類專業本科“生物統計學”課程教學模式的改革和探索

摘" 要：文章結合貴州大學“生物統計學”課程教學團隊農林生物類專業本科多年一線教學實踐與經驗，首先概括總結了有關專業學生在學習這門基礎理論課程時面臨的困難、挑戰以及存在的突出問題，針對這些痛點或難點給出了具體的應對辦法和措施，以期為這一工具性質課程的未來改革指明方向，提升此課程的教學質量與育人效果。

關鍵詞：農林生物類專業；大學；生物統計學；教學模式

中圖分類號：G641文獻標志碼：A

統計學（Statistics）是對帶有隨機性誤差的數據進行收集、整理、分析、展示以及解釋的科學和藝術，包括理論與應用兩大分支。生物統計學（Biostatistics），顧名思義是指運用數理統計的原理和辦法去研究生命科學中的自然現象并對其進行統計推斷與得出結論的學科，屬于應用統計學的范疇。作為普通高等院校農林生物類專業本科生的一門基礎理論課程，“生物統計學”旨在讓學生掌握：（1）如何合理地進行試驗（調查）設計；（2）如何科學地整理和分析收集到具有變異的資料，從而揭示隱藏在數據背后的規律，進而指導科學研究與生產實踐^[1]。因此，無論是從短期（如畢業設計），還是長遠的角度（如科學研究或生產實踐）來看，生物統計學都是一個值得投入時間和精力去掌握的工具，對于身處大數據或人工智能時代的當代大學生而言無疑是十分重要的，已引起社會各界的廣泛關注與高度重視^[2]。盡管對未來職業發展起著舉足輕重的作用，這門課程卻被廣大農林生物類專業學子視為大學四年最難學的課程之一，讓人談之色變，唯恐避之不及^[3–4]。鑒于此，貴州大學“生物統計學”課程教學團隊的各位教師，一直在努力思考如何針對農林生物類專業本科生和課程特點進行改革，以期找到一種適合他們且行之有效的教學模式或方法。文章概括總結了農林生物類專業學生在學習這門課程時面臨的主要困難、挑戰以及存在的問題，給出了可能的應對舉措，希望提升此門課程的教學質量和育人效果，助力貴州大學雙一流建設與高質量發展。

1 “生物統計學”課程教學中面臨的困難、挑戰及存在的問題

1.1 學生學習熱情普遍不高

在多年的執教生涯中曾有許多教師向筆者“吐槽或抱怨”貴州大學農林生物類專業本科生對“生物統計學”課程的學習熱情普遍不高，經和同學們私下交流溝通發現原因可能主要有如下幾點：（1）事先未選修“概率論與數理統計”和“線性代數”等預備課程，導致突然面對生物統計學時顯得有些焦慮甚至恐懼，時常感到心有余而力不足，如極難理解隨機變量、抽樣分布以及小概率事件實際不可能性原理等重要概念；（2）由于缺乏生產實踐與科學研究經歷，致使他們對這一工具性課程的重要性缺乏直觀認識，同時去學習抽象于此的生物統計學時會感覺到頗為困難；（3）這門課的數理特性使得它包含的概念和公式較多，邏輯推理高超復雜，長期接觸容易讓人感到枯燥乏味。

1.2 國內現有主流教材依舊存在一些短板或不足

盡管國內市場上的中文生物統計學教材早已琳瑯滿目，讓人目不暇接，并且均由描述統計學、推斷統計學以及試驗（調查）設計等三個板塊組成，囊括了大學本科生物統計學教學大綱規定的全部內容，但它們依舊存在一些短板或不足，表現為：（1）內容過于陳舊，沒有緊跟學科發展潮流做到吐故納新，如泊松分布（Poisson distribution）是一個孤立的知識點與其他各章節沒有產生任何聯系，卻在許多教材的數次改版中依舊“存活了”下來，與之相對箱線圖（Box plot）和小提琴圖（Violin plot）等為數據可視化展示領域中的兩個常見統計圖，但卻還沒有獲得應有的關注而被任何一部主流教材收錄；（2）編撰的系統性不強或欠佳，給人一種凌亂或龐雜的感覺，如很多生物統計學教材都依據變量類型介紹不同資料的整理與展示，卻轉而按章節來介紹假設檢驗中的諸方法，同時還不注重單個檢驗方法的應用前提條件和各檢驗方法之間的相互聯系與區別，導致學習者感到混亂，后續面對實際問題時依舊會感到手足無措。導致這一現象的主要原因在于國內生物統計學教材編寫講究“大兵團”作戰或“聯合”攻關，即一部教材往往由多名領域內知名學者通力合作完成，每位專家只負責其中的一塊內容導致。

1.3 實驗教學環節沒有獲得足夠的重視

作為一門理論和實踐性極強的學科，“生物統計學”教學的主要目標之一就是讓學生掌握現代統計學的有關理論與方法，同時具備將這些技術應用于生產實踐和科學研究的能力，即需要確保知識的學習與運用形成一個完整的循環。從這里不難看出實驗教學環節對于構筑生物統計學的知識閉環是不可或缺的，但貴州大學農林生物類專業本科“生物統計學”課程的實驗教學環節卻沒有獲得足夠的重視，呈現出如下特點：（1）流于形式。這主要歸咎于兩個方面的因素：①現有教學模式大都將實驗課置于理論課這一主體之后，而課時的縮減往往會導致處于后面的實踐教學環節時間不充裕，無奈最后只能匆匆結課；②實驗環節未納入課程考核評價體系，給同學們創造了“渾水摸魚”的機會；（2）將實驗環節僅局限在或簡單等同于課本中某些理論方法的軟件（如Excel、SPSS、SAS、R以及Python等）實現，卻忽視試驗（調查）設計，殊不知作為統計學中的“魂”，后者對于獲取穩健可靠的結論至關重要。因為，據筆者所知目前尚沒有哪一種統計方法能夠從有偏的數據中獲得令人信服或給人以啟發的結果。

2 農林生物類專業本科“生物統計學”課程教學模式改革的潛在舉措

2.1 借助降難、釋壓以及課程思政等辦法可重新點燃同學們的求知欲望

誠然，讓農林生物類專業的學生每天同數學公式與符號打交道是一件讓人很痛苦的事情，長此以往勢必導致學生學習生物統計學的熱情銳減；相反，如果帶領學生擺脫數學的“泥潭或沼澤”，更多聚焦于統計學思維（運算的問題直接交給計算機即可）的培養和課程思政則很有可能會重新點燃他們學習的熱情。例如，授課老師不僅可通過“信噪比”這一概念讓學生輕松地理解假設檢驗的本質即為信息強度（觀測到的差異）與噪音（誤差）的權衡（當它們旗鼓相當，比值還沒超過設定閾值時，則可認為觀測到的差異有可能是由誤差導致；當它們大相徑庭，比值遠超過設定閾值時，則完全有理由相信觀測到的差異絕不僅僅純由誤差導致）而擺脫公式的束縛，還可借助現代遺傳學之父——孟德爾（Mendel G J，1822～1884）的分離和自由組合定律的科學發現這一課堂思政元素向他們傳遞學好該課程的重要性。

2.2 搭建系統且清晰的生物統計學框架，絕不做已有教材的“孝子賢孫”

“盡信書，則不如無書”，這個耳熟能詳的成語反復告誡或提醒世人，讀書時不能盲目迷信書本，而要學會獨立思考與判斷。因此，作為普通高等院校農林生物類專業本科“生物統計學”課程的任課老師，絕不能照本宣科，拘泥于課本，否則容易被其反噬，導致自己教而不得其法，學生學而不得要領，更談不上在以后的科學研究和生產實踐中靈活運用；相反，應該結合自身實踐經驗，打開枷鎖，為學生搭建系統且清晰的生物統計學框架，絕不做已有教材的“孝子賢孫”，即講課時完全不必“照章辦事”，可自由選擇授課內容與順序。具體地講，除了可通過增刪知識點確保教學內容同教育目標、時代發展以及學生需求相一致外，還可運用章節重排而使知識系統化，比如適當調整某些章節的出現順序就足以讓假設檢驗這一長期混亂模塊中的眾多方法展現出更為明顯的層級關系，即（1）使不同檢驗方法按變量類型、研究/生產目的以及試驗（調查）設計這樣一個嵌套結構編排，同現行數據分析統計方法選擇邏輯的“三板斧”相對應；（2）讓同學們意識到針對計量資料的諸方法中線性回歸處于核心或關聯地位，這也就意味著它既可特化為方差分析甚至t檢驗，亦可泛化為協方差分析，突出不同方法之間的相互聯系。

2.3 革新實驗環節教學內容和課程考核體系

眾所周知，試驗（調查）設計是指在試驗（調查）研究開始之前，根據研究課題要求，對試驗（調查）作出周密安排，力求用最少的人力、物力以及時間，獲得足夠且可靠的資料，進而通過分析得出正確的結論，明確回答研究課題預先提出的問題，包括研究目的與問題的制定、試驗單位的選取、實驗方案的明確、重復數目的計算、試驗單位的分組、觀測指標的選擇以及數據的收集和處理等^[1]。由此不難看出，試驗（調查）設計是一個系統的方法論，而數據處理只是其中一個極小環節。若試驗（調查）設計不合理，考慮不周全，僅通過數據分析不但不能得到想要的結果，甚至還將導致整個課題的失敗^[1]，即只會獲得盲人摸象般的效果，讓人啼笑皆非。因此，針對農林生物類專業本科“生物統計學”課程實際情況，必須革新實驗環節教學內容，即除將試驗（調查）設計強制納入此環節以外，還應在新的課程考核評價體系中著重考查學生此方面的能力，從制度上做出根本保證。

3 結語

作為一門基礎工具課，“生物統計學”對于學生后續專業課程的學習、畢業論文設計以及未來工作十分重要，但想要學好肯定也不容易，特別是對于數理基礎不好或“討厭”數學的農林生物類專業的本科生而言。因此，“抱怨或吐槽”起不了任何作用，唯有仔細鉆研與努力探索學習者和教學過程中面臨的主要困難、挑戰以及存在的突出問題，針對這些痛點或難點給出具體的應對辦法與措施并將其付諸實踐，不斷總結改進方可實現為黨育人和為國育才的宏偉目標。

參考文獻：

[1]明道緒.生物統計附試驗設計[M].北京：中國農業出版社，2002.

[2]顧京晶.生物統計附實驗設計教學改革與探索[J].生物技術世界，2016（1）：203.

[3]白俊艷，賈小平，張小輝，等.生物統計學課程改革與實踐[J].畜牧與飼料科學，2013，34（10）：57+60.

[4]苗永旺，劉學洪，茍瀟，等.《生物統計附試驗設計》課程教學改革效果探討[J].家畜生態學報，2012，33（1）：107-110.

Reform and exploration on the teaching model of biostatistics course for the undergraduates majoring in agriculture and forestry biology

DONG Xianghong¹， WANG Fang²， GAN Lei¹， WANG Zhenlu¹， AN Miao¹， LUO Chao³

（1.Department of Fisheries sciences， College of Animal Science， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China; 2.Wenjin Middle School of Tuanfeng County， Huanggang 438000， Hubei China; 3.Department of Landscape Gardening， College of Forestry， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China）

Abstract：Combined with the first-line undergraduate teaching practice and experience on agriculture and forestry biology majors for several years by the teaching team of Biostatistics course of Guizhou University， this article sums up the difficulties， challenges， and prominent problems faced by students in learning this basic theory course， and then puts forward specific countermeasures and measures for these pain points or difficulties. The aim of this article is to indicate direction for the future reform on this instrumental course so as to improve its teaching quality and education effect.

Keywords：agriculture and forestry biology majors; college; biostatistics; teaching mode

基金項目：貴州大學博士基金（貴大人基合字（2021）65號）和貴州大學園林省級一流專業建設項目（XJG2023081）聯合資助。

作者簡介：：董響紅（1990.2- ），男，漢族，湖北武漢人，博士，講師。主要從事漁業資源調查與評價、生物多樣性及其保護、全球變化生物學和水域生態系統建模等方面的研究。E-mail：xhdong@gzu.edu.cn。

通訊作者：羅超（1989.5- ），男，漢族，四川成都人，博士，講師。主要從事風景園林規劃設計、園林花卉植物種質資源以及功能基因研究。E-mail：Chaoluo@gzu.edu.cn。