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生物统计学(Biostatistics)学是概率论和数理统计的原理和方法在生命科学领域的重要应用,它贯穿于生物医学研究流程的始终,不仅提供试验设计、数据收集整理和数据描述的基本方法,还提供合理选择统计分析方法以及对统计结果的分析与应用的重要原则[1]。因此,生物统计学是生物医学类各专业的重要基础课和必修课。该课程旨在培养学生具备统计思维,正确选择、应用统计方法解决生物医学研究中遇到的问题。通过该课程的学习,能为学生后续课程学习、毕业设计及科研论文撰写打好基础,也有利于培养学生的科学素养以及运用数学工具分析和解决问题的能力,从而大大提高学生的综合素质[2]。但生物统计学有很强的理论性和实践性,教学内容包含大量复杂的数学公式和抽象概念,需要学生具备一定的数学基础和逻辑推理能力。与其他专业课相比,普遍反映授课难度大、学生积极性不高、遗忘快。因此,必须针对该课程特点,改革教学体系、教学方法和考核方式,达到激发学生学习兴趣,培养学生熟练掌握并灵活运用常用试验设计和统计分析方法的目的。作者结合自己近年来的教学实践,分析教学过程中存在的问题,就如何提高生物统计学的教学效果浅谈自己的体会,为提升生物统计学的教学质量提供一定的参考。
一、生物统计学的教学体系建立
课程体系和教学内容直接反应课程的教学目的和培养目标,是培养学生学习能力、提高教学质量的核心环节。在生物统计学教学体系建立过程中,我们综合考虑课程特色和教学要求,从理论教学和实践应用环节入手,组织整合教材内容,精心提炼生物医学研究中的实际问题,以期给予学生在生物统计学的学习和应用中以科学、合理的引导。首先,理论教学是整个教学体系构建的基础,而教材则是教学体系是否完整而有效的基础与核心。作为教学内容的载体,教材是学生获取知识的来源,也是教师教学的依据,它是贯穿教学活动的重要因素,因此,教材的选择将直接影响教学质量和效率。在教材选择方面我们主要考虑了教学内容覆盖的全面性,在教学中指定李春喜主编的《生物统计学》(第五版)作为教材,根据本科教学的实际需求选择部分内容进行详细讲解。同时,授课教师归纳和融合其他参考书的优秀教学内容,透彻理解教学内容的内在逻辑联系,打造适合本专业的理论教学体系。
其次,生物统计学课程具有很强的实践性。因此,实践教学体系是生物统计学教学的另一关键,也是检验课程实际效果的最终标准。在教学过程中,我们将计算机技术和统计软件引入生物统计学的实践教学,向学生介绍Excel、SAS、SPSS等经典统计软件的特点,在不同章节教学中穿插具体统计方法的统计软件实现,讲解利用统计软件进行统计分析的步骤,达到将抽象统计理论与直观形象操作相结合的目的。统计软件引入生物统计学教学既体现信息技术时代的特点,又适应了高素质应用型人才培养的要求[3]。另一方面,我们以具体的科研案例为基础,指导学生运用生物统计学知识自主进行实验设计和数据分析,并将实验方案和统计方法运用到学科竞赛等课外科技活动中,不仅巩固了学生对知识的理解,也提升科技作品的档次。在毕业论文环节,加强对学生论文中统计学方法运用的培训和规范化要求,提高毕业论文的质量。这些实践教学活动使学生把所学的知识真正运用于解决实际问题。
二、多元化教学,提高生物统计学教学效果
传统的生物统计教学以教师课堂理论讲授为主,教学活动以教师为中心,有利于教师掌控课程内容和进度,但教学效果主要取决于教师个人的课堂组织和语言表达能力。由于生物统计学教学内容枯燥,抽象概念多、关联度高,公式多且难记忆,学生在被动听课的过程中易产生厌学情绪,学习积极性不高,对知识的掌握效果欠佳。同时,单一的讲授教学使学生在课后除完成习题外,无任何其他检测手段,难以达到学以致用的效果,学生也难于感受该课程的现实意义。从教学实践中也发现,依靠传统教学模式,尽管教师和学生都投入了大量时间和精力,学生不会灵活应用相关知识来解决实际问题。在课程结束一到两年后,学生会遗忘学过的大部分知识,面对毕业设计和生产实践中遇到的问题一筹莫展。因此,必须采用多元化的教学形式,利用丰富的教学内容和富于变化的教学手段来吸引学生注意力,提高教学效率的目的。
(一)板书教学
板书教学作为传统教学手段,在讲授大数定理、中心极限定理、方差分析的分解等重要的统计学原理和相关公式的证明和推导时,可以留给学生足够的时间理解和消化讲授的知识,学生可在在老师的引导下积极思考,因而在理论教学时具有其他教学手段难以比拟的优势。
(二)多媒体教学
随着计算机技术的普及,多媒体教学手段在高校教学中已被广泛使用。多媒体教学能给予学生直观的图形、图像,能使得一些抽象的问题形象化,这对于生物统计学这样抽象概念众多的课程来说显得非常重要,通过我们精心制作的生物统计学课程教学课件,学生能多角度地直接观察对象,更好的理解抽象的生物统计学概念;而通过搭配课件中不同的背景、文字、图片、视频等内容,使得课件图文声像并茂,能多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣,提高学生的学习兴趣,能有效地突破教学难点。我们还利用多媒体教学交互性好的特点,基于本校课堂互动系统,要求学生接入该系统在线实时答题,师生共同批改检查并进行当堂评价,使大部分学生能在课内理解掌握重要知识点,有效解决了知识缺陷累加的问题。此外,在目前还没开设课内上机实验的情况下,我们还利用多媒体课件进行演示实验,如:随机抽样分布中的随机数生成,介绍Excel、SAS、SPSS等统计软件在统计推断、方差分析、一元回归等方面的应用,讲解利用上述统计软件进行统计图表绘制的要求和流程等,让学生清晰、直观的掌握抽象的概念及过程,提高学生分析和解决问题以及呈现研究数据的综合能力。
(三)案例式教学
案例教学法起源于19世纪20年代,由美国哈佛商学院所倡导。该方法将工作中的真实情景加以典型化处理,形成供学生思考分析的教学案例,学生通过课前/后独立学习和课堂讨论的方式主动参与教学过程。在生物统计学课程中我们遵照“提出问题—学生思考—寻求解决—理论讲授—实践运用”的思路实施案例教学法。在讲授前将要分析讲解的案例分发给学生,让学生在课后预先寻求解决方案,课堂上先由学生讲述自己的解决方案,然后再由教师分析讲授相关原理和正确方法。案例式教学可引导学生通过独立思考、分析案例,获取解决方案的学习过程,真正认识到生物统计学课程的重要性,形成正确的统计思维。此外,基于案例的教学模式重视教师与学生的双向交流。学生要对材料进行消化并查阅各种资料提出解决问题的方案;而教师要对学生的解决方案给以引导,并不断整合新的教学内容,对教师也提出更高的要求。在生物统计学中引入案例教学是提高教学效果的一种有效手段[4]。
三、改革考核方式,培养学生综合能力
作为评定学生对所学知识掌握程度的依据,考试是教学中的一个重要环节,它可以促进学生系统总结已学知识,也是教师了解教学效果最有效的方法。目前,生物统计学的考核方式多以期末闭卷考核为主,考察内容侧重于基本概念、理论和计算。这种考核方式下学生平时听课作业不认真,考前突击也能通过考试;即使是掌握了知识点的学生也可能不会灵活解决科研中的实际问题。因此,我们改革考核方式,结合平时含书面作业、案例分析口头讲述和期末考试综合评定学生成绩。期末考试形式为“一纸开卷”,学生可以将自己认为重要的知识点梳理后归纳至“一纸”上供考试时参考。考试内容加入大量案例分析内容,更为灵活。实践证明,上述考核方式促使学生把主要精力放在用统计分析方法解决实际问题的方向上,提高解决实际问题的能力,同时也大大减轻了学生的学习负担。
四、总结
关键词:
中图分类号: G642 文献标识码: A 文章编号:1672-1578(2013)01-0040-02
《生物统计学》是数理统计在生物学中的应用,从数量角度研究生命科学现象已经为大多数生物学研究者所认知。通过对生物试验与调查数据资料的客观分析,不仅能够将生命科学问题推向深化和精确化,而且还能对其理论及其假说进行论证和说明。在这一过程中,生物统计为生命科学的研究和探索提供了重要方法和工具。近年来,全国各高校生物类专业普遍加强了《生物统计学》的教学工作[1]。《生物统计学》具有较强的理论性和实践性,学生普遍反映这门课程难懂、难学。本文中笔者结合自己的教学实践,在分析目前教学中存在问题的基础上,就如何提高《生物统计学》的教学效果,谈谈自己的一些体会和思考。
1 现状分析
1.1 内容侧重数理,计算繁琐,令学生缺乏兴趣
统计学是把数学的语言引入具体的科学研究领域,将所研究的问题抽象为数学问题的过程,是搜集、分析和解释数据的一门科学。《生物统计学》是数理统计在生物学研究中的应用,它是用数理统计的原理和方法来分析和解释生物界各种现象和试验调查资料的一门学科,属于应用统计学的一个分支[1]。该课程有许多抽象的理论、概念和公式,难以理解和记忆,所以课程学习起来,枯燥单调,且计算繁琐,学生的兴趣很难长时间保持。计算繁琐突出表现在作业完成需要用较多的时间,学生反映大部分时间都用于计算,由于平时学习任务较为繁重,没有充足的时间来完成作业。在考试过程中甚至存在个别同学宁愿放弃计算最后结果以求争得更多审题做题时间。因此计算繁琐、费时导致部分学生学习热情和兴趣下降。
1.2 教学条件限制,计算机应用欠缺
由于教学条件限制,目前生物类专业的教学没有条件开设上机试验课,所以目前广泛应用的Excel表统计分析工具和SAS等统计分析软件这部分知识就没有机会传授给学生。如果仅仅在课堂上进行讲授不进行实际上机操作,就很难做到所学内容与科研实践的紧密结合。如果在课堂上学生用计算器来计算,一是降低了运算速度,相对耗时较多,二是无法对一些常用的《生物统计学》软件进行学习,无法进行较为复杂的统计分析。
1.3 专业课程尚未开设,学生理解困难
现代教学理论认为,在教学过程中,学生是学习的主体,教师是学习活动的组织者,是知识的传播者,教学的一切活动都必须以强调学生的主动性、积极性为出发点。根据这一教学理念,首先应该了解学生的特点。
开设本门课程是在大二的第一个学期,学生已经学过了高等数学,有了一定数学基础和分析归纳问题的能力,本课程需要用到的数学知识,大部分都已掌握;但对于专业课程尚未接触,对一些专业术语还不熟悉,在举专业方面的例子的时候学生理解时存在一定的困难。不过就笔者这学期所带的3个班而言,接受能力比以往的班级要强一些,特别是很多同学考研愿望比较强烈。因此,在给这些班级上课时,就必须考虑这种情况,结合专业术语、统计原理多举实例,着重突出统计原理在科研实践中的应用,体现因材施教的教育理念。
2 教学实践中的两个发现
2.1 从课堂效果看
在讲解试验设计的基本要求这一章节内容中,针对试验目的要明确这一知识点,“安排试验时,需要对试验的预期结果及其在生产和科研中的作用做到心中有数,既要抓住眼前的关键问题,又要兼顾未来。”在举例时,谈到国家转基因专项的立项目的和小麦突变体库构建的试验目的,通过一宏观一微观两个例子,学习便很好地理解了这一知识点。并且从学生的课堂表现可以看出,学生是非常乐意学习到一些这样紧密联系实际的例子。
2.2 从试卷分析看
笔者对商丘师范学院生命科学学院2011级生物科学、生物工程专业共111名学生的期末试卷成绩进行了分析,从中可以了解学生对各知识点的理解和掌握程度,也可以为进一步改进教学方法和提高教学效果提供依据。考试采用开卷形式,考试题型有名词解释、填空题、计算题、综合题。学生成绩在各分数段的分布情况见表1。
从表1可以看出成绩大致呈正态分布,大部分的学生掌握了课程的基本内容。通过对试卷的分析,还发现试卷中学生的计算题失分较多。分析原因,可能存在以下几方面因素:一是只掌握了基本理论,应用到具体情况往往不知道该怎么分析。比如平均数的假设检验,根据不同的实际情况应该有区别的应用,但学生不知道什么情况下用哪种方法来计算,区分不明便容易出错;二是掌握知识点不细致,导致在计算时出现一些错误。比如t测验和u测验中临界值的大小记不准确;三是审题不明,导致所问非所答。比如把“相关系数”看成“回归系数”导致出错;四是难点没有很好掌握,导致计算错误。比如对数据进行多重比较时出错率较高;五是计算失误,导致结果错误。
3 改进设想
基于以上对现状的分析及教学实践中的发现,针对存在问题,笔者有下面一些改进设想。
3.1 调整已有教学内容顺序
该课程包括试验设计和统计分析两部分,考虑到学生对专业知识接触少,在课程内容的编排上可以实行先介绍试验设计的内容,包括田间试验、温室和盆栽试验的设计,而后再对统计分析结果的专业解释和剖析反馈信息内容作介绍。从试验研究的选题和设计、试验方案的制定和实施、试验数据的收集整理到试验数据的统计分析,最后做出科学判断等,尽可能把抽象的数理概念变为看得见摸得着的具体事物,提高学生对学习的兴趣,使之更好地理解和掌握所学的课程内容[2]。
3.2 加入计算机统计软件的教学内容
在计算机日益普及的今天,统计软件的使用使得计算变得简单、快捷和准确,这有利于将学生从繁琐的计算中解放出来,把注意力放到对问题的讨论、分析和评价统计结论上去,所以,学生应该通过统计教学对常用的统计软件有所了解和掌握。目前适用于统计教学的计算机软件有SAS、SPSS、Excel等,前两种属于专业统计软件,SAS功能强大,是国际流行的统计软件包,分析结果得到国内外专家的认可,但缺点也很明显,过于庞杂,且是完全的英文界面,教学难度较大[3]。非统计专业的统计教学也可以选用Exce1软件作为辅助教学工具。因为Excel提供了一个功能相对完整的数据分析工具,它的统计功能涵盖了统计学的基本内容,并在Excel的宏内提供了一些实用的统计分析程序,如t测验、方差分析和回归分析等。而且大多数计算机里都装有该软件,学习起来非常方便。
在以后的教学中,可以尝试运用Excel或SAS软件来解决《生物统计学》教学的大量统计计算,使学生熟练掌握该统计软件进行统计分析的基本操作,进一步加深学生对有关统计学原理和方法的理解,也可以提高学生分析问题和解决问题的能力,为今后从事科学研究工作奠定良好的基础。
3.3 类比人文学科实例,提高学生学习兴趣
针对培养学生的统计思维,运用统计学的思维和方法去分析和解决实际问题这个教学目标,可以类比人文社科的例子,从身边看得到摸得着已经熟悉的例子入手,再介绍相关专业上的例子,理解起来就会简单许多。如讲相关性分析时,就可以举如下例子:有10人对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色按照其喜好程度进行等级评价。其中,最喜欢的等级为1,最不喜欢的等级为7,结果用表格形式列出。问这10人对颜色的爱好是否具有一致性。通过这个例子学生可以明了相关分析的用途,然后再详细讲解专业上的例子。将抽象、枯燥的理论结合一个个生动的事例进行讲解,学生听起来感到形象、生动,有利于对知识的理解和升华,起到举一反三、触类旁通的作用[4]。
4 结语
对于《生物统计学》课程的学习,尤其是要发挥学生的学习主观能动性。教师在课堂上应反复强调这门课程的学习要求和学习的四个环节——预习、听课并做笔记、做题、复习。明确指出做笔记可以帮助学生集中注意力,提高课堂利用效率。注重发挥学生的主体性,倡导学生主动参与教学实践活动,调动学生的学习积极性。鼓励学生踊跃提出问题、回答问题和上讲台演算,提高学生分析和解决问题的能力,并引导学生在每学完一部分内容时进行归纳总结。统计学的内容博大精深,作为《生物统计学》课程的教师,应努力通过各种信息反馈途径,找出教学中的不足,从而加强教学研究,探索新的教学方法,提高《生物统计学》教学质量,为学生今后的科研奠定基础。
参考文献:
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关健词: 《生物统计学》 教学改革 改革与探索
《生物统计学》是数理统计的原理和方法在生物科学研究中的应用,它不仅给我们提供了如何正确地设计科学试验和收集数据的方法,而且提供了如何正确地整理、分析数据,得出客观、科学结论的方法。它是生物科学等专业重要的专业基础课,该课程体系建设对生物科学、植物生产类专业、动物生产类专业十分重要,是从事生物生产、育种试验研究的工具性课程。通过该门课程的学习,学生不仅可以了解有关生物统计的基本概念以及参数的意义,掌握基本的试验设计和生物试验数据的统计分析方法,提高综合素质,同时还可以培养发现问题、分析问题的能力,建立和巩固专业思想。
在专业发展、大学生素质教育与创新教育等教学改革方面,《生物统计学》课程是一门十分重要的课程,具体体现在:(1)可提高学生从必然性推理到或然性推理的归纳推理能力;(2)可提高学生的科研能力,使学生明白试验研究前、中和后的主要目的和任务,以及怎样提高试验的精度,为毕业论文以及今后参加科学研究奠定良好的基础;(3)可提高学生的动手能力。为此,我们对《生物统计学》课程的教学内容、方法和手段进行了几项改革探索。
1 .教学内容的改革与探索
《生物统计学》主要讲述五个方面的内容:(1)介绍科学研究基本过程、试验方案制定和试验误差及其控制,讲述生物试验的误差来源和控制误差的技术、试验设计、实施规则;(2)介绍研究对象总体的理论分布、统计数的抽样分布及统计数的理论概率;(3)讲述统计推断的基本方法、平均数比较的u测验和t测验、F测验和x2测验及其应用,包括计量数据的方差分析和计数数据的统计分析;(4)方差分析的应用,介绍单因素、多因素试验结果的统计分析;(5)二变量直线回归和相关分析。该课程的知识和分析问题的方法是科研工作者必须掌握和熟练运用的。因此在教学实践中,描述性统计学的知识即资料的整理和描述应重点讲授连续性资料的整理方法;推断性统计学的知识即理论分布、t检验、x2检验、F检验,重点讲授正态分布的概率计算方法和对各种资料的检验方法,特别是资料的类型与相应统计分析方法的联系,使学生能掌握根据不同资料正确选择使用统计分析方法的能力,并且能够根据所掌握的知识和技能分析具体的实验数据和材料,得出较为客观和准确的结果;对于回归、相关分析则主要介绍一元回归、相关分析的基本思想和分析方法,计算方法、过程留给学生自学,多元分析则要求学生在熟练掌握的基础上进行自学;试验设计重点讲清试验设计的基本原则,并结合实际讲清不同的试验设计的基本思想和设计方法,对试验所得资料的分析方法则要求学生自学。
2. 教学方法、手段的改革与探索
《生物统计学》的理论性相对较强,内容相对枯燥和抽象,教学方法单一必然会导致学生学习兴趣低下,不利于培养学生分析问题和解决问题的能力,要想真正建立起先进、科学的创新教学模式,只有通过系统优化教学设计,针对教学内容,借助于现代化媒体技术,采取各种有效的教学方法。因此在教学中就要求由以教师为主体转变为以学生为主体、教师为主导的思路上来,突出以学为主,坚持以启发诱导为核心,激发学生学习的兴趣,引导学生积极主动开展思维活动,紧紧围绕学的需要组织教学。课内以课堂理论讲授为主,重点让学生弄懂基本原理;习题讨论主要运用实例进行分析,重点让学生掌握具体计算方法和分析;教学中可适当安排一些讨论课,让学生将所学知识与生产实际结合起来,充分调动学生学习的主动性、积极性,让学生学会学习。
2.1计算机辅助教学
《生物统计学》概念多、公式多,统计计算过程烦琐乏味,如果在课堂上用板书的形式进行演算,既浪费课堂教学时间,又容易导致学生注意力涣散,产生视觉、听觉和思维疲劳。多媒体课件具有图文并茂的特点,在《生物统计学》教学中若能应用好多媒体,既能提高学生的学习兴趣,又可加深学生的理解和记忆,促进教学内容的进一步深入,明显提高教学效果。
多媒体教学的效果与课件的设计和制作水平关系密切,课件应在重视教学基本原理的基础上,处理好内容与形式的关系,达到为教学服务的目的,切忌完全复制教材上的内容,而是必须突出重点、难点,这就需要教师对所要讲解的内容理解透彻,具备熟练的多媒体创作和使用技巧,引导学生学会统计分析方法,提高学习的积极性,同时要经常注意来自学生的信息反馈,不断地进行课件的更新。多媒体教学对教师提出了更高的要求,要求教师花费更多的时间和精力准备每一堂课的教学内容,同时不断地更新知识,为教学积累素材。
2.2 统计分析软件的应用
目前广泛应用的统计软件主要有SAS、SPSS,国产的优秀统计软件有DPS,此外Excel软件提供了较强的数据分析功能和统计绘图功能,易学易用,笔者在教学过程中穿插介绍Excel的一些统计功能,如Excel的一些常用统计函数及统计方法的应用,以及常用统计图表的绘制,并要求学生能够掌握并熟练运用,取得了较好的教学效果。对具体资料的统计分析,一些常用的统计分析方法如t检验、x2检验、方差分析、相关回归分析、多元相关回归分析等均有相应的计算机分析软件,教学中只需给学生介绍基本思想和基本原理,要求学生尽量考虑用计算机来完成,把学生从大量的计算中解脱出来使之集中精力去学习《生物统计学》的基本思想、方法及其实际应用。
2.3 理论联系实际
生物统计学的教学并不是为了让学生掌握一些知识点而进行教学,树立统计的观念、应用统计方法分析和解决生物学研究的问题才是这门课程的最终目标。因此,在教学中,特别要注意将纯理论的统计学知识与科学研究中的实际问题联系在一起,必须与专业实际联系在一起进行教学,只有这样才不会使本课程的教学显得空洞,才不会脱离生产实际,才能在实践中培养学生的综合能力。
3. 考核方式的改革与探索
考核是教学活动的一个重要组成部分,是促进学生复习、巩固所学知识,并对教学效果进行检查的重要方法,恰当的考核对学生的理论学习和实践训练具有引导、激励和促进的作用。传统的笔试中学生要把大量的时间花在数学计算上,而不能全面考查学生对各种统计分析方法的掌握和应用情况。为了对教学质量进行科学地评价与管理,也为了客观准确地评定学生的成绩和能力,进行考试改革是必要的。
为了更好地发挥考试的功能,我们在教学过程中针对过去把书面考试作为评价学生学习效果的主要手段这一应试教育现象,实行考知识与考方法相结合,考理论与考应用相结合,建立了从学习过程、作业练习、期中考试到期末考试,定性评价与定量评价相结合的过程性评价体系,确保对影响学生应用能力形成的关键知识点进行全面测试,从重“知识”逐步走向重“能力”,培养学生脚踏实地的学习态度和严谨作风,促进教学质量不断改进和提高。
通过以上三个方面的改革尝试和探索,从各届学生的学习效果的比较分析看,已收到了一定的成效,使学生体会到了该课程的重要实用价值,初步树立了统计理念,培养了学生应用概率统计方法解决实际问题的能力。但《生物统计学》作为生命科学学科中重要而特殊的一门工具课程,要教好这门课,还有很多问题需要进一步的探究,在以后的教学中,还需要继续钻研统计理论,探索教学规律,优化教学过程,完善教学体系,从而全面提高该课程的教学质量。
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关键词: Excel 生物统计学 分布 CHIDIST函数 CHIINV函数
1.引言
《生物统计学》是研究数据资料的收集、整理、分析和解释的一门科学[1],是畜牧、兽医、农学、微生物、医学等领域不可缺少的统计工具,越来越多的数据分析离不开生物统计学原理。《生物统计学》中的上机实习是提高学生动手能力和解决问题能力的重要环节,我们在本次教学改革与实践中已经把二项分布、正态分布、普哇松分布、F分布、卡方()分布等的概率计算纳入《生物统计学》实践教学中,一方面让学生针对不同数据清楚分布类型,针对不同分布类型选用不同Excel函数模块,另一方面通过不同分布概率计算,将课本上所学的知识很好地应用于实践数据分析中。本文主要介绍的是Excel中的CHIDIST和CHIINV函数在分布中具体应用情况及注意事项。
4.结语
随着计算机技术的发展,已经有更多软件被应用于《生物统计学》,如Excel[2],SAS[3],SPSS[4]-[6]等,对二项分布、正态分布、普哇松分布、F分布、分布等常用分布的概率计算来说Excel显得简单多了。虽然《生物统计学》后面的附录中一般提供分布的临界值表,但是有其局限性,即当自由度(df)>40时书本上就查找不到其临界值了。因此本文主要介绍了Excel中的CHIDIST函数和CHIINV函数在分布中的概率和临界值计算,方便学生或其他人员利用Excel直接获得概率或临界值。
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关键词:生物统计学;统计思维;应用意识
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)44-0191-03
生物统计学是利用概率论和数理统计的原理和方法研究生物数量性状变化规律的一门学科,是应用数学领域的重要学科分支[1]。它涵盖了生物学试验设计、数据收集和数据整理、统计分析方法的选择以及统计结论的得出与解释等内容。生物统计学不仅广泛应用于传统的生物学、生态学、医学、药学和农学等各学科专业中,也是现代分子生物学研究中数据分析的重要工具[2]。数据分析与处理能力是当今生物学领域科研工作者的必备技能之一,且随着生物组学时代的来临,生物统计学的应用更加广泛和深入,生物统计学在高校生物学课程体系中的位置也愈发重要,肩负着培养学生数据分析技能和科研素养的重要使命。因此,生物统计学已成为我国高等院校生物科学类专业的一门基础课程,也是广东海洋大学水产养殖学专业的一门专业必修课。
然而,生物统计学课程不同于其他的理论基础课和专业课,其最大特点是概念抽象、公式复杂、计算烦琐,是一门教师和学生普遍反映难教、难学、难懂的课程,这也导致学生缺乏学习兴趣和动力,难以取得预期的教学效果[3]。为此,本文将结合笔者近年来水产生物统计学的教学实践,就如何培养学生统计思维能力和应用意识进行分析和探讨,以期为水产生物统计学课程的教学提供一定的参考。
一、统计思维能力培养
生物统计学作为一门工具学科,是一种思维方法(或统计思想)在生物学中的应用。学习生物统计学就是要学会利用统计思想分析问题和解决问题。姚亮等(2015)归纳了四条统计思想,分别是或然性思想、小概率原理、大概率原理和信息最大化原理。这些统计思想存在于生物统计学理论体系的各个角落,共同构成了统计学学科的思想基础。为此,生物统计学的课堂中,教师应将核心统计思想的阐述贯穿于基础理论知识讲解中,努力帮助学生理解复杂统计理论和方法的思想本质。
1.注重核心统计思想的讲解是培养学生统计思维能力的首要任务。生物统计学教学活动中,由于较多的数学推理与计算等难点需要讲解,因此会占用教师较多的授课时间和精力,从而面临能力培养难于知识传授的困境,这就与“知识传授与能力培养”的高等教育课程基本培养目标相违背。另一方面,正是因为生物统计学课程较大的教学与学习难度,才更需要学生掌握核心的统计学思想及应用统计学思想思考问题的思维模式,这样才有助于学生更深层次地理解理论性较强的具体统计理论与方法,并将其灵活运用于解决各种实际科研问题。
举例来说,若某事件发生的概率很小,其在一次(或极少次)试验中几乎不可能发生,统计学上将该事件称为小概率事件。小概率事件对应的小概率原理是假设检验理论的思想基础,几乎所有假设检验的推理均是依据小概率原理来进行的。具体来说,首先假定原假设成立并进行检验统计量的计算,推导出其为一小概率事件,那么依据小概率原理则有理由相信原假设在概率上是不成立的;反之,若无小概率事件的发生,则无充分理由质疑原假设。显然,小概率原理是假设检验理论最为关键的思想基础。倘若教师在讲授假设检验理论之前注重小概率事件原理的讲解,便能帮助学生更好地理解统计推断的推理过程和判断依据。同样,注重或然性现象(随机性现象)、大概率原理以及信息最大化原理等统计思想的讲解,对于帮助学生透彻理解统计学基本理论、培养学生统计思维能力均具有十分重要的作用。
2.模型构建训练及实例结合教学是培养学生统计思维能力的主要途径。源于数学学科分支的统计学可以理解为对现实问题的抽象概括,即现实统计问题的模型化表达。比如,生物统计学中的方差分析将总变异分解为组内变异和组间变异两部分,分别代表误差和试验的处理效应,并将生物学中的各种控制试验采用统一的符号及线性公式来描述,进而计算统计量来衡量因素的效应值。教学过程中教师可要求学生将实际科研问题中的因素、水平、重复、组间、组内等具体名词代入方差分析的理论线性模型,反复开展模型构建训练,以加深对方差分析的理解。再如假设检验,一般将检验过程分为“假设提出”、“选择及计算统计量”、“确定显著性水平”和“统计推断”四个步骤,而任何实际问题的假设检验分析均可构建为由这四个步骤构成的模型。课程讲授初期务必严格要求学生遵守“四步走”的分析流程,进行统计模型的构建训练,不断增强学生对该统计模型的熟悉程度,这样做,让同学们在更好地掌握统计学理论知识的同时,又培养了其模型思维能力。
实例结合教学是生物统计学教学的重要方法,也是模型构建训练的重要组成部分。课堂教学活动中,教师可选择一些贴近生活、科研与生产的实例来讲解抽象的统计学理论和模型。比如,笔者在讲解假设检验理论时,选用水产饲料装包机工作是否正常的实例来讲解假设检验的基本步骤。首先提出原假设和备择假设,讲解两种假设各自表示的实际含义;根据“装包机是否工作正常”及“额定标准”确定检验统计量为样本均值并计算;确定P值后,做出统计推断,并解读统计结论所代表的实际统计学含义。
通过以上模型构建训练和实例结合教学,将抽象的统计学理论、方法与具体的实际问题相结合,达到化繁为简的目的,进而提高生物统计学的教学效果。当然,模型训练与实例结合教学是一项系统工程,需要教师投入更多的时间和精力备课,并循序渐进地将其贯穿于整个生物统计学的教学过程。
3.计算机辅助分析训练是培养学生统计思维能力的有效措施。生物统计学基本理论往往涉及复杂的推理和计算过程,而作为生物专业的学生并无必要完全掌握其中的每一个具体细节和过程。从生物统计学课程的教学目的来看,基本原理和知识的讲解固然非常重要,但更应强调对学生的生物学试验设计、数据收集、分析以及处理技能的培养。生物统计学教学的最高目标是让学生从抽象、复杂的统计学知识中解放出来,学会利用计算机统计工具高效地进行生物数据的分析、处理和解释。更为重要的是,计算机辅助分析过程中的数据录入、统计方法的选择与应用、适用前提条件的判断以及结果的解释等各环节的实训操作是学生对统计思想、统计模型的再次复习和巩固,是培养学生统计思维能力的有效措施。
二、统计应用意识培养
生物统计学是探讨生物学研究的试验设计、数据收集与整理、分析与推论,并最终从样本信息中获取有关总体的科学可靠的结论的科学,是将数学方法应用于生物学研究领域的工具学科,是生物科学应用型人才的必备知识,也是广大科研工作者从事科学研究的重要工具和手段。因此,着力培养学生综合运用生物统计学知识和方法的能力、增强学生分析问题与解决问题的能力,进而提高学生的综合素质和科学素养是生物统计学课程教学的又一目标。
1.教材选择与课程内容体系的优化。教材是体现教学内容和教学要求的知识载体,也是教学最基本的工具,它不仅是教师进行教学的依据,而且是学生获取知识的重要资料。生物统计学课程主要包括统计理论知识和统计软件的使用两部分内容,二者相互依存,不可分割。因此,教师应结合课程属性,选择统计理论与实际学科相结合、统计原理与试验设计相结合、统计学方法与统计软件相结合的生物统计学教材进行教学较为合适;同时选择若干具有一定实用性且难易程度、侧重点不同的参考书让学生课后参考学习,以取长补短,开阔学生视野。其次,在生物统计学课程课时减少和教学内容增加的现实背景下,课程内容体系的编排和优化在兼顾该课程的理论性的同时,更要突出其应用性和实践性。也就是说要根据教学内容的难易程度和理论的系统性,合理分配学时;尽量压缩复杂统计学定理的证明和公式数理推导等内容,相应增加统计学基本理论和统计分析方法及其应用的内容。
2.加强生物统计学的计算机辅助实验教学,重视知识的应用性。计算机技术的发展给统计学带来了巨大的变化,它帮助科技工作者摆脱了繁重的手工计算的麻烦,同时计算机技术的发展和计算机技术在统计学中的应用,为培养学生分析问题、解决问题的能力,提高其综合素质提供了广阔的空间。因此,教学过程中应适当压缩统计学理论的教学时间,注重统计学软件的操作,增加学生上机操作时间。笔者在各基本理论知识讲授完毕之后,开设相应实验课程,讲授统计软件的使用方法和演示例题的计算及分析过程;同时,要求学生结合实例,进行计算机软件的操作,重点掌握统计软件的数据录入、储存,各种基础统计方法的选择与应用、适用前提条件的判断、结果的解释等内容。在计算机辅助实验教学中,利用统计软件把基本原理与统计方法的实际应用有机结合起来,不仅使复杂的统计数据处理工作变得简单,而且充分调动了学生的主观能动性和学习兴趣,从而提高了学生的统计学应用能力。
3.合理运用案例教学和专题训练,强调知识应用性。生物统计学课程的理论性强、内容抽象,照本宣科的传统教学方法,更会使学生失去学习兴趣,不利于培养学生独立思考能力,且难以取得良好的教学效果。案例教学是实现以应用能力培养为导向的生物统计学课程教学改革目标的一个重要手段。教师将生物学领域的科研工作或生产实践等案例贯穿到教学过程中,应用统计学理论知识对试验设计、方案制订、样品采集与测量、数据收集整理、数据的统计分析等各个研究步骤进行讲解与分析,既增强了学生的学习兴趣,又培养了学生的统计学思维及统计学应用能力。教师在案例选择上,尽量减少陈旧的、与社会发展不相适应的实例,及时增加统计学课程呈现的新理论、新方法和新应用,将反映专业发展最前沿的成果实例转化为教学内容,使学生在掌握统计学理论的同时及时了解专业技术发展和应用的最新动态,与时俱进,适应专业发展的需要,提高学生的科研素质。
专题训练是培养生物统计学应用能力、达到从感性认识到理性认识的又一有效途径。教师可以将统计学课程内容分为若干模块,每一模块包含若干统计学方法,并分专题讲解各种统计方法和理论在生物学中实际应用。通过专题训练培养学生提出问题、分析问题和解决问题的思维习惯,引导学生合理、科学地应用统计学方法,进而逐步掌握生物统计学的基本原理及常用统计方法。
4.改革考核方式,突出统计工具的运用能力。考试是高等院校的一个重要教育制度,考试成绩是检验教学质量和学生学习效果的一项重要指标。考核方式的合理与否,决定着教学效果的好坏以及学生学习积极性能否得到最大限度地调动。目前我国许多高校的考试制度和考核方式缺乏一定合理性和灵活性,如以闭卷考试为主和限定的考试题型等。就生物统计学课程而言,这种考核方式不能真正体现生物统计学课程的本质属性,不能全面考察学生对生物统计学原理的掌握及运用能力。为此,笔者认为生物统计学的考核方式应实行考查学生掌握理论知识与统计方法应用技能结合情况的综合考核方式,将考核成绩分为三个部分:平时成绩(占20%,包括课堂表现、出勤率、作业情况)、理论考试成绩(30%)和上机操作考试成绩(50%)。闭卷考试命题应突出基础性和实用性,少出或不出理论性强但无实际应用的偏题,同时考虑学生掌握基本知识的程度及灵活应用知识的能力;上机操作考试部分是在计算机上进行试验数据的整理、输入、分析和统计结论的获得等,是考查学生应用统计学软件对常用统计方法的分析运用能力。采取闭卷考试和上机操作考试有机结合的考核方式,同时加大上机操作的考核比重,既调动了学生学习的主动性,摆脱了单纯的应试考核模式,又培养了学生运用统计学理论和方法解决实际问题的能力,提升了学生的统计学应用能力。
三、结语
针对生物统计学课程的属性和特点,笔者认为生物统计学的教学既要注重学生统计思维能力的培养,也要重视学生统计学应用意识的培养。为此,本文探讨了培养学生统计思维能力的主要途径和方法,主要包括统计思想讲解、模型构建训练与实例结合教学及计算机辅助分析训练;同时,本文还从教材选择与课程内容体系的优化、加强计算机辅助实验教学、合理运用案例教学和专题训练及改革传统考核方式等方面阐述了培养学生统计学应用意识的教学策略。随着生物组学时代的来临,科研数据分析和处理能力将显得尤为重要,相信以上教学方法和策略的应用,将会显著提高学生运用生物统计学知识分析问题、解决问题的能力,帮助学生抓住生物统计学的发展和应用机遇。
参考文献:
[1]张力,甘乾福,吴旭.SPSS19.0(中文版)在生物统计中的应用[M].厦门大学出版社,2013.
关键词 生物统计学 教学改革 教学内容 教学方式 考核方式
中图分类号:G642 文献标识码:A
生物统计学是应用统计学的原理和方法来分析、解释生物界各种现象和试验调查资料的一门科学。该课程是高等院校农学、植保、生物类专业的必修课程,通过该课程的学习,学生将掌握试验设计的原则和方法,学会科学地收集、整理、分析数据的方法,培养对试验结果可靠性的判断能力,获得计算机统计软件的操作技能,学会统计思维,提高对自然与社会中具有不确定性事物的认识能力,同时也为学习其它课程如数量遗传学奠定基础。
为将农业与生物学试验,特别是田间试验紧密结合起来,华中农业大学植物科学技术学院农学专业的生物统计学课程名称改用“生物统计与田间试验设计”,一般在第四或五学期开设,这时学生虽然已经系统学习了概率论、遗传学等相关基础课程,但对本课程的理解和掌握仍然存在较大难度。因此,进一步加强该课程的教学手段改良、深化教学改革,对于更好地开展教学工作具有积极意义。结合该课程的特点,笔者在近几年的教学实践中就如何提高教学质量进行了探索和实践,形成了几点心得体会。
1 生物统计与田间试验设计课程教学中普遍存在的问题
1.1 教学内容和手段有待进一步合理优化
随着高校的不断扩招,许多学生为了能上大学而选择农业类高校,进了大学之后对农业类专业有抵触情绪,学习思想不端正,导致厌学,对专业课程得过且过,靠“临时抱佛脚”突击过关。而且,由于生物统计学课程所涉及的公式很多,学生们普遍认为该课程枯燥乏味,晦涩难懂,再加上传统教学中以“填鸭式”教学为主,重课堂讲解轻实践应用,学生们认为这门课程学习完了就一辈子再也用不到了,即使学习,也是机械地背下公式以应付考试,缺乏主观能动性。常常是教师辛辛苦苦讲解,学生们一考完试就全部忘光。造成这种状况的重要原因之一就是教学内容陈旧枯燥,教学手段单一呆板,不能激发学生的学习兴趣,而且由于教学中轻实践应用,学生们也忽视了该课程的重要性和在实际生活中的应用价值。
1.2 成绩考核体系未能激发学生的主动性
现行的课程成绩评价办法有一定的科学性,但尚需进一步改进。一般是教师根据学生平时的课堂出席情况和课后作业完成的优劣给出一个平时成绩,课程总评成绩由平时成绩和(期中)期末成绩按一定比例折合算得。学生们为了保证平时成绩较好,虽然会积极到堂,但有些学生“人在曹营心在汉”,作业抄袭情况严重,未能调动学生的学习主观能动性。
2 课程教学改革中的几点建议
2.1 丰富和更新教学内容
目前,市面上的生物统计学教材琳琅满目,各有千秋,有的教材重实证举例,有的注重理论推导,选择教材时要注意结合各种图书的特点。可以由中国农业出版社出版、盖均镒主编的《试验统计方法》为主要教材,参考书目为:上海外语教育出版社出版、郭平毅主编的《生物统计学》,高等教育出版社出版、杜荣骞主编的《生物统计学》,科学出版社出版、李春喜等编著的《生物统计学》,几本教材取长补短,相互结合进行教学。
由于课时较之几年前大量压缩,因此在编排课程内容时要重点突出,针对不同的专业,要有不同的侧重点。在侧重点明晰的前提下,以所选教材为主线,在讲授经典理论和方法的同时,兼顾农业类学科的前沿进展和发展方向,对相应内容在讲解时以学科前沿或学生们易感兴趣的事例举例。比如,为端正学生们的学习态度,提高他们的学习积极性,在绪论章节要重点强调统计方法在实际生活和本专业中的重要贡献和作用。生活中应用的例子比如有:许多淘宝卖家为提高销量刷信用,利用的就是顾客倾向于从销量最多或信用最好的店铺购物的心理,这里用到的就是统计学中的众数;各种平民选秀节目中,邀请多个评委对每个选手进行综合评分和评价,最后各选手的排名和分数的获得也利用到了统计学中的方法;也可以简单说明生物统计学在遗传学领域的重要作用,如在遗传作图、序列比对及基因的分子进化分析中都用到了统计学的基本理论和方法;甚至还可以列出一些最新的专业文献,展示其利用生物统计学的方法处理数据的部分内容。
另外,在教学内容的编排次序上,也不宜对教材生搬照抄、几年不变,应该随着开课学期的不同以及当季农作物的农时来合理安排。因为该门课程中有些章节如田间试验方法与实施和卡方测验等与大部分的章节内容没有一个承上启下的关系,在时间编排上比较灵活,为配合农作物的生长季节以便安排学生通过田间实地考察和操作来增加感性认识,让学生有充分的自由度进行探索式学习,这些章节在内容编排上可以灵活变动。
2.2 多种教学方式的结合和灵活应用
传统的板书教学方式在有限的时间内提供的信息量较少,但展现细致,对于讲解有些公式的来由和推理过程比较适用。随着教学条件的不断提高和完善,多媒体教学目前已经成为高校授课的主要方式。尤其是多媒体教学方式提供的信息量大,能够加快课程进度,比较适合当前课时已经几经压缩的生物统计学课程,但是要注意根据学生的接受能力来调节课时进度。多媒体教学讲课进度加快,加上学生从教师那里可以拷贝得到课件,因此大部分学生来不及也懒得再做笔记,课后又不巩固复习,造成过目即忘的现象,达不到好的教学效果。
在实际教学过程中要将两种教学手段有机结合起来,以多媒体教学为主,板书为辅,利用板书一方面可以清楚地陈述公式或结论的推导过程,另一方面也是有效控制课时进度的有效手段。制作多媒体课件时要利用PPT的特点,适当插入图片和例证,统计学课件也可以制作得图文并茂,色彩丰富,同时还可以在需要作图的环节比如双尾和单尾检验部分,设置动画和声音效果,加深学生的印象,提高其学习积极性。比如在课程内容从抽样分布过渡到假设检验时,可以举个年轻人感兴趣的例子——中国和韩国女星知名度的比较,PPT中插入多个中韩当红明星的照片,以此说明对两个总体的比较常常是不可行的,这时就要采取另一种办法,即抽取样本,通过样本所代表的总体进行比较。各类美女的照片吸引了学生的注意力,使学生印象深刻,同时也完成了讲课内容从总体到样本的研究顺利过渡到样本到总体的研究。
2.3 重视实践教学——实验课程改革
当前农业高校人才培养普遍存在重理论教学轻实践教学,重实验室训练轻田间试验操作等现象。在人才培养计划中,一线实践学时比例逐步下降,并在分割中进一步被弱化。另一方面,许多年轻教师从本科到博士的经历是从实验室到实验室,缺乏实践生产经验,致使其在教学中不能理论联系实际,学生的实践意识和实践能力得不到训练和提高。
生物统计学是一门与生产实践联系紧密的学科,因此实验课程的设置必须以训练和提高学生的实践能力为教学目标。华中农业大学植科院开设了10个学时的实验课程,课程主要在现代化的电脑实验室完成,目的是介绍和训练学生应用Excel进行常规的统计分析,如用Excel进行描述统计、统计图表的制作、假设检验、方差分析、直线相关和回归分析等,也简略介绍了SAS在统计中的应用。这种教学模式将统计知识与计算机技能融为一体,同时由于Excel软件不用购买,操作简单,不需编程,学生容易掌握,也就为生物统计学的实际应用提供了方便与快捷的手段。许多学生反映实验课程的教学内容在本专业毕业课题的数据分析中非常有用。
另一方面,实验课程的设置还应强调统计知识在田间生产中的实际应用,注意课堂教学和田间教学相结合。比如绪论中介绍的田间试验中的一些基本概念:小区、保护行、试验因素、水平、处理、试验指标等,有些定义比较拗口,不易理解,在期末考核和实际应用中发现学生理解上比较模糊,个别概念容易混淆。尤其是常用田间试验设计方法这一章节,介绍了各种试验设计方法及其优缺点、适用的条件等等,信息量大,学生只能靠死记硬背暂时记住,很难理解记忆。这几年,华中农业大学植科院在实验课与田间实地教学的结合方面进行了一些尝试,将学生带到田间地头,进行实例教学,指出小区、因素等等在田间的具体指代内容和所在,更把学生带到省级区试试验点和育种圃,现场讲解各种田间试验方法的设计,让学生根据具体情况一起讨论和分析每种方法的优缺点,帮助学生理解记忆,也为其它专业课如作物育种学的学习奠定了基础,效果很好。
课程教学的主要任务并不仅仅是传授知识,知识长久不用就会遗忘,教学更应注重培养学生分析问题、解决问题的能力以及创新、批判精神。因此,我们也尝试安排了一些讨论课,比如在介绍完各种田间试验方法和相应的数据分析方法之后,以几个育种或生产上的实例让学生进行田间设计,将实际所学的知识与生产实践结合起来,不仅可以调动学生的学习积极性,培养学生分析问题、解决问题的能力,还有利于学生团队合作精神的培养,真正实现教学从实践中来、到实践中去。
2.4 考核方式的多元化
期中或期末考试是对教学质量进行考核的一个主要办法,同时也对学生认真学习该门课程有很好的督促作用,但是过于强调笔试在学生成绩中的比重,不利于调动学生的积极主动性。由于生物统计学的课程特点,公式多,难理解难记忆,课程内容连贯性较强,因此每次讲解新内容前,我们会用5分钟左右的时间复习回顾上节课的重点内容,理清脉络,比较记忆各章节中的公式,对学生新内容的学习起到一个承上启下的作用,效果较好。但是仍然有许多学生不进行课后复习,在讲课时他一脸茫然的表情。为进一步激发学生的学习主动性,我们进行了改进,每次课前随机抽取一个学生请他帮大家复习巩固上次课程的学习内容,根据学生的表现在平时成绩上给予适当分数奖励。还可以根据课时进度,在课程中穿插一些小的问题或统计学题目,请学生自告奋勇争相解答,给以适当分数奖励。改变后的考核方式加大了平时成绩(课堂表现+课后作业)的比例,更能体现“以学生为主体,以教师为主导”的教学理念。
参考文献
[1] 盖均镒.试验统计方法.北京:中国农业出版社,2000.
[2] 朱汉春,程龙.《生物统计学》教学改革与实践.西南农业大学学报(社会科学版),2006.4(3):270-272.
关键词:医学院校;生物统计学;专业认知;专业建设
中图分类号:G455 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(b)-0000-00
随着国家扩招政策的实施和教育部本科专业审批权限的下放,越来越多的本科高等医学院校,开始跨越本校的分类属性,开办非医学类专业,少数医学院校非医学类专业数目已经接近甚至超过了医学类专业数目,他们的建设目标是把学校建设成为“多科性的大学”。[1]但是随着招生规模日益扩大,高等人才培养问题逐渐升温,特别是医学院校非医学专业大学生的培养工作成了摆在医学高等教育面前的重要问题。本研究选取了某医学院校生物统计学专业在校本科生为样本,对其专业认知情况及其影响因素进行了深入研究,并提出了相关建议。希望能够为医学院校生物统计学专业建设提供参考依据,并对医学院生物统计学专业人才培养工作提出合理化建议。
1对象和方法
1.1 调查对象:以某医学院校生物统计学专业全日制本科在校生为调查对象。
1.2 调查方法:本研究采用问卷调查的方式,调查问卷由研究者自行设计,由调查员统一发放问卷,问卷由被调查者本人填写,研究者审核后回收问卷。本次共发放问卷113份,收回有效问卷101份。有效回收率为89.38%。
1.3 数据处理:调查结果全部数据用Epidata3.1进行数据的录入和校验,用SPSS 19.0 软件进行统计学处理。
2结果与分析
2.1调查对象基本情况:
在收回的有效问卷中年龄为19~25岁,平均年龄(21.19±1.12)岁。男性41人,占40.6%。在收回的有效问卷中大二(2012级)40人,占39.6%;大三(2011级)40人,占36.9%;大四(2010级)21人,占20.8%。
2.2常用统计方法认知情况:
其中常用统计方法认知情况的调查中14种统计方法(见表1.1),其中基本方法9种,高级统计方法5种。
结果显示,在基本统计方法中,大二学生除均数标准差等计量资料的统计描述(47.5%)、方差分析(62.5%)、常用概率分布(52.5%)、直线回归与相关(60%)以了解为主,其他均以不知道为主;大三学生除生存分析(62.5%)、meta分析(82.5%)、聚类分析(82.5%)等高级方法以不知道为主,其他统计方法均以了解为主;大四学生所有高级统计方法均以了解为主,基本统计方法以熟悉为主。详细结果见下表1.1
4 将认知情况采用三分级评分,0=不知道,1=了解,2=熟悉,分别赋分0,1,2,得分越高,表明认知情况越好。取各年级学生每项统计方法认知得分情况,按年级分组进行多相关样本的的非参数检验。Friedman 检验,在α=0.05水平下, =26.143,P
取每位学生每项统计方法认知得分之和得到该学生统计方法认知总得分,按性别分组,进行两独立样本非参数Mann-Whitney检验,在α=0.05水平下,Z=-0.897,P>0.001,即性别因素对专业认知的影响不显著。
2.3 常用统计软件使用情况:
在全体有效问卷中,平时主要使用SAS软件分析数据的有3人(3.0%),SPSS软件的有44人(43.6%)Excel软件的有42人(41.6%),使用其他软件4人(4.0%),从未使用软件的有8人(7.9%)。
在分年级统计中,大二年级中有23人(57.5%)选择使用Excel软件,为最常用软件;另外还有7人(17.5%)不使用任何软件。大三年级主要使用SPSS软件,30人(75.0%);还有9人(22.5%),使用Excel。大四年级中,有11人(52.4%)使用SPSS软件,10人(47.6%)使用Excel。详见下表1.2
对各年级学生选择的常用统计软件进行交叉列联表分析, =128.803,P
3 讨论与建议
随着医学科学的不断发展,医学统计学的思维与理念已经渗透到医学科学研究的每一个角落。[2]该部分人才培养工作的好坏关系着医学院校课程改革和人才培养工作的成败,对高等医学院校顺利进行有重大的作用和意义。针对目前医学院校生物统计学专业学生的认知现状, 相关高校的教育应从以下几方面进一步改进。
3.1优化课程结构,重视基础理论的教授和专业思维能力的培养。
基本统计方法是医学统计学的基础, 掌握基本统计方法的基本原理、计算过程和结果解释是学习高级统计方法的基本功。[3]学校在教学计划和课程设置中应该加强专业基础课的教授,加大基础课的课时比例,删除陈旧和重复的课程为学生以后专业课的学习和专业能力的提升,打下坚实的基础。重视不同课程之间、高级技能与基础知识在教学中的相互渗透,加强各知识之间的衔接与联系。建立知识理论框架,提高学生总体把握知识的能力。鼓励学生相互学习,共同进步。开设专业讲座,介绍本专业的前沿理论和发展现状,提高学生的专业思维能力,开拓学生的视野。
3.2 加强统计软件使用的训练,培养适应社会需求的应用型人才。
在重视理论与书本教学的同时,注意理论讲授与软件应用的结合。有关高校应当较强统计软件应用课时在总课时中的比例。在低年级中开设Excel与统计应用等选修课程,在中高年级中开设以SPSS和SAS为主干的专业统计软件应用课程。重视学生统计应用软件使用的培养,在统计软件的使用教学中使抽象的统计理论形象化,使学生能合理使用、愿意使用相关的统计软件。加强统计软件使用的训练,使统计软件使用的教学与现实问题结合,着重加强学生解决现实问题和创新能力培养,培养适应社会需求的应用型人才。
3.3转变教学模式,构建具有医学院校特色的生物统计学人才培养体系。
面对高校招生规模不断扩大,医学院校专业设置不断多元化的现状。我们应当主动改变教学模式,在加强以往教学实践中重视课堂教学、重视专业技能传授的同时,应当借鉴国内外高校的先进经验。以学生的全面健康发展为核心,以提高专业技能为重点,采取灵活多变的方法不断适应社会对人才的需求。进行“通识教育”,促进统计理论与医疗卫生教育的结合。创建综合性的人才培养模式,构建具有医学院校特色的生物统计学人才培养体系。
参考文献:
[1]崔光成,刘吉成.本科医学院校开办非医学类专业的现状调查.中国高等医学教育[J].2007,7:31~32
关键词生物统计学;理论与实践整合;中外合作办学;双语课程
中图分类号S-01;G642文献标识码A文章编号0517-6611(2017)30-0249-02
生物统计学(Biostatistics)是运用统计学的原理和方法,分析生命科学研究数据资料的一门科学,包含试验方案设计、试验数据收集、整理及分析。生物统计学是全国许多高等院校生命科学类本科专业的一门重要的专业基础课程。由于该课程涉及的原理、概念及数学公式多且抽象难懂,系统性强,对学生逻辑思维能力的要求也高,常使学生在学习中倍感头疼,是一门难度大的课程。而生物统计学属于应用统计学的范畴,具有很强的实践性和应用性,是一门重要的工具课,它能培养学生统计学思想,使其学会如何科学地设计研究方案及分析数据,从而得出科学的结论;它能帮助学生更好地学习专业相关课程及完成毕业实习论文。因此掌握好生物统计学知识对学生今后从事本行业相关工作有重要意义[1]。
在全球一体化的大环境下,中外合作办学日益兴起,福建农林大学自2003年以来成功开办了与加拿大新斯科舍农学院的“2+2”本科教学合作项目(中加合作班)[2],为了培养具有国际视野的高等人才,包括生物统计学在内的许多课程被设定为双语课程[3]。生物统计学双语课程要求学生掌握生物统计学的基本理论与应用的同时,也掌握一定的生物统计学专业英语,具备与国际同行进行专业交流的能力。本科学生的专业英语基础都相对薄弱,在学习难懂的生物统计学原理的同时,一并学习难记的生物统计学专业英语术语,可以说是难上加难。为了在有限的学时中让学生达到这两重学习目标,对课程体系和教学模式的完善进行了初步探索。关于优化生物统计学教学改革,各教学同行已有不少研究,案例法、引入各种计算机软件辅助教学、考核方式的改革、图示法、课程整合、项目导向等,均取得了成果[4-6]。其中课程整合模式和项目导向的教学模式启发很大,都在很大程度上强调了实践在生物统计学课程中的重要性,提倡“教、学、做”融为一体的教学理念,培养“知识+能力”的双强人才。世界著名教育学家杜威(JohnDewey)也强调理论与实践的整合,提出了综合课程的思想。在借鉴他人经验的同时,结合生物统计学的特点,即概念理论难和实践应用性强,从理论与实践相整合的角度出发,设计新的教学模式,利用理论讲授课、上机实践课、网络教学平台等多方面教学整合渗透,让学生在解决问题的实践过程中,更加深刻地理解理论知识,培养统计思想和实际应用的能力。
1修订教学内容及教学大纲
笔者所进行的教学改革面向对象为福建农林大学中加合作班的学生,他们本科学习的后2年即将赴加拿大繼续学习。为了提前适应国外的学习环境,他们的课程皆为双语课程,大多为全英文授课。针对各不同专业及各不同课程的双语课程,英文教学部分所占不等,都旨在使学生在掌握专业知识的基础上,培养能进行该专业学术问题国际交流的能力。而在英文渗透度不同阶段的双语教学中,以全英文教学对提高学生英语交流能力效果最好[7]。考虑到学生的实际需求,加上所面向的学生英语水平普遍较好,在教学内容的改革中,相应提高了英语教学所占的比重。起初计划实行全英文教学,但在与学生的初步交流后,发现他们的生物统计学专业英语基础十分薄弱,如果一味用全英文教学,恐怕本就难懂的生物统计学知识再加上不甚明了的专业英语使学生对该课的感觉更加云山雾罩,可能连掌握相应生物统计学原理的这个最基本教学要求都完成不了。因此修订了原初的教学计划,适当增加了中文教学的分量,在教学参考书、课件及教学情景设置上都做了相应的调整。教学用书选定了2本,中英文各1本,分别为杜荣骞著的《生物统计学》(高等教育出版社)和ThomasGlover、KevinMitchell著的AnintroductiontoBiostatistics(WavelandPrInc),同时也列出一些适合本科生阅读的英文教学参考书,方便学生课前预习和课后自学。采用全英文课件,旨在更好地给学生一个英语教学环境,而教学过程中,针对关键的专业知识和难懂的统计原理,用中英文详细解释,反复举例,力争使学生在掌握生物统计学知识的基础上同时增强他们的生物统计专业英语交流能力。
在确定该双语课程的教学语言模式后,根据该课程的教学目标及学时数,考虑到增加的生物统计学专业英语方面的学习内容,修订完善了教学大纲,对教学内容进行相应调整。相较于学校其他专业及他校该课程的40~50个学时安排,安排了60个学时,从时间上说比较充裕。其中51个学时为课堂理论课,9个学时为上机实践课。教学的主要内容与以往保持一致,包含生物统计学的基本原理概念、试验设计、描述统计(数据的整理与分析)和推断统计,每章增加相应的专业英语和统计软件操作的学习内容,并在课堂讲解后及时进行上机实践课的练习。为了让学生更好地学会灵活应用统计知识解决实际问题,一些公式的数理推算过程简略介绍,不再重点讲解。一方面让学生有更多时间和精力做到学以致用,另一方面打消学生因害怕艰涩难懂的数学演算而对该课程产生厌学情绪。在教学模式中,将理论与实践相整合,以达到“学中做,做中学”的目标。
2整合理论教学与实践教学
生物統计学虽然系统性、理论性强,但它更是一门实践性强的工具课。在教学中,若仅教授理论,学生很可能难以在今后的实际实践工作和研究中将其真正变成有利工具利用起来。基于这些特点,笔者试着从多角度进行理论和实践相整合的教学模式改革,以提高教学效果。具体体现在3个方面:一是试验设计原则理论与实践案例数据分析的教学整合;二是实践案例统计分析理论与计算机统计软件操作的教学整合;三是利用网络教学平台、课堂及课后的互动、中英文参考书的导读,将生物统计专业英语的教授与交流整合。
试验设计原则是生物统计学课程的重要内容之一,贯穿整个课程体系,它集中体现了统计思想的精髓所在。而对学生统计思想的培训,可以说是生物统计学课程教学的核心部分[8]。在教学过程中,这部分相对容易,没有复杂的数学公式,内容逻辑性强,学生能很快认同,但这也是最难教的一部分,学生可以很轻易地快速记住这些概念,但遇到实际问题的时候却往往表现得不知所措。同时,正因为没有真正学会如何去用,学生在一段时间后,可能不再记得这些概念原则。考虑到系统关联性,不少生物统计学书将试验设计的内容放在了全书的后半部分。若课堂教学也参照该顺序,那么试验设计原则教授的内容并没有反复解说和演练,很可能会导致试验设计的原则与实践案例分析相割裂,难于找到内在的密切联系,也使学生对试验设计的原则学习缺乏实践应用,从而导致易学易忘。所以笔者选择了从课程教学的初期就开始结合案例讲授统计思想,推出试验设计原则的内容,在后期的各推断统计模型的教学中,先给出案例,让学生自我实践,做出试验设计,进一步讲解试验设计原则与统计思想。一方面使普遍惧怕书中繁杂数学公式的学生了解到统计其实是很有趣的一门课,并非是一味地进行数学计算,打破学生恐惧的心防,激发学生的学习兴趣,让学生有学下去的动力。另一方面,让试验设计原则与统计思想的讲解和实践贯穿课程始终,原理、原则思想都是从实践中高度抽象浓缩的概念,也只有通过不断的实践,才能使学生在识记的基础上做到灵活应用,提高统计学能力。
计算机统计软件的操作技能在当今科技高度发展的时代愈显重要,尤其是当今大数据时代,对于海量数据的处理,单靠纸笔显然是不够的。因此计算机统计软件教学的重要性也被提到日程上来,成为当今生物统计学课程教学的重要部分[9]。关于计算机统计软件的教学,笔者在不同班级中分别尝试过Excel、SPSS和R教学,它们各有优缺点,
哪个软件更适合本科教学,很难一概而论。软件的操作属于课程实践环节的内容,它们都可帮助学生省去用复杂公式计算的工作,更高效地分析处理数据。无论是哪种软件,单一的操作教授并不是难点,如何选择正确的程序命令,如何解读计算结果,得出科学结论才是统计软件学习的关键,而这些则依赖其背后统计原理的掌握。正是由于这样环环相扣的关联,在教学过程中,笔者将统计软件的教学和相对应的生物统计理论的讲解通过实践案例相整合,在课堂中讲完统计理论后,随即教授如何用软件操作相关案例,通过软件操作的讲解和结果的解读,进一步巩固相关统计理论。同时,特意调整上机实践课的时间,让学生得以及时实践,将实践与理论教学整合。
该课程是双语课程,培养学生的生物统计专业英语能力也是教学的主要目标之一。而任何英语的学习,更多实践的练习是学好的不二法门。为了达到这个教学目标,笔者也采取了理论与实践整合的策略,除了全英文课件及课堂英文教学外,也利用各种课堂课后互动的机会及学校的网络教学平台加大对学生生物统计专业英语的实践训练。推荐课程参考书有英文书也有中文书,推荐中文书的目的是帮助没有生物统计学基础的本科生更好地系统掌握该学科的理论知识,而英文参考书的阅读则进一步训练学生生物统计的专业英语阅读能力。通过网络教学平台上传该课程的学习资料,布置部分课程作业,加强与学生的互动。上机实践课和课后习题也大部分采用英文形式,让学生在实践练习中熟记生物统计的专业英文词汇。
3教学效果及其展望
经过这样的教学改革,取得一定教学成果,但仍有不少缺憾的地方。通过理论与实践相整合的教学模式,学生对抽象的统计学概念原理有了深一步的了解,可能对方差分析、线性回归模型中相对复杂的计算公式不一定完全记牢,但对
其试验设计的原理都有所掌握,对于不同的案例,学生基本都能判断出其试验设计的类型,据此选择正确的软件程序命令,并对数据输入结果做出正确的解读,达到了预期的教学效果。教学反馈显示,学生普遍觉得案例偏少,自己实践练习的环节不够。从学生的表现看,他们也普遍热衷于自我实践的学习,激发了学习的热情,笔者也鼓励启发他们尝试多种方法解决问题,引导他们在课堂外自学,在实践中相互讨论,让他们更深刻、直观地理解生物统计学原理。而这也从另一方面反映了生物统计学为应用统计学一个分支的特点,需要在实践中学习,才能帮助学生活学活用。为了检验学生对生物统计专业英语的掌握情况,在课程考核(上机考试和期末闭卷笔试)中也采用部分英文考核方式。虽然大多学生最初被题目中描述的生物试验的专业英语所难住而显得无从下手,也有少数学生还是抓住了题目中统计常用的词汇,对题目做出了应有的解题判断,在笔者的一点提示后,近一大半的学生还是有了解题的正确思路,这有很大可能是得益于英文教学与平时大量英文习题的练习。
总之,作为应用统计学分支的生物统计学是实践性强的一门工具课,又具有理论性强的特点,理论与实践相整合的教学模式使学生“学中做,做中学”,不但激发了学生学习的热情,也能帮助学生通过实践更深刻地理解其背后统计原理概念,并真正做到活学活用。结合教学效果及学生的教学反馈,将对该教学模式进行进一步的优化,进一步增加软件实践环节,做到学以致用,培养出适应当今科技发展潮流的人才。
作者:贾琪等
参考文献
[1] 郝嘉琪.试论生物统计在农业科学试验中的应用[J].经济师,2017(6):224-225.
[2] 王松良,CALDWELL C D,KILYANEK S,等.中加合作农业生态学“双语+精品”课程建设的探索与实践[J].福建农林大学学报(哲学社会科学版),2010,13(1):90-95.
[3] 贾琪,贾坤志.农林院校留学生生物统计课程全英语教学实践与体会[J].教育教学论坛,2016(35):136-137.
生物统计作为畜牧学科的核心课程一直是高校的讲授重点与难点。本文将结合笔者在讲授生物统计学课程中发现的一些现实问题,如:理论课与实操分割,学生的数理基础薄弱,课堂交流的缺乏等探讨生物统计学课程的教学改革方向。
关键词:
生物统计;教学改革
统计学可以分为数理统计和应用统计两大范畴。生物统计学就是应用统计学中的一个重要分支,同时也是生物信息分析和超级计算机平台上进行大数据分析的重要理论基础。随着国际大数据时代的到来,中国不论从政府,企业还是高等学府越来越重视统计学的相关课程。通过生物统计学课程的讲授,笔者发现了一些生物统计学课程讲授中一些值得探讨的问题。
1高校教学安排中通常将理论课的讲授和实践操作分割开来
举个例子来说,在高校的生物统计学课程通常是先进行基础理论的讲授,内容包括统计资料的整理,资料的描述统计,常用的概率分布,假设检验,方差分析,卡方检验,直线回归与相关分析,以及试验设计方法。所有的理论课程讲完以后,一般情况下就过去10个教学周了。之后是安排一整周的教学实习。教学实习的安排通常是一种统计学软件(如SAS)的操作,以SAS软件为例,主要教授如下内容:SAS软件的基本操作,SAS程序结构、程序的输入、修改调试和运行,常用生物统计方法的SAS程序(描述性统计、资料的正态性检验、t检验、方差分析、直线回归分析等)[1]。这里有几个小问题值得高等教育的工作者去思考。首先,学生的记忆能否再10周以后对于抽象的理论知识依旧清晰。在微机课程开始的时候,所学的知识已经是几周以前讲授的内容了,在教学中,我经常发现当我提出一个指令让学生输入的时候,一部分学生还可以马上跟上教师的节奏,另一部分学生在线面瞪着眼睛茫然不知所措。其次就是实践操作的部分内容和理论课程脱节。这样讲授的后果就是不论理论课程还是实践操作,学生学习结果都是半桶水,而生物统计学课程也成为同学们心目中的难点课程。
2涉及大量的抽象概念和公式,导致学生缺乏学习该课程的兴趣
生物统计学涉及大量抽象概念,例如:总体与样本,参数与统计量,准确性与精确性,随机误差与系统误差,小概率事件实际不可能原理等[2]。生物统计学涉及大量的数学知识。虽然我院的学生在开设生物统计学课程之前已经学习了部分高等数学的知识。但对于理工口的学生而言,农科口的学生对数学的掌握和运用程度仍然有所欠缺。而这些抽象的概念和公式导致了部分学生的恐惧心理。
3统计学课程的数理属性导致了课堂交流开放性的欠缺
和管理或文法课程不同的是,生物统计学课程中讲述例题的结果是在概率论的基础下做出的结论。比如说:当计算出的试验参数小于或超过试验阈值的时候,我们可以接受或否定预先建立的零假设,而否定或接受备择假设,从而对试验结果做出统计学上的判断[3]。而管理学课程往往可以是多元开放的结果。比如:请用S(strengths)W(weaknesses)O(opportunities)T(threats)分析法来讨论一家企业的优势,劣势,机会和威胁。同学在和教师的讨论过程中就可以根据自身的知识,经验和理解给出开放多元的答案。根据以上三点在生物统计学讲授课程中所发现的问题。我对生物统计学课程有如下思考:1)将理论课时和实践课时结合讲授。首选的方案是在机房里讲授统计学课程,2个标准学时的大课可以一堂课程讲授理论课程,一堂课讲授相关的微机操作。次选方案是在多媒体教室讲课时,老师用自己的笔记本电脑连接连接多媒体平台,切换理论和操作课程的讲授,每节课程结束后,下次课带学生进机房实操。2)对于数学基础相对薄弱学科的学生,在每节课的讲授之前先做一个简单的概念回顾,将本节课程所需要运用的数学知识进行一个几分钟的短时间review以消除学生对数学知识的恐惧心理。3)加强和学生的课堂沟通。尽管无法做到象文科类课程那样随心所欲的畅所欲言,课堂交流在生物统计学课程上仍然是必要的。一般而言,我会选择上一堂课结束前讲授过的习题和同学们进行沟通交流。温故而知新,对自己已经听过的课程同学们进行解答和回顾往往更有信心,也能更好的活跃课堂的气氛。
4总结
生物统计是一门农业口重要的核心课程,在生物统计的教学中,笔者发现了一些困扰现在高校教师和学生的问题,也提出一些教学改革的探讨,以期提高教学效率,改善教学效果。
参考文献