基于理论和实践并重的《生物统计与试验设计》课程的教学改革

    周荣艳 王德贺 陈辉

    

    摘要：《生物统计与试验设计》是动物科学专业的一门重要的核心专业基础课程，该课程理论性和实践性强，且公式繁多、内容抽象，难以理解，在教学过程中存在学生学习兴趣差、对所学知识掌握不够、理论和实践不能有机结合等问题，通过分析存在的问题提出了教学改革的措施。

    关键词：《生物统计与试验设计》课程;教学现状;教学改革

    中图分类号：G712 ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ?文章编号：1007-273X（2020）09-0044-02

    《生物统计与试验设计》是统计学在生物科学应用的一门学科，随着数字农业和精准畜牧业的不断发展，生物统计学在动物科学领域的研究和生产实践中已得到广泛应用，因此本课程的教学在提高动物科学专业学生的创新素质和综合能力中起着非常重要的作用。《生物统计与试验设计》是动物科学专业本科生的一门专业基础课，其学习目的是使学生掌握基本概念、统计分析原理与方法，培养学生分析并解决问题的能力以及逻辑思维能力，为学习后续课程和完成毕业论文奠定基础，在拔尖创新型、复合应用型以及应用型卓越畜牧学人才培养中起着非常重要的作用。

    生物统计学是应用数学的一个分支，以《高等数学》《概率论与数理统计》和《线性代数》以及生物学尤其是动物科学专业相关知识为基础，是统计学原理应用于生物学规律研究的学科，但课程内容包含的概念和原理比较抽象，公式繁多，分析方法较多[1，2]。掌握生物统计的原理和概念是应用生物统计学进行调查或试验设计以及数据统计分析的前提，因此为提高学生对该课程的学习兴趣和重要性的认识，并达到提高教学效果的目的，进行相关的教学改革是非常有必要的。

    1 ?《生物统计与试验设计》课程教学中存在的问题

    1.1 ?学生对教学内容的掌握程度不高

    《生物统计与试验设计》包括统计分析方法和试验设计两个部分，其中统计分析方法分为描述统计和统计推断两部分，试验设计包括调查设计和试验设计。由于该课程内容的特点是公式较多，较为枯燥，学习难度较大，学生在学习过程中普遍反映难学、难记、难用，多数学生认为这门课在后续的学习中用不到，因此大多数学生为了应付考试，机械地记忆，而不能很好地掌握所学的知识。

    1.2 ?理论与实践不能有机地结合起来

    调查或试验设计方法以统计分析方法的原理为依据，统计分析方法是科学合理解释调查或试验设计数据的工具，因此该课程具有较强的理论性和实践性。通过实践教学，要让学生加深对理论知识的理解，提高学生运用知识的能力。但由于学生对统计软件的应用不够熟练，再加上对理论知识的掌握程度较差，导致学生不能通过实践教学将理论与实践有机结合，也不能使所学的知识得到有效巩固。此外，该课程是在大学第三学期开设，学生还未接触到动物科学相关专业知识，对一些专业术语不理解，在分析例题和习题时，学生不能很好地理解理论知识在实践中的应用。

    2 ?教学对策

    2.1 ?教学内容模块化

    为了让学生清晰地认识该课程的教学内容，了解各个模块之间的区别与联系，增强学生对课程知识体系的认知，在学习过程中做到心中有数，将课程教材内容进行优化与组合，根据河北农业大学人才培养路线图梳理出能力培养要素相对应的知识点，形成5个知识模块（图1），除生物统计认知模块外，其他4个模块又分为理论知识模块与实践应用模块，理论知识模块主要侧重原理和步骤讲解，实践应用模块侧重于实例分析和原理应用。此外，借助高效的可视化工具-思维导图，基于生物统计及试验设计课程内容特点，除统计软件模块外，以思维导图形式清晰表示各知识模块，帮助学生增加对课程整体构架的把握，提高学生学习本课程的兴趣和效率，增强学生正确选择和应用统计学方法的能力，进而提高学生解决实际问题的能力。

    2.2 ?优化教学手段

    将R语言、Minitab软件等应用于教学，辅助学生对基本概念、基本理论的理解。在实际教学过程中，在有限学时内学生难以理解抽象的理论知识，本课程引用R语言的Shiny交互式Web应用程序[3-5]，编写Shiny网页程序并以交互式网页展示出来（图2），学生可以自行操作，通过改变参数以图形形式直观展示结果，帮助学生理解和掌握理论知识，同时，学生能够亲自实践，可以加深对所学理论知识中有关概念与参数的理解。Shiny是基于R语言搭建的用户友好型的交互式网页应用，能够从使用者那里接收输入、控制信息，并在网页中展示、反馈需要的信息。Shiny网页程序由ui和server两部分组成。通过编写网页程序可以在网页上展示生物统计学中抽象的理论知识，使其动态可视化。同时，国内外学者开发的统计教学应用程序应用于教学中的效果得到明显提高。

    2.3 ?改革实践教学模式

    实践教学是理论教学的补充与延伸，通过实践教学可加强对理论知识的认识与理解，为生物统计知识的应用奠定基础[6]。为培养学生将理论知识应用于实践的能力，采用网络教学平台和翻转课堂[7-9]方式，以小组汇报方式进行实践教学。首先教师给每个小组安排任务，并將相关实践教学视频上传至网络教学平台，课堂上学生先对每个实验课上所用的理论知识进行简要介绍，然后利用SPSS软件进行演示，并对输出结果进行讲解。通过翻转课堂的实施，学生对统计知识的理解得到加强，能熟练使用统计软件，理论应用于实践的能力得到提高，同时也培养了学生分析和解决问题的能力。

    3 ?结语

    《生物统计与试验设计》课程的教学改革，让学生能够有效地巩固所学理论知识 ，加深对理论知识的理解，能够熟练操作SPSS统计软件，并能完成数据的统计分析和解释，在一定程度上提高了教学效果，学生对理论知识的掌握和实践应用能力得到了提高，同时，也培养了学生分析和解决问题的能力。

    参考文献：

    [1] 毕惠惠，许海霞，程西永.农业院校生物统计学教学改革的几点思考[J].教育现代化，2019，6（99）：71-72.

    [2] 杨 ?敏，李 ?岩，李 ?瑾，等.畜牧学专业《生物统计学》课程教学中存在的问题及对策[J].现代畜牧科技，2019，54（6）：12-13.

    [3] WILLIAMS I J，WILLIAMS K K. Using an R shiny to enhance the learning experience of confidence intervals[J].Teaching statistics，2018.40（1）：24-28.

    [4] FREIRE S M. Using Shiny to illustrate the probability density function concept[J]. Teaching statistics， 2019， 41（1）： 30-35.

    [5] ARNHOLTA T. Using a Shiny app to teach the concept of power[J].Teaching statistics，2019，41（3）：79-84.

    [6] 李兰会，周荣艳，李祥龙.强化生物统计课程实践教学，培养综合素质畜牧人才[J].河北农业大学学报（农林教育版），2013， 15（2）：45-48.

    [7] 吴仁英，王 ?坦.翻转课堂：教师面临的现实挑战及因应策略[J].教育研究，2017，38（2）：112-122.

    [8] 陶晨雨，周荣艳，贾 ?青.翻转课堂教学模式在家畜育种学实验课程中的实践与探索[J].畜牧兽医科学（电子版），2020（3）：79-80.

    [9] 周荣艳.《生物统计及试验设计》课程实践教学模式改革与实践[J].家畜生态学报，2019，40（8）：90-92.