問題導向的《生態統計學》教學方式探索

李春林　周立志

（安徽大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230601）

【摘 要】《生態統計學》是將數理統計和概率論的原理與方法應用到生態學領域，指導生態學實驗調查設計、分析所獲得的實驗數據，進而發現普遍規律的一門學科。傳統的生態統計學教學著重強調原理和公式推演，抽象枯燥，教學效果不理想。問題導向的教學方式以問題為中心和驅動力，圍繞問題來組織生態統計學的教學活動，將抽象的原理和公式轉化為具體的生態學實際問題，由教師引導學生進行主動學習，在分析問題、解決問題的過程中掌握知識，學會應用。問題導向的教學方式有助于提高《生態統計學》的教學質量，是該課程教學的有益探索和實踐。

【關鍵詞】《生態統計學》；問題導向；教學探索

【Abstract】Ecological Statistics is the application of statistics to a wide range of topics in Ecology， encompassing the design of ecological experiments， collection and analysis of data from those experiments and the interpretation of the results. Traditional style of the Ecological Statistics teaching is often boring with poor teaching efficiency. In problem-based teaching， however， questions are in the focus and play an important role in initiating the learning of students. Teaching activities in Ecological Statistics are organized using elaborately designed questions. The abstract theories and formulas are applied in specific questions in practice. Students of Ecological Statistics are active in the learning under the instruction of teachers. They learn the knowledge and how to learn when they are engaged in analyzing and solving problems. The problem-based teaching can improve the teaching efficiency of Ecological Statistics and thus is a good try and practice in the teaching.

【Key words】Biostatistics； Problem-based； Teaching exploration

0 引言

生態統計學是運用概率論和數理統計的原理與方法，指導生態學的實驗調查設計，分析實驗調查資料，進而發現普遍規律的一門學科[1]。生態統計學主要介紹生態學的實驗設計，實驗數據的收集、整理、分析，并推斷、發現和解釋生態學現象的本質規律[2]。

隨著生態學的快速發展和大數據時代的到來，統計學在生態學研究中發揮著越來越重要的作用，已成為生態學實驗設計和數據分析不可或缺的工具[3]。因此，生態統計學是生態學專業學生培養的重要基礎課程之一，越來越受到高等院校的重視。如何提高《生態統計學》課程的教學質量，提升教學效果，是從事生態統計學教學工作者共同關注和探索的問題[3-4]。筆者結合近幾年《生態統計學》的教學實踐，就問題導向的教學方式在《生態統計學》課程教學中的應用進行了初步探索。

1 傳統生態統計學教學的主要弊端

傳統的生態統計學教學方式以講授基本概念、基本原理、公式推演等為主，忽視應用生態統計學解決實際科學問題的能力培養[4]。生態統計學是建立在數理統計和概率論的基礎之上的，理論背景和許多概念很抽象，難以理解。因此，學生普遍反映生態統計學抽象、難學、難記，更不知如何應用統計學解決實際問題。教師在教學過程中也往往發現該門課程難教，盡管嘗試多種教學方式，并對學生作嚴格要求，教學效果仍不理想[5]。

筆者在近幾年的教學實踐中深刻認識到，生態統計學是一門基礎學科，更是一門應用學科，教師要教好生態統計學，不僅要認真研讀生態統計學、數理統計和概率論等相關專著，特別是國外優秀的生態統計學專著[2，6-7]，深入理解生態統計學的基本原理，還要開拓思維，鉆研生態統計學的教學內容，理清教學邏輯，轉變傳統填鴨式教學方式，將生態統計學與生態學的具體案例相結合，探索適合本課程的教學方式。

2 問題導向的《生態統計學》教學

2.1 問題導向的教學內涵

問題導向的教學是從探究問題出發而開展的教學方式，具體地說就是教學過程是在教師的啟發和引導下，以學生已有知識、生活經驗和對周圍世界的認識為基礎，為學生提供自由地探索、質疑、學習、討論問題的機會，讓學生通過個人、小組、集體等多種解難、釋疑、嘗試活動，將所學知識應用于解決實際問題的一種新型的教學形式[8]。

問題導向的教學方式實質上是以問題為中心和驅動力，圍繞問題來組織教學活動，著重培養學生發現問題、分析問題、解決問題的思維能力。在此過程中，枯燥乏味的原理和公式被演繹成貼近生產生活實踐的各種案例和問題，學生學習和探索的主觀能動性增強，有助于提高學生的創造力和解決問題的能力。因此，問題導向的教學方式有別于傳統的填鴨式教學，有助于促進學生全面發展，是一種新的值得嘗試的探索[8-9]。

2.2 問題導向的《生態統計學》教學設計

教學設計是將課程和教師的教學理念轉化為教學實踐的具體步驟，是教學理論和實踐的結合點[9]。教學設計包括教學目標和教學思路等。《生態統計學》的教學目標是學生理解并掌握生態統計學的基本原理，能應用生態統計學的基本思想分析、解決生態學的實際問題。在具體的教學過程中，教師要理清知識點的內在聯系，幫助學生建立邏輯清晰的有意義的知識結構，掌握生態統計學的學科思想和方法體系，并引導學生應用生態統計學解決實際的生態學問題。教學思路是指向教學目標的，是達到教學目標的具體路徑[9]。為了達到良好的教學效果，教師的教學思路要清晰而連貫，邏輯性強。

問題導向的教學設計，首先必須以準確把握學生現有知識結構和生活經驗為前提，所設計問題的難易程度要適中，要能夠使學生在探究和解決問題的過程中復習原有的知識，并引向新知識的學習，在解決問題的過程中掌握知識，學會應用。其次，設計的問題要注意邏輯性，引導學生以整體論的觀點去分析問題、解決問題。這樣的以問題為導向的教學設計體現了教師主導和引領的作用，是教師工作能動性和創造性的集中表現，也充分體現了學生學習的主動性和開放性[10]。

2.3 教學實踐和案例分析

在講授配對t檢驗時，以分析不同栽培措施（綠色有機栽培/標準化栽培）對紅心地瓜產量的影響為案例。

首先，讓學生們把自己假想為要解決這個生產實踐問題的主導者，提出以下問題：要解決的是什么問題？如何將實踐的問題轉化為統計學問題？如何設計實驗？采用配對設計還是成組設計？需要多大的樣本量？可能影響實驗結果的非試驗因素有哪些？如何降低這些因素的影響？通過共同討論，學生認識到紅心地瓜的產量將受到土壤肥力和水分等非試驗因素的影響，而這些因素在空間上可能有所差異，為了降低這些因素的影響，采用配對設計，選取相鄰的兩塊地（每塊地面積為一畝）構成一組，共設計6組，每組中一塊地按標準化栽培，另一塊地進行綠色有機栽培。

實驗設計方案確定之后，接下來所關心的問題是：在實驗過程中，需要測量哪些指標？什么時間測量？測量多少次？用什么統計量來衡量樣本數據的平均水平和變異程度？這些問題的提出有助于學生對整個實驗過程有個清晰的認識，使學生把統計分析、實驗設計和具體操作過程緊密聯系起來，有效地鍛煉了學生獨立自主地發現問題、提出假設、設計實驗、收集數據、分析數據的能力。

接下來，教師簡要介紹一下所需的知識背景，即配對設計的統計分析方法，包括配對t檢驗的假設條件、SAS程序及對結果的理解等。在這里，教師引導學生理解t檢驗和U檢驗的異同點，根據數據正態分布與否選擇合適的統計分析方法，并組織學生討論配對t檢驗的優點及其與單因素方差分析的異同點等。在此過程中，涉及到一些新知識點，教師可簡要介紹，如Wilcoson秩和檢驗、Mann-Whitney U檢驗、Shapiro-Wilk W檢驗等。

最后，教師引導學生對統計分析結果進行合理解釋，把統計學分析與生產生活實踐相聯系，對兩種栽培措施進行評價，并激發學生的發散思維，提出一些與此類似的及更復雜的問題，供學生思考。

這種基于真實情境的教學方式，使學生對統計學在生態學領域的應用有了整體把握，并將所學到的知識應用到實踐中。在此過程中，原本枯糙、抽象的統計學原理和公式變得有用起來，學生在學習的過程中體會到了統計學的魅力，對知識點和基本原理的掌握更加牢固，對統計學的應用更加得心應手。

3 問題導向的教學方式在《生態統計學》課堂中的教學效果

3.1 促進學生主動學習，有助創造力的發展

問題導向的教學方式使學生處于實際問題之中，學生不再是被動地接受抽象的概念、原理、公式，而是邊學邊用，在分析問題、解決問題的過程中，主動學習所需的知識，構建自己的知識體系，由此掌握的知識，得以鞏固，不易忘記。同時，由于問題導向的教學方式注重學生學習的自主性，鼓勵學生自由探索，有助于學生創造力的發展。

3.2 激發學生的學習興趣，提高學習的主觀能動性

通過精巧的問題設計，使學生置于真實的問題情境中，激發學生分析問題、解決問題的動力，培養學生學習的興趣，同時，也能促進學生在現有問題的基礎上提出新問題，鍛煉學生不斷探索，開拓進取的學習精神。

3.3 培養學生合作意識，鍛煉人際交往的能力

問題導向的教學方式不僅要求學生開動大腦，探究問題、解決問題，更要求學生在解決問題的過程中加強合作與交流。隨著學科間相互滲透，很多問題不是一個學科能解決的，更不是僅靠一個人的力量能解決的，而是需要多學科間相互交流、相互配合，將各學科的優勢有機地融合在一起，共同探索，尋找解決問題的最終途徑。問題導向的教學以多樣的合作形式開展，注重師生間、學生間的合作與交流，對于加強學生交流合作的能力具有重要的作用。

4 結語

問題導向的教學作為一種新型教學方式，對教師的專業發展和學生個性發展、創造力提升等都具有重要的價值[8]。教學過程不再是按照教科書規定的內容原封不動地介紹給學生，而是要求教師在對知識非常熟悉，理解非常深刻的基礎上，將其統整起來，轉化為問題，在引導學生提出問題、分析問題、解決問題的過程中，引導學生學會學習，提高學生的創造和創新能力。這樣的教學過程鮮活豐富，學生在學習的過程中能始終保持高度的自主性和能動性。相比較于傳統的教學方式，問題導向的教學方式有助于提高《生態統計學》的教學質量，是該課程教學的一種有益探索和實踐。

【參考文獻】

[1]賈林.統計生態學[M].北京：中國林業出版社，2009.

[2]Zar J.. Biostatistics Analysis[M].5th edition. New Jersey： Prentice Hall， 2009.

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[4]屈彥福.《生物統計學》教學方式的探索和實踐[J].教育教學論壇，2014，48：145-147.

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[7]Zuur A.， Ieno E. & Graham S.. Analysing Ecological Data[M].New York： Verlag New York Inc.， 2011.

[8]劉斐.論問題導向教學[D].華中師范大學，2014.

[9]趙明仁，李保臻.論問題導向的教學設計[J].教育理論與實踐，2013，33：50-52.

[10]帕爾默.教學勇氣：探索教師的心靈世界[M].吳國珍，余巍，譯.北京：人民教育出版社，2005.

[責任編輯：湯靜]