《生物統計及試驗設計》課程教學改革探討

李彥杰 劉仁華 蔣夢蕓

摘 要：為了適應社會對生物行業人才需求的新形勢和新變化，本文結合我校生物學科的專業特點，結合我校生物學科專業特點以及行業發展、人才的新需求和新變化，對《生物統計及試驗設計》課程的設計理念、設計思路、課程教學內容及實施和課程考核等方面作了有益的探索，旨在實現學生動手能力、創新意識及綜合素質的提升。

關鍵詞：生物統計 試驗設計 教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）10-0050-02

《生物統計及試驗設計》是我校生物學科相關專業的必修課程。該課程以微積分、線性代數和概率論等先修課程為基礎，其教學內容分為生物統計學基礎和試驗設計兩大模塊，前者主要包括生物統計學的基本概念、原理和計算方法，后者主要包括生物試驗設計的基本原理、思路、實驗方案的制定流程、試驗設計的誤差控制途徑和常見的試驗設計方法等。該課程的方法和技能可用于生物學科相關專業的科學研究、生產工藝改進和質量控制等。

1 課程設計的理念和思路

1.1 課程設計理念

《生物統計及試驗設計》的教學內容較為抽象，且知識點的掌握有一定難度，從以往的教學反饋和教學思考來看，存在如下幾個較為突出的問題：（1）學生對統計學的一些概念理解較為困難，對常見分析模型和知識體系的使用不太清楚；（2）部分學生雖然可以獨立完成課后作業等，但在后續實踐項目中存在諸如“不知道從何入手”和對實驗結果數據作過度分析、解讀等問題；（3）學生對常見的統計分析軟件不太熟悉，且對實驗數據作規范整理及分析的概念未能完全建立；（4）試驗設計能力較差，不熟悉或不能正確使用常見試驗設計軟件完成正規的實驗設計方案。

課程設計理念與教育目標相對應是落實“培養什么人、怎樣培養人”的關鍵[1]。調研發現，以往該課程的教學內容與企業實際需求相比，表現出一定的滯后性和不相匹配性。在本課程新教學大綱及教學內容制定中，廣泛征求、參照企業工作人員和畢業生的意見和建議，并經過多次論證，根據教學內容特點及應用型轉型背景下對學生提出的新要求，提出該課程的設計理念：（1）以市場需求為背景，局部體現動態調整性和適當前瞻性；（2）以突出應用性為導向，突出與企業直接對接的應用性；（3）以實訓為實現手段，強調學生業務能力的提升；（4）以創新為目標，實現對學生的培養要求。

1.2 課程設計思路

按照上述4個設計理念，在課程教學過程開展中緊扣以應用為目標、以能力培養為中心、以教學方法多樣化為手段和以實際任務為驅動的教學模式。

1.2.1 以應用為目標

以往該課程教學反饋顯示，學生對本課程的基礎知識掌握較好，但跟蹤后續學生參與的科研項目、畢業論文等環節發現，不少學生依然存在為“不知道本課程的方法和技能哪里該用”、“如何正確、規范的使用”和“如何對分析結果作客觀解讀”等問題。因此，在本課程的教學過程中，應準確把握本課程屬于應用統計學這一原則，教學內容應有所取舍，并突出重點，如對基本的概念和統計學思想應講清講透，而對一些較為復雜公式的推導過程對學生不作額外要求。同時，在掌握本課程基礎知識前提下，強化實際案例教學、操作演示及結果解讀，增加課后軟件工具講座，加強課后學生自主練習和解答，突出以應用為主的培養目標。

1.2.2 以能力為中心

應用型轉型的關鍵是培養學生的思維能力、動手能力和創新能力[2-3]。在課程的教學實施過程中始終貫穿以學生為主體，以學生能力培養為中心的課程教學模式。結合新的教學內容及模塊，緊扣學生就業崗位的能力需求，重點突出數據資料的整理、歸納及可視化，誤差分析的不同方法及實現，試驗設計的方法及實現，且在教學過程中強化數據及實驗設計軟件的使用，以提升學生的實踐能力。參與綜合項目是鞏固和提升能力的關鍵環節之一，通過收集學生同學期開設的專業課大實驗數據及學生參與的創新項目實驗數據等，引導學生有意識的思考及實現實驗數據的分析：分析的目的是什么？通過什么分析方法實現分析目的？分析結果在統計學上說明了？本次或后續實驗是否有改進的潛力等。

1.2.3 以教學方法多樣化為手段

充分利用多媒體形象化和具體化的教學手段，采取多種教學方法和手段并用的立體化教學模式以提高教學效果。對比較抽象的概念，列舉多個與學生生活緊密相關，便于學生理解的案例反復講述，引導學生從建立印象逐步到體會、理解。如講述抽樣分布的概念時，可通過計算機作抽樣仿真，幫助學生理解抽樣方式、樣本容量和樣本均值分布等概念。對試驗設計的教學采取多媒體總體演示，教學軟件分步操作的方法使得學生熟悉、掌握試驗設計思路以及如何一步步的實現正規的試驗設計。在教學軟件使用的教學環節采用數據分析軟件現場演示，通過現場化的過程展示，引導學生體會、建立數據分析及試驗設計的思路、流程及方法。從教學反饋來看，現場化的軟件教學演示比PPT展示軟件操作更能帶動學生的學習熱情和積極性。

1.2.4 以實訓項目為驅動

在教學過程中布置實訓項目和任務可顯著提升學生的綜合應用能力。本課程的實訓項目主要篩選自其他專業課綜合實驗項目、學生參與的科研項目和企業實訓中與試驗設計和數據處理有關的部分。如專業課程實訓中開設了PCR優化實驗，以本項目作為本課程的教學案例，從實驗的目的、實驗因子的選擇、因子水平的設置、試驗方法的選擇、軟件設計實驗表及實驗結果分析解釋等一步步引導學生掌握該模塊教學內容。

2 教學內容及實施

以課程設計理念及目標基礎，以學生能力培養為關鍵，根據該課程的前期教學反饋、總結及對口企業對畢業生的工作能力評價及建議，該課程教學內容分為生物統計學基礎和試驗設計兩大模塊，課內教學共計32學時。

2.1 生物統計學基礎

生物統計的基本知識點主要包括：總體與樣本、理論分布與抽樣分布、數據整理、統計推斷及均值檢驗、方差分析、卡方檢驗、回歸與相關分析等。該部分的教學及實訓分別推薦或建議學生嘗試多種數據整理及分析軟件，鼓勵學生通過動手操作體會不同軟件的特點及使用異同，以提高學生的自主學習能力和動手能力等。如數據整理通常可用EXCEL，數據可視化可用EXCEL、Origin、Sigmaplot和GraphPad Prism等，數據整理、統計分析可用EXCEL、SPSS、Minitab、JMP和SAS等。同時鼓勵學有余力的同學學習Matlab等軟件或Python等語言工具。教學中對不同分析結果作詳細解釋，在實訓中要求學生對分析結果中的圖表作注釋，并根據要求，提交正規的統計分析報告。

2.2 試驗設計

本部分教學分為試驗設計的目的、原理及常見方法。在熟悉每一種試驗設計原理及流程的基礎之上，引導學生理解不同試驗設計方法的優缺點，并能熟悉選擇、使用不同試驗設計方法完成正規試驗設計。每一個實驗類型均通過具體案例講述，在試驗設計環節引入三種教學軟件Minitab、JMP和Design-Expert輔助生成實驗表格及完成后續實驗數據分析。課外安排與企業相關的試驗設計（design of experiments，DOE）講座，引導學生理解DOE在企業質量控制、工藝改善等方面的作用及初步建立DOE的實施步驟。

3 課程考核

基于重點培養學生應用能力的教學要求，該課程的期末考核采取兩部分實施：（1）生物統計的基本概念、理論及方法，試驗設計的基本理論、方法等采取閉卷考核的方式。（2）實驗流程的設計、實施及數據整理分析采取實訓考核方式，考核項目從同期開設的專業課綜合實驗項目中抽取。考核前將學生分組，每組4人，抽取一個專業課綜合實驗項目，首先按照本課程要求設計正規的實驗流程及生成對應表格，在專業課綜合實驗室開展實驗并采集數據，按照本課程要求對數據作整理、分析，并作出客觀的解釋，然后提交分析報告及作小組匯報。該課程總成績按照平時成績+期末考核作綜合評定，具體項目包括課堂提問（10%），作業（10%），期末閉卷考試（50%）和實訓考核（30%）。

4 結語

地方本科院校應用型轉型的核心是以學生為中心，著重培養學生的思維能力、動手能力和創新能力。課程教學改革是推動學校轉型和學生3個能力培養的關鍵，也是培養適應社會科技、經濟發展的應用型人才的基礎。為了適應轉型的需要和學生能力培養的目標，我們對《生物統計及試驗設計》課程從課程設計理念、課程內容及具體實施和課程考核等方面作了初步的探索和嘗試，并取得了一定的實效。

參考文獻：

[1] 康琪，丁邦平.關于教育目的與教育目標、教學和課程目標關系的再思考[J].北京教育學院學報，2016，30（2）：39-46.

[2] 吳睿，唐先龍，楊永剛.創新思維STC算子法在應用技術型人才培養中的運用[J].課程教育研究，2014（30）：16-17.

[3] 邵平，張建友，何晉浙，等.校政企協同食品專業工程實踐教學體系探索與實踐[J].食品與機械，2014（2）：266-268.