對生物技術(shù)專業(yè)生物統(tǒng)計學教學創(chuàng)新的思考與實踐

孫齊英

摘 要 針對現(xiàn)有生物技術(shù)專業(yè)生物統(tǒng)計學課程存在的問題和面臨的新形勢，從實踐能力的培養(yǎng)、課程內(nèi)容、考核內(nèi)容和方式、課程設置進行了改革創(chuàng)新的思考與實踐，本文總結(jié)了這些改革創(chuàng)新的思路和經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù) 生物統(tǒng)計學 教學創(chuàng)新

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.050

Abstract In view of the existing problems and new situation of Biostatistics of Biotechnology， we carried out the thinking and practice of reform and innovation about ability in practice， the course content， assessment content and methods， curriculum reform， this paper summarizes the ideas and experience of reform and innovation.

Keywords Biotechnology； Biostatistics； teaching innovation

生物統(tǒng)計學是將概率論和數(shù)理統(tǒng)計的知識應用于生物科學，為生物學科提供試驗設計和數(shù)據(jù)分析的方法和理論。生物統(tǒng)計學是適應生物類科學的客觀需要而產(chǎn)生的，無論是傳統(tǒng)的生物學科還是現(xiàn)代分子生物學時時刻刻都在與數(shù)字打交道，所以生物統(tǒng)計學也是現(xiàn)代生物技術(shù)研究必備的工具。[1]

生物統(tǒng)計學是生物技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，在教學中培養(yǎng)學生或然性思維能力，使學生自覺地對生物試驗設計和數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生興趣，從而使或然性思維在工作實踐中得以應用。

1 當今高校生物技術(shù)專業(yè)生物統(tǒng)計學教學出現(xiàn)的問題和面臨的新形勢

生物技術(shù)的快速發(fā)展，給生物統(tǒng)計學提供了發(fā)展機會，同時也給該課程教學提出了改革創(chuàng)新的要求。原有的生物統(tǒng)計學教學出現(xiàn)的問題和面臨的新形勢主要體現(xiàn)在：

（1）日趨減少的教學時數(shù)與日益增大的教學內(nèi)容這一對矛盾是每一個承擔生物統(tǒng)計學教學的老師必須面對的挑戰(zhàn)。因為生物統(tǒng)計學課程是統(tǒng)計理論的應用，因而該課程的教學內(nèi)容與統(tǒng)計理論的發(fā)展是緊密相關(guān)的。隨著現(xiàn)今統(tǒng)計學基礎理論和計算機技術(shù)的發(fā)展，新的理論與新的統(tǒng)計分析方法不斷產(chǎn)生，《 生物統(tǒng)計學》的課程內(nèi)容在近年來也發(fā)生了很大變化，以多元回歸分析、多因素試驗、逐步回歸與通徑分析、多項式回歸分析、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、抽樣方法等為代表的知識單元與知識點的增加以及以SAS 和SPSS 分析軟件為代表的新的分析方法的增加，使得生物統(tǒng)計學課程的容量被大大地增加了。與此同時，面對新時代人才培養(yǎng)的要求，包括生物統(tǒng)計學課程在內(nèi)的各門“經(jīng)典”基礎課程的教學時數(shù)都被大大地壓縮了。如何在較少的教學學時內(nèi)保證生物統(tǒng)計學課程的教學質(zhì)量是每一位承擔生物統(tǒng)計學課程教學的教師必須面對的問題。

（2）教學內(nèi)容陳舊，不能適應生物技術(shù)學科的快速發(fā)展。在我國，生物技術(shù)專業(yè)是近十多年才設立的新專業(yè)，順應專業(yè)前沿的迅猛發(fā)展，其專業(yè)許多課程內(nèi)容也相應更新較快，對生物統(tǒng)計學的技能掌握和內(nèi)容更新提出了新的要求，而現(xiàn)今各院校生物技術(shù)專業(yè)仍然沿用傳統(tǒng)生物學、醫(yī)學、農(nóng)學所使用的教材，其內(nèi)容無法充分滿足現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展需要，如現(xiàn)代分子遺傳學基因連鎖與關(guān)聯(lián)分析，微陣列生物信息學實驗設計、數(shù)據(jù)分析中差異表達分析、主成份分析、聚類分析，DNA序列生物信息學的多序列對比，生態(tài)學的多元回歸等內(nèi)容，原有生物統(tǒng)計學有關(guān)教材根本沒有提及或語焉不詳，更沒有應用實例。

（3）教學方式過時，缺乏新意。目前的生物統(tǒng)計學教學，課堂講授仍然是教學的主要方式。傳統(tǒng)的教學理論認為，教學就是向?qū)W生灌輸知識，學生僅被看作講授知識的受體，教師是課堂教學的中心，過分強調(diào)學生的接收知識、死記知識、機械訓練；教師引導學生按自己預設的方向發(fā)展，不重視學生或然性思維、統(tǒng)計分析能力、試驗設計能力的培養(yǎng)，學生不敢或不善于向書本有爭議的問題提出質(zhì)疑和挑戰(zhàn)，不敢或不主動就學生學術(shù)研究課題進行試驗設計和統(tǒng)計分析，從而限制了學生學習的積極性和創(chuàng)造性。

（4）考核內(nèi)容和方式不利于學生掌握知識和能力培養(yǎng)。課程考核是檢驗教師教學效果和學生掌握知識程度的手段，現(xiàn)在卻被視為教學的目的。學生學習的目的好像只是為了通過考試。考核內(nèi)容一成不變、方式缺乏新意和科學性，仍然以名詞解釋、計算題、問答等有明確答案的機械題目為主，不重視靈活運用統(tǒng)計方法解決實際問題能力的考核，容易出現(xiàn)知識不理解，死記能過關(guān)的結(jié)果。考試方式單一，以期末考試為主，不重視形成式成績的考核，往往出現(xiàn)平時不努力，照樣考高分的現(xiàn)象。如此下去，培養(yǎng)出來的學生難免成為“高分低能”。

（5）課程設置還有待改進。生物統(tǒng)計學是一門生物技術(shù)和統(tǒng)計學相結(jié)合的應用科學，要注重學科滲透和交叉，從生物技術(shù)學科的整體與綜合化發(fā)展出發(fā)，合理構(gòu)建課程體系。要強調(diào)生物統(tǒng)計學基礎課程的學習、生物技術(shù)學科知識對生物統(tǒng)計學課程內(nèi)容的影響以及生物統(tǒng)計學知識在生物技術(shù)學科其他領域中的廣泛運用。

目前，各高等院校的生物技術(shù)專業(yè)對專業(yè)課程較為重視，而對生物統(tǒng)計學或?qū)I(yè)課程中統(tǒng)計運用重視不夠。生物統(tǒng)計學課時偏少，或者對于作為生物統(tǒng)計學的先修課程數(shù)學的教學，少數(shù)院校只開設微積分，而不開設線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計，或者在專業(yè)課程中省去與統(tǒng)計學有關(guān)的內(nèi)容，這些做法都是不恰當?shù)摹?/p>

2 生物統(tǒng)計學教學創(chuàng)新的思考與實踐

部分院校或部分教師認為現(xiàn)代的生物技術(shù)研究已經(jīng)不同于傳統(tǒng)的生物學研究，其領域已經(jīng)完全實現(xiàn)了從原有的群體或個體層次的宏觀研究向細胞或分子層次的微觀研究轉(zhuǎn)化，研究手段也倚重物理和化學手段，其研究結(jié)果只有必然性沒有或然性，所以生物統(tǒng)計學顯得不再重要，殊不知，生物技術(shù)研究只能借用物理和化學方法，而不能等同于物理、化學，它仍然遵從生物學規(guī)律，其試驗設計和數(shù)據(jù)分析必須依賴生物統(tǒng)計學的方法。所以，在生物技術(shù)專業(yè)不開設或不重視生物統(tǒng)計學課程的想法和做法都是錯誤的。

要實現(xiàn)生物統(tǒng)計學為生物技術(shù)專業(yè)打好基礎的目的，必須對課程的設置、教學內(nèi)容、教學方法、考核的內(nèi)容和方式進行全方位的改革，改革創(chuàng)新的主旨在于知識的運用，其教學的重點不在于統(tǒng)計理論學習，而重在解決與生物技術(shù)各領域有關(guān)的實際問題；不限于僅會使用計算器或EXCEL進行簡單的統(tǒng)計運算，而應著重于掌握現(xiàn)代的統(tǒng)計軟件的具體操作；不在于教師的講解，而重在學生的操作能力訓練。為此，可以嘗試從以下方面改進教學。

2.1 強化實踐能力的培養(yǎng)

生物統(tǒng)計學是一門應用科學，或然性思維和統(tǒng)計能力須在實踐中培養(yǎng)，同時也應該接受實踐的檢驗，所以必須注重培養(yǎng)學生實踐能力。[2]

首先，處理好統(tǒng)計學理論與生物學應用的關(guān)系。

生物統(tǒng)計學教學內(nèi)容中用到的統(tǒng)計學的概念、定義和公式很多，按照舊有教學方法，在應用某一公式之前，都要弄清其來龍去脈，而學生普遍反映這些公式“難記”更“難用”。事實上，一方面許多公式的推導已在高等數(shù)學中進行了講解，所以，要解決好高等數(shù)學與生物統(tǒng)計學的課程銜接問題，沒有必要再花費過多的時間講解概念和推導公式，另一方面，按照能力教育體系的理論，要把教師的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生的能力獲得。[3～4]而能力獲得的直接體現(xiàn)便是對所學知識的實際運用，所以，也不應該把教學的重點放在統(tǒng)計學理論學習上。

筆者在對生物統(tǒng)計學課程進行教學改革時，改革的目標很明確，就是所學為所會服務。每學習一種統(tǒng)計方法時，著眼點放到運用上，充分了解每種方法在分子生物學、發(fā)酵工程、基因工程、微生物工程等領域的運用，以強調(diào)應用增加興趣，以實踐運用強化知識，以掌握技能促進知識鞏固，以運用熟練加深理解。在學習正交設計試驗方案和結(jié)果統(tǒng)計分析時，本人不把正交表的編制和簡便分析公式的由來放在重點，只讓學生掌握如何利用正交表及簡便公式在解決哪些生物學研究問題時應用？如何應用？同時強化訓練，使學生對正交設計運用得心應手。只要給出相關(guān)的研究課題，就能科學熟練地進行設計和結(jié)果分析，得出正確的結(jié)論。

其次，處理好傳授知識與能力培養(yǎng)的關(guān)系。

能力教育理論認為，要以學生為主體，教師為主導，在教學中要重視學生的學，應注意采用高效教學法調(diào)動學生參與學習的積極性。[5]

一方面，對于課堂教學筆者多采用案例教學的方式。案例教學是實踐的直接模擬，是以培養(yǎng)學生分析和處理實際問題能力為中心的一種科學的教學方式。首先，對案例進行了精心選擇，因為現(xiàn)有教材選用的多是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)、醫(yī)學方面的實例，不太符合生物技術(shù)的學科特點，筆者從大量的教材、期刊、教師和學生科研課題、學生畢業(yè)設計中精心挑選了一些學生較為熟悉的生物技術(shù)案例。其次，對案例分析，以學生為主體，換位教學，分組講解，注重培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，結(jié)合教學進度，引導學生進行結(jié)果分析和試驗設計，或?qū)υ性O計和分析提出質(zhì)疑，并提出自己的見解，然后進行總結(jié)。如在理解試驗設計原則和樣本代表性概念時，學生對一篇研究湖泊微生物污染的抽樣方法提出了質(zhì)疑，認為僅從湖邊取一次一定量的湖水不能構(gòu)成樣本，其原因在于取樣點不具代表性，且取一次沒有重復，違背了試驗設計的原則。

另一方面，課余時間鼓勵學生積極運用所學生物統(tǒng)計學知識完成學生學術(shù)課題的申報和研究。學生學術(shù)課題的申報和研究則是生物統(tǒng)計學知識真正意義上的實戰(zhàn)運用。學生學術(shù)課題研究是我校以專項經(jīng)費資助的政策來提高學生專業(yè)素質(zhì)的一項有力舉措，也可以作為生物統(tǒng)計學的課程實踐平臺加以充分利用，要求學生以課題組的組織形式，從課題的選題，課題的研究內(nèi)容、依據(jù)、目的和意義，試驗方案的設計，技術(shù)路線的制訂，到試驗數(shù)據(jù)的分析進行全方位的實際訓練，課題組在課堂上重點闡述各自課題與生物統(tǒng)計學有關(guān)的試驗設計與統(tǒng)計分析的核心內(nèi)容，通過學生之間相互提問、討論和交流，不斷糾偏、反饋和完善，達到了真正提高學生動手能力的顯著效果。

再次，筆者還要求學生參與教師科研課題的研究，利用開放性實驗進行一些小型的自選課題的研究，或者是開展專業(yè)調(diào)查研究，發(fā)表相應的專業(yè)論文，通過靈活多樣的方式，開展課程實踐活動，并將其表現(xiàn)和成果作為平時成績的重要考核依據(jù)，鼓勵和督促學生實踐能力的提高。

2.2 完善課程內(nèi)容的改革

首先，該課程學時數(shù)有限，而生物技術(shù)研究的領域在不斷地擴大，研究的重點也在不斷發(fā)生改變，為適應學科特點，教學內(nèi)容必須作出較大調(diào)整。

為此，筆者刪除了大部分與概率論和數(shù)理統(tǒng)計重疊的內(nèi)容，如方差分析中均方期望的推演，概率分布中隨機變量的數(shù)學期望和方差的推演，也刪除了一些不常用的內(nèi)容，如非參數(shù)檢驗的秩和檢驗。簡略了一些運用計算機和軟件能完成的復雜運算的講解，也簡略了一些依靠前期基礎知識可以理解的內(nèi)容，如一元非線性回歸，補充了一些現(xiàn)代分子生物學常用的統(tǒng)計分析方法，如基因連鎖與關(guān)聯(lián)分析、DNA序列生物信息學的多序列對比等知識。

其次，為了提高學生統(tǒng)計軟件應用能力，增添了國際上常用的統(tǒng)計軟件SAS、SPSS的軟件使用方法的介紹。

2.3 改革考核內(nèi)容和方式

課程考核不能作為學生學習的一種目的，應該通過考核提高學生進一步鉆研的興趣，督促平時復習，開闊視野、真正理解試驗設計和統(tǒng)計方法的內(nèi)涵及其應用價值，檢驗學生實際分析的能力。

首先，總評成績的構(gòu)成，既要有期末考試成績，也要包括提問、作業(yè)、小測驗、課堂討論、案例分析報告、課程論文的成績，特別要提高反映學生實踐能力的案例分析報告、課程論文的成績在總評成績所占權(quán)重。

其次，題型應該多樣化。廢棄名詞解釋這種對于“死知識”的考核，而采用概念辨析的題型，考核學生理解和區(qū)分概念的能力；計算題不以考核公式的運用為主，而以實際的案例考核分析方法的選用和分析結(jié)果的生物學涵義的解釋；減少填空、判斷、選擇等考核單項知識的題型分值，增加綜合題等考核試驗設計和分析綜合知識的題型分值。

再次，考核方式改閉卷考試為開卷考試，使學生明白該課程學習的重點不在于死記硬背概念、原理、公式和方法，而在于靈活運用所學知識解決實際問題。明白該課程不同于數(shù)學類的統(tǒng)計學，而是將統(tǒng)計學應用于生物學，根據(jù)生物學問題的性質(zhì)和特征，選用適當?shù)慕y(tǒng)計學方法。

2.4 合理構(gòu)建以生物統(tǒng)計學為主體的課程體系

生物統(tǒng)計學在生物技術(shù)學科原有領域中的運用，已經(jīng)足以體現(xiàn)其在生物技術(shù)學科整體中不可或缺的重要地位，特別是近年來作為生物技術(shù)領域最熱門的生物信息學的發(fā)展，更說明了生物統(tǒng)計學的重要性。

生物信息學作為一門新型的學科，正在對生物技術(shù)產(chǎn)生空前的影響。它是以計算機技術(shù)為研究手段和工具，同時采用數(shù)學、統(tǒng)計學的模型、模擬研究手法來解決生物科學的問題，因而成為生物學、統(tǒng)計學、數(shù)學、計算機學甚至工程學等多學科之間的交叉領域，其發(fā)展—方面為這些學科開辟新的研究領域，但同時也依賴于這些學科的發(fā)展。[6]顯而易見，掌握好生物信息學需要有扎實的生物統(tǒng)計學根基。

生物統(tǒng)計學的教學應該放在生物技術(shù)學科整體體系中通盤考慮，既不應該減少微積分、線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計等先修課程的門數(shù)和學時數(shù)，又不應該在專業(yè)課程中過多地出現(xiàn)生物統(tǒng)計學的內(nèi)容重復，同時，還要以生物統(tǒng)計學為主體合理安排授課順序，構(gòu)建課程體系。

所以，我們對生物技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學大綱進行了調(diào)整，在原有微積分的基礎上，增開了線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計兩門課程，同時對專業(yè)課程中關(guān)于生物統(tǒng)計學的內(nèi)容進行了增減調(diào)整，在學完生物統(tǒng)計學之后，還開設了生物信息學選修課，通過三年的改革和實踐，生物統(tǒng)計學的教學乃至其他專業(yè)課的教學效果都得到了較為明顯的提高。

總之，生物技術(shù)專業(yè)生物統(tǒng)計學的教學應該順應生物技術(shù)學科發(fā)展的特點，遵循生物統(tǒng)計學本身的教學規(guī)律，充分分析當前教學的現(xiàn)狀和存在的問題，不斷地改革現(xiàn)有的教學模式，完善考核方式，培養(yǎng)學生的獨立性和創(chuàng)新性，從而培養(yǎng)適應時代需要的全面發(fā)展人才。

參考文獻

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