基于案例教學的生物統計學課程改革探究*

徐太海 張奕婷 任國領 梁彥濤 張國發（大慶師范學院）

隨著生物大數據時代的來臨，數據分析能力在生物專業學生培養過程中扮演著越來越重要的角色[1]。生物統計學作為培養學生數據分析技能的主要課程載體，在生物學課程體系中的位置愈加重要。目前，高等教育中圍繞著知識體系的生物統計學課程建設已經基本成熟[2]。經過多年的教學實踐發現，學生無論是在畢業設計，創新創業試驗，還是各類試驗數據處理，都離不開統計學的幫助，然而單純的理論教學不能使學生對于生物統計學的方法達到熟練運用的程度，如何培養生物學專業的統計學思維具有非常重要的理論和實踐意義。

案例式教學可以通過具體的情境，將隱性的知識外顯，或將顯性的知識內化。學生必須具有系統的統計學背景知識作為支撐，才能正確理解并解決案例教學過程中涉及的實際問題[3]。對于一般的生物統計學的初學者，其數學知識基礎有限，缺乏統計學的思維，而且目前生物統計學在本科生教學過程中課時數較少，如我院《生物統計學》的課時只有32學時，理論和實踐表明，案例教學法如果應用不恰當，不會取得良好的教學效果[4]。因此，結合自身教學情況，通過對大慶師范學院生物工程學院生物技術專業學生進行案例教學，總結整理出適合生物統計學的案例和教學方法，從多個方面提高教學效果。

一 生物統計學的課程特點和問題

生物統計學課程特點是教學內容前后章節關系密切，層層深入，并且需要較好的概率論和數學基礎[5]。同時，由于概念多、計算多，學生感到枯燥乏味，而且部分統計概念容易混淆，直接影響了學生對統計知識的掌握和運用[6]，且隨著計算機軟件應用的普及，學生不愿意使用傳統方法去計算，導致學生對生物統計是的基本概念、基本方法掌握不扎實。此外，統計分析方法多而且難，各種分析方法又有特定的適用范圍和使用特點，課程學時少，每章節的內容都講不透，使得學生一知半解，不會應用。教學與科研的脫節也使生物統計學課程在人才培養過程中未起到應有的作用，拘泥于舊的教學模式，不能科學規劃該課程新形勢下的教學導向和編排，忽視試驗設計，只注重統計分析基本方法、基本原理，重課堂講授，少課外實訓，尤其是與科研活動相結合的實訓活動和統計分析，致使學生無法正確掌握和應用理論知識，也難以將理論知識轉化為實際應用技能[7]。

二 課程改革的研究

在當今大學生物統計學的教學中，許多教學工作這在教學方法與內容上有了很大改進，主要是涉及多媒體教學方式、網絡教學方式的引入、傳統的考核方式的改革、翻轉課堂[8]等，均取得了一定的效果。以加強計算機軟件在教學過程的應用為例，多種統計軟件的出現為改革《生物統計學》傳統教學方式提供了新的契機和工具[9]。目前，世界上最著名的統計相關軟件主要有Excel、SAS(Statistical Analysis System)和SPSS(Statistical Product and Service Solutions)等，Excel軟件作為一個非專業的統計學軟件，其統計功能還不夠強大；SAS軟件[10]是一個集多種強大功能為一體的大型軟件系統，但是其操作較為復雜，對于統計初學者來說學習難度較高；而SPSS軟件具有統計功能強大、功能界面展現規范、分析結果輸出整齊等優點，用戶只要掌握一定的Windows操作技能，簡單了解統計分析原理，就可以使用該軟件為特定的科研工作服務，適用于在《生物統計學》本科教學過程中使用。我院生物統計學課程安排了一定學時的上機訓練，主要以學習SPSS軟件為主，一定程度上提高了教學效果，增強了學生的生物統計學應用技能。

在生物統計學課程教學改革過程中，應用了較多的傳統案例，如遺傳學的豌豆雜交實驗等，但這些例題距離當代時間較為久遠，且學生從中小學即開始學習這些簡單的問題，在大學課堂上講解這些案例不能提起學生的學習興趣。為了進一步改善教學效果，研究生物統計學案例式教學方法，建立新的案例庫勢在必行。案例式教學自20世紀80年代初引入我國，經過多年的實踐和探索，對我國高校教學的改革和發展起到了很大的促進作用。案例選擇是案例式教學成敗的關鍵因素，選取案例時應注意要根據教學目的和要求選擇相應的案例，緊密圍繞所要傳授的核心內容選編有代表性的案例，內容精煉，從而更好地激發學生學習的興趣。

三 案例教學的實施對象和方法

（一）實施對象

生物工程學院2016級生物技術專業全體同學。

（二）課堂教學模式

采用理論教學與實踐教學相結合的模式。理論教學在多媒體教室進行，采用多媒體與板書結合的方式；實踐教學在機房進行，應用SPSS軟件處理數據分析的問題。

（三）考核模式

1 測驗

包括筆試和上機兩種形式。筆試試題采用多種題型，上機測驗通過不同的試驗題目操作考核學生對SPSS軟件的掌握和應用能力。

2 案例分析

要求2016級全體同學結合學科競賽、實驗室開放項目、大學生創新創業項目分組提交相關數據處理的成果，有團隊的提交團隊成果，無團隊的提交個人成果。

（1）字數要求：不限字數，但要求能完整地說明一個案例的問題。

（2）團隊案例要求：對于提交團隊成果的案例，要求必須是學院備案的具體項目（包括競賽、實驗室開放、大創等），團隊成員必須是學院備案的參與人員，否則按違紀取消團隊案例分析成績。提交一個案例成果的團隊成員不能超過5人，且案例分析過程中均應體現團隊所有成員在數據處理過程中所起到的作用，未體現數據處理工作的成員將沒有案例分析的成績。超過5人的團隊項目（如實驗室開放），需要以不超過5人為一個團隊從不同角度、不同的數據收集和處理方法來進行案例分析，團隊成果如有雷同，取消雷同小組的案例分析成績。

（3）個人案例要求：無團隊案例分析成果提交的同學，或者因為項目組成員較多，無法在案例分析過程中體現個人在數據分析和處理工作中所起到作用的同學，要求提交個人案例分析成果。為了避免案例分析成果提交的盲目性，要求提交個人成果的同學進行定向案例分析，即按照個人學號尾號對應的十個章節進行相關實驗數據的處理，個人案例分析成果與相應章節內容無關的案例分析成績為0分。具體要求見表1。

表1 個人案例分析命題要求

（4）案例分析評分標準：教師根據案例分析的提交成果，根據數據處理方法的科學性、準確性，處理數據的工作量，結論的正確性等多個方面，給出團隊及個人成果的案例分析成績。評分標準見表2。

表2 案例分析評分標準

（四）考核效果分析

1 案例分析考核在總體考核過程中發揮的作用

通過筆試和上機測驗對學生的基本理論知識和基本操作技能進行檢驗，讓學生鞏固基礎知識的基礎上進行案例設計及案例分析。在學生提交的案例中，以產學研合作為基礎的團隊成果往往可以獲得高分，因為這樣的結果既有較好的研究基礎，數據直觀準確，又能在培養學生理論聯系實際的能力方面發揮作用。

2 典型案例解析

（1）案例來源

以黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目“氨基酸發酵尾液生產蛋白飼料”為依托的案例分析成果，充分體現了學生團隊協作的效果。案例分析數據情況如下。

某公司產品提取率μ0=0.85，實驗室研發新產品提取率0.87、0.84、0.96、0.88、0.87、0.90、0.84、0.91，研發的新產品與某公司產品相比，是否顯著提高了產率？

（2）案例解析

用假設檢驗的方法來解決這個問題。

①建立假設，確定檢驗水準：

H0：μ1＝0.85；H1：μ1≠0.85

α＝0.05。

②計算概率：

計算檢驗統計量：

n-1=7時，t0.05=2.365。現實得|t|躍t琢=2.365，故P＜0.05。

③作結論：

按α＝0.05水準，否定H0：μ1=0.85，即研發新產品與意大利公司產品有顯著差異，且顯著提高了產率。

（3）案例反思

①t分布是對正態分布的檢驗，案例中的提取率服從正態分布嗎？如果服從正態分布，依據是什么？如果不服從，是否可以通過適當的變換，將百分率轉化成某種符合正態分布的數據呢？

②實驗室研發新產品的提取率數值波動較大，說明本實驗本身存在較大的實驗誤差，是提取液的問題，還是提取劑的問題，抑或是控制參數的問題，還有待于進一步的實驗分析研究。

3 案例分析考核的不足

從案例分析的提交成果可以看出，大部分學生提交的為個人案例分析成果，只有少部分學生提交了團隊案例分析成果，說明學生在實驗室開放、大創項目過程中還缺少基于統計學思維的實驗設計和數據處理，這也導致學生在參與這些項目時完成質量不高，往往得出一些流于表面的實驗結論，不能形成相關論文成果。通過此次訓練，學生意識到生物統計學在科研領域應用的價值，一定程度上促進了學生對生物統計學課程重要性的認識，為今后學生加強對生物統計學的學習奠定了一定的基礎。

四 結語

針對生物統計學教學現狀，采用“案例式”教學方法對生物統計學的教學模式、考核模式進行了改革探索。研究發現，案例式教學有助于激發學生的學習熱情。案例主要來源于學生參與的大學生創新創業項目、大學生生命科學聯賽、實驗室開放等，對于學生來說學習目的性更強，學習積極性更高。學生為尋求答案，積極查閱資料，互相討論，實現被動學習向主動學習的轉變。案例式教學有助于學生理論聯系實際，并能提高學生的綜合素質。考核模式的改變也促進了本門課程由應試教育向素質教育轉變，學生由以往的只會算題不會應用，逐步變為對試驗設計中統計學方法的應用有一定的預期和設計，為將來的項目結題和畢業論文打下了良好的基礎。

對生物統計學進行案例教學的初步探索后發現，案例教學雖然是一種適合本門課程的教學方法，但仍有許多問題需要改進。如案例教學的介入時機需要恰如其分，不宜過早也不宜過晚，介入過早學生對基本概念、基本方法還沒有理解，介入過晚則使學生沒有充分的時間對案例分析的材料進行搜集和整理，不能與教師和同學之間形成有效的互動，從而失去對案例分析的興趣，達不到預期的教學效果。此外，根據我院應用型人才培養的定位，引導學生將案例分析的素材盡量與我院的實習就業基地阜豐集團、華理生物技術有限公司等企業的生產實踐相結合，進一步促進產學研合作，這也是生物統計學課程改革的努力方向。