“生物統計學”教學改革芻議

王英 朱穩 唐燕瓊 閔義

[摘 要] “生物統計學”是我國高校生物科學、植物生產類的專業基礎課，具有較強的理論性和實用性。為了讓學生更好地學習和掌握這門課程，針對教學中存在的問題，結合多年的教學實踐和該門課的教學特點，提出在教學中應選擇合適的教材并優化教學內容，以多媒體技術與傳統教學方式相結合的教學手段，同時加強田間試驗與軟件應用相結合，來激發學生學習興趣，加深對所學內容的理解和掌握，培養學生科學開展試驗設計與應用統計軟件分析數據的能力，改革考核方式等觀點和建議。

[關鍵詞] 生物統計學;課程;教學改革

[基金項目] 2017年度海南大學網絡課程“生物統計學”（hdwlkc201703）;2020年度海南省高等學校教育教學改革研究項目“‘雙一流建設背景下農學專業課程體系優化研究”（hnjg2020-10）;2020年度海南大學教育教學改革項目“‘雙一流建設背景下農學專業課程體系優化研究”（hdjy2022）;2020年度第四批海南省高校精品在線開放課程“生物統計學”

[作者簡介] 王 英（1971—），女，陜西長安人，博士，海南大學熱帶作物學院教授，主要從事作物遺傳育種研究;朱 穩（1970—），男，貴州赫章人，學士，海南大學熱帶作物學院教授，講師，主要從事生物統計研究;唐燕瓊（1968—），女，云南勐海人，博士，海南大學生命科學與藥學院教授，主要從事植物病原細菌真菌的遺傳機理及生物防控技術研究。

[中圖分類號] G420 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）11-0045-04 ? ?[收稿日期] 2020-12-29

“生物統計學”是把數學語言引入具體生命科學領域來解決其各分支學科中試驗設計和統計分析問題，也是進行搜集、分析和解釋生物學數據的一門學科[1]。了解并掌握好這門課程，能幫助專業技術人員通過事物外在的數量表現去揭示事物可能存在的內在規律性，同時，根據專業知識去發現、分析和解釋為什么會存在這種規律性，是一門應用數學。因此，生物統計廣泛應用于生物科學、農學、植物保護、園藝等研究領域的數據處理和分析中。“生物統計學”對生命科學相關課程的學習和生物科學研究有重要作用，在許多高等學校被設為生物科學、植物生產類專業的專業基礎課程或學科基礎課程。

“生物統計學”一般涵蓋田間試驗中常用的試驗設計方法與統計分析方法兩部分。由于是與數理統計相結合的學科，比較抽象，需要較強的邏輯思維能力，加之初學者通常也沒有田間試驗的工作經歷，因此，是一門較為難學，也比較難教的課程[2]。為了有效提高“生物統計學”的教學質量，課程教學團隊在多年的教學實踐中對該課程教學方法進行系列探索和實踐，積累了如下教學經驗和體會。

一、選擇合適教材并優化教學內容

教材不僅是體現教學內容與要求的知識載體，也是教師教學的基本工具，更是學生在校獲取知識的重要渠道，教材作為教師的教學依據，貫穿在整個教學過程中，對提高教學質量起到無可取代的重要作用[3]。目前國內有關生物統計方面的教材主要有兩類：一類以統計原理的介紹和統計模型的推導為主，如林德光主編的《生物統計學的數學原理》[4]、莫惠棟主編的《農業試驗統計》[5]等;另一類更注重基本理論知識與實際應用相結合，包括各種例題解析、軟件應用、實用統計方法介紹等內容，如蓋鈞鎰主編的《試驗統計方法》（第4版）[6]，杜榮騫主編的《生物統計學》（第4版）[7]及明道緒編著的《田間試驗與統計分析》[8]等教材。從學以致用的角度來考慮，筆者認為后者更適合高等院校農林專業、生命科學專業學生學習使用。

一本適合農科類本科生學習的“生物統計學”教材，其內容應包括以下幾方面：試驗前的試驗方案設計、試驗過程中的誤差控制及試驗后的數據資料分析，教材著重點在應用，通過各種常用的統計方法介紹、例題講解、應用軟件操作，從生物領域各種實際應用出發，培養學生的統計理念與邏輯思維，通過應用統計學中涉及的原理及方法來解決科研生產實踐中遇到的各種問題。筆者在長期的教學過程中根據現代農科類本科教育培養目標及學生自身的相關知識基礎，選用了蓋鈞鎰主編的《試驗統計方法》（第4版），該教材是我國普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，也是全國高等農林院校“十二五”規劃教材，該教材與目前發行的其他同類教材相比，優點在于采用非數學性的方法敘述，深入淺出地介紹了統計學相關的理論與公式，并能著重介紹常用的試驗設計與統計分析方法和應用，每種方法均配有試驗例題及相應的SAS軟件應用，可供比照使用[6]。筆者認為教師在精心安排教學內容時一定要涉及相應的統計軟件教學內容。合適的統計軟件應用，不僅簡化了統計數據的計算，使其更加準確，而且增加了統計教學的趣味性，使統計教學變得趣味盎然。因此，筆者已將Excel及SAS（Statistical Analysis System）軟件等應用到相應的章節內容上，在一定程度上激發了學生對該門課程的學習興趣，課堂氣氛活躍，教學效果良好。

二、多媒體技術與傳統教學方式相結合

“生物統計學”的最大特點是公式多、數據多，抽象、不好理解，學生在課堂中容易出現思維疲勞、注意力不集中的現象[9]。在傳統板書式教學中，教師課堂上需要花費很多時間用于抄寫公式和數據，對教學進度和教學質量造成影響。多媒體輔助教學早已成為現代教育教學技術的一種重要手段。多媒體課件具有容量大、展示靈活的特點，有效地將文字與圖像、動畫與音視頻融為一體，教師可在教學過程中充分利用動畫聲音、字體顏色、背景圖案等課件形式，為教學創造廣闊的展示空間。有利于多角度刺激學生感官，活躍學生思維，吸引學生注意力，使內容更容易被學生理解和消化。筆者以多媒體教學為主，傳統教學手段為輔，對于“生物統計學”中重點需要掌握的知識點，如概念的關鍵詞、重要公式和重要數據等進行簡潔明了的板書，起到畫龍點睛的作用。如筆者在講授“第一章 科學試驗及其誤差控制”的試驗因素、水平、試驗指標及效應等內容時，采用以多媒體技術為主、課堂板書為輔助的方式，先將相關概念用PPT展示，再結合所教授學生的專業在黑板上列舉一試驗，通過講解、分析、板書、提問等方式讓學生充分了解并掌握所學的內容，能做到正確設計試驗并分析相應的試驗因素、水平、試驗指標等。

筆者發現在“生物統計學”的教學過程中，對部分相對較難理解但又是重點的知識點采用以上做法既可提高學生的學習興趣，又可提高教學時效。但需要注意的是，一方面多媒體教學在加快教學進度，提高課堂教學效率上發揮了很大作用;另一方面也要考慮到學生課堂接受能力的差異，要在控制多媒體教學節奏上下功夫，要根據教學內容的難易程度，適時地留出時間讓學生做好筆記、完成課堂練習，并及時消化當堂所學內容。另外，在教學中要多種教學方法相融合，也可將大部分重點教學內容制作成視頻，以網絡課程錄像形式對學生開放，線上與線下混合教學，從而輔助加強學生對該課程知識的學習與掌握，才能達到事半功倍的教學效果。

三、加強田間試驗與軟件應用相結合

教學實踐表明，田間試驗和軟件應用是“生物統計學”重要的兩大實踐性教學。“生物統計學”課程實踐性較強，筆者感覺最好能在理論教學的同時增加一些簡單的單因子試驗、相關性試驗設計的田間試驗教學，好讓學生親身體驗田間設計，更好地理解和掌握具體的試驗設計與統計分析方法，進而取得舉一反三、觸類旁通的學習效果。如在給農學專業學生講授該課程時，指導該專業學生能在其參加的熱帶作物學院“農學協會”開展的田間種植科研活動時，科學設計實驗，將課堂學到的理論知識運用到科研實訓中，加深了對知識的理解，能因地制宜、靈活應用常用的田間試驗設計與統計分析方法。

將統計軟件的應用充分融入實踐教學過程中，促使學生掌握利用統計軟件進行數據分析的技能。在“生物統計學”中，大部分的數據分析都需要人們用統計軟件來完成，可以說，不掌握統計軟件就無法應用“生物統計學”。教師要重視并開展有關分析軟件的教學實驗內容，注重培養學生應用統計軟件來解決實際問題的能力。在實驗教學過程中，教師可將Excel、SAS兩種統計軟件與實驗教學內容相結合，這一方式有效地提高了實驗教學的效率。

Excel的統計功能雖然不如專業統計軟件（如SPSS）那樣強大，但Excel軟件具有很好的通用性與兼容性，成為生物統計學方面最簡單易操作的輔助軟件。在“生物統計學”實驗教學中，應用Excel可以實現對數據的輸入、整理、圖表繪制及簡單統計計算等，如特征數、卡方值、t檢驗計算等。故在給本校植物生產類專業學生進行“試驗資料的整理及特征數”教學時，利用Excel軟件對例題中的總和、平均數、標準差、方差、平方和、變異系數等特征數進行計算，能有效引導學生主動使用個人電腦的基本統計軟件，加強學生對課程知識的理解與掌握。

SAS統計軟件的功能齊全，涵蓋了生物學中所有的統計方法，更適合于復雜數據的統計分析和試驗設計[ 10 ]。SAS軟件在生物科學中的主要應用有兩大模塊：包含由平均數檢驗、t檢驗、方差分析、因子分析、聚類分析、廣義線性模型、判別分析等，以及多因素試驗、裂區設計、拉丁方設計、正交設計和響應面設計等試驗設計，這兩方面內容構成的統計分析模塊;由繪制直方圖、散點圖、餅圖、時間序列圖、層次圖等構成的繪圖模塊。在實驗教學中，通常教師可以針對“生物統計學”中常用的統計分析法，先編輯一些常用的SAS程序，學生使用時只需對程序做適當修改，替換相應數據，就能直接使用。筆者在教學過程中，針對本校生物科學類專業的“生物統計學（課內實驗）”，在理論教學時，先利用SAS軟件對學生進行統計分析模塊，如平均數的檢驗、t檢驗、相關分析、回歸分析、方差分析等介紹。繼而在理論教學結束時開展了系列上機練習，通過上機練習加深學生對相應知識的理解與掌握。如上機練習一：“SAS軟件簡介及試驗資料的整理、基本統計SAS分析”。通過該次上機練習，達到了使學生基本了解SAS軟件統計分析基本操作（安裝與啟動、程序的編寫與執行），及掌握資料的整理及基本統計SAS分析的效果;上機練習二：“統計假設測驗及卡平方測驗”，通過該次上機練習，達到了使學生學習掌握均數差異顯著性測驗SAS分析，并掌握計數資料卡平方測驗SAS分析（適合性測驗、獨立性測驗）的目的;上機練習三：“方差分析、相關與回歸分析及協方差分析”，通過該次上機練習，達到了使學生學習掌握常用試驗設計實驗結果的方差分析及SAS輸出結果解釋，掌握資料直線相關與回歸SAS分析結果解析，了解含有一個協變量的隨機區組設計實驗數據的協方差分析的應用。

另外，還用一款國產統計分析軟件DPS（Data Processing System），由于是中文界面，也不需要編輯程序，使用起來非常簡便易懂，另外，筆者認為針對初學者，在進行試驗設計時，用DPS軟件進行設計更簡單直觀，有條件的也可讓學生了解掌握。

四、調整考核評價的方式

“生物統計學”是一門應用性很強的課程，因此，該課程的考核應把學生應用統計學知識解決、分析實際問題的能力作為考核重點。對于公式的推導、統計的理論只需讓有興趣的同學關注即可。

由于采用了田間試驗和軟件分析實踐教學，實踐教學的效果也是需用適當的考核方式進行評價，因此，有必要對實踐教學賦予一定的考核比例，引起學生充分的重視。

生物統計學的掌握重在練習，平時課堂上在理論教學結束后，筆者會經常性地針對理論教學的內容出幾道應用題進行小測試，課后也會布置相關的應用題作為課后作業進行鞏固。因此，這部分學習內容也需要賦予一定的考核比例。

另外，一個學期結束后，要對學生進行整個課程理論基礎、技術方法掌握程度、分析與解決問題能力的綜合考核。可以結合閉卷考試和實驗考核兩種方式，采取閉卷考試方式來判斷學生對基礎知識的掌握，結合實驗（統計軟件應用）來考核學生的實際應用部分。考試內容要注重其實用性，減少偏題，增加一些能體現出學生對基本知識的掌握程度、能靈活運用知識來解決實際問題的試題;另外，也可根據考核學生專業方向的不同，靈活增加一些設計型試題，用來檢驗學生對基本理論知識的理解及與本專業知識的融合情況。

為了強化平時課程練習，督促學生及時復習所學章節內容及重點知識，達到良好的教學效果目標，該課程的學生總評成績評定比例可調整為：平時成績∶實驗成績∶期末成績=2∶2∶6。

總之，“生物統計學”是培養生物科學、植物生產類人才必不可少的一門應用性學科，也是所有從事生物類科學研究不可或缺的數據分析工具。沒有科學的統計，就沒有科學的試驗，也就無法得出科學的結論。“生物統計學”課程教學的目標，就是培養兼備統計分析能力與邏輯思維能力的專業技術人才，為生物技術及農業生產專業做儲備。“生物統計學”教學改革就是為了更好地實現教學目標的一項長期的系統工程，將隨著科學技術手段和教學理念的提升而不斷革新。

參考文獻

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[6]蓋鈞鎰.試驗統計方法[M].4版.北京：中國農業出版社，2013.

[7]杜榮騫.生物統計學[M].4版.北京：高等教育出版社，2014.

[8]明道緒.田間試驗與統計分析[M].3版.北京：科學出版社，2013.

[9]王崇華.農學類專業生物統計課程教學改革探討[J].河南農業，2018（10）：39-40.

[10]和鳳美，朱永明，侯自明.生物統計學教改探討[J].中國科教創新導刊，2013（28）：41-43.

On the Teaching Reform of Biostatistics

WANG Yinga， ZHU Wena， TANG Yan-qiongb， MIN Yib

（a.College of Tropical Crops， b. School of Life and Pharmaceutical Sciences， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China）

Abstract： Biostatistics is a basic course for students majoring in biological science and plant production sciences in colleges and universities in China， which is theoretical and practical. In order to enable students to learn and master the course better， in view of the problems existing in the teaching of Biostatistics， and combined with the teaching practice for many years and the teaching characteristics of this course， we propose that suitable teaching materials should be selected and the teaching contents should be optimized; we should combine multimedia technology with traditional teaching methods and strengthen the combination of field experiments and software applications， so as to stimulate students interest in learning and deepen their understanding and mastery of what they have learned and to train the students ability of designing scientific experiments and analyzing data with statistical software; we should reform the ways of evaluation.

Key words： ?Biostatistics; courses; teaching reform