“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”教學(xué)改革探討

鄭 凱，王莉萍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) a.農(nóng)學(xué)院；b.教務(wù)處，新疆 烏魯木齊 830052）

農(nóng)業(yè)發(fā)展的過程中，需要通過科學(xué)研究進(jìn)行調(diào)查或試驗(yàn)解決兩個(gè)問題：一是如何合理地進(jìn)行調(diào)查或試驗(yàn)設(shè)計(jì)；二是如何科學(xué)地整理、分析所收集得來的具有變異的資料，揭示出隱藏在內(nèi)部的規(guī)律性。“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法來分析和解釋試驗(yàn)調(diào)查資料，去闡明生物界各種現(xiàn)象，是研究生命過程中以樣本來推斷總體的一門學(xué)科，也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。由于課程中涉及抽象的數(shù)學(xué)原理，也算是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)，因此教學(xué)難度較大。從涉農(nóng)專業(yè)的培養(yǎng)方案來看，該門課是農(nóng)學(xué)、種子科學(xué)與工程、植物保護(hù)、生物技術(shù)等專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)課。

在實(shí)際教學(xué)中，“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”依然存在不少問題，學(xué)習(xí)該門課程需要一定的數(shù)學(xué)功底，而且教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象和枯燥，部分章節(jié)的概念易混淆、理論性強(qiáng)、計(jì)算公式較多且復(fù)雜；課程的實(shí)驗(yàn)部分缺乏創(chuàng)新，傳統(tǒng)教學(xué)方法不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加上學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解不透徹，只靠死記硬背很難達(dá)到融會(huì)貫通的效果。該課程一般在大一上學(xué)期或者大二上學(xué)期開設(shè)，早于其他專業(yè)課程。從近幾年的教學(xué)實(shí)踐來看，學(xué)生面對(duì)該門課時(shí)帶有畏難心理，如果在上課過程中老師沒有正確引導(dǎo)，學(xué)生前期章節(jié)基礎(chǔ)不扎實(shí)，將會(huì)對(duì)這門課的教學(xué)效果造成不利影響，致使學(xué)生在今后的應(yīng)用上產(chǎn)生困惑，甚至不能熟練應(yīng)用。針對(duì)以上問題，如何完善教學(xué)方式，如何通過增加教學(xué)互動(dòng)將枯燥的知識(shí)點(diǎn)清晰明了地傳授給學(xué)生，讓學(xué)生在今后畢業(yè)實(shí)習(xí)、升學(xué)就業(yè)中，掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析數(shù)據(jù)，熟練應(yīng)用SPSS軟件，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)院校在大數(shù)據(jù)時(shí)代“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)模式改革的一種新探索。

一、“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)現(xiàn)狀及困境

（一）大綱內(nèi)容涉及廣，課時(shí)相對(duì)較少

在種子科學(xué)與工程、農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)和生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)安排中，“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的教學(xué)大致可分為基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)（常用術(shù)語(yǔ)解析、數(shù)據(jù)資料整理、概率分布、試驗(yàn)設(shè)計(jì)）和數(shù)據(jù)分析（T檢驗(yàn)、卡方檢驗(yàn)、方差分析、回歸分析）兩大模塊。該課程在教學(xué)中遵循“依靠教材內(nèi)容教學(xué)、課上講解原理、課下練習(xí)習(xí)題”的慣例，但是在課堂上針對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊需要向?qū)W生講授章節(jié)知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)的所有公式，并板書推導(dǎo)過程。其次針對(duì)多因素方差分析、多重比較等相關(guān)的例題，運(yùn)算量大，往往一節(jié)課只能講授一道例題，幾乎沒有時(shí)間讓學(xué)生練習(xí)，因此時(shí)間不充裕且教學(xué)難度大。

（二）章節(jié)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，知識(shí)點(diǎn)缺少連貫性

在實(shí)際教學(xué)中，基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)模塊中大部分章節(jié)的內(nèi)容會(huì)出現(xiàn)很多生物統(tǒng)計(jì)學(xué)常用術(shù)語(yǔ)，且這幾章的內(nèi)容缺乏實(shí)驗(yàn)案例；數(shù)據(jù)資料整理和概率分布這兩個(gè)章節(jié)的內(nèi)容關(guān)聯(lián)性較小，掌握了前幾章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)并不能為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。從授課過程的反饋來看，內(nèi)容中缺少實(shí)例，再加上學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)缺乏應(yīng)用，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)不扎實(shí)。

（三）學(xué)生未建立應(yīng)用意識(shí)，理解課程內(nèi)容有難度

大部分高校農(nóng)科專業(yè)的“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”都作為一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，通常在大一或大二上學(xué)期開課，距離大三實(shí)習(xí)和撰寫畢業(yè)論文還有一段時(shí)間。此時(shí)的大學(xué)生還沒有開展實(shí)驗(yàn)或者接觸田間試驗(yàn)，不能了解“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程在今后專業(yè)領(lǐng)域中的重要性，因此缺少應(yīng)用認(rèn)知，在學(xué)習(xí)過程中容易“暈頭轉(zhuǎn)向”，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)和公式產(chǎn)生排斥感，不能靈活掌握生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法，更談不上今后的應(yīng)用。

（四）課程內(nèi)容枯燥，學(xué)生缺乏求知欲

授課對(duì)象多處在入學(xué)初期，例如種子科學(xué)與工程專業(yè)在大一上學(xué)期就開設(shè)此課，剛?cè)雽W(xué)的他們還沒反應(yīng)過來科研是什么。農(nóng)學(xué)等專業(yè)在大二開設(shè)，該時(shí)期正處于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)階段，此時(shí)他們課程繁重，有些專業(yè)的學(xué)生有近50～60學(xué)時(shí)的課程，課余時(shí)間沒有相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐機(jī)會(huì)。而“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”包含一定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，內(nèi)容復(fù)雜，較難掌握，加之課后作業(yè)需要大量運(yùn)算，部分學(xué)生在繁重的課程壓力之下很容易喪失求知欲，產(chǎn)生排斥心理，這對(duì)“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的教學(xué)來說，也是一大挑戰(zhàn)。

（五）學(xué)生缺少學(xué)習(xí)興趣

現(xiàn)有的教材中，部分章節(jié)出現(xiàn)的例題多數(shù)以動(dòng)物為主，對(duì)農(nóng)業(yè)植物領(lǐng)域的學(xué)生來說，對(duì)有些案例理解不透。另外，“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的理論需要與軟件操作相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用SPSS以書本上的例題進(jìn)行演練，缺乏新穎性和創(chuàng)新性，導(dǎo)致學(xué)生積極性不高，只是機(jī)械地操作軟件生成數(shù)據(jù)，并不能熟練運(yùn)用軟件，致使后期在處理專業(yè)實(shí)習(xí)的數(shù)據(jù)時(shí)，找不到思路，力不從心，這對(duì)該門課程的實(shí)際應(yīng)用帶來了非常大的困難。

二、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置及考核方式

“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)容全部由任課教師講授，課程總學(xué)時(shí)為56學(xué)時(shí)，主要的內(nèi)容包含理論學(xué)習(xí)和上機(jī)操作。其中理論學(xué)習(xí)由概論、資料整理與特征數(shù)計(jì)算、概率與概率分布、統(tǒng)計(jì)推斷、χ檢驗(yàn)、方差分析、直線回歸與相關(guān)分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其統(tǒng)計(jì)分析章節(jié)組成，共40學(xué)時(shí)。上機(jī)操作有SPSS基本操作、均值比較和T檢驗(yàn)、χ檢驗(yàn)、單因素和多因素方差分析、線性回歸與相關(guān)分析組成，共16學(xué)時(shí)。

本課程的考核成績(jī)由三部分組成，其中平時(shí)成績(jī)占30%，主要由課堂出勤、課前提問，課堂互動(dòng)等組成，這部分的分?jǐn)?shù)設(shè)置主要鼓勵(lì)學(xué)生積極交流，在課堂上參與練習(xí)，加深對(duì)知識(shí)的理解。其次是SPSS軟件的操作，占20%，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，提前準(zhǔn)備10道題，包含數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、多重比較等，旨在鍛煉學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力。最后一部分是閉卷考試，占50%，試卷主要由單項(xiàng)選擇、名詞解釋、填空、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題組成，通過對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考核，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解程度。總的來說，該門課程借助多種考核方式，旨在提升學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生自主掌握該項(xiàng)技能，進(jìn)而促進(jìn)“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”在實(shí)習(xí)和數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用。

三、“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)方式的探索

筆者在近幾年的授課對(duì)象主要有種子科學(xué)與工程、農(nóng)學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，通過總結(jié)教學(xué)內(nèi)容與課后反饋，結(jié)合教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)歷，就如何提高本門課程的教學(xué)效果提出幾點(diǎn)體會(huì)與思考。

（一）打破傳統(tǒng)授課方式，提升教學(xué)效果

受新冠疫情影響，各大高校紛紛啟動(dòng)線上教學(xué)，例如，雨課堂、釘釘直播、騰訊會(huì)議等軟件都被搬上講堂，結(jié)合中國(guó)大學(xué)慕課、智慧樹等教學(xué)資源庫(kù)，為學(xué)生提供多種多樣的線上學(xué)習(xí)平臺(tái)。對(duì)教學(xué)來說，教師應(yīng)該根據(jù)章節(jié)內(nèi)容需要，將優(yōu)質(zhì)資源整合，選用適合自己的平臺(tái)開展教學(xué)。筆者在近兩年，按照教學(xué)要求，部分內(nèi)容也開展線上教學(xué)，主要通過整合多平臺(tái)資源，借助線上直播、線上互動(dòng)的模式來講授課程知識(shí)。例如，在講到χ檢驗(yàn)時(shí)，會(huì)提前1～2天將授課的PPT上傳到雨課堂中，供學(xué)生提前預(yù)習(xí)，教師在后臺(tái)可以隨時(shí)查看學(xué)生預(yù)習(xí)情況；待上課時(shí)，大部分學(xué)生已知曉本節(jié)課的內(nèi)容，通過釘釘直播講授課程內(nèi)容。課堂中通過連麥，邀請(qǐng)學(xué)生參與答題互動(dòng)，每節(jié)課穿插10分鐘左右的例題練習(xí)時(shí)間，讓學(xué)生將計(jì)算過程拍照發(fā)布到互動(dòng)窗口，隨時(shí)講解。由于直播內(nèi)容可以回放，更方便學(xué)生課后隨時(shí)隨地觀看，增加了學(xué)生對(duì)該門課的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提高了教學(xué)效果。

（二）優(yōu)化課程內(nèi)容，融入實(shí)踐教學(xué)

“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的主要教學(xué)目的在于讓學(xué)生根據(jù)個(gè)人專業(yè)需要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，能自主動(dòng)手分析和解決科學(xué)試驗(yàn)中常見的統(tǒng)計(jì)學(xué)問題。有學(xué)者認(rèn)為，增加一些野外調(diào)查和試驗(yàn)設(shè)計(jì)，有助于提高學(xué)生對(duì)該門課程的理解能力。生物統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)較少，教學(xué)內(nèi)容主要停留在軟件的操作上，對(duì)于書本給定的例題或數(shù)據(jù)加以練習(xí)，缺乏新穎性，學(xué)生缺乏興趣，理論與實(shí)踐脫節(jié)，一定程度上影響了學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)方法的理解。因此，建議在課程設(shè)計(jì)上增加數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)。例如筆者在教學(xué)中也承擔(dān)著作物育種的授課任務(wù)，其中有部分實(shí)驗(yàn)課是觀察小麥、棉花的農(nóng)藝性狀。借此機(jī)會(huì)將班級(jí)學(xué)生5人分為一組，去田間統(tǒng)計(jì)小麥或者棉花的株高、穗長(zhǎng)等性狀，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)詳細(xì)記載，在“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)課中利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析，從課堂的效果來看，學(xué)生積極性較高，對(duì)于一手獲得的資料充滿了好奇。筆者設(shè)想，今后在作物育種或者形態(tài)觀察課中提前設(shè)置好試驗(yàn)處理（如同一塊試驗(yàn)田設(shè)置對(duì)照和控水處理，或者每個(gè)小區(qū)施不同用量的肥料），讓學(xué)生了解作物長(zhǎng)勢(shì)的同時(shí)也統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的表型數(shù)據(jù)，將測(cè)量到的數(shù)據(jù)，用所學(xué)的生物統(tǒng)計(jì)知識(shí)科學(xué)地進(jìn)行分析，鍛煉了他們的數(shù)據(jù)整理分析能力，使其掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，經(jīng)過實(shí)踐，會(huì)提高該門課程的教學(xué)效果。

（三）優(yōu)化考核內(nèi)容，創(chuàng)新考核方式

課程考核只是教師檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握情況的一個(gè)手段，而考試的意義是幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身對(duì)該門課程的薄弱點(diǎn)，提早查漏補(bǔ)缺；另外也可以檢驗(yàn)任課老師對(duì)所講授知識(shí)的完整性，幫助任課老師有針對(duì)性地優(yōu)化教學(xué)。但現(xiàn)在的很多大學(xué)生將通過考試視為課程學(xué)習(xí)的唯一目的，這樣所帶來的不良后果就是學(xué)生只知道機(jī)械完成理論學(xué)習(xí)，應(yīng)付考試，無(wú)法在今后的專業(yè)學(xué)習(xí)中靈活運(yùn)用知識(shí)。而該門課程考核的主要目的是督促學(xué)生復(fù)習(xí)，加深印象，提升學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生真正理解、掌握“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的核心內(nèi)容。因此對(duì)該門課程的考核，就不能選用試卷來作為唯一的判定標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)就需要對(duì)傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行調(diào)整。

充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)上教學(xué)工具，在考核中增加線上考核的比重。可以借助雨課堂等，將提前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)納入總分考核，以保證在課堂教學(xué)中的學(xué)習(xí)質(zhì)量。其次課堂考核可將出勤、課前提問、課堂互動(dòng)及課后作業(yè)納入考核分?jǐn)?shù)，提高學(xué)生對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)性，調(diào)動(dòng)課堂積極性。將期末的閉卷考試所占的總分50%的分值比，分成15%和35%，其中的15%做期中測(cè)試，也就是在課程完成一半進(jìn)度以后，利用雨課堂在線答題，將前面的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)成考題提前上傳到雨課堂中進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。由于雨課堂可以在線及時(shí)公布成績(jī)，利用數(shù)據(jù)分析可以在線實(shí)時(shí)看出每道題的答題情況，幫助學(xué)生查找疑難點(diǎn)，將此部分成績(jī)作為期末成績(jī)的一部分，這也增大了過程考試的比重，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生通過多種途徑獲取課程總分。針對(duì)實(shí)驗(yàn)部分，結(jié)合班級(jí)的專業(yè)特性，要求學(xué)生提交一份實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)SPSS等統(tǒng)計(jì)軟件的實(shí)操，將數(shù)據(jù)分析過程和結(jié)果以PPT形式呈現(xiàn)，根據(jù)展示結(jié)果賦予一定分值，作為實(shí)驗(yàn)課分值的一部分。

（四）鼓勵(lì)學(xué)生開展科研創(chuàng)新，鍛煉實(shí)踐能力

在講授生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，給學(xué)生提供了一些實(shí)踐實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目基本是科研項(xiàng)目，會(huì)涉及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、調(diào)查研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等統(tǒng)計(jì)實(shí)踐技能。而這些大創(chuàng)項(xiàng)目都與教師本身的科研課題結(jié)合，無(wú)形中培養(yǎng)了學(xué)生的基本素質(zhì)和科研能力。例如，筆者結(jié)合自身承擔(dān)的博士后項(xiàng)目和省級(jí)科研課題，給學(xué)習(xí)“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的班級(jí)提供了若干大創(chuàng)項(xiàng)目，比如指導(dǎo)某一小組的本科生開展陸地棉種質(zhì)資源苗期的耐鹽性評(píng)價(jià)。項(xiàng)目立項(xiàng)前，學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，經(jīng)過多次指導(dǎo)，確定項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，直至最后獲批，鍛煉了學(xué)生的自主能動(dòng)性。在該項(xiàng)目執(zhí)行期間，參與大創(chuàng)項(xiàng)目的學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了棉花苗期的形態(tài)觀察、數(shù)據(jù)采集，還能熟練通過SPSS軟件對(duì)所做的處理開展方差分析、多重比較，直至最后撰寫試驗(yàn)結(jié)題報(bào)告，完成項(xiàng)目。從前幾期的大創(chuàng)項(xiàng)目來看，老師提供科研機(jī)會(huì)，稍加引導(dǎo)，學(xué)生就能積極投入，逐漸引導(dǎo)他們對(duì)作物生產(chǎn)相關(guān)的科研產(chǎn)生濃厚的興趣，為今后的升學(xué)深造和就業(yè)提前打下了基礎(chǔ)。

“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程作為種子科學(xué)與工程、農(nóng)學(xué)和植物保護(hù)領(lǐng)域中重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和論文撰寫具有重要影響。身為一名教授統(tǒng)計(jì)學(xué)的高校教師，一定要重視對(duì)“生物統(tǒng)計(jì)與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的探索。在信息化、大數(shù)據(jù)時(shí)代，要充分利用科技知識(shí)，掌握各種信息化教學(xué)方式，加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的動(dòng)手能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)農(nóng)科專業(yè)的興趣，從而為今后的深造或工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。