基于SAS軟件的案例教學法在“試驗設計與統計分析”課程中的運用改革

摘"要：“試驗設計與統計分析”是許多學科必要的統計分析應用工具，其涉及的理論、原理和公式復雜、多元、抽象。結合該課程的理論知識點、國內開設相關課程以及貴州民族大學中該課程的教學現狀，探究該課程目前在教材設計、教學方法以及評價體系中可能存在的缺陷，提出了基于SAS軟件的案例研究法在該課程教學中的應用改革，并從教學內容、教學方法以及考核方式三方面提出案例教學法在該課程中推廣應用的具體思路，以及該課程改革的具體方法，以期提高學生對于該課程的綜合應用能力，培養專業實踐型人才。

關鍵詞：SAS軟件；案例；環境

1"課程現狀

“試驗設計和統計分析”是許多學科必不可少的一門工具型課程，以數理統計的原理和方法為基礎，通過對生物學、環境科學、生態學、醫學以及經濟學等學科中各種現象和數據資料進行統計分析，得出相應結論，為實踐決策提供一定的參考依據。

“試驗設計和統計分析”課程內容抽象復雜，原理眾多，計算過程繁多［1］，各種統計方法應用的條件多變，通常本科教材包含三部分內容：基礎數據資料的統計分析，包含描述性統計和概率與理論分布；樣本抽樣調查的原理及其分析，包含抽樣分布、統計推斷、方差分析和一元線性回歸和相關分析等；實驗設計的思想與原理，包含具體的試驗設計方法。通常第一部分內容普適性較強，加之學生在大一階段普遍學習“概率論”課程，因此，學生通常易于理解和掌握該部分內容。第二部分內容理論性較強，是實際生產、試驗過程中數據資料分析的理論基礎，各種數據分析的理論計算過程相對復雜，通常以概率論、高等數學和線性代數等學科為基礎，該部分內容對學生的數學基礎有較高的要求。第三部分內容以前兩部分內容為基礎，引導學生根據要解決的科學問題，獨立設計實驗，以達到提出問題—設計實驗—數據分析—解決問題的整體目標。第二部分內容是該課程的重點和難點，第三部分內容是最終學習的目標要求。

現如今，我國大部分有生物學、生態學、環境科學、農學甚至醫學和經濟學類專業的高等院校均有開設“試驗設計與統計分析”課程或相似課程，如蘭州大學醫學類專業開設的“醫學統計學”課程、中國農業大學生物學專業開設的“應用生物統計學”課程、揚州大學環境類專業開設的“環境統計學”課程等，這些課程的內在核心均是以數理統計的知識為基礎，應用于不同學科領域。我校從2014級開始，將該課程作為環境生態工程專業學生的選修課進行開設，學生在后續環境工程綜合實驗、環境生物化學等相關實驗以及畢業論文中的試驗設計以及數據分析中均表現良好。

目前，該課程的課程體系并不十分健全，各類教材均缺乏對環境類專業數據資料整合以及便捷的統計分析軟件的應用介紹。因此，應根據學以致用、快捷方便的教學目標，選擇合適的教材，撰寫對應的課程講義，完善課程大綱和目標，增加統計軟件的上機分析過程，以彌補給定教材的不足。

在我國當前高等教育教學過程中，各大課程呈現出不斷改革的趨勢。全國本科院校都或多或少地進行了教學方法的改革，如蘭州大學實驗教學的“五位一體”教學改革；中國農業大學的工程創新能力的培養與改革；南開大學專門設置“精英班”課程教學；廣東工業大學的OBE（成果導向教育）與PBL（問題式學習）教學改革［2］；華東師范大學開設強化實踐課程，通過核心案例教學提升學生的實踐能力。這些課程改革的核心思想均是以實踐應用為導向，教師從簡單的知識傳授向素質教育進行了轉變，學生從被動接受理論知識轉變為主動學習和實踐的過程，強調對學生的綜合素質及技能的培養。鑒于人才培養模式改革的需要，有必要構建新型教育評估制度［3］。因此，針對以素質教育為目標的培養導向，制定相應的學業評價體系，以實現對學生全面技能的考核，這包括但不限于理論知識掌握程度、實際操作技能、表達技巧、團隊協作能力以及自主學習能力等。對學生的各個方面進行全方位和多元化的學業評估，以激發他們對學習的熱情和積極性，并提升學生的全面素養［4］。自2014年以來，我國高等教育機構全面實施了學業評價體系的革新，采納多樣化的評估模式，積極拓展學生在日常各方面表現的培育環節。通過優化評價機制，推動學生能力的全面提升。

2"本校課程教學存在的問題

目前，我國高等教育倡導的教育理念為強化素質教育，提升綜合素養，強調課程的實踐性和應用性。許多高等院校在“試驗設計和統計分析”教學過程中，注重基本原理和數理統計知識的灌輸，缺乏對應的案例分析和軟件操作實現［57］。目前，各專業課的基礎學時都在縮減，我校環境生態專業的“試驗設計和統計分析”只有32理論學時，缺乏相應的上機實踐操作學時。環境生態工程專業是實踐性很強的應用型專業，培養方案中設置有大量的實驗課、實踐、實習以及認知實習等環節。本校2016級學生沒有開設“試驗設計和統計分析”課程時，學生對各類的實驗課程與畢業論文的意義、方案、操作以及實驗的數據整理并不清楚，存在被動接受現象，沒有主動思考和設計實驗的能力，整體分析處理問題的能力欠缺，實驗課程的預期效果受到嚴重影響，甚至導致畢業論文和設計在很大程度上缺乏自主思考，論文整體質量下降。在開設該課程以后，局限于理論課時，在教學過程中依據教材內容，一味地強調統計的原理和計算過程，學生僅僅掌握了這門課程的基本理論和原理，只能根據教材的原理進行簡單的數據分析，如課內實驗的數據分析。但是，面對綜合實驗、畢業論文和具體項目等復雜的數據資料時，經常難以將實驗結果和實際數據進行全面整合分析，從而得出具有成效的結論。比如，按照教材中方差分析的計算過程，簡單的組內方差分析，需要先剖析整組數據的自由度，計算數據的總和、處理的平方和、誤差的平方和，以及修正數，再依據選用的檢驗方法，查相應數據表，確定顯著性程度，整個過程涉及的公式眾多，計算量龐大，耗時耗力。因此，迫切需要在數據分析過程中通過一種簡單方便操作友好的統計分析軟件實現高效的數據分析整合的目標。

3"SAS統計軟件概況

SAS（Statistical"Analysis"System）是一款國內外知名且廣泛應用于各類統計分析中的軟件，目前，它已經成為全球較為流行的大型數據管理與數據分析處理軟件系統，發展為一個功能完整的，應用領域寬廣和使用方便的系統、現代化數據管理系統、數據分析的標準軟件系統。該軟件在實際應用過程中可一次編寫好程序、固定保存，每次調用程序包，更換分析數據即可運行。因此，該軟件操作簡便，易于掌握，且界面友好，功能多樣，非常適用于無編程基礎的本科生學習使用，目前已經廣泛應用于多個領域。

4"引入案例教學法

案例教學法是一種基于案例的討論式教學方法，具備一定的實踐性。主要通過與學生專業領域密切相關的實驗課、畢業論文以及科研項目作為具體案例，對常用統計方法進行深入剖析和講解，引導學生進行討論，以此激發他們的學習熱情。比如，本科生畢業論文的選題通常與教師的研究項目緊密相連，這就需要學生具備一定的綜合能力對數據進行全面整合分析，這種能力的培養來源于前期對該課程理論基礎的掌握和具體統計軟件的靈活應用。目前，本校在該課程的基礎理論教學方面相對扎實，學生目前相對缺乏的是通過統計軟件分析數據的實踐應用能力。因此，本課程通過案例教學法，引入操作簡便、易于操作的SAS軟件，將該課程的理論及原理融入實際科研和生產的數據資料中，以實現理論知識和實踐應用的結合。比如，一篇畢業論文包含有科學問題、實驗設計的思路，具體的實驗設計過程以及實現的步驟，數據分析的方法可能有最基礎的方差分析、相關分析、線性擬合以及主成分分析等，幾乎囊括了該課程的全部內容。教師在該課程的教學過程中以一篇優秀的畢業論文作為案例，由點到面詳細地剖析與闡述，讓學生認識多樣化的統計分析方法在實際研究中的應用，快速掌握各類統計方法的適用條件和實現方法。因此，案例教學法有助于營造活躍的學習氛圍，拓展學生的思維和眼界，進而提升學生分析與解決實際問題的能力。

因此，該課程擬以SAS統計軟件作為上機操作的工具，通過環境生態工程專業設置的綜合性實驗、本科生畢業論文和教師科研項目等案例，剖析各種統計分析方法應用的條件、過程實現、結果解讀；通過案例教學法，培養學生發現科學問題、提出科學問題以及解決科學問題的技能。

5"課程改革的具體內容

隨著大數據時代的到來，“試驗設計與統計分析”在環境、生物、生態以及經濟等領域中的地位越來越重要。環境生態工程專業類的學生在學習過程中應培養發現問題、解決問題能力以及創新能力，這就要求教師突破傳統教學模式，在傳授傳統理論基礎知識的基礎上，融入具體應用案例，采用先進的計算機軟件，把學生從枯燥復雜的計算中解放出來，將教學重點從提高學生的統計應用理論知識轉移到提升學生的實踐技能。

5.1"教學內容的改革

“試驗設計與統計學”是一門以數理統計為基礎的工具型課程，能夠靈活選取合適的統計方法處理分析數據，我們希望借助SAS軟件通過案例分析的方法實現課程目標。所以，本文將采用杜榮騫主編的《生物統計學》（第4版）（高等教育出版社，2014年出版），該教材除了常規統計方法原理外，還涉及SAS軟件的使用。在選用教材的基礎上根據本專業特點及本校的研究特色完善課程內容，并制定詳盡的課程標準，如每一部分的理論知識所對應的實踐案例及數據。該課程以傳統生物統計學原理和過程為理論授課基礎，以環境生態工程專業學生綜合實驗課、畢業論文、教師科研項目的具體數據作為分析的案例，通過SAS軟件對教學大綱上的重點難點問題進行研究。教師在課堂上從統計學理論方面指導學生如何進行案例分析討論，歸納總結合理與不合理的實驗設計以及統計分析方法，通過師生間的互動，激發學生的學習積極性，從而實現提高教學質量的愿景。

5.2"教學方式的改革

通過案例教學，對具體的數據進行分析，通過SAS軟件的統計分析對抽象的數據進行具體化，將統計的理論基礎轉化為實踐的應用；將上機操作和課堂理論教學融為一體，在課堂上隨時利用SAS軟件實現具體的分析操作，鞏固教學內容，通過SAS軟件實時實現數據分析，教師指導實現結果解讀；運用互動式教學法，針對學習過程中出現的一些不能理解或有分歧的問題，引導學生提出或發表自己的意見，協同推動學生自主學習能力的發展，激發其學習熱情，奠定創新人才培育的基礎。通過上述教學手段的創新，學生在學習過程中能夠培養交流、表達意識能力，解決困難的能力，真正地使他們從被動接收信息向主動尋找問題轉變，提升學生解決實際問題的能力，為培育具有實踐能力的人才奠定基礎。

5.3"評價體系改革

采用多元化學業評價體系對學生的綜合表現進行評估。在學生日常學習成績的評估環節中，引入多元化的措施以消除傳統評價方式的不足，從而提升學習成效并提高學生的學習積極性。在最終的考核中，應該通過考勤、中期測驗、小組研討、作業、上機操作、課堂討論、案例分析等多方面內容全面考查學生對于該課程理論知識和實踐技能的掌握。在期末考查環節，教師提出幾個與環境專業相關的科學問題，讓學生根據專業背景，利用該課程的基本原理和知識設計實驗方案；選擇與環境相關的國家自然科學基金和省基金項目，根據試驗設計與統計分析的原理和思想，分析科研項目中科學問題如何提出，如何設計試驗、分析數據，達到解決科學問題的目標。另外，將教師指導的本科畢業論文或者研究生畢業論文部分數據作為學生案例分析的素材，讓學生全面掌握科研論文數據分析的方法，以達到解決科學問題的課程培養目標。

6"課程改革的思路

6.1"收集數據資料

在課程開始前收集環境生態工程專業和相似專業近三年來各實驗課程、本科畢業論文、碩士畢業論文以及科研項目的相關實驗及數據，為后續課程的案例分析奠定基礎。

6.2"安裝SAS軟件

在課程開始前，學生在自己電腦上下載安裝SAS軟件，認識SAS軟件操作窗口、各項工具欄和功能。課堂上講授SAS語言編寫基本規范和要求，理論教學與上機操作同步展開，既規避了我校“試驗設計與統計分析”課程沒有實驗課的缺陷，又能使學生通過具體的案例分析掌握剛學習的統計學理論和原理，提高學生的實踐動手能力，讓學生做到學以致用。

結語

“試驗設計與統計分析”是環境生態工程專業非常重要的一門分析應用課程，該課程本科相關教材和教學過程中均存在注重理論和原理，忽略實際操作環節的現象。SAS是一款易于使用的統計分析軟件，它具備高效和便捷的特點。在該課程的教學過程中利用SAS這個媒介引入案例教學法，不僅能夠加強學生對于該課程理論和原理的認識和應用，還能進一步提升學生的統計分析能力，使其有效運用所學知識。

參考文獻：

［1］張育平，張馨芳，于榮榮，等.“生物統計學”課程教學效果評價初探［J］.教育教學論壇，2023，4（15）：141144.

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［3］楊玉南，陳少華，李笑平.構建與創新教學模式相適應的多元互動學生學業評價體系［J］.衛生職業教育，2016，34（9）：3436.

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作者簡介：高小葉（1986—"），女，漢族，陜西延安人，博士研究生，副教授，研究方向：農業生態系統養分循環利用。