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概率统计学近年来发展迅速,在各个领域的应用向深度和广度两个方向扩展。同时商业化统计软件如SAS、S+及SPSS广泛应用,给数理统计的教学提出了挑战和新的要求,对此应该在教学中有所反应和体现。
1.1数理统计基本概念和基础理论的学习
对统计思维的培养很大程度上依赖于对基本概念与原理的准确把握。虽然不同统计模型的具体方法不同,但均由样本容量确定、随机抽样、参数估计、假设检验、统计推断、统计预测、模型验证等一系列环节构成。由样本、统计量、抽样分布、置信区间、弃真概率α、取伪概率β、检验效力(powerofatest)、P值等概念所表达的统计思想在不同统计模型中是完全一致的,因而在条件允许时,应该用统计模拟方法进行直观化教学,以加强对概念和基本原理的把握。
1.2统计模拟方法辅助教学
随机模拟试验可以加强学生对统计基本概念和理论的理解,及分析问题、解决问题的能力[1]。例如,对显著性水平为α置信区间的正确理解应该为:(1)由两个随机变量(上下限)所确定的一个随机区间;(2)在同等条件下无限多次反复抽取相同容量的样本时,随机区间包含未知总体参数的概率为1-α。对此抽象概念的直观教学,可以用统计软件如S+简单完成。对于其他概念,如抽样分布、假设检验中弃真和取伪错误概率、检验效力、线性回归模型参数估计量的抽样分布、预测误差分解、离差平方和分解等,均可利用统计模拟进行直观化教学。另外,统计模拟还可以取代部分定理和结论的证明,通过模拟试验进行经验性验证。
1.3理论和实验技能的同步提高
首先应加强实验环节,使学生掌握一种常用统计软件的基本使用方法。SAS由于数据结构简单、功能强大、运算速度快而应成为首选。另外,S+具有强大的、可编辑的图形功能和易于编程特点,可用于统计模拟。共享统计软件R有与S+几乎完全一致的语法,为S+的使用提供了方便。虽然学生可以用统计软件快速完成统计运算,但由于理论知识的不足而无法正确地提取和解释软件输出结果。对这个问题的解决可以一方面保证一定的实验学时,加强对统计结果的分析能力。另一方面,通过课堂讲解、课后作业和统计模拟实验的形式加强理论学习。加强理论学习的观点,在学时压缩的前提下与一些学者的观点相左[2]。我们认为统计软件的使用,一方面减轻了时间负荷使学生有更多时间用于理论学习,另一方面也对理论水平提出更高的要求,即要求学生能够理解和利用软件分析结果。在有限学时内,加强理论学习的核心在于精讲式和概论式教学的有机结合。
1.4精讲式和与概论式教学的相互结合
数理统计的内容极其广泛,不加选择的教学使学生难以抓住重点。应在数学基础允许的前提下,重点地讲解核心内容。例如单一正态总体统计分析虽然简单,但涉及了所有核心统计概念,应作为重点内容讲解。根据统计模型间的区别与联系,应注意将核心结论自然地扩展到相近或相似的统计方法中去。如简单线性回归向多元线性回归、协方差分析、方差分析乃至非线性回归的自然扩展。与精讲相对应的,可以进行一定学时的概论式教学,对专业领域内的常用分析方法进行一般性介绍,并以典型案例分析的形式拓宽学生的眼界,做到点面结合。
1.5典型案例分析
典型案例分析指对科技论文中常用统计方法的剖析和讲解。典型案例分析可以使:(1)学生体会到统计方法在实际科研和生产中的应用,培育学习兴趣;(2)实际案例基本上包含了统计分析的各个方面和环节,可以使学生直观地体会统计分析的内涵。对典型案例的进行详略得当、点面结合的分析,可以使学生建立统计分析的系统观念;(3)通过案例分析使学生能够学习科学研究的内涵与方法,并融会贯通地掌握统计分析在本专业的应用。概论性地介绍一些统计方法在专业领域的应用,不必苛求对统计方法和理论的深刻理解,仅要求学生体会具体案例中随机抽样、参数估计、假设检验、统计推断、统计预测、验证模型等环节所体现的统计思维方法,及对具体案例和所用统计方法的感性认识。同时,应该抽出一定的学时(如2学时)对高级统计分析方法进行概论式介绍。
1.6自学能力和学习兴趣的培养及考核方式
授人以鱼,不如授人以渔。课堂教学永远无法包含将来所需要的全部知识,因而培养学生的自学能力和激励学习兴趣应成为教学指南。典型案例分析、模拟研究项目、统计模拟验证、课堂讨论、概论式介绍应用现状和前景都是激发学习兴趣的有效手段。课后作业是督促学习、培养自学能力和检验学习效果的主要手段。精心设计的作业,不仅可以帮助学生及时地理解和消化课堂所学知识,而且是培养自学能力的主要途径。可以将简单的理论证明和一部分教学内容以作业形式让学生通过自学完成,逐渐培养自学能力。平时作业成绩、分段考核成绩、实验成绩、课程设计应在总评成绩中占50%左右的比例,这样不仅可以保证以上教学环节的实施并达到预期效果,还可以减轻期末考试时的学习压力。考试可以采取分段多次考核的方法,以2~3次为宜。这样教师和学生都能及时发现教与学中的问题并及时加以调整,减轻终考压力,以免一次考试决定成绩和突击学习应考的现象。
2教学内容和教学结构的思考
虽然数理统计内容庞大,但在本科阶段所涉及的教学内容均为基础统计方法。对生物学而言主要包括与正态分布相关的统计模型,如单一正态总体的统计模型、线型回归、协方差分析、方差分析和非线性回归分析等,及与二项分布和泊松分布相关的统计模型,如二项分布的统计分析、逻辑斯第回归以及关联表等。根据以上内容的区别与联系,我们考虑按照如下顺序实施教学。
2.1单一正态总体的统计模型
指的是对一个正态总体的统计分析,包括参数点估计、区间估计、假设检验、两个正态总体参数的对比分析等。虽然在概率论教学中有所涉及,但强化这部分内容的教学对建立统计思维方式有极其重要的意义。通过这部分内容的学习,应该使学生准确把握样本、统计量、抽样分布、置信区间、假设检验中弃真概率α、取伪概率β、检验效力、P值等重要概念,为后续学习奠定基础。在实际应用中,对数据进行正态性检验是不可或缺的,需要增加QQ图的原理与应用教学内容,即可以使学生了解这一简单而广泛应用的图形判别法,又可以强调在统计分析中必须对模型所依赖的假设进行验证的统计思想。
2.2线性回归线型
简单线性回归的参数估计、参数估计量的抽样分布以及参数假设检验等内容的推导证明仅涉及二元函数极值、数学期望和方差的基本性质、以及简单的代数运算,因而在学时允许时应尽量加以证明,使学生知其然知其所以然。应介绍用图示法判断线性回归模型的IID假设是否满足。由于对非IID数据的广义线性回归方法已经成熟,故无需对非IID模型的传统矫正方法多做介绍。对于线性回归中的统计预测,应着重使学生掌握预测误差的来源,即参数估计量和模型内在随机误差项两个因素对预测的影响。多元线性回归在基础统计学中占有核心地位,是衔接回归分析和方差分析的纽带。由于多元线性回归的推导涉及随机向量和随机矩阵,而不宜进行详细的推导。可以首先将简单线性回归主要结论用矩阵表示出来,并推广到多元线性回归。在多元回归阶段应强调:(1)应客观地评述预测变量数目对确定系数R2的影响作用,避免在模型评价时对R2的过度依赖;(2)应使学生理解回归模型中的方差分析是对多个参数同时为0的假设进行检验,以便于和以后试验设计与分析的学习衔接起来;(3)离差平方和的分解的意义及参数子集的F检验;(4)对拟合残差的图形分析法,使学生能够对IID的假设满足与否进行判断;(5)回归分析和相关分析的区别与联系。
2.3协方差和方差分析
通过对多元线性回归模型引入离散型的回归变量而介绍协方差分析方法,使学生学会如何构造虚拟变量,并通过虚拟变量将离散型的回归变量加入到回归模型的方法。虚拟变量的理解和使用,对逻辑斯第回归、方差分析、非线性回归的假设检验的学习非常有帮助。在理解协方差分析和多元线性回归的关系后,自然而然地将多元回归过过渡到方差分析,即全部回归变量均为离散型的多元线性回归模型即方差分析模型。可通过对虚拟变量加以限置的方法(使数据矩阵满秩),用多元回归方法进行方差分析。由于方差分析数据矩阵的特殊性,可以方便地推导出单因素和双因素方差分析的公式。通过以上学习,应该使学生建立回归分析、协方差分析和方差分析属于同一类模型的概念。
2.4非线性回归
可以简单介绍如何用泰勒多项式对非线性函数线性化后,通过多元线性回归和迭代方法估计参数。由大样本理论,参数的区间估计、假设检验和统计推断等均与多元线性回归相同。
[关键词]生物统计学 教学改革 教学实践
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)14-0093-02
生物统计学是运用数理统计的原理和方法来分析和解释生物界各种现象和试验调查资料的一门科学。其目的就是科学地设计试验,并对所得试验数据进行分析,达到减少试验次数、缩短试验周期、迅速找到优化试验方案或数学模型的作用。随着生物学研究的不断发展,该学科逐渐成为生物学领域科学研究和实际工作必不可少的工具,是高等院校生物学各专业的必修专业基础课,其应用也越来越广泛,在科学研究中被誉为“科技工作者从事科学研究的工具和手段”。
由于生物统计学是一门集理论性和实用性于一体的工具学科,其包含的公式和抽象概念也较多,且需要一定的数学推理能力,所以,学生学起来枯燥无味,甚至产生厌学情绪。本人结合近几年的教学实践和目前教学中存在的问题,就怎样提高生物统计学的教学质量,探索适合生物相关专业的教学内容、教学手段和教学方法以及考核办法,谈谈自己的一些认识和思考。
一、传统教学中存在的问题
随着时代和科技的发展,传统生物统计学教学方式已不再适应现代教学的目标,其问题主要表现为:第一,教学内容太过繁杂,无法体现重点难点和实用性,有些内容过于详细全面。第二,授课方式太传统。教师上课基本是满堂灌,学生只是机械式地学习,无法调动学生的积极性和主观能动性。第三,缺乏教学实践内容。很少安排实践课程,即使有也是敷衍了事,学生没有真正学到什么。第四,课程考查形式单一。一般以闭卷笔试为主,且考试内容全是书本上的理论,无法反映学生利用知识解决实际问题的能力。第五,师资队伍不够强大。教师的年龄比例和教学经验都有一定的不足,特别是科技的发展,使得教师也得加强专业学习。
二、生物统计学教学改革措施
针对以上教学中存在的几个问题,尝试对该课程进行教学改革,为培养现代实用创新人才,积极探索有利于调动学生学习主动性和创造性的教学方式,我们对生物统计学的教学主要做了如下几个方面的改革:
(一)精简教材,优化内容
教材既是体现教学内容和教学要求的知识载体,也是教学的基本工具,它既是教师课堂教学的依据,也是学生获取知识的参考资料,能够保证教学过程的顺利进行,又能提高教学质量。因此,教师在选择生物统计学教材时,不仅要考虑内容全面,更要重视理论与实践相结合,比如试验设计软件、统计分析软件、实例讲解等应用性强的内容。
生物统计学教学内容一般包括试验设计和统计分析两大部分。试验设计和试验实施是统计分析的前提,只有正确的试验设计才能保障后续科学研究活动的科学性和可行性。但是,当前教学只注重基本原理和公式的推导过程,而忽略了试验设计的重要性。因此,对教学内容进行了如下优化:试验设计、试验研究方法和统计分析方法并重,尽量减少统计分析中原理和公式的详细讲解过程,重视试验设计与统计分析软件的应用及对统计分析结果的合理解释。
(二)改进教学方式
教学方式包括教学方法和教学手段。改革教学方式,其目的在于激发学生学习的积极性和主动性,提高学生综合运用统计学理论解决实际问题的能力。教师在授课过程中应尽量采取丰富多样的教学方法,如“反问式”、“启发式”、“互动式”等,或将各种教学方法有机结合,从而达到提高教学效果的目的。各种教学方法都有其特点,关键是如何根据教学内容的不同选择相应的教学方法,使学生更好地领会课程内容,以取得更好的教学效果。
高校教学改革使各门课程学时数减少,但生物统计学的内容不减反增,而且该课程公式概念多、内容抽象、统计计算过程复杂。这使得传统教学手段无法满足当前的教学发展需要。因此,要在有限的学时内完成超额的教学内容并取得较好的教学效果,就必须引进现代化多媒体教学手段。多媒体教学具有内容丰富,信息量大,图文并茂,形象生动,易于学生理解和应用的特点。但传统教学手段也不能完全丢掉,其特有的优越性是多媒体无法替代的。因此,在教学过程中应将二者有机结合,充分利用两种教学方式的优势,达到提高教学效果的目的。虽然多媒体教学加快了教学进度,提高了信息量,但也要充分考虑到学生的适应能力,信息量过大易导致学生思维跟不上教学进度,反而起不到应有的效果。
(三)加强上机和实践教学
生物统计学作为一门实用性很强的工具课,其重要性就在于解决实际问题。因此,加强上机操作和试验设计十分重要。理论课结束后进行上机操作,选择一个适合自己的统计软件进行操作练习。在学会了统计软件后,学生分组自选研究题目进行试验设计并按计划实施,再利用统计分析软件对试验资料和结果进行分析,结合专业知识给出合理解释,写出详细的试验报告,从而提高学生分析问题、解决问题的能力。
(四)加强师资队伍建设
课程建设和教学改革的关键是师资队伍的建设。随着生物统计学和科学技术的不断发展,新的教学内容和教学手段不断出现,这就要求教师也要不断加强业务学习和提高科研能力,掌握先进的教学手段和教学方法。不断充实生物统计学教师队伍,为课程改革奠定师资基础。教师的科研工作可以直接作为教学的第一手资料,在课堂上进行分析讲解,更能使学生理解。
(五)改革传统考核方式
生物统计学是一门应用性较强的课程,当前的考核方式大部分是闭卷笔试,考核内容基本都是课本上的基本理论,都是死记硬背的知识,这种考核方式不能更客观准确地评定学生对这门课的掌握程度和实际应用能力。因此,对课程考核方式做了如下改革:平时成绩占20%、试验设计与统计分析占30%、笔试成绩占50%。笔试内容突出实用性和工具性,重在理解而不是死记硬背,考查学生综合利用知识分析和解决实际问题的能力,特别是结合生物工程专业来出一些试验设计和统计分析题。这样,大大减轻了学生的考试压力,使他们不仅学到试验设计和统计学知识,又能灵活地运用。
三、结语
生物统计学课程作为生物学领域中重要的工具课,对于学生的专业课学习和以后的毕业论文设计及将来从事相关专业的工作十分重要。要提高生物统计学课程的教学效果和质量,教师不仅要努力钻研探索,提高自己的综合素质,同时也必须紧跟时展步伐,优化教学内容,改进教学方式。只有不断地探索和改进,才能提高学生运用知识解决实际问题的能力,提高教学效果和质量。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王学敏.高校《生物统计学》课程教学改革的初步探讨[J].经济研究导刊,2010,(9):233-234.
[2] 丁建华.《生物统计学》教学方法与技巧探讨[J].安徽农学通报,2011,17(19):171-175.
[3] 王素平.《生物统计学》教学方法改革分析[J].商丘师范学院学报,2012,28(6):132-133.
[4] 邓英毅.高校《生物统计学》课程教学改革初探[J].大学教育,2012,(7):30.
[5] 张颖.《生物统计学》教学方法的探讨[J].内蒙古民族大学学报,2012,18(5):219-220.
课堂教学和调查问卷结果均显示多数生物医学类的学生对数学、概率论统计等相关课程兴趣不浓,很多学生是因为学分或学院要求等才选修本课程。尽管大于70%学生认为高等数学和概率统计学很重要,认为统计学有用的学生占比例也很高,但问及是否喜欢统计学课程时,则喜欢程度为“一般般”甚至“不喜欢”的比率达到58%,这种想学但不敢学矛盾的心理伴随着学生的学习,数学相关课程似乎是陡峻的山,在学习过程中个别学生可能会对统计学课程的畏惧心理转变为抵触心理,兴趣几乎变为零。因此教师首先从心理上帮助学生克服畏难情绪,否则学生会停滞在山脚下。具体教学中讲明统计学课程注重应用且应用面广,可提高学生兴趣;点明统计学公式及运算简单,可消除学生的畏难情绪;介绍现在统计学发展特点,统计软件应用情况,改善学生的情绪;增加互动教学,让学生多参与,让学生体验统计学并非是不可逾越的高山,进一步提升学生兴趣和降低学习难度,具体方法在以下各小节探讨。
二、定位准确———强调应用,降低难度
定位准确可使学生学习具有目的性和积极性,增强学生数学学习意识,降低统计学类课程教学难度,本课程是生物医学类应用工具课程,复杂的公式推导过程只会增加学习难度;实际应用中数据分析可避开公式推导,直接根据统计学的试验方案、条件及相应的理论公式分析。基于以上思考,可将其定位为培养学生在生物医学科研或生产实践中的统计学应用能力,减少公式推导及公式死记硬背过程,提高学生的统计素养。课程定位后可根据调查问卷和教学实践进行系统思考:教材、教学方法与手段、考核方式等都需要进行调整。教师要广泛阅读各类教材从中优选出适合学生专业的应用型教材;教学过程可用多媒体展示案例,提出问题[6],板书主要公式,师生互动分析案例的应用条件,确定统计分析方法,并完成案例计算过程;学生也希望教师适当留一些作业,考核方式采用适当宽松的“一纸开卷”方式进行。系统改革思路确定后,学生压力减轻,积极性极大提高,也期待着在学习过程中提高自己的统计素养。
三、实践出真知———实例互动与软件应用整合
既然将本课程作为应用课程对待,则加强实践教学环节必不可少,调查显示学生非常关心案例教学和软件使用教学,高达87%的学生认为需要软件教学,这也表明学生有对提高自己统计学素养及知识应用的渴望;实践证明这些教学环节既可提高学生学习积极性,也显著提高教学效果,往往理论教学花费很长时间,而采用案例或者软件使用教学,短时间学生即可领悟。案例教学是根据学生的专业内容提出案例,如生物学专业则主要以生物学的实验分析为主,药学专业则以药物生产、实验或临床应用所产生的数据分析为主,因两学科交叉性强,许多教学案例可通用,因此也扩展了学生视野。根据实例教学,学生会结合专业学习课程,更易主动运用统计学分析实验数据。软件教学可让学生抛开简单但繁重的计算过程,如方差分析计算量很大,整个教学过程冗长,可以通过向学生介绍统计的应用条件、计算过程,结合案例引导学生进行方差分析计算,并对进行结果分析。在实际教学中可采取案例导向教学:提出案例案例解析统计方法上机实验结果报告课堂练习互动辨析常见疑问教师总结,通过典型案例分析和软件应用操作充分调动同学们听课以及主动参与的积极性,培养他们的科研中运用统计学思维的意识。值得注意的是,如果只注重软件实践而忽视了原理理解与掌握,学生也难以形成统计学思维甚至滥用统计学方法,因此,软件教学最好在理论学习结束后引入。软件实践教学时间过长、过早都会产生一定的负面影响,学生会误认为软件能够解决一切,而忽视理论的学习,统计素养的培养和正确的统计运用也陷入空谈。
四、适当增加难度———实施“一纸开卷”考核
考核不是目的,是手段,考核的实际目的是让学生在备考过程中进一步扎实地掌握知识。调查显示相当一部分学生也是喜欢“吃跳一下够得着的桃子”,即赞成考试难度适当高一些,包括“一纸开卷”和闭卷考试。课程若采用闭卷考试,学生会死记硬背统计学公式,降低学生学习兴趣;目前统计学软件发展迅速,应用统计学课程中公式并不复杂,没有必要让学生完全记忆公式,闭卷考试偏难,对学生是一个负担;但若采用开卷考试,学生可能会不复习而直接上考场,稀里糊涂做题,学习效果较差。笔者根据本课程的多年教学实践和调查回馈,建议选择开卷和闭卷考核之间的形式:“一纸开卷”。“一纸开卷”方法是让学生复习时把知识点总结到一张给定的纸张上,考试时,学生只能携带这一张纸参加考试。这一考试形式可以督促学生总结学习统计学知识,又避免了死记硬背上考场的情况。学生在总结知识过程中,如果不认真看书或笔记,不认真将关键知识点记录在纸上,若想在考场上能顺利完成题目,也是有一定难度的。这一考核方法可以适度的“推一把”,让学生学好基础的统计理论知识。调查显示学生通过以上学习过程只有15%学生感觉有较大压力,大多数学生感觉有些压力或压力一般,且绝大多数学生认为本课程有益于自己的逻辑思维和统计学思维,表明上述教学过程基本实现减轻学生学习压力,提高统计素养的目的。
五、更上一层楼———注重创新课题与毕业设计应用
统计素养培养只限制于课堂教学是远远不够的,一定要让学生在其他过程学习中应用。学生在专业实验课中会得到许多实验数据,但因是常规实验,分析方法固定,学生被动分析实验数据,扩展运用机会极少。大学生创新课题和毕业论文设计是培养统计素养的最佳过程,在这两个过程中,学生有大量的机会自主运用统计学原理设计试验方案、搜集数据统计分析,学生可在实践过程中提高应用统计学分析数据的主动性。学生学习统计学不免有纸上谈兵之嫌,而学生在毕业论文设计中运用统计学分析数据的需求较多,此机会恰可以补充课堂教学之不足,也同时提高学生综合运用知识的能力。教师在设计创新课题或毕业论文题目的时候可以考虑相关试验设计,引导学生运用统计学分析方法解决问题,在具体过程中指导学生正确运用试验设计和统计分析方法应用。统计学目的就是科学地设计生物医药学试验并对所得数据分析,力求减少试验次数、节约试验成本、缩短试验周期、迅速找到优化试验方案或数学模型,学生在自行根据统计学知识设计实验时,理论指导实践过程增加,学生的兴趣得以提升,统计素养也自然更易培养形成。
关键词:生物统计;课堂氛围;统计方法;多媒体教学
作者简介:石培春(1979-),女,新疆呼图壁人,石河子大学农学院,讲师;龚江(1976-),男,新疆奎屯人,石河子大学农学院,讲师。(新疆
石河子832003)
中图分类号:G642.41 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)10-0103-02
生物统计学是运用数理统计学的原理和方法,收集、整理、分析数据,解释生物现象,寻求其内在规律的一门学科。与一般数理统计学相比,它不仅要通过事物外在的数量表现去揭示事物可能存在的规律性,而且要根据专业知识去探讨、解释为什么会存在这种规律性。[1]生物统计学的特点就是研究对象是抽象的随机变量,而且要和农业实际紧密联系起来。“生物统计”主要包括田间试验中常用的、基本的试验设计方法与统计分析方法两部分,是生物科学、植物生产类专业的一门专业基础课。[2]如何提高“生物统计”课堂教学的有效性,在有限的教学时数内高质量、高效率地完成“生物统计”课程的教学,为学生奠定一个丰厚、扎实、牢固的试验设计和统计分析的基础,是摆在每一位从事“生物统计”课程教学的教师面前的严峻现实。
为了提高“生物统计”课堂教学的有效性,提高教学质量,笔者所在教研室一直以来对教学方法、教学手段等进行反复探索,不断进行新的尝试,并有一些体会。以下浅谈教学过程中的一些心得。
一、营造平等的师生关系,构建和谐的课堂氛围
“生物统计”这门课程比较抽象,以往学生在学习过程中普遍感到枯燥难懂、学习兴趣不高。要想让学生喜欢这门课首先要让学生喜欢任课老师,从而对这门课感兴趣。“教者乐其教,学者乐其学”,良好的师生关系是“生物统计”课堂教学成功的基础和保证。只有师生之间确立一种朋友关系,课堂教学的效果才会事半功倍。“生物统计”课堂教学在规范管理、形成良好学风的前提下,应该营造轻松、民主与和谐的氛围,教师要放下架子,有缺点和错误要敢于承认,与学生像朋友一样共同研究,共同探讨,师生互动,心灵沟通,引起共鸣;让课堂充满笑声,一句笑话,一句简单风趣的语言,都可以激活课堂,学生在轻松、民主与和谐的课堂氛围下按照老师的思路和要求,不知不觉地学到和掌握知识,达到教学的目的。
此外,教师在课堂讲授的过程中,教学内容的引入要突出趣味性。加入一些和讲授内容有关的耐人寻味、引人入胜的情节,这为激发学生认知动因提供了良好的环境和条件。如2011-2012学年第一学期在讲授“显著水平”时,就以“天宫一号”的研制和发射、中国航天器空间对接技术为例,说明显著水平的依据和重要性;又如在讲授第四章“显著性检验的配对设计”时,以佳洁士牙膏为例:“在20世纪50年代后期,宝洁公司推出了佳洁士牙膏,这是第一个带有氟化物的牙膏。为检验佳洁士在检验减少蛀牙方面的效果,研究者对多对双胞胎进行了实验,每对双胞胎之中的一个使用了含氟化物的佳洁士牙膏,而另一个则继续使用不含氟化物普通牙膏。”这时提出问题,即将双胞体作为非独立样本使用的目的是什么。通过这个例子既可以启发学生的思维,又能让学生轻松地明白什么样的设计属于配对设计,直观地体现了有关知识的客观背景,使学生通过自己的思维再现知识发生的过程。因此,教师在教学的过程中应把握好每个概念,善于挖掘教材的内在魅力,精心选择一个个有趣的实例,使课堂教学妙趣横生,触发学生学习的兴趣,使学生在趣味性中掌握生物统计的基本思想和方法。
老师要认真对待学生提的每一个问题,有思考、研究价值的,教师要及时予以充分的肯定,让他们享受到质疑的成就感;浅显幼稚甚至不太合适的,要选择不同角度给予评价鼓励(鼓励其有所发现,表扬敢于质疑的勇气、勇于探索的精神)。这样,才能消除学生的畏惧心理,激发他们质疑的热情,提高他们质疑的勇气,从而增强其主体意识,调动学生学习的积极性。
二、针对不同专业调整教学内容和教学实例
笔者所在生物统计教研室给石河子大学农学院所有学生讲授“生物统计”课程。农学院农学、植保、林学、园艺、资环五个系使用的生物统计教材都是四川农业大学明道绪主编的《田间试验与统计分析》。因此,在教学过程中,如何结合专业实际、选取和专业相近的例子,分清重点难点,对现有内容进行合理取舍是一个十分重要的问题。[3]
我们在讲清基本原理、思路和方法后,在举例时尽量结合专业,便于学生理解和掌握,将所学知识应用于专业实际。如给林学系的学生上课时,参考了续九如、黄智慧主编的《林业试验设计》,所举例题均与林木遗传育种、栽培、生理生化和森林资源调查等有关。对资环系则尽量采用农业资源调查、植物营养与施肥、环境监测与评价、生态效益分析、气象观测等方面的例子,有时即使将植保或者农学类的例题仅在文字上变动一下而数据不变也能取得较好效果。
针对不同的专业特点,同一章节的应用问题也有所侧重。如在讲“直线回归与相关分析”时,不同的系在理论联系实际时侧重点也不同。如给农学系上课时,参考童一中主编的《作物育种常用的统计分析方法》,重点讲授回归分析和相关分析在作物遗传育种和栽培上的应用;在给植保系上课时,参考山东省农作物病虫测报站主编的《农业病虫数理统计预报》,重点讲授根据害虫发生发展规律及影响的有关环境因素预测害虫未来的发生发展趋势,为害虫综合治理提供决策依据等应用。通过实例分析,使学生们明白了统计方法的重要性和实用价值。总之,通过课堂讲授、作业和上机操作,使学生学完该课程后不仅仅学到一些统计学的常用术语和公式,而且要意识到他们所接触的统计学比单纯地计算平均数以及用彩色图表示出来复杂得多,它是一个强有力的分析工具。
对各个系都要讲授“生物统计”的基本知识,内容涉及到实验方案的实施、数据的收集、整理和统计分析等,即“田间试验”、“资料的整理与描述“、“常用概率分布”、“假设检验”、“方差分析”、“X2测验”和“直线回归与相关分析”。对于有些章节如“百分数资料的假设检验”,因为数据涉及到有两个属性类别的质量性状和利用统计次数法得来的次数资料,农学系和植保系学生用的较多,因此只对这两个系讲授。对于“两因素系统分组试验资料的方差分析”,因为植保和资环专业用的比较多,因此只对植保系和资环系的学生讲授;对有些难度较大的章节,如“方差分析处理效应分类与期望均方”等一般只对农学系学生讲授;“样本平均数抽样分布与标准误”一节虽然最难懂,但它是生物统计思想方法的重心所在,是重要基础知识,既是重点又是难点,要仔细、耐心地给学生讲清楚。通过本课程的学习,使学生能熟练制定实验方案、进行数据的处理与分析,并作出科学的结论。
三、加强实践教学,注重学生能力培养
1.将统计方法的讲授与统计软件的介绍紧密结合
随着计算机的普及和广泛使用,统计分析方法在自然科学的各个领域中得到越来越广泛的应用。统计软件的应用已经成为高校学生与科研工作者必备的技能。生物统计教研室根据不同的专业开设了Excel和SPSS等统计软件的实验课,收到良好的教学效果。
我们在介绍Excel、SPSS等软件基本操作的基础上,结合统计学基本理论和方法,通过实例,由浅入深、深入浅出地讲解利用Excel、SPSS进行统计分析的方法和步骤,从而达到将抽象统计理论与直观现象操作相结合的目的。很多统计方法的计算量大,例如方差分析、直线回归等,以前传统的教学方法是手工计算,教师花费大量时间在黑板上逐步计算,学生学习时觉得计算繁杂。现在我们在讲课时一边讲解理论,一边把实例的处理结果做出来让学生分析。把重点放在讲授基本原理、思路、方法的适用条件和统计结果的解释上面,要求学生能根据不同的实验设计选择相应的统计方法用统计软件处理,并能做出科学、正确的解释。
2.理论联系实际,提高学生解决实际问题的能力
生物统计学是生物领域中非常重要的一种分析工具,对将来从事农业和生物科技工作的学生来说是一门有重要实用价值的课程,与数理统计学不同的是,这门课程重在应用。因此在教学过程中一定要突出和强调“用”这个特点,学生学习这门课程的最终目的是要会应用。老师在上课过程中要注重学生统计思维能力的培养。
为了提高学生综合分析问题与实际动手能力,教研室积极开展第二课堂,让学生根据自己申报的大学生研究训练计划(SRP)项目和本科毕业论文进行讨论和交流,每个学生给大家介绍自己的试验设计和实验方案,并说明自己的项目或者毕业论文用是什么统计方法来分析。此外还安排上机实习,并且是让学生带着自己的试验数据独立处理,让学生体会“学有所用”。在处理数据的过程中,进一步培养学生的统计分析与逻辑思维能力。在实践中培养创新能力。这样使学生能够真正利用统计学方法解决实际问题。
四、针对课程特点采用多种教学方法相结合
“生物统计”的特点是内容抽象、枯燥,理论性、逻辑性较强。而且该课程内容多、公式多、图表多、计算量大,单一的教学方法容易导致学生注意力涣散,产生视觉、听觉和思维疲劳,因此,教师应该针对不同的教学内容采用不同的教学方法。
由于多媒体教学加快了教学进度,提高了课堂教学的效率,因此多媒体教学应用广泛。但是并不是所有的教学内容都适合用多媒体来讲授。就拿“方差分析”这一章来举例。在讲方差分析的基本原理和步骤时建议用板书讲解,因为这部分内容比较难,教师在黑板上一步步进行讲解和分析有利于学生更好地理解和掌握,满足大多数学生的要求;在讲不同试验设计资料的方差分析时,用板书讲解该试验设计的田间试验设计图、资料整理表及方差分析三步骤中涉及的公式,而讲具体实例时应采用多媒体。这种板书和多媒体相结合的授课方式很大程度上缓解了学时和教学内容之间的矛盾,还为启发式教学提供了时机,让学生有足够的时间在老师的引导下活跃思维,积极思考,及时理解和消化知识。
针对“生物统计”逻辑性较强的特点,老师在讲课过程中应“授之以渔”而不是“授之以鱼”。我们在讲课过程中逐步引导学生掌握解决问题的方式方法,让学生直接参与探索教学,充分发挥学生的主观能动性,开发学生的创新能力,使学生在学习中有成就感。因此,我们采用最多的就是启发式教学法。在课堂上,着重问题的创设,提供氛围,让学生发现问题并着手解决问题,使学生成为学习的主人,教师则成为学生的协作者。
五、小结
要想提高“生物统计”课堂教学质量,教师要把教学当成一门艺术来对待。教师感情的投入、学生学习兴趣和动机的培养、教学内容的处理、教学方法的选择、教学结构的编排、教学节奏的控制都在构建着现代教学趋势,教师只有全身心投入并不断总结方法,才能探索出有生命力的教学方法。
参考文献:
[1]盖钧镒.试验统计方法[M].北京:中国农业出版社,2000.
关键词:任务驱动法;生物统计学;教学改革
生物统计学是用数理统计的原理和方法来分析和解释生物界各种现象和试验调查资料,属于应用统计学的一个分支[1]。然而,在传统教学模式下,生物统计学教学与其应该达到的教学目标具有较大的距离,学生学完统计学课程后,并没有形成统计学思维,统计实践应用能力不足。任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法,它将以往以传授知识为主的传统教学理念,转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念。近年来,任务驱动法多运用于单片机、PLC、医药等课程的教学中,提高了学生的学习兴趣,也培养了学生的创新意识和团队精神,锻炼了学生的操作技能,增强了学生的自信心[2-5]。因此,本研究将任务驱动法与生物统计学教学相结合,为生物统计学课程的教学模式改革提供一个新思路。
1.对象与方法
1.1研究对象
选择本校2013级植物保护本科生70人,采用任务驱动法进行部分教学,作为试验组;选取2012级同专业本科生67人作为对照组,对照组学生此前已经学习过本课程,采用传统授课方法。课程课时均为50学时,其中38学时为理论课时,12学时为上机实验课时。
1.2研究方法
对试验组学生统一授课以及任务驱动法进行教学,将生物统计学主要知识点分解为六大模块,即:试验设计模块、统计描述模块、参数估计模块、假设检验模块、方差分析模块和直线相关回归分析模块。教师针对一个主题,设置教学情境,布置学习任务,学生自主探索,分组讨论,代表发言,总结归纳,巩固提高等环节进行授课。本研究选取一个实际案例,六个模块的理论知识都需要应用于分析这个案例的数据,得到相关的统计结论。教师介绍相应的统计理论后,让学生分组讨论该案例,选用合适的统计研究方法,利用相关统计软件给出结果,并请代表进行发言。教师在学生讨论过程中适时指点,给出线索,最后进行归纳总结。在课程结束后,设计调查问卷,收集对照组和实验组学生对生物统计学这门课程的授课满意度(满意度分为:非常满意、满意、一般、不满意、非常不满意)。
1.3效果评价
(1)客观评价:试验组与对照组之间的课程总评成绩的比较;
(2)主观评价:课程满意度问卷调查,问卷调查表的信度系数为0.89,效度α=0.84。共发放137份问卷,收回有效问卷136份。1.4统计学处理采用SPSS17.0统计软件进行数据处理。计量资料采用t检验,计数资料采用Mann-WhitneyU检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。
2.结果
2.1试验组和对照组学生的总评成绩比较
试验组学生的总评成绩为(77.43±2.48)分,对照组学生的总评成绩为(71.01±2.37)分,经t检验,试验组学生的成绩显著优于对照组学生(t=3.66,P=0.000),总评成绩平均提高了6.32分。
2.2试验组和对照组学生的课程满意度比较
试验组学生在课程的教学方式(P=0.009)、教学内容设计(P=0.007)、课堂氛围(P=0.034)、授课情境的设置(P=0.004)、授课效果(P=0.007)、上机实验(P=0.020)和综合评价(P=0.000)方面均优于对照组学生。
3.讨论
3.1运用任务驱动法进行教学的体会
首先,教学过程中教师和学生的定位发生了转变,让教师成为学生主动学习过程中的引导者。教师负责将基本的理论知识传授给学生,让学生置身于真实的案例和情境中,激发学生内在的学习兴趣,进行主动的探索,完成辨别是什么、怎么办的解决问题的一系列行为,最终达到培养学生将统计理论应用于实际案例的能力。其次,任务驱动法能够让学生培养团队合作能力。学生通过小组讨论完成学习任务,并以学习报告的形式汇报学习成果,在此过程中,沟通能力、协作能力、表达能力缺一不可。最后,任务驱动法能够加深学生对统计思维的理解,提高统计实践应用能力。在自主学习和小组讨论的过程中,每位学生都需要结合所学的统计知识,给出自己的解决方案和意见。在头脑风暴的过程中,学生就会更加清晰地认识到统计方法的精髓和作用,达到小组方案的完善。
3.2运用任务驱动法存在的问题及展望
在任务驱动法教学的实施过程中,也存在一些关键问题。首先,任务驱动教学法对教师的业务能力和精力要求更高。教师需要花费大量的时间来进行课程设计,还要根据教学过程中学生的反馈及时进行调整,对教师来说是一个很大的挑战。另外,个别学生已经习惯了传统授课模式,并不想做出改变,就出现了“消极怠工”的现象,对学习任务的完成没有起到积极的作用。任务驱动法确实能够提高学生的学习积极性和学习成绩,那么应用这种教学方法进行教学改革的尝试应该要坚持进行并不断进行完善,让学生改变对生物统计学课程的畏难情绪,实现课程的可持续发展,展现出以统计实践应用为目标的课程风采。
参考文献;
[1]李春喜,姜丽娜,邵云,等.生物统计学[M]北京:科学出版社,2013[2]刘国光.任务驱动法在单片机教学中的应用[J]中国职业技术教育,2005,27(10):74-75
[3]张晓海.任务驱动法在PLC教学中的实践[J]实验技术与管理,2009,26(11):131-132
[4]施红英,黄陈平等.任务驱动法在《医学统计学》教学中的实施效果[J]温州医科大学学报,2014,44(3):233-234