注重统计思维培养与应用为主导的生物统计学课程建设

张靖++邹吉祥++同丽嘎

摘 要： 统计学是现代生物科学研究和实践应用中不可缺少的工具。针对大连民族大学生物技术专业生物统计学课程中存在的“理论讲述占用学时长、强调数学属性、忽视实际应用，导致学生实践应用能力低等”问题，提出在教学中注重学生思维培养和能力提高，以统计思维培养为主线，以实际应用为主导，采用理论教学与实践教学相互渗透融为一体的教学方式，在教学过程中取得了较好的效果。

关键词： 统计学思维 应用能力 R语言 案例教学 生物统计学

1.引言

生物统计学是应用数理统计的原理和方法，处理、整理和分析生物科学研究中的资料，揭示生物学本质的一门科学[1]，其在现代生物学和生产实践具有不可替代的作用[2]。通过向学生讲授数理统计的基本原理，使学生能独立设计科学实验、正确处理和分析实验数据，对实验结果作出科学合理的解释[3]，以培养学生科学运用统计学的方法分析和解决问题的能力、探索问题的能力，激发学生的开拓创新精神[4]。

2.课程建设的必要性

大连民族大学生物技术专业于2011年开始招生，作为新办专业，原来的教学计划中没有“生物统计学”的课程，只设置有32学时学校平台课程“概率论与数理统计”，旨在使学生掌握数理统计的基本原理和分析方法。但在实际课程讲授过程中存在以下问题：一是概率论部分的讲授占用了超过2/3的学时，数理统计部分讲授较少，使学生缺乏数据处理与统计分析的必要训练。如在2014届本科生答辩过程中发现毕业论文中缺乏统计分析，在答辩时也没有试验设计与假设检验的概念。二是强调数学属性，而忽视实际应用。授课教师在讲授过程中过分强调公式的记忆和推导，学生课后练习多通过查找书后附表与手工计算结合的形式，长期忽略其应用性特点，忽视了利用计算机软件进行试验设计和数据统计分析的能力培养[5]。三是缺乏足够的实践环节，面对实践中的新问题不能采用恰当的统计方法。生物统计学是应用型学科，实践环节的缺乏，导致学生对生物统计学的应用能力偏低[6]。此外，我校生物技术专业本科生在大二上半年需要进入各老师的实验室参与实验室工作，课程的讲授与他们在实验室所见、所做和统计学联系不上，不会设计实验和分析数据。因此，更新教育理念、建立以应用能力培养为导向的生物统计学课程，是培养社会适应型人才的急待解决的问题[7]。

针对上述生物统计学中的不足，在教学中应注重思维培养和能力提高，基本思路是以统计思维培养为主线，以实际应用为主导，理论教学与实践教学相互渗透融为一体的教学方式。

3.以统计思维培养为主线

所谓统计思维，就是面对社会生活中的各种问题，能够从统计学角度进行思考，并能恰当运用数理统计的方法来分析和解决问题[8]。类似于美感、乐感、节奏感等，当遇到有关问题时，能想到从统计的视角收集数据和分析数据。以“参与式”教学方式与案例讲解作为统计思维培养的主要形式。

3.1通过“参与式”教学方式让学生理解生物统计学基本概念。

在教学中准备“参与式”的教学素材，能够让学生深刻掌握统计背后的真正含义。如在讲授统计学基本知识时，将他们通过“参与式”教学的形式引入统计学的大门。通过一个常识问题的逐步深入使学生加深思考：“如何比较两个同学的身高”，“如何比较学习本课程班级同学的身高”，“如何比较大连市全体本科生的身高”。使学生逐步了解均值、方差等常用统计指标，并增加对抽样概念的感性认识。在讲授抽样分布内容时，很多学生很难理解“统计数的抽样分布”与前面所讲授的各种分布函数之间的关系。因此，采用“参与式”教学方式，给出红、绿、蓝、白四个小球（分别代表1、2、3、4）。首先，让学生做样本容量为n=2（总体数为N=16）的放回抽样；其次，分别计算16次抽样的平均值、统计出均值为1、1.5、2、2.5、3、3.5和4情况出现的概率；再次，根据概率绘制出概率分布图；最后，给学生讲解总体（16种抽样可能）、样本（每次抽的2个小球）、样本抽样分布（绘制的图形）的概念与实验中哪些过程相对应。

3.2在教学方式上，通过案例讲解让学生清楚理解不同统计方法背后的含义。

以方差分析为例，“处理”、“重复”、“处理效应”、“实验误差”和“总变异”等，通过的公式描述和推导的形式很难使学生了解该方法背后的含义。因此，选择“我国不同省市平均身高”为案例进行讲解。各个省市抽样出的人在理论上应该身高是相等的，但由于其所处的地理环境和后天的生活习惯不同，造成每个人的平均身高不同。不同的省份就是处理，每个省份抽出的不同人就是重复；地理环境就是组间效应，个体的差异/基因的微小差异就是试验误差，即由组内效应造成的；方差分析实际上就是解每一个观测值（抽取出个人的身高）与总体平均数、组间效应和组内效应的线性方程的过程，即方差分析的基本思想——将观测值出现变异分解为处理效应的变异和试验误差的变异。通过这个实例的讲解，使学生对方差分析有了进一步的感性认识，能让学生更加深刻理解各种统计方法。

3.3实际应用为主导。

注重实际应用，本课程安排多次上机实训，通过R统计软件和实践专题训练的形式，帮助学生巩固和加深对统计学的理解。R语言具有开放的源代码，完全不用担心版权问题，具有丰富的统计函数及强大的图表制作功能，并可以通过安装新的包进一步增强其功能[9]。国内外许多大学开始采用自由软件R作为统计教学辅助工具[10]。专题训练的数据都来自于本专业教师的相关的研究成果。设计的专题训练包括：“生物专业技术试验数据预处理与分析”、“不同水氮条件对文冠果产量的影响”、“盐碱梯度下吴屯杨长势分析”、“农家肥对蔬菜品质的影响”等。经过这些专题的训练，学生能独立应用这些数据完成数据的统计和结果分析，达到与本专业教师的科研项目相结合的目的。

实践专题的设计遵循“实验设计”、“资料整理在实施过程中始终以应用为主导，与特征数的计算”、“统计推断”、“方差分析”、“直线回归与相关分析”、“图表制作”为主线，通过教师的逐步操作讲解。将学生分为若干学习小组完成专题训练，所有专题研究均要求撰写有一定水平的研究报告，学生在课堂中向其他学生讲述：如何设计实验、如何提出异常数据、采用何种分析方法、如何得出具体结论，等等，最后老师评述学生在专题训练中的优点和不足，初步实现了从被动接受知识向提升应用能力和创新潜能的转变。

4.结语

本文结合生物统计学教学中存在的问题，以学生统计思维培养为主线，以实际应用为主导，在教学中注重思维培养和能力提高，将传授知识、培养能力和提高素质有机结合。通过对2014级本科生的讲授，在“2015年的辽宁省大学生市场分析大赛”过程中得到了许多指导老师的肯定：“学生在比赛准备过程中可以较熟练的应用统计学的基本原理和方法解决实际问题。”笔者希望通过本论文的“砖”为生物统计学的教学改革引出更多的“玉”。

参考文献：

[1]李春喜，邵云，姜丽娜.生物统计学（第四版）[M].北京：科学出版社，2008.

[2]王永立，乔琳，樊淑华.生物统计学课程教学改革探索与尝试[J].周口师范学院学报，2011，28（5）：82-4.

[3]赵亮，高贵珍，刘小阳，等.应用能力培养导向的生物统计学课程改革初探[J].宿州学院学报，2013，28（11）：108-10.

[4]戚文华，蒋雪梅.高校生物统计学课程教学改革与探索[J].教育教学论坛，2014（42）：109-11.

[5]朱香萍，李桢，张庭荣.信息时代《生物统计学》教学的探索与实践[J].农业网络信息，2008（2）：81-4.

[6]陈秀莉.生物统计学教学改革实践与体会[J].阴山学刊，2014，28（3）：90-2.

[7]孙耀中.生物统计学课程教学中对学生的综合能力培养[J].河北科技师范学院学报，2006（1）：60-2.

[8]周建军，张理，唐年胜.统计学教学中统计思维培养的几点思考[J].科技信息，2013（23）：19，29.

[9]张哲，张豪.浅谈R语言在生物统计学教学中的应用[J].教育教学论坛，2013（27）：54-5.

[10]詹秋文.计算机技术在生物统计教学中的应用[J].高等农业教育，2002（6）：56-7.