基于数据处理能力为导向的《环境统计学》教学改革研究

2018-05-30李明锐湛方栋何永美秦丽王吉秀祖艳群

高教学刊 2018年11期

李明锐湛方栋何永美秦丽王吉秀祖艳群

摘要：文章探讨了环境科学、环境工程类本科生的《环境统计学》课程的教学改革。该课程目前在教学过程中普遍存在着教学方式单一，教学内容不能满足培养学生的需要，考核方式不够全面等问题。建议尝试小组讨论、案例教学、进行课程设计和翻转课堂等多种教学方法。教学内容增加较多的环境学研究的案例，而考核则需要包括课堂表现、作业、统计软件学习情况和期末卷面等各项表现。通过对教学方式、教学内容和考核方式的改革，为提高环境科学专业《环境统计学》课程教学水平，提高学生的数据处理能力，为培养满足社会需求的人才提供一个良好的基础。

关键词：环境统计学；数据处理；教学方法；教学内容；考核方式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）11-0123-03

Abstract： In this paper， the teaching reform of environmental statistics course for the undergraduate students from environmental science and environmental engineering is discussed. Some common problems such as a single teaching method， a less teaching content that cannot meet the need to train students， a bias assessment method still exists in teaching process. Group discussion， case teaching， course design and overturn class and other teaching methods are suggested. More cases of environmental sciences added as teaching content is advised. Meanwhile assessment requires the performance of class， homework， statistical software learning and final volume. Through the reform of teaching methods， teaching contents and assessment methods， it would provide a good foundation for improving the teaching level of environmental statistics for the graduate student from environmental science major， improving the data processing ability of students， and training talents meeting the needs of society.

Keywords： environmental statistics course； data processing； teaching method； teaching content； assessment method

环境统计学是统计学在环境保护实践和环境科学研究领域的应用，指运用概率论和数理统计等数学的原理、方法，研究环境资料的收集、整理、分析和推断的一门学科。它用数据反映并计量人类活动引起的环境变化和环境变化对人类的影响[1]。在环境学中，统计无处不在，要想不断提高环境学研究水平、剖析环境问题成因、寻求解决环境问题的最佳方案，必须熟练掌握环境统计学的基本原理和方法。

对于环境学类专业的本科生来说，环境统计学的学习，短期目标是为学生毕业实习的试验或调查提供试验设计、搜集数据的原理和方法，为学生撰写毕业论文提供整理、分析数据的科学方法。长期目标是把数据处理这一能力延伸至就业以后的能力提高上来，实现学生毕业与就业能力的平滑对接，提升毕业生的质量和水平，更好的发展自己和为社会服务。

《环境统计学》作为环境类本科生的专业基础课，对培养学生的数据处理能力、试验设计以及撰写论文都起到至关重要的作用。但是教师在授课的过程中仍然存在教学内容不足，教学方法单一，理论与软件学习结合不紧密等诸多问题，现有的形势迫切要求在课程的教学过程中进行相应的改革。本文结合多年从事《环境统计学》课程教学的实践经验，基于提高学生的数据处理能力为导向，对环境科学和环境工程专业本科生该课程的教学改革进行初步探讨。

一、《环境统计学》教学过程中现存問题分析

（一）《环境统计学》教学模式比较单一

环境学是研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学。判断环境质量的优劣、分析环境问题的根源、对比环境工程措施的优劣等诸多环境学研究都需要收集有关环境数据，运用恰当的统计分析方法得出正确结论。而环境数据的收集、整理、分析和推断即是环境统计学的主要内容。它作为环境学的一门分支学科，在环境学研究的各个方面都发挥着至关重要的作用。

然而，由于《环境统计学》以概率论、数理统计学为基础，抽象概念多、逻辑严密，涉及的原理、方法都较为枯燥、难懂。在传统的以教师讲授为主的课程教学中，学生完全是被动的接受者，学生自主学习的能力没有得到体现，学生难以及时明确自己对各知识点的学习和掌握情况，因而不利于学生对自己的学习效果进行正确评价以及及时查遗补漏[2，3]。对教师而言，时间和精力主要花费在概念讲解、公式推导、数据计算当中，师生交流互动少，教师难以掌握学生的具体学习状况。这使得运用传统的教学方法讲授该课程时，学生无法集中注意力，不能透彻理解课程讲授的内容，最终导致课堂教学效率不高，学生滋生畏难情绪，失去学习的兴趣。鉴于该学科的重要性以及传统讲授方式的弊端，要想使学生真正全面掌握《环境统计学》中的重要原理及主要方法，其授课模式的改革势在必行[4-8]。

（二）《环境统计学》授课内容不能满足当前的需要

《环境统计学》课程在教学过程中要注重基本原理、概念基础知识的理解与掌握，不能贪多贪快，对基本理论和概念要精讲、强化。比如在讲样本统计数的抽样分布时，要让学生理解这是一个数据资料的概率分布，具有数据资料的集中性和离散性两个特征，分别使用平均数和方差两个特征数来进行描述，以及明确样本平均数的分布在什么情况下属于正态分布。学生只有掌握了这个内容，才能理解显著性检验的原理和步骤。

在教师讲解和学生理解这些基本概念和理论的时候，必须有一本难易程度合适的教材。然而，在现有的为数甚少的《环境统计学》教材中，共有的特性就是高屋建瓴的讲述统计学的知识，直接把统计学的方法拿来进行环境数据的处理与分析，缺失了基本的概念和统计方法原理的介绍。如果选取这样的教材，学生不容易接受和理解[9]。

而生物统计学有很多优秀的教材，比如李春喜等编著的《生物统计学》，着重系统的讲述统计分析方法的原理和适用条件，非常适合初次学习《环境统计学》的本科生使用。但是这样的教材中，大多数的实例是关系到生物科学的。如果全部选用教材中的例题作为授课内容，学生无法把这门课程和专业知识衔接起来[10]，会造成学和用的脱节。

因此，从这两个方面来看，《环境统计学》的授课内容要结合两者的优点，进行综合的考量与取舍，以达到既能让学生理解统计方法的原理和适用条件，又可以结合自己的专业知识，进行数据的处理，从而分析问题和解决问题。

（三）《环境统计学》理论传授和软件学习结合不紧密

一般在课程学习的过程中，都是先进行理论知识的学习，最后安排实验课程。这样的学习模式是传统的，也是适用于许多课程的。但是《环境统计学》的实验是对统计软件的学习，统计软件又是解决实际问题的，是在理论的基础上，把实际的数据资料进行统计分析，得到一个以概率表示的结果，需要用理论知识去解释实际问题。也就是说统计软件的学习和理论知识是密不可分的。假若把二者隔离开来，理论学习时课堂过于枯燥呆板无味，软件学习时又不能用理论知识解释实际问题[11，12]，造成学和用脱节。

《环境统计学》的学科定位是一门工具，是培养学生搜集数据、分析数据的能力的。现在计算机普及度已经很高，不论学生将来进行科研工作与否，培养出来的本科生需要具备统计软件分析数据的能力。在现今大数据时代，还要培养学生处理大数据的能力，即挖掘数据的能力。这些新时代的要求都迫切需要把软件学习重视起来，并且需要和理論知识紧密结合起来。

二、《环境统计学》教学改革建议

在教学过程中，教师和学生都要转变观念。教师要转变教学观念，把教学形式设计的多样化，在课堂教学的时候，将“讲授式”“讨论式”“案例式”“设计式”“翻转课堂”等教学方式结合起来[5]，把教学的重心转移到如何指导学生去思考、去调研、去运用，让学生在实践中探索并解决问题。学生则要改变学习观念，不能再一味被动的等待教师“填鸭”和“喂食”，需要自觉的、主动的适应教师新的教学方式，参加讨论，参加案例实践，参加课程设计。

（一）改革教学方法，提高数据处理能力

《环境统计学》是一门以数据分析为主的课程，涉及到数学公式以及数据的计算。而大学课程间隔时间较长，学生容易对课堂所学内容衔接不起来，造成学习困难，因而也就枯燥乏味起来。针对这样的问题，可以采取以下措施：

第一，开展小组讨论式教学。

教学倡议教师和学生的互动，提高学生的参与度。鉴于此，可以在《环境统计学》的课堂上，分成八位同学一个小组。针对学生可以通过讨论解决的部分，提出问题，在小组中主导同学的带领下，对某一问题讨论解决。比如在进行显著性检验的讲解时，单个样本平均数的假设检验已经统一讲解过，对于两个样本平均数的假设检验这一部分，就可以由小组同学讨论进行学习。教师可以在小组讨论的过程中适当参与，也可以在学生遇到解决不了的问题时进行讲解。这样的授课方式，可以适当改善教师在课堂上一直讲解，学生一直听的传统授课模式，并且提高学生的参与度和学习兴趣。

第二，引入案例教学，提高教学的趣味性和学生学习的积极性。

案例教学是一种以学生为中心的对现实问题和某一特定事实进行交互式探索的教学过程。环境统计教学中可以针对某一具体内容开展具体教学，通过对案例的分析，要求学生对具体数据进行分类、整理、分析，直至得出结论，并在课堂组织学生展开讨论。例如对环境监测专业，可以通过对交通主干道噪声监测获得的大量数据进行分析，并提出分析报告，得出交通主干道噪声分布规律。通过本案例，学生可学习频数图制作、特征数的计算、概率分布等知识。

案例学习是通过一件有现实意义的事情，要求学生整理和分析这个数据，相当于是给学生提出了问题，引起了学生解决问题的兴趣，进而探索和寻找解决问题的方法。案例学习不但加强了学生的理论知识学习，同时还锻炼了学生独立思考和发现问题的综合素质。

第三，适量开展课程设计。

在课时等各方面条件允许的情况下，可以开展课程设计。如环境科学专业的学生可以以小组为单位，让学生开展关于废水中污染物排放情况的调查，让学生参与调查方案的设计，参照国家颁布的统计年鉴中的数据，对所得数据进行收集、整理、汇总和分析，最后形成分析报告。整个过程与专业培养目标紧密结合，在课程设计中不但让学生强化了环境统计知识，还掌握了理论知识的实际应用能力。

第四，尝试翻转课堂教学模式。

部分章节的课堂教学可以采用日渐流行的翻转课堂教学模式。学生根据教师给的问题提前进行课前预习和做例题，教师将知识传授放在课堂之前，而课堂时间则主要用于师生之间、学生之间对知识点的讨论、沟通、交流。这种教学模式需要学生密切配合作为前提，转变学生为课堂核心，教师则成为学生学习的指导者、帮助者和学习伙伴。在部分章节的课堂教学中采用这种模式，有助于教师和学生教学相长[13]。

（二）改革教学内容，积极与行业接轨

《环境统计学》本科生教学内容上，应该从最初的数据搜集和整理、特征数的计算，到概率论和概率分布的理论知识，以及统计推断、方差分析、相关与回归分析和卡方检验等统计分析方法。环境类专业的学生具有这些能力还不够，还要针对专业特点增加自然资源的统计指标，例如资源开发利用程度、自然资源耗减量等，增加污染物核算、环境调查设计等内容[1]。除此之外，环境统计教学还应该积极与行业发展需求挂钩。

由于具体专业培养目标不同，环境统计教师在教学中，除了要关注本课程的发展与内容外，还应该要关注专业培养目标、后续课程内容等，才能设计好环境统计教学内容。教师在教学中应该积极参与行业实践，将教学与行业需求挂钩，同时开发适合现代环境统计工作的教材，提高学生的数据处理能力。

（三）将统计软件与环境统计课程有机结合

加强统计软件在环境统计中的运用，使学生掌握现代化手段进行数据的统计分析，进而解决实际问题。目前统计软件较多，可以根据实际情况选用SPSS、SAS、DPS等作为教学载体。

按照《环境统计学》的教学改革思路，教学内容应该包括基础理论→案例→实验→对实验结果运用统计软件上机操作等4个部分。这样的改革思路就可以把环境统计学的理论知识和软件学习结合起来。

在进行软件学习的时候，尽可能多的使用环境学中的案例作为进行软件分析的例题，通过专业案例的软件学习，可以巩固理论知识的应用，还可以加深对课程理论知识的理解与应用。

（四）建立完善的考核制度

《环境统计学》目前的考核方式以笔试为主，通过考察学生对课程题目的解答能力来评价学生对于课程内容的掌握程度。但仅仅以环境统计题目作为考核内容，还不足以全面评价学生对该课程的学习效果。考核时，试卷成绩占总成绩的60%。作业占10%，期中成绩占10%，统计软件的学习考核占20%。以往的统计软件考核的时候，存在两个问题，一是可以直接復制做正确了的同学的答案，二是学生会使用软件，但是无法解释统计结果。因此，可以先把需要解决的例题发给学生，操作步骤教会学生，再对学生进行逐一考核，随机选择题目让学生操作并对统计结果进行说明。借此督促学生平时下工夫学习，也可以检验教师教学过程中存在的问题。

三、结束语

《环境统计学》对于环境科学研究和社会实践有着至关重要的作用，是环境类专业本科生的专业基础课，也是本科毕业论文写作的基础，更是今后从事科学研究和生产实践工作的基础。任课教师需谨慎选择适合本专业的教材，丰富教学内容，多样化教学方式，扩充案例分析的内容，理论学习和软件学习紧密结合，多结合学科前沿，提高教学效果，完善教学体系，为培养复合型的人才服务。

参考文献：

[1]郭秀云.环境统计学若干理论问题的研究[J].上海统计，1999（11）：24-26.

[2]刘旭华，田英，陈薇.对研究生数理统计课程教学的思考与探索[J].高等农业教育，2010（7）：76-78.

[3]王魏根，隋娟娟，偶春.“生物统计学”课程实践教学改革[J].河北农业大学学报：农林教育版，2017，19（2）：98-102.

[4]杨婵.高职院校环境统计课程教学改革初探[J].时代教育，2014 （5）：197.

[5]李君.对高校统计教学改革的探讨[J].科技信息，2008，32：699-701.

[6]黄小艳.大数据环境下统计学实践教学改革探讨[J].中国管理信息化，2015，18（2）：248-249.

[7]黄介武.浅析大数据环境下的统计学课程教学[J].课程教育研究，2014（22）：235.

[8]雷健敏.多目标，多环境统计学教学法浅议[J].统计教育，2003 （1）：30-31.

[9]聂庆华，Keith C.C.环境统计学与MATLAB应用[M].北京：高等教育出版社，2010：5.

[10]温璐，贾志斌，王立新，等.PBL教学模式与翻转课堂在环境统计学教学中的应用[J].大学教育，2016（5）：15-16.

[11]张素梅.基于SPSS的网络化概率统计实验教学模式研究与探索[J].西安邮电学院学报，2011，16（1）：145-148.