基于案例教学的生物统计学课程改革探究

徐太海　张奕婷　任国领　梁彦涛　张国发

[摘 要] 在分析了生物统计学教学现状的基础上，采用“案例式”教学方法对生物统计学的教学模式、考核模式进行了改革探索。以理论教学、软件应用为前提，以学生参与的大学生创新创业项目、大学生生命科学联赛、实验室开放等项目为依托，进行基于生物统计学理论和方法的案例教学改革。分析了案例教学改革的作用和不足，以“饲料生产”为典型案例进行了分析。此项教学改革对提高学生的学习热情有较强的促进作用，有利于学生更好地参与到教师的科研工作中，并为后续的毕业论文（设计）等工作提供了一定的理论基础和支持。

[关键词] 生物统计学;案例教学;軟件;数据分析

[中图分类号] G642. [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2019） 03-0096-03

随着生物大数据时代的来临，数据分析能力在生物专业学生培养过程中扮演着越来越重要的角色[1]。生物统计学作为培养学生数据分析技能的主要课程载体，在生物学课程体系中的位置愈加重要。目前，高等教育中围绕着知识体系的生物统计学课程建设已经基本成熟[2]。经过多年的教学实践发现，学生无论是在毕业设计，创新创业试验，还是各类试验数据处理，都离不开统计学的帮助，然而单纯的理论教学不能使学生对于生物统计学的方法达到熟练运用的程度，如何培养生物学专业的统计学思维具有非常重要的理论和实践意义。

案例式教学可以通过具体的情境，将隐性的知识外显，或将显性的知识内化。学生必须具有系统的统计学背景知识作为支撑，才能正确理解并解决案例教学过程中涉及的实际问题[3]。对于一般的生物统计学的初学者，其数学知识基础有限，缺乏统计学的思维，而且目前生物统计学在本科生教学过程中课时数较少，如我院《生物统计学》的课时只有32学时，理论和实践表明，案例教学法如果应用不恰当，不会取得良好的教学效果[4]。因此，结合自身教学情况，通过对大庆师范学院生物工程学院生物技术专业学生进行案例教学，总结整理出适合生物统计学的案例和教学方法，从多个方面提高教学效果。

一 生物统计学的课程特点和问题

生物统计学课程特点是教学内容前后章节关系密切，层层深入，并且需要较好的概率论和数学基础[5]。同时，由于概念多、计算多，学生感到枯燥乏味，而且部分统计概念容易混淆，直接影响了学生对统计知识的掌握和运用[6]，且随着计算机软件应用的普及，学生不愿意使用传统方法去计算，导致学生对生物统计是的基本概念、基本方法掌握不扎实。此外，统计分析方法多而且难，各种分析方法又有特定的适用范围和使用特点，课程学时少，每章节的内容都讲不透，使得学生一知半解，不会应用。教学与科研的脱节也使生物统计学课程在人才培养过程中未起到应有的作用，拘泥于旧的教学模式，不能科学规划该课程新形势下的教学导向和编排，忽视试验设计，只注重统计分析基本方法、基本原理，重课堂讲授，少课外实训，尤其是与科研活动相结合的实训活动和统计分析，致使学生无法正确掌握和应用理论知识，也难以将理论知识转化为实际应用技能[7]。

二 课程改革的研究

在当今大学生物统计学的教学中，许多教学工作这在教学方法与内容上有了很大改进，主要是涉及多媒体教学方式、网络教学方式的引入、传统的考核方式的改革、翻转课堂[8]等，均取得了一定的效果。以加强计算机软件在教学过程的应用为例，多种统计软件的出现为改革《生物统计学》传统教学方式提供了新的契机和工具[9]。目前，世界上最著名的统计相关软件主要有 Excel、SAS（ Statistical Analysis System） 和 SPSS（ Statistical Product and Service Solutions）等，Excel 软件作为一个非专业的统计学软件，其统计功能还不够强大;SAS 软件[10]是一个集多种强大功能为一体的大型软件系统，但是其操作较为复杂，对于统计初学者来说学习难度较高;而SPSS 软件具有统计功能强大、功能界面展现规范、分析结果输出整齐等优点，用户只要掌握一定的 Windows 操作技能，简单了解统计分析原理，就可以使用该软件为特定的科研工作服务，适用于在《生物统计学》本科教学过程中使用。我院生物统计学课程安排了一定学时的上机训练，主要以学习SPSS软件为主，一定程度上提高了教学效果，增强了学生的生物统计学应用技能。

在生物统计学课程教学改革过程中，应用了较多的传统案例，如遗传学的豌豆杂交实验等，但这些例题距离当代时间较为久远，且学生从中小学即开始学习这些简单的问题，在大学课堂上讲解这些案例不能提起学生的学习兴趣。为了进一步改善教学效果，研究生物统计学案例式教学方法，建立新的案例库势在必行。案例式教学自20 世纪80 年代初引入我国，经过多年的实践和探索，对我国高校教学的改革和发展起到了很大的促进作用。案例选择是案例式教学成败的关键因素，选取案例时应注意要根据教学目的和要求选择相应的案例，紧密围绕所要传授的核心内容选编有代表性的案例，内容精炼，从而更好地激发学生学习的兴趣。

三 案例教学的实施对象和方法

（一）实施对象

生物工程学院2016级生物技术专业全体同学。

（二）课堂教学模式

采用理论教学与实践教学相结合的模式。理论教学在多媒体教室进行，采用多媒体与板书结合的方式;实践教学在机房进行，应用SPSS 软件处理数据分析的问题。

（三）考核模式

1 测验

包括笔试和上机两种形式。笔试试题采用多种题型，上机测验通过不同的试验题目操作考核学生对SPSS软件的掌握和应用能力。

2 案例分析

要求2016级全体同学结合学科竞赛、实验室开放项目、大学生创新创业项目分组提交相关数据处理的成果，有团队的提交团队成果，无团队的提交个人成果。

（1）字数要求：不限字数，但要求能完整地说明一个案例的问题。

（2）团队案例要求：对于提交团队成果的案例，要求必须是学院备案的具体项目（包括竞赛、实验室开放、大创等），团队成员必须是学院备案的参与人员，否则按违纪取消团队案例分析成绩。提交一个案例成果的团队成员不能超过5人，且案例分析过程中均应体现团队所有成员在数据处理过程中所起到的作用，未体现数据处理工作的成员将没有案例分析的成绩。超过5人的团队项目（如实验室开放），需要以不超过5人为一个团队从不同角度、不同的数据收集和处理方法来进行案例分析，团队成果如有雷同，取消雷同小组的案例分析成绩。

（3）个人案例要求：无团队案例分析成果提交的同学，或者因为项目组成员较多，无法在案例分析过程中体现个人在数据分析和处理工作中所起到作用的同学，要求提交个人案例分析成果。为了避免案例分析成果提交的盲目性，要求提交个人成果的同学进行定向案例分析，即按照个人学号尾号对应的十个章节进行相关实验数据的处理，个人案例分析成果与相应章节内容无关的案例分析成绩为0分。具体要求见表1。

（4）案例分析评分标准：教师根据案例分析的提交成果，根据数据处理方法的科学性、准确性，处理数据的工作量，结论的正确性等多个方面，给出团队及个人成果的案例分析成绩。评分标准见表2。

（四）考核效果分析

1 案例分析考核在总体考核过程中发挥的作用

通过笔试和上机测验对学生的基本理论知识和基本操作技能进行检验，让学生巩固基础知识的基础上进行案例设计及案例分析。在学生提交的案例中，以产学研合作为基础的团队成果往往可以获得高分，因为这样的结果既有较好的研究基础，数据直观准确，又能在培养学生理论联系实际的能力方面发挥作用。

2 典型案例解析

（1）案例来源

以黑龙江省大学生创新创业训练计划项目“氨基酸发酵尾液生产蛋白饲料”为依托的案例分析成果，充分体现了学生团队协作的效果。案例分析数据情况如下。

某公司产品提取率μ0 =0.85，实验室研发新产品提取率0.87、0.84、0.96、0.88、0.87、0.90、0.84、0.91，研发的新产品与某公司产品相比，是否显著提高了产率？

（2）案例解析

用假设检验的方法来解决这个问题。

①建立假设，确定检验水准：

H0：μ1=0.85;H1：μ1≠0.85

α=0.05。

②计算概率：

计算检验统计量：

n-1=7时，t 0.05=2.365。现实得|t|>tα=2.365，故P<0.05。

③作结论：

按α=0.05水准，否定H0：μ1=0.85，即研发新产品与意大利公司产品有显著差异，且显著提高了产率。

（3）案例反思

①t分布是对正态分布的检验，案例中的提取率服从正态分布吗？如果服从正态分布，依据是什么？如果不服从，是否可以通过适当的变换，将百分率转化成某种符合正态分布的数据呢？

②实验室研发新产品的提取率数值波动较大，说明本实验本身存在较大的实验误差，是提取液的问题，还是提取剂的问题，抑或是控制参数的问题，还有待于进一步的实验分析研究。

3 案例分析考核的不足

從案例分析的提交成果可以看出，大部分学生提交的为个人案例分析成果，只有少部分学生提交了团队案例分析成果，说明学生在实验室开放、大创项目过程中还缺少基于统计学思维的实验设计和数据处理，这也导致学生在参与这些项目时完成质量不高，往往得出一些流于表面的实验结论，不能形成相关论文成果。通过此次训练，学生意识到生物统计学在科研领域应用的价值，一定程度上促进了学生对生物统计学课程重要性的认识，为今后学生加强对生物统计学的学习奠定了一定的基础。

四 结语

针对生物统计学教学现状，采用“案例式”教学方法对生物统计学的教学模式、考核模式进行了改革探索。研究发现，案例式教学有助于激发学生的学习热情。案例主要来源于学生参与的大学生创新创业项目、大学生生命科学联赛、实验室开放等，对于学生来说学习目的性更强，学习积极性更高。学生为寻求答案，积极查阅资料，互相讨论，实现被动学习向主动学习的转变。案例式教学有助于学生理论联系实际，并能提高学生的综合素质。考核模式的改变也促进了本门课程由应试教育向素质教育转变，学生由以往的只会算题不会应用，逐步变为对试验设计中统计学方法的应用有一定的预期和设计，为将来的项目结题和毕业论文打下了良好的基础。

对生物统计学进行案例教学的初步探索后发现，案例教学虽然是一种适合本门课程的教学方法，但仍有许多问题需要改进。如案例教学的介入时机需要恰如其分，不宜过早也不宜过晚，介入过早学生对基本概念、基本方法还没有理解，介入过晚则使学生没有充分的时间对案例分析的材料进行搜集和整理，不能与教师和同学之间形成有效的互动，从而失去对案例分析的兴趣，达不到预期的教学效果。此外，根据我院应用型人才培养的定位，引导学生将案例分析的素材尽量与我院的实习就业基地阜丰集团、华理生物技术有限公司等企业的生产实践相结合，进一步促进产学研合作，这也是生物统计学课程改革的努力方向。

参考文献：

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（责任编辑：姜海晶）