生物统计学教学创新思考与实践

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摘要:针对现有生物技术专业生物统计学课程存在的问题和面临的新形势，从实践能力的培养、课程内容、考核内容和方式、课程设置进行了改革创新的思考与实践，本文总结了这些改革创新的思路和经验。

关键词:生物技术;生物统计学;教学创新

生物统计学是将概率论和数理统计的知识应用于生物科学，为生物学科提供试验设计和数据分析的方法和理论。生物统计学是适应生物类科学的客观需要而产生的，无论是传统的生物学科还是现代分子生物学时时刻刻都在与数字打交道，所以生物统计学也是现代生物技术研究必备的工具。[1]生物统计学是生物技术专业的一门专业基础课，在教学中培养学生或然性思维能力，使学生自觉地对生物试验设计和数据分析产生兴趣，从而使或然性思维在工作实践中得以应用。

1当今高校生物技术专业生物统计学教学出现的问题和面临的新形势

生物技术的快速发展，给生物统计学提供了发展机会，同时也给该课程教学提出了改革创新的要求。原有的生物统计学教学出现的问题和面临的新形势主要体现在：（1）日趋减少的教学时数与日益增大的教学内容这一对矛盾是每一个承担生物统计学教学的老师必须面对的挑战。因为生物统计学课程是统计理论的应用，因而该课程的教学内容与统计理论的发展是紧密相关的。随着现今统计学基础理论和计算机技术的发展，新的理论与新的统计分析方法不断产生，《生物统计学》的课程内容在近年来也发生了很大变化，以多元回归分析、多因素试验、逐步回归与通径分析、多项式回归分析、关联分析、聚类分析、抽样方法等为代表的知识单元与知识点的增加以及以SAS和SPSS分析软件为代表的新的分析方法的增加，使得生物统计学课程的容量被大大地增加了。与此同时，面对新时代人才培养的要求，包括生物统计学课程在内的各门“经典”基础课程的教学时数都被大大地压缩了。如何在较少的教学学时内保证生物统计学课程的教学质量是每一位承担生物统计学课程教学的教师必须面对的问题。（2）教学内容陈旧，不能适应生物技术学科的快速发展。在我国，生物技术专业是近十多年才设立的新专业，顺应专业前沿的迅猛发展，其专业许多课程内容也相应更新较快，对生物统计学的技能掌握和内容更新提出了新的要求，而现今各院校生物技术专业仍然沿用传统生物学、医学、农学所使用的教材，其内容无法充分满足现代生物技术的发展需要，如现代分子遗传学基因连锁与关联分析，微阵列生物信息学实验设计、数据分析中差异表达分析、主成份分析、聚类分析，DNA序列生物信息学的多序列对比，生态学的多元回归等内容，原有生物统计学有关教材根本没有提及或语焉不详，更没有应用实例。（3）教学方式过时，缺乏新意。目前的生物统计学教学，课堂讲授仍然是教学的主要方式。传统的教学理论认为，教学就是向学生灌输知识，学生仅被看作讲授知识的受体，教师是课堂教学的中心，过分强调学生的接收知识、死记知识、机械训练；教师引导学生按自己预设的方向发展，不重视学生或然性思维、统计分析能力、试验设计能力的培养，学生不敢或不善于向书本有争议的问题提出质疑和挑战，不敢或不主动就学生学术研究课题进行试验设计和统计分析，从而限制了学生学习的积极性和创造性。（4）考核内容和方式不利于学生掌握知识和能力培养。课程考核是检验教师教学效果和学生掌握知识程度的手段，现在却被视为教学的目的。学生学习的目的好像只是为了通过考试。考核内容一成不变、方式缺乏新意和科学性，仍然以名词解释、计算题、问答等有明确答案的机械题目为主，不重视灵活运用统计方法解决实际问题能力的考核，容易出现知识不理解，死记能过关的结果。考试方式单一，以期末考试为主，不重视形成式成绩的考核，往往出现平时不努力，照样考高分的现象。如此下去，培养出来的学生难免成为“高分低能”。（5）课程设置还有待改进。生物统计学是一门生物技术和统计学相结合的应用科学，要注重学科渗透和交叉，从生物技术学科的整体与综合化发展出发，合理构建课程体系。要强调生物统计学基础课程的学习、生物技术学科知识对生物统计学课程内容的影响以及生物统计学知识在生物技术学科其他领域中的广泛运用。目前，各高等院校的生物技术专业对专业课程较为重视，而对生物统计学或专业课程中统计运用重视不够。生物统计学课时偏少，或者对于作为生物统计学的先修课程数学的教学，少数院校只开设微积分，而不开设线性代数、概率论和数理统计，或者在专业课程中省去与统计学有关的内容，这些做法都是不恰当的。

2生物统计学教学创新的思考与实践

部分院校或部分教师认为现代的生物技术研究已经不同于传统的生物学研究，其领域已经完全实现了从原有的群体或个体层次的宏观研究向细胞或分子层次的微观研究转化，研究手段也倚重物理和化学手段，其研究结果只有必然性没有或然性，所以生物统计学显得不再重要，殊不知，生物技术研究只能借用物理和化学方法，而不能等同于物理、化学，它仍然遵从生物学规律，其试验设计和数据分析必须依赖生物统计学的方法。所以，在生物技术专业不开设或不重视生物统计学课程的想法和做法都是错误的。要实现生物统计学为生物技术专业打好基础的目的，必须对课程的设置、教学内容、教学方法、考核的内容和方式进行全方位的改革，改革创新的主旨在于知识的运用，其教学的重点不在于统计理论学习，而重在解决与生物技术各领域有关的实际问题；不限于仅会使用计算器或EXCEL进行简单的统计运算，而应着重于掌握现代的统计软件的具体操作；不在于教师的讲解，而重在学生的操作能力训练。为此，可以尝试从以下方面改进教学。2.1强化实践能力的培养。生物统计学是一门应用科学，或然性思维和统计能力须在实践中培养，同时也应该接受实践的检验，所以必须注重培养学生实践能力。[2]首先，处理好统计学理论与生物学应用的关系。生物统计学教学内容中用到的统计学的概念、定义和公式很多，按照旧有教学方法，在应用某一公式之前，都要弄清其来龙去脉，而学生普遍反映这些公式“难记”更“难用”。事实上，一方面许多公式的推导已在高等数学中进行了讲解，所以，要解决好高等数学与生物统计学的课程衔接问题，没有必要再花费过多的时间讲解概念和推导公式，另一方面，按照能力教育体系的理论，要把教师的知识传授转变为学生的能力获得。[3~4]而能力获得的直接体现便是对所学知识的实际运用，所以，也不应该把教学的重点放在统计学理论学习上。笔者在对生物统计学课程进行教学改革时，改革的目标很明确，就是所学为所会服务。每学习一种统计方法时，着眼点放到运用上，充分了解每种方法在分子生物学、发酵工程、基因工程、微生物工程等领域的运用，以强调应用增加兴趣，以实践运用强化知识，以掌握技能促进知识巩固，以运用熟练加深理解。在学习正交设计试验方案和结果统计分析时，本人不把正交表的编制和简便分析公式的由来放在重点，只让学生掌握如何利用正交表及简便公式在解决哪些生物学研究问题时应用？如何应用？同时强化训练，使学生对正交设计运用得心应手。只要给出相关的研究课题，就能科学熟练地进行设计和结果分析，得出正确的结论。其次，处理好传授知识与能力培养的关系。能力教育理论认为，要以学生为主体，教师为主导，在教学中要重视学生的学，应注意采用高效教学法调动学生参与学习的积极性。[5]一方面，对于课堂教学笔者多采用案例教学的方式。案例教学是实践的直接模拟，是以培养学生分析和处理实际问题能力为中心的一种科学的教学方式。首先，对案例进行了精心选择，因为现有教材选用的多是传统的农业、畜牧业、水产、医学方面的实例，不太符合生物技术的学科特点，笔者从大量的教材、期刊、教师和学生科研课题、学生毕业设计中精心挑选了一些学生较为熟悉的生物技术案例。其次，对案例分析，以学生为主体，换位教学，分组讲解，注重培养学生的独立性和自主性，结合教学进度，引导学生进行结果分析和试验设计，或对原有设计和分析提出质疑，并提出自己的见解，然后进行总结。如在理解试验设计原则和样本代表性概念时，学生对一篇研究湖泊微生物污染的抽样方法提出了质疑，认为仅从湖边取一次一定量的湖水不能构成样本，其原因在于取样点不具代表性，且取一次没有重复，违背了试验设计的原则。另一方面，课余时间鼓励学生积极运用所学生物统计学知识完成学生学术课题的申报和研究。学生学术课题的申报和研究则是生物统计学知识真正意义上的实战运用。学生学术课题研究是我校以专项经费资助的政策来提高学生专业素质的一项有力举措，也可以作为生物统计学的课程实践平台加以充分利用，要求学生以课题组的组织形式，从课题的选题，课题的研究内容、依据、目的和意义，试验方案的设计，技术路线的制订，到试验数据的分析进行全方位的实际训练，课题组在课堂上重点阐述各自课题与生物统计学有关的试验设计与统计分析的核心内容，通过学生之间相互提问、讨论和交流，不断纠偏、反馈和完善，达到了真正提高学生动手能力的显著效果。再次，笔者还要求学生参与教师科研课题的研究，利用开放性实验进行一些小型的自选课题的研究，或者是开展专业调查研究，发表相应的专业论文，通过灵活多样的方式，开展课程实践活动，并将其表现和成果作为平时成绩的重要考核依据，鼓励和督促学生实践能力的提高。2.2完善课程内容的改革。首先，该课程学时数有限，而生物技术研究的领域在不断地扩大，研究的重点也在不断发生改变，为适应学科特点，教学内容必须作出较大调整。为此，笔者删除了大部分与概率论和数理统计重叠的内容，如方差分析中均方期望的推演，概率分布中随机变量的数学期望和方差的推演，也删除了一些不常用的内容，如非参数检验的秩和检验。简略了一些运用计算机和软件能完成的复杂运算的讲解，也简略了一些依靠前期基础知识可以理解的内容，如一元非线性回归，补充了一些现代分子生物学常用的统计分析方法，如基因连锁与关联分析、DNA序列生物信息学的多序列对比等知识。其次，为了提高学生统计软件应用能力，增添了国际上常用的统计软件SAS、SPSS的软件使用方法的介绍。2.3改革考核内容和方式课程考核不能作为学生学习的一种目的，应该通过考核提高学生进一步钻研的兴趣，督促平时复习，开阔视野、真正理解试验设计和统计方法的内涵及其应用价值，检验学生实际分析的能力。首先，总评成绩的构成，既要有期末考试成绩，也要包括提问、作业、小测验、课堂讨论、案例分析报告、课程论文的成绩，特别要提高反映学生实践能力的案例分析报告、课程论文的成绩在总评成绩所占权重。其次，题型应该多样化。废弃名词解释这种对于“死知识”的考核，而采用概念辨析的题型，考核学生理解和区分概念的能力；计算题不以考核公式的运用为主，而以实际的案例考核分析方法的选用和分析结果的生物学涵义的解释；减少填空、判断、选择等考核单项知识的题型分值，增加综合题等考核试验设计和分析综合知识的题型分值。再次，考核方式改闭卷考试为开卷考试，使学生明白该课程学习的重点不在于死记硬背概念、原理、公式和方法，而在于灵活运用所学知识解决实际问题。明白该课程不同于数学类的统计学，而是将统计学应用于生物学，根据生物学问题的性质和特征，选用适当的统计学方法。2.4合理构建以生物统计学为主体的课程体系。生物统计学在生物技术学科原有领域中的运用，已经足以体现其在生物技术学科整体中不可或缺的重要地位，特别是近年来作为生物技术领域最热门的生物信息学的发展，更说明了生物统计学的重要性。生物信息学作为一门新型的学科，正在对生物技术产生空前的影响。它是以计算机技术为研究手段和工具，同时采用数学、统计学的模型、模拟研究手法来解决生物科学的问题，因而成为生物学、统计学、数学、计算机学甚至工程学等多学科之间的交叉领域，其发展—方面为这些学科开辟新的研究领域，但同时也依赖于这些学科的发展。[6]显而易见，掌握好生物信息学需要有扎实的生物统计学根基。生物统计学的教学应该放在生物技术学科整体体系中通盘考虑，既不应该减少微积分、线性代数、概率论和数理统计等先修课程的门数和学时数，又不应该在专业课程中过多地出现生物统计学的内容重复，同时，还要以生物统计学为主体合理安排授课顺序，构建课程体系。所以，我们对生物技术专业培养方案和课程教学大纲进行了调整，在原有微积分的基础上，增开了线性代数、概率论和数理统计两门课程，同时对专业课程中关于生物统计学的内容进行了增减调整，在学完生物统计学之后，还开设了生物信息学选修课，通过三年的改革和实践，生物统计学的教学乃至其他专业课的教学效果都得到了较为明显的提高。

总之，生物技术专业生物统计学的教学应该顺应生物技术学科发展的特点，遵循生物统计学本身的教学规律，充分分析当前教学的现状和存在的问题，不断地改革现有的教学模式，完善考核方式，培养学生的独立性和创新性，从而培养适应时代需要的全面发展人才。

参考文献

[1]杜荣骞.生物统计学[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]钱国英,徐立清,应雄.高等教育转型与应用型本科人才培养[M].杭州:浙江大学出版社,2007.

[3]黄福涛.欧洲高等教育近代化[M].厦门:厦门大学出版社,1998.

[4]高林,等.应用性本科教育导论[M].北京:科学出版社,2006.

[5]曾亚强.高等教育的当展:大众化和职业化[J].教育发展研究,2004(7):85-87.

[6]张阳德.生物信息学[M].北京:科学出版社,2009.

作者:孙齐英 单位:江汉大学生命科学学院