发布时间:2024-03-29 14:53:19
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1 生物同伴交往互动式教学的理解
1.1 米德的互动观
19世纪美国著名的社会学家米德从行为主义的基本立场出发,形成了一种互动主义理论流派。互动观认为人的行为只有从群体中、用群体的行为才能解释个体的行为。为此,提出人类行为的“活动模式”,它包括:冲动、知觉、操纵和完满四个阶段。冲动是活动的第一个阶段,在于唤起活动其他阶段的意象;知觉主要是个体依据以往经验对目前刺激的选择;操纵是个体与对象的互动,即个体感知到对象的外显特征,同时也赋予对象某种意义;完满是最后一个阶段,是个体对某对象作用的完成。“活动模式”说明,只有把经验世界同有机体的整个活动联系起来,才能真正解释人的心理活动,个体与环境的相互交往――互动是个体获得知识的途径。
1.2 生物同伴交往互动式教学
生物知识的获得不是简单的告诉,生物学素养的提高不是简单的传授。生物同伴交往互动式教学就是在整个教学活动过程中,通过施教者精心的组织,不断的调频,让学生主动参与生物学问题的发现(冲动),自觉进行生物学问题的分析(知觉),不断尝试生物学问题的解决(操纵),积极构建和完善自己的认知结构(完满)。生物同伴交往互动式教学主要包括两个层面。第一个层面,是信息互动,即以生物知识传递、获取为目的,提高生物知识水平的教学活动。第二个层面,是情感互动,即在教学活动中学生不断提出问题、分析探索问题,让学生“体验生物理论发现和创造的历程”。实现师生情感悦纳、碰撞,达到心理共振,从而激发学生学习生物的兴趣和热情。简言之,生物同伴交往互动式教学活动就是实现师生的教与学联合的教学活动。
2 生物同伴交往互动式教学的形式
同伴交往互动式教学的形式主要有师生互动,生生互动,集体互动,学生与学习环境互动等四种形式。
2.1 师生互动
师生互动,就是教师和学生各自以原有的知识、能力、理解水平、经验方法来了解、学习、掌握、应用所需学习的知识内容,为此所进行的一种双向交流的活动。在师生互动中,教师占主导作用,教师以高于学生的知识视野去理解、分析、把握教材,组织教学,也就是说,教师为学生创设了课堂教学情境。对于学生来说,不是在教师权威下被动地作出反应,而是通过主动参与课堂教学,积极思考,勇于创新,力求理解掌握知识。师生互动是以感情为桥梁,知识为线索,交流为纽带的活动。在互动教学的氛围中,教师的教不是简单的传授,更不是一厢情愿的灌输,学生的学不是被动的接受和机械的模仿,而是师生感情积极的相互作用,探求发现知识的竞争与合作,达到教与学思维的转承启合的自然接轨,促使学生由学会知识到会学知识。
2.2 生生互动
生生互动,就是学生间以近邻坐位同学或兴趣相投的同学,结成学习对子,在学习生物过程中,互相讨论问题,一起克服学习困难,努力攻克生物难题,达到共同提炼生物学思维、提高生物学能力的目的。如果说,师生互动教学充分体现了教师的主导作用,那么,生生互动更突出了学生的主体作用。生生互动其最大优点在于同学间探求解决生物学问题的思路源于本身,互帮、互学、互进具有真实性和可靠性。但也存在一定的缺点,如易造成部分学生形成依赖心理,或出现解决生物学问题欠完整、不合理等错误。因此,在充分发挥生生互动作用的前提下,教师应仔细观察、了解,适时提醒,适度指导,及时指出问题存在之处,确保生生互动的优化开展。
2.3 集体互动
班集体是一个社会形态,竞争与合作是社交的两种基本现象,一个优良的学风建筑在既竞争又合作的前提下。集体互动就是以班风为纽带,以学习习惯和效果为杆杠的竞争学习与合作学习。集体互动以部分生物学学习成绩优秀且乐于助人的学生为领头羊,带动全班同学互相学习、相互促进、共同提高。在合作学习状态下,学生间积极的相互依赖被建构成一种促进型的互动类型,在此互动活动中,全体参与者力求调节自己的心理,以积极饱满的热情,良好的学习态度,认真自觉勤奋学习。一般来说,合作学习的效率和成就高于个体独立学习的效率和成就。竞争是一种社会属性,尤其当今社会竞争更趋激烈。学生生物学成绩的优劣不仅是学生学习效率和努力程度的体现,同时也是学生竞争意识的反映。不可否认,这种学习竞争具有一定的消极作用,但在集体竞争互动中,学生个体竞争的同时,取他人之长,补自己之短,不断调节情感。改变方法,提高学习生物学的效率,同样能起积极的正向作用。
2.4 学生与学习环境互动
就学习环境而言,内容较多,有社会、学校、家庭的环境,也有教学、教材和资料等环境。学生与社会、学校、家庭环境的互动,形式多样,渠道众多,尤其是信息化的21世纪,学生受其影响逐步增长,促使学生心理、行为逐步社会化。学生与教学环境的互动程度,某种意义上决定着学生生物学成绩的优劣。首先,由于学生不好选择生物学教师,同时生物学教师也不好选择学生,因此,在具体教学环境中,要求学生必须适应生物学教师的教学方法,跟上教学节拍,积极配合教师完成教学任务。其次,要求学生认真阅读和反思教科书。了解生物学知识的体系,把握重点知识,提炼思想方法。再次,要求学生在众多的生物学资料、参考书中寻找一本适合自己的课外学习资料,在不做参考书、复习资料奴隶的前提下,拓宽学习生物学的视野,提高学习生物学的兴趣。
3 生物同伴交往互动式教学的教学案例
教学内容:酵母菌细胞呼吸方式的探究。
教学步骤如下。
第一步(冲动):围绕酵母菌在生产和生活实践中的应用,启发引导学生自主生成研究问题:我们吃的面包和馒头为什么比较松软?这与酵母菌有什么关系?酒的主要成分是酒精,它的形成与酵母菌有什么关系?这样使学生产生如何确定和确定哪些探究问题的情感冲动。
第二步(知觉):结合生活经验,并指导学生阅读教材中的有关内容,让学生以实验假设的形式推断酵母菌呼吸产物:酵母菌通过呼吸作用产生了酒精和二氧化碳。使学生形成初步知觉。
在学生形成初步知觉的基础上,教师继续引导学生,围绕生成这些产物的条件,再次激发学生产生深入探究的情感冲动:酵母菌发挥这种作用需要什么条件?酒是酵母菌在什么条件下产生的?进而引导学生对问题作出发散性假设。对问题形成新的知觉。
第三步(操纵):为甄别假设正确与否,将学生们分成若干学习小组,要求以对照实验的理论为指导,设计实验方案;并利用必要的仪器共同组装成两套完整的实验装置;分组实施实验,科学检测实验结果。整个过程中学生自主活动,教师巡回观察、指导。
当代中学生喜欢流行音乐,喜欢行为艺术。我们首先要肯定这些作品中所包含的积极的审美趋向,如流行乐中欢快的节奏、充满青春的火热激情,行为艺术对哲学的深层思考等等。但多数作品还是通过感官刺激而成为中学生的新贵。据调查显示:喜欢新型艺术形态的中学生大多数并不能理解作品中一些深层次的艺术思想,更多的只是叛逆心理的一种宣泄、一种对多数人追捧对象的盲目追捧、一种耍“酷”。然而作为艺术本身而言,更主要强调的是对美的追求,即使是在今天极具个性化的时代,尽管艺术的表达方式、形式不一样,积极向上的精神面貌仍是艺术作品的主流趋势。作为引导者,要能够从这些学生喜欢的当代艺术品中,挖掘艺术本质的东西,让他们从中认识到艺术的本质,这是艺术欣赏中的首要任务。中学生最喜欢的艺术形式有rap、街舞、商业大片等,而静态的作品几乎走不进他们的生活。对于这些艺术作品,我们要善于引导,对学生不能忙着否定。这些流行的时尚的艺术形式能流行开来,是有着它独特的形式美的。欢快的节奏、鲜明的色彩、琅琅上口的语言等,这些艺术语言中学生是很难上升到美的高度的。“只缘身在此山中”,欣赏这类作品时,如何上升作品的艺术高度,摒弃作品中的糟粕?我们可以尝试从学生了解作品中的量上面入手,在原有了解的数量基础上,再次拓宽学生的视野,使他们不再局限于校园中流行的作品的数量;通过在课堂上的提高问答,逐步让学生明白这些艺术作品为何会流行,从而了解这些作品中的形式美、语言美等,进一步贴近艺术的本质。对艺术感悟能力较强的学生甚而可引导他们形成对流行艺术的批判眼光,从中寻找美。前期大量的工作之后,我们可再从艺术的根本对学生灌输多元化的审美取向,并向多种艺术形式拓展,包括许多静态作品,如绘画、雕塑等。
二、从传统优秀作品中感受多元化的审美倾向
前面提到,古今中外优秀的艺术作品瀚如星海,而且中学生对这些作品的理解有一种抵触情绪,不愿去关注它们。
随着年代的久远,要去把握这些作品的思想内涵、艺术特色是有一定难度的,所以我们要求对中学生重点以感受为主、了解为主,开拓多元化的审美趋向。作为教者,面对众多的艺术作品我们也需要作一个分门别类的整理工作,按艺术史的发展方向进行梳理,将同时代不同艺术形式的作品放在一起比较阅读,将古典的与当代的作品放在一起进行比较阅读,将平面与立体的放在一起比较阅读。通过反复比较作品,不同的、相同的审美趋向就显而易见了。这时,我们需要用第一阶段的阶段性成果作为一个引导:什么是流行?古典的作品流不流行?古人的作品是不是比当代的作品形式差?这是一个带有幽默感的时髦话题,很容易吸引住在流行中有所提高的学生的注意力。
古人和我们现代人一样,在物质需要得到满足之后,也需要丰富的精神追求。对美的追求与向往,往往古典作品的出现也是属于那个时代流行的产物,无论是贝多芬还是华彦钧,无论是米开朗基罗还是毕加索,无论是半坡文化的陶纹罐还是明清的青花瓷,它们都属于那个时代的流行文化、尖端文化,而且随着文化层的积淀,这些带着鲜明时代特征的作品已深深烙上了独特的美感,有很多的艺术成就,连我们现代人也是无法达到的。像达芬奇的绘画作品、贝多芬等大音乐家的交响乐作品,当今有几人能够达到甚至超越?这样引发起学生对时代久远作品的好奇之心后,再从中感受多元化的审美趋向,就简单、明了多了。
三、从个性化的作品中提升独特的审美情趣
1《生物统计学》(第一版)
统计学是以概率论为基础的,因而生物统计学必然与抽象复杂的数学知识相联系。生物统计学的理论性和实践性均较强,而且涉及的内容、公式和抽象概念较多,需要一定的数学基础和较强的逻辑推理能力,但由于生物学科的特点,生物统计学相对应于概率论与数理统计是“拿来主义”,一般不过多讨论其数学原理,而是在简单介绍统计原理的基础上重点介绍具体分析方法的应用。教学组在多年教学实践工作的基础上,1997年在科学出版社出版的《生物统计学》[5]就充分体现了这个特点。书中内容主要侧重于各种统计方法的应用,在统计原理方面,一般只作概念上的介绍和公式的简单推导,对有些较复杂的统计公式则只给出公式,其目的主要是为让读者不但对统计学原理有较全面的了解,更重要的是结合实例了解和掌握各种常用统计方法。在内容的编排上,全书共分十二章,概括起来主要有五个方面:第一章至第三章介绍统计和概率的基础知识,包括生物统计学的概念和内容、数据的搜集与整理、平均数和变异数的计算、概率和概率分布等;第四章、第五章介绍统计推断,包括样本平均数的检验、样本频数的检验、方差同质性检验、非参数检验和检验;第六章至第九章介绍统计分析方法,主要内容有方差分析、直线回归与相关分析、可直线化的曲线回归分析、多元回归与相关分析、逐步回归分析、多项式回归、协方差分析;第十章、第十一章介绍抽样与试验设计,主要包括抽样误差估计、抽样方法、抽样方案制订及常见的试验设计如对比设计、随机区组设计、正交设计及其相应的统计分析方法;第十二章对多元统计分析进行了简单介绍。每章都附有一定数量的思考练习题,供读者参考。
2《生物统计学》(第二版)
根据教学安排和生物统计学应用的需要,在教材使用反馈意见的基础上《生物统计学》(第二版)[6]于2000年在科学出版社出版。与第一版相比,各章节做了大幅度调整,将全书分为十四章,补充了拉丁方设计和裂区设计两种试验设计方法,将抽样原理和方法、常用试验设计及其统计分析放在了可直线化的非线性回归分析之后进行介绍,使章节编排体系更符合读者学习的要求。第一章至第三章分是基础理论,包括概论、试验资料的整理与特征数的计算及概率与概率分布。第四章至第六章介绍了具体的统计分析方法,分别是统计推断、检验和方差分析。第七章、第八章主要介绍试验设计的相关内容,包括抽样原理与方法、常用试验设计及统计分析。前面所涉及的统计分析内容主要是针对一个变量而言,之后的章节则主要介绍两个及多个变量的分析方法,第九章、第十章是关于一元回归和相关的内容,分别是直线回归与相关分析、可直线化的非线性回归分析。第十一章至第十四章介绍了协方差分析、多元回归与多元相关分析、多项式回归分析和多元统计分析简介。书中增加了对全文关键词汇和术语的索引,并在书后附上了各章部分思考练习题的答案。在例题上进行了重新编排,以使所选例题更能反映本章的内容且便于读者的学习和理解。
3《生物统计学》(第三版)
为适应21世纪生命科学发展和生物学人才培养的要示,在第一版、第二版的基础上,对教材内容重新进行了编排、审核并增加了部分内容,于2005年在科学出版社出版《生物统计学》(第三版)[7],并被列为21世纪高等院校生物科学系列教材。与之前相比,此版教材突出了以下3个特点:(1)内容丰富:增加了平衡不完全区组设计、倒数函数曲线、通径分析等内容;(2)编排科学:全书分解为十六章,各章节的安排更加注重了内容的循序渐进,并在每章之首增加了本章提要,总结该章节的主要内容,并列出了难点和重点;(3)针对性强:内容突出了本教材主要作为生物学专业教材这个重点,所选例题均为均为生物学试验中的案例。另外,随着计算机统计软件的发展和应用,统计软件是在统计学研究中必不可少的应用工具。目前的统计学软件,相关的统计分析方法及术语多以英文形式给出,只有掌握了相关术语的英文表达,才能更好地应用软件,否则只会导致统计分析的误用。在此版的修订中,对主要概念和术语增加了英文标注,并重新编排了中英文对照索引,以便于学习和检索。此版还对统计分析中学生易引起歧义的内容进行了修订,例如,方差分析是统计学常用的分析方法之一,对方差分析基本原理的理解是正确运用方差分析的前提。在教学中,要求学生正确理解方差分析中的处理数和组内重复数的含义和统计学意义。原来的教材中,例题中的处理数k和每处理下的重复数n的数量值是一样的,这样学生学习起来容易产生混淆,在这次修订中对例题进行了更换,以使学生很容易掌握n、k的含义及特征。
4《生物统计学》(第四版)
为适应21世纪生命科学发展和生物学人才培养对生物统计学教材的要求,在本书前三版的基础上,按照“强化基础、突出重点、注重应用、通俗易懂”的原则对全书内容重新进行了精简和编排,于2008年出版《生物统计学》(第四版)[1],并被教育部列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。与前三版相比,本书具有以下特点:(1)突出以本科教学为重点,注重与多数高校生物类专业目前生物统计教学要求的适应,精简了多元统计分析等部分较深的内容和平衡不完全区组设计、拉丁方设计、非参数检验等不常用的内容,将全书缩编为十四章。教材内容更侧重于各种统计方法的应用,而对复杂的统计原理只做概念上的介绍和公式的简单推导,目的是让读者在全面了解统计学原理的基础上,结合实例了解和掌握各种常用统计方法。(2)根据生命科学研究的发展和要求不断进行补充和调整教材内容,在内容结构安排方面,对全书各章节进行了部分调整,将直线回归与相关分析、可直线性的非线性回归分析放在抽样原理与方法和试验设计的前面,以使本书更加系统,便于本课程基本内容的教学。生物统计学分为统计分析和试验设计两大部分内容。此版教材在介绍统计学的基本理论之后,全面介绍各种常用的统计分析方法,然后是试验设计的内容。各章节安排循序渐进,具有一定的深度和广度。(3)更换和调整了部分例题和习题,对部分表达不甚清晰的部分进行了修订。在选用例题时,选择生物学各个分支典型例子,并着重突出生物专业及相关专业教材的重点。同时在各章后附上重新编排思考练习题,教材最后附上中英对照索引,以便于学习和检索。(4)为了进一步帮助读者理解和学习此版教材的内容,提高学生自学能力,配合本书编写了《生物统计学学习指导》一书,以利于学生加强课后实践练习,实现《生物统计学》教材的立体化。
5《生物统计学学习指导》
多数同学认为多媒体教学使同学对重难点把握和理解不好。在调查过程中发有13.12%的学生认为通过多媒体教学对重点和难点不容易理解,55.74%的同学认为只能达到一般程度,1.64%的同学认为能够把握和理解,29.51%的学生认为还比较容易理解和掌握。83.33%的同学认为能够在多媒体教学中记住重点部分,有6.7%的同学觉得记不下来,少数同学会不想记。在这个教学过程中学生认为老师应该将重点和难点在黑板上进行板书讲解。采用多媒体辅助教学,34.48%的同学认为复习时间会增加,51.72%的同学会认为不变,其余部分同学认为会减少。采用多媒体教学后学生认为课后完成作业和传统教学方式相比差不多(65.57%),少数认为较难21.31%,一部分认为13.11%较快且容易。
二、《生物统计学》多媒体教学对信息量的影响
在《生物统计学》多媒体课堂上学生多数认为获得的信息量增加(47.54%),有助于思路拓展。多数同学希望多媒体的内容不完全是书本上的,希望老师补充新的例题等(62.30%),34.42%的同学希望是书本上的。但是在《生物统计学》多媒体教学中,学生认为目前的主要问题是课件内容相对比较单一,数据罗列,较少给学生思考的时间。在教学过程中应该利用多媒体节约传统板书中的例题板书时间,适当增加学生思考时间,适当增加例题让学生运算,通过运算增加对知识点的理解和应用。
三、《生物统计学》多媒体教学对学生思维及注意力的影响
在多媒体教学的课堂,学生认为注意力不容易集中,很集中的只有2.9%,注意力较集中的有33.33%,一般的占57.97%,注意力较分散同学占5.8%。采取多媒体方式教学,所学知识的记忆情况有所改善的同学占22.86%,60%的人认为没有太大影响,17.15%的同学认为应用多媒体使记忆力下降。
四、《生物统计学》多媒体课件对教学质量的影响
学生多数(96.72%)认可生物统计学采用板书与多媒体结合,学生认为该课程仅依靠板书或多媒体教学均不能够取得比较好的教学效果,要将多媒体技术与传统板书有机结合才能有较好的教学效果,在多媒体教学中适当穿插板书的做法对知识的理解有很大的帮助(80.33%)。
实践证明,教学方法的选择对于提高教学质量具有十分重要的意义[3]。恰当的教学方法,是顺利地完成教学任务,保证教学质量的有效途径。在生物统计学教学过程中,有些必须通过多媒体才能进行程序的演示和部分难以板书的内容,比如大型数据模型等放在多媒体课件中,而部分有助于学生理解的原理及推导等过程应该在板书过程中逐步展现出来,有助于调动学生思维,让学生跟着教师的思路不断前行,有利于理解生物统计学中的重点和难点,也有助于学生记忆。所以,在生物统计学教学过程中一定要注意教师的主体地位,在课堂中实时适量地应用多媒体,教师应根据教学中的逻辑过程将多媒体与板书有机结合,既有助于节约某些数据板书的时间,又有助于学生理解学习内容,调动学习积极性,增强教学效果。
参考文献:
[1]周柏清.多媒体教学中存在的问题与对策.教育与职业,2007(17):160-161.
关键词:生物统计学;精品课程;教学改革
一、引言
随着生物科学的发展,只有定性的结论已不能满足实践的需要,实现生物科学结论定量化是人们长期追求探索的目标;生物统计学是生物学科定量化的重要分析理论与方法,生物统计学是生物学科应具备的基本知识和素质,与生命活动有关的各种现象中普遍存在着随机现象,大到森林陆地生态系统,小至分子水平,均受到许多随机因素的影响,表现为各种各样的随机现象,而生物统计学正是从数量方面揭示大量随机现象中存在的必然规律的学科。因此,生物统计学是一门在实践中应用十分广泛的工具学科,它是生命科学各专业的专业基础课,对后续生命科学课程学习和生物科研有重要作用。
同时,生物统计作为数理统计在生物学领域的应用,是教学难度较大的一门课程。因此,在生物统计学精品课程建设过程中,针对各专业培养目标的定位,因材施教,更新教育理念,加强实践训练,在教学方法和教学手段上进行改革和大胆探索。
二、二十一世纪对生物统计学课程的重新定位。
(一)新世纪对生物统计学课程提出的新要求。
二十世纪上半叶农业和遗传统计学首先获得了发展,在其基础上发展起来的生物统计学、统计流行病学、随机化临床试验学已经成为攻克人类疾病的一个里程碑。这在过去的半个世纪里显著提高了人类的期望寿命。
21世纪人类基因组,基因芯片等实验科学产生出的巨量数据,需要新工具来组织和提取重要信息。
将数据转化为信息需要统计理论和实践方面的洞察力、技术和训练。
未来的生物统计学将会与信息技术密切结合,较少侧重传统数理统计,而会更多注意数据分析,尤其是大型数据库的处理。生物统计学越来越不同于其它数学领域,计算机和信息科学工具至少和概率论一样重要。
(二)生物统计学对大学生素质培养的作用。
生物统计学的一个重要特点就是通过样本来推断和估计总体,这样得到的结论有很大的可靠性但有一定的错误率,这是统计分析的基本特点,因此在生物统计课程的学习中培养了一种新的思维方法———从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果。
生物统计学是通过个别的试验研究得出其一般性结论,属于归纳推理的范畴。但其有别于简单枚举法和科学归纳法,是一种或然性归纳推理或者概率归纳推理。在生命科学的研究中绝大多数涉及到的是随机事件,因此,生物统计学不仅是试验设计与统计方法的教学,更重要的还是大学生思维方式的培养,这对提高大学生的素质很有必要。
生物统计学包括试验设计和统计方法两个有机联系的组成部分。通过试验设计的教学可提高大学生设计研究课题试验方案的能力,使之明确课题的研究目的、试验因素与水平以及试验设计方法等方面的内容。通过统计方法的教学除让学生弄清各种统计方法的内涵外,还需要使学生能够正确地选择最适合的统计方法,以揭示资料潜在的信息,达到研究的最终目的,从而提高大学生科学研究素质。
三、教学方法和教学手段的改革。
(一)加强电子课件及网络平台建设。
生物统计学是应用概率论和数理统计原理研究生物界数量变化的学科,而概率统计的理论和思维方法对本科生来说有一定的难度,加之课程学时的减少(由原来的60-70学时,降到现在的40学时左右),如何深入浅出地引导学生入门,并使学生在了解概率统计思想的基础上,掌握常用统计分析方法的应用及使用条件是课程的教学难点。为此,我们利用多媒体技术,制作了与教材配套的课件,通过在课堂上把抽象内容形象化与直观化,收到了良好教学效果。建设了一个生物统计学教学网络支撑平台,现有课程简介、教学大纲、师资力量、授课教案、电子版《生物统计学》教材、课程录像、实习指导、在线测试题、参考文献、其它教学资源等栏目,免费向全校师生开放。
(二)将多媒体教学优势与学生的认知规律有机结合,用较少的学时得到良好的教学效果。
多媒体具有信息量大、形象化、直观化的特点。
但是如果不能很好地将多媒体这些特点与学生的认知规律相结合,多媒体教学就可能会带来一些弊端诸如:(1)内容多,幻灯片变换快,由照本宣科变为照屏宣科,为新的“满堂灌”;(2)课件图片多,内容以展示为主,缺乏启发性;(3)教学内容常用满屏的方式显示(即所谓“死屏”),老师照着屏幕上的内容给学生讲解,失去了传统教学方法,老师边讲边板书能给学生留下比较深刻印象的特点,缺乏吸引力。
而多媒体在教学中只能充当工具的角色,在教学过程中必须将多媒体信息量大、形象化、直观化的特点与学生的认知规律紧密结合在一起。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式。在课堂教学中,老师仍然保持传统教学方法的教姿教态,在授课的过程中与学生保持互动,根据学生在课堂上接受知识的能力,掌握屏幕上显示内容的速度,必要时辅以板书进行讲解。这样做既发挥了多媒体教学的特点,又充分照顾到学生的认知规律,在内容没有缩减,学时减少近三分之一的情况下,仍然取得良好的教学效果。
(三)长期坚持教育教学方法及教学规律的研究。
生物统计学的理论基础是概率论与数理统计,从这个层面上讲,它有非常浓的数学味道,但是它又有别于概率论与数理统计,生物统计学更主要强调的是概率论及数理统计的思想和方法在解决生命科学中一些具体问题的应用。因此在教学过程中就存在一个“度”的把握问题,如果将概率论及数理统计的原理讲得太多,一是学时不允许,二是学生难以消化,得不到好的教学效果;如果只注重方法的讲解,学生知其然不知其所以然,就会误入乱套公式的歧途。经过将教学的重点放在教学中引导学生重点掌握统计方法的功能与用途,方法与步骤,防止各类方法的误用,淡化定理的证明与公式的推导。在教学内容的安排上采用“保干削枝”,即在学时减少很多的情况下,将一些次要的统计方法去掉,也要保证有足够的学时讲授理论分布与抽样分布、统计假设测验等方面的内容,让学生掌握生物统计学中所蕴含的概率论及数理统计的思想精髓,从而避免学生乱套统计公式。
(四)密切跟踪生命科学发展的前沿动向,探索生物统计学解决前沿问题的理论与方法。
统计学在生物学中的应用已有长远的历史,许多统计的理论与方法也是自生物上的应用发展而来,而且生物统计是一个极重要的跨生命科学各研究领域的平台。现在基因组学、蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展,使得生物统计在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。转在课程建设中,随时注意纳入生物统计学在前沿领域研究应用的内容,增强课程的活力,提高教师和学生面向生物产业主战场解决实际问题的能力。
四、加强实践教学,注重学生能力培养。
生物统计学要不要开实验课,怎样开实验课,一直存在争议,在此认为生物统计学不仅应该开设实验课,而且还要将实践教学的重点放在计算机技术和统计软件的应用上,让学生不仅掌握统计方法,而且加深对原理的认识,获得就业或升学的必备计算机统计技能,提高解决复杂问题的能力。
(一)开展统计软件的实习,扩大学生的视野,提高学生素质。
20世纪20年展起来的多元统计方法虽然对于处理多变量的种类数据问题具有很大的优越性,但由于计算工作量大,使得这些有效的统计分析方法一开始并没有能够在实践中很好推广开来。而电子计算机技术的诞生与发展,使得复杂的数据处理工作变得非常容易,所以充分利用现代计算技术,通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来,让用户直接看到统计输出结果与有关解释,从而使统计方法的普及变得非常容易。在课程体系改革中,各课程的教学时数与达到培养目标所需完成的教学内容相比还是不足的。为此,可以通过标准的统计软件的教学实习来达到以点带面,扩大学生视野,提高学生素质。
为此我们建立了一个专用于实习教学的生物统计电脑实验室。现共有50余台电脑,并连接到校园网。实验室配备有指导教师,负责对上机的学生答疑。除按教学计划进行的正常实习教学外,实验室还对优秀学生免费开放,鼓励他们结合教师的科研活动,应用所学生物统计学知识,学习新的生物统计学知识,掌握应用计算机解决生物统计学问题的技能。
(二)全方位、多层次的实践教学。
为了进一步培养学生实际动手能力和科学严谨的治学态度,必须将本课程的实践教学活动延伸到课堂教学外,开展全方位、多层次的实践教学。
在原绵阳农专期间,主要在作物育种、作物栽培、动物营养等课程实验与实习中,根据相关内容加入了试验设计方法以及数据统计分析的相关内容。
组建了西南科技大学生命科学与工程学院以后,由原来的单一农科专业变成了理、工、农三大学科均有专业的格局。虽然专业的学科归属不同,但有一点是相通的,其内涵均属于生命科学的范畴。以科学研究的方法进行划分,均属于实验科学。
掌握正确的实验设计方法,从不确定性数据中挖掘事物的客观规律,是实验科学工作者必备的技能。因此,我们将原来只是在农科专业上延伸实践教学的作法推广到全院的所有专业,结合实验课教学的改革,对发酵工艺学实验、植物细胞工程实验、食用菌实验、微生物学实验等课程的内容全部或部分改为用生物统计学指导学生自主进行实验设计,把过去单一的实验流程、样品观察或检测实验改变为试验条件的优化试验,提出在不同条件下对样品测定的比较试验设计、单因素试验设计、多因素试验设计、正交试验设计、均匀试验设计,对试验结果要求学生使用统计学的方法对进行分析和讨论,最后得出最佳试验条件。
这样的实验教学改革起到了一箭双雕的作用,从专业基础课或专业课的角度看,改验证性实验为设计型、综合性实验,增强了学生解决实际问题的能力,培养了学生创新思维的能力;从生物统计学角度看,将课程的教学实践延伸到课程外,弥补了学时的不足,更重要的是学生将自己学到的统计学知识,转化为解决实际问题的能力,知识得到很好的内化。
此外,在学生课外科技活动中指导学生选用正确的实验设计和数据的统计分析方法,提升科技作品的档次;在毕业论文(设计)中要求学生采用恰当的生物统计学方法进行设计与分析,写出高质量的毕业论文(设计)。
通过这样的教学实践,训练了学生的统计思维能力,使学生充分认识到掌握生物统计学这一工具的重要性和必要性,增强了学生学好用好这门工具的信心,提高了学生从复杂的生命现象中挖掘事物客观发展规律的能力。
精品课程是集科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性于一身的优秀课程。作为精品课程的载体,应具有一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教学方法、一流的教材、一流的教学管理等特点。与之相比,我们在生物统计学精品课程的建设上,才刚刚起步,今后还要在教材建设、师资队伍建设、科学研究等方面加大力度,将生物统计学建设成体现现代教育教学思想、符合现代科学技术和适应社会发展进步的需要、能够促进学生的全面发展而深受学生欢迎的一门课程。
参考文献:
[1]何风华,李明辉。生物统计学多媒体教学的探索与实践[J].江西教育学院学报(综合),2004,25(6):25~27
[2]洪伟,吴承祯,陈辉,等。精品课程建设的核心:学科、队伍建设与科学研究[J].高等农业教育,2004,6:50~51.
[3]崔相学。提高学生统计分析素质的实践与探讨[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2004,6(2):67~68.
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)18-0231-03
一、引言
“生物统计学”是把数学的语言引入生命科学研究领域,将所研究的问题抽象为数学问题的过程,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,是应用统计学的一个分支。生物学研究实践证明,只有正确应用生物统计学的原理和分析方法对生物学试验进行合理设计,对数据资料进行客观分析,才能得出科学的结论[1]。目前,从数量角度研究生命科学现象已经为大多数生物学研究者所认知,“生物统计学”为生物学的研究和探索提供了重要的方法和工具。
近年来,全国各高校生物学专业普遍加强了“生物统计学”的教学工作,使学生学习试验设计和数据收集与整理的方法,正确应用统计学原理分析和解释数据资料,为进一步学好专业课程奠定了坚实的基础。
二、生物统计学课程的特点
1.以数学知识为基础。“生物统计学”是在研究生物现象的过程中,与数学的发展相伴随逐渐发展而来的。它把生命科学中的某些具体问题抽象为数学问题,以数学概率论和数理统计为理论基础[1],这其中就必然会涉及到排列、组合、积分、导数等数学知识。例如,大数定律是用样本统计数推断估计总体参数的基础,需要掌握概率论的相关知识;在推导直线回归方程时,回归系数和回归截距的计算,是建立在最小二乘法的基础上,需要用到导数的计算;正态分布中变量的概率计算,需要了解积分的性质[1]。尽管在“生物统计学”课程学习之前,学生已经学习了“高等数学”的相关知识,但多数学生的数学基础知识仍相对薄弱,由此对学习该门课程产生畏惧心理。加上很多学生没有理解生物统计学的内涵,主观上认为该门课程就是学习数学知识的,进而导致厌学情绪。
2.概念术语多。“生物统计学”不同于生物学专业的其他课程,在学习过程中涉及很多概念术语,并且这些概念术语常成对出现[1]。例如,总体和样本、变量与常数、参数与统计数、效应与互作、准确性与精确性、频率与概率、标准差与标准误、因素与水平、相关与回归、双尾检验与单尾检验、弃真错误与纳伪错误、假设检验与区间估计等。如果不理解这些概念术语的含义,生搬硬套,在应用时就会出错,得出错误的结果。
3.计算公式多。“生物统计学”是应用统计学方法,分析和解释生命科学研究中数据资料数量上的变化,进而做出符合科学实际的推断。在学习过程中,必须要用到大量的计算公式[1,2]。如反映变异性的指标有标准差和标准误,二者的含义不同,计算公式也不同。在正态分布中,为了计算服从正态分布的变量的取值概率,通常要对变量进行标准化处理,在学习了变量标准化公式之后,接下来在应用时还需要用到平均数的标准化、平均数差数的标准化、频率的标准化、频率差数的标准化、成对数据差数平均数的标准化等公式。在直线相关与回归分析中,需要掌握相关系数、回归系数、回归截距等计算公式。尽管目前有很多统计软件可以直接对一些统计量进行计算,但学生们必须掌握和理解相关统计量计算的原理和具体内涵才能正确地应用这些统计软件。
4.课程内容连贯性较强。“生物统计学”的课程内容是承上启下、前后连贯的[1,2]。例如,概率分布是学习统计推断的基础,平均数的假设检验和区间估计是相互联系的,单因素数据资料方差分析的原理和方法是对多因素数据资料进行方差分析的基础[1]。如果学生没有掌握某一章节的内容,很可能导致后面的许多内容听不懂、难理解,陷入越听越听不懂的恶性循环。
三、教学内容的实践与探索
针对“生物统计学”课程的特点和现状,近年来,我们在教学过程中,围绕教学内容、教学方法、课程建设、考核方式等多方面进行了实践和探索,取得了较为理想的效果。
1.合理编排教学内容,提高教学效率。我校本科教学计划调整后,“生物统计学”课程安排在第三学期,周学时为2,共36学时。学生在之前已学习了“高等数学”等公共课程,“植物学”、“动物学”等专业基础课程,与本学期同时学习的还有“生物化学”。为适应生命科学的发展和对生物学人才的培养,我们按照“强化基础、突出重点、注重应用、通俗易懂”的原则合理设计安排教学内容[1]。在课堂讲授时,我们尽可能把抽象的统计学原理与生命科学的前沿或学生们感兴趣的事例进行结合,并引导学生从专业知识的角度对统计分析的结果做出科学的判断和合理的解释,这样一方面使学生感受到生物统计学与生命科学的各专业都是紧密联系的,另一方面学到的统计分析方法和试验设计原则也可以指导学生后续专业课程的学习。
作为应用性极强的课程,我们在课堂授课时一般不过多讨论数学原理,而主要偏重于统计原理的介绍和具体分析方法的应用。在有限的课堂教学时数内,对涉及到的数理统计知识多是“拿来主义”,对于一些公式,通常只进行概念上的介绍和公式上的简单推导,对有些较复杂的统计公式则只给出公式,并不要求学生掌握具体的推算过程,其目的是让学生对统计学原理和统计分析方法有较全面的了解。在章节内容上,根据具体情况进行适当删减,做到重点突出、主次分明。比如讲授方差分析一章时,以单因素数据资料的分析为例,重点介绍方差分析的基本原理、数学模型和分析步骤,对于二因素数据资料的分析则启发学生根据其基本原理和数学模型进行推理,多因素数据资料的方差分析则只介绍基本原理,其目的是培养学生对所学理论知识的应用能力,实现以素质教育为基础,以能力培养为本位的教学理念。
2.灵活运用多种教学方法。在教学过程中,我们根据教学内容,采用多种教学方法并重,对学生“授之以渔”而不是“授之以鱼”[3],充分调动学生学习的积极性和主动性,使教学相融。
问题导入法。在课堂讲授时,我们注重问题的创设。提供氛围,启发学生发现问题并思考如何解决问题[4],使学生成为学习的主人,教师则成为学生的协作者。例如,在方差分析一章讲述时,以单因素数据资料为例[1],让学生思考如何进行多组平均数之间的比较。有的学生会提出,可以采用之前学习过的两个样本平均数假设检验的分析方法对多组数据进行两两的比较,而这又引发了一些新的问题。如何解决这些问题呢?这时,我们引导启发学生将所有的数据资料作为一个整体来考虑,将数据的总变异按照其变异来源剖分成处理引发的变异(组间变异)和试验误差引发的变异(组内变异),并利用反映变异特性的方差这一统计量来表示组间变异和组内变异的大小,进而采用检验对其二者的差异进行显著性检验,由此和学生共同推导出方差分析的基本思想和分析步骤。这样,既让学生理解了方差分析的原理和应用,也培养了学生分析问题和解决问题的能力。
对比法。“生物统计学”中有很多概念都是成对出现的,其相应的公式也有着许多形式上的共同点,这就为我们进行对比法讲解提供了很好的素材。例如标准差与标准误、直线回归系数与直线相关系数、样本平均数假设检验的检验及检验等[1]。对比法讲授,既可以帮助学生记忆公式,也便于学生更好地理解公式的含义和具体应用,做到举一反三。
演绎法。“生物统计学”中有很多公式是前后联系的,存在公式的变形,运用演绎法教学可以让学生更好地理解公式的来源和内涵。例如变量的标准化公式,对于服从正态分布的变量进行标准化转换的公式(u=■)是核心,在理解这个公式含义的基础上,对于各统计数(平均数、平均数差数、频率、频率差数、成对数据差数等)进行标准化转换的公式自然也就推导出来了,从而避免了对这些公式的死记硬背。
板书与多媒体课件并行。随着电子技术、计算机技术和网络技术的发展,在教学实践中多采用多媒体课件进行授课。多体媒体课件集文字、公式编辑、图形、色彩、动画于一体,既可以插入图片和例证,也可以实现公式推导的逐步展现,图文并茂,色彩丰富,省去了板书所占的时间,可以在有限的课堂教学时间内增加教学内容,增强师生之间的互动[4]。同时,传统的板书不能完全放弃,在讲授过程中,适时穿插板书内容,可以帮助学生更好地联系已学知识。因此,在教学过程中,我们以多媒体教学为主,板书为辅,注重将这两种教学方法进行有机的结合。
3.加强实验教学,注重理论与实践的结合。“生物统计学”是一门应用学科。我们在理论教学的同时,安排了18个学时的实验课,主要目的是让学生将课堂理论知识加以应用并学会常用统计学软件的使用。生物统计学实验课在生命科学学院信息学实验室利用电子教室系统进行,教师在主控机上边讲解边操作,学生可以在自己的计算机上观察到具体的执行过程,之后可以自己进行相应的操作,然后以电子文档的形式提交实验课作业。通过实验课教学,一方面使理论知识密切联系实践,真正提高了学生的应用能力;另一方面增强了学生的兴趣,在实验课中学生不仅巩固了统计分析知识,而且利用计算机来分析数据也为相关专业课实验数据的分析奠定了基础。在运用计算机统计软件进行数据分析时,学生们也深刻意识到,尽管统计学软件功能强大,但必须对相关的统计学知识有一定的认知和理解,才能更好地使用这些软件,由此也进一步激发了学生课堂学习的动力。
4.课程资源的立体化建设。在教学过程中,我们注重加强课程资源的立体化建设。以教材为中心,我们编写了与科学出版社《生物统计学》(第四版)配套的《生物统计学学习指导》,对每一章的内容都配套了目的要求、内容提要、难点评析、例题解析、习题解答和自我测验[5],以供学生在课下进行学习和知识的扩充。同时,“生物统计学”是河南师范大学校级网络课程,学生可以通过浏览网页进行课程内容学习。在网络课程中,每章均示出了重点、难点,便于学生自学或复习掌握;同时,网络课程中丰富生动的图表资料及实例分析也有助于学生对知识点的理解。
5.考核采用笔试和实验相结合。“生物统计学”的考核成绩由期终闭卷笔试成绩(占总成绩的80%)和实验课成绩(占总成绩的20%)两部分组成。其中,闭卷考试内容偏重实用性、基础性,避开需死记硬背、理论性强而无实际用途的题目和偏题怪题,并且尽量减少需要进行计算的工作量,目的是考核学生对已学内容的掌握和应用。实验课则重点考查学生知识应用和解决实际问题的能力。这种考核方式,一方面激发了学生学习的积极性与主动性,摆脱了学生死记硬背的单纯应试模式,另一方面也强调了学生解决实际问题的能力,有助于提高学生综合运用知识的能力。
四、小结
“生物统计学”是一门理论性和实用性都很强的学科,是现代生物学研究不可缺少的工具。在教学过程中,我们注重培养学生树立统计学观念,掌握如何运用统计学原理科学设计试验,正确应用统计分析方法分析数据资料,培养学生统计学推理思维能力,并能用专业知识对推断结果加以阐释。在教学过程中,我们强调以教师为主导,以学生为主体,充分调动学生学习的主动性和积极性,在培养学生扎实理论基础知识的同时,更注重实践教学,积极引导学生去发现问题、分析问题、解决问题,切实培养学生的应用能力。
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]张恩盈,宋希云.提高《生物统计学》课堂教学效果的探索[J].农业网络信息,2011,(8):131-133.
[3]石培春,龚江,李春艳.“生物统计”课程教学探索和思考[J].中国电力教育,2012,(10):103-104.
一、引言
随着生物科学的发展,只有定性的结论已不能满足实践的需要,实现生物科学结论定量化是人们长期追求探索的目标;生物统计学是生物学科定量化的重要分析理论与方法,生物统计学是生物学科应具备的基本知识和素质,与生命活动有关的各种现象中普遍存在着随机现象,大到森林陆地生态系统,小至分子水平,均受到许多随机因素的影响,表现为各种各样的随机现象,而生物统计学正是从数量方面揭示大量随机现象中存在的必然规律的学科。因此,生物统计学是一门在实践中应用十分广泛的工具学科,它是生命科学各专业的专业基础课,对后续生命科学课程学习和生物科研有重要作用。
同时,生物统计作为数理统计在生物学领域的应用,是教学难度较大的一门课程。因此,在生物统计学精品课程建设过程中,针对各专业培养目标的定位,因材施教,更新教育理念,加强实践训练,在教学方法和教学手段上进行改革和大胆探索。
二、二十一世纪对生物统计学课程的重新定位
(一)新世纪对生物统计学课程提出的新要求。
二十世纪上半叶农业和遗传统计学首先获得了发展,在其基础上发展起来的生物统计学、统计流行病学、随机化临床试验学已经成为攻克人类疾病的一个里程碑。这在过去的半个世纪里显著提高了人类的期望寿命。
21世纪人类基因组,基因芯片等实验科学产生出的巨量数据,需要新工具来组织和提取重要信息。
将数据转化为信息需要统计理论和实践方面的洞察力、技术和训练。
未来的生物统计学将会与信息技术密切结合,较少侧重传统数理统计,而会更多注意数据分析,尤其是大型数据库的处理。生物统计学越来越不同于其它数学领域,计算机和信息科学工具至少和概率论一样重要。
(二)生物统计学对大学生素质培养的作用。
生物统计学的一个重要特点就是通过样本来推断和估计总体,这样得到的结论有很大的可靠性但有一定的错误率,这是统计分析的基本特点,因此在生物统计课程的学习中培养了一种新的思维方法———从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果。
生物统计学是通过个别的试验研究得出其一般性结论,属于归纳推理的范畴。但其有别于简单枚举法和科学归纳法,是一种或然性归纳推理或者概率归纳推理。在生命科学的研究中绝大多数涉及到的是随机事件,因此,生物统计学不仅是试验设计与统计方法的教学,更重要的还是大学生思维方式的培养,这对提高大学生的素质很有必要。
生物统计学包括试验设计和统计方法两个有机联系的组成部分。通过试验设计的教学可提高大学生设计研究课题试验方案的能力,使之明确课题的研究目的、试验因素与水平以及试验设计方法等方面的内容。通过统计方法的教学除让学生弄清各种统计方法的内涵外,还需要使学生能够正确地选择最适合的统计方法,以揭示资料潜在的信息,达到研究的最终目的,从而提高大学生科学研究素质。
三、教学方法和教学手段的改革
(一)加强电子课件及网络平台建设。
生物统计学是应用概率论和数理统计原理研究生物界数量变化的学科,而概率统计的理论和思维方法对本科生来说有一定的难度,加之课程学时的减少(由原来的60-70学时,降到现在的40学时左右),如何深入浅出地引导学生入门,并使学生在了解概率统计思想的基础上,掌握常用统计分析方法的应用及使用条件是课程的教学难点。为此,我们利用多媒体技术,制作了与教材配套的课件,通过在课堂上把抽象内容形象化与直观化,收到了良好教学效果。建设了一个生物统计学教学网络支撑平台,现有课程简介、教学大纲、师资力量、授课教案、电子版《生物统计学》教材、课程录像、实习指导、在线测试题、参考文献、其它教学资源等栏目,免费向全校师生开放。
(二)将多媒体教学优势与学生的认知规律有机结合,用较少的学时得到良好的教学效果。
多媒体具有信息量大、形象化、直观化的特点。
但是如果不能很好地将多媒体这些特点与学生的认知规律相结合,多媒体教学就可能会带来一些弊端诸如:(1)内容多,幻灯片变换快,由照本宣科变为照屏宣科,为新的“满堂灌”;(2)课件图片多,内容以展示为主,缺乏启发性;(3)教学内容常用满屏的方式显示(即所谓“死屏”),老师照着屏幕上的内容给学生讲解,失去了传统教学方法,老师边讲边板书能给学生留下比较深刻印象的特点,缺乏吸引力。
而多媒体在教学中只能充当工具的角色,在教学过程中必须将多媒体信息量大、形象化、直观化的特点与学生的认知规律紧密结合在一起。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式。在课堂教学中,老师仍然保持传统教学方法的教姿教态,在授课的过程中与学生保持互动,根据学生在课堂上接受知识的能力,掌握屏幕上显示内容的速度,必要时辅以板书进行讲解。这样做既发挥了多媒体教学的特点,又充分照顾到学生的认知规律,在内容没有缩减,学时减少近三分之一的情况下,仍然取得良好的教学效果。
(三)长期坚持教育教学方法及教学规律的研究。
生物统计学的理论基础是概率论与数理统计,从这个层面上讲,它有非常浓的数学味道,但是它又有别于概率论与数理统计,生物统计学更主要强调的是概率论及数理统计的思想和方法在解决生命科学中一些具体问题的应用。因此在教学过程中就存在一个“度”的把握问题,如果将概率论及数理统计的原理讲得太多,一是学时不允许,二是学生难以消化,得不到好的教学效果;如果只注重方法的讲解,学生知其然不知其所以然,就会误入乱套公式的歧途。经过将教学的重点放在教学中引导学生重点掌握统计方法的功能与用途,方法与步骤,防止各类方法的误用,淡化定理的证明与公式的推导。在教学内容的安排上采用“保干削枝”,即在学时减少很多的情况下,将一些次要的统计方法去掉,也要保证有足够的学时讲授理论分布与抽样分布、统计假设测验等方面的内容,让学生掌握生物统计学中所蕴含的概率论及数理统计的思想精髓,从而避免学生乱套统计公式。
(四)密切跟踪生命科学发展的前沿动向,探索生物统计学解决前沿问题的理论与方法。
统计学在生物学中的应用已有长远的历史,许多统计的理论与方法也是自生物上的应用发展而来,而且生物统计是一个极重要的跨生命科学各研究领域的平台。现在基因组学、蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展,使得生物统计在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。在课程建设中,随时注意纳入生物统计学在前沿领域研究应用的内容,增强课程的活力,提高教师和学生面向生物产业主战场解决实际问题的能力。
四、加强实践教学,注重学生能力培养
生物统计学要不要开实验课,怎样开实验课,一直存在争议,在此认为生物统计学不仅应该开设实验课,而且还要将实践教学的重点放在计算机技术和统计软件的应用上,让学生不仅掌握统计方法,而且加深对原理的认识,获得就业或升学的必备计算机统计技能,提高解决复杂问题的能力。
(一)开展统计软件的实习,扩大学生的视野,提高学生素质。
20世纪20年展起来的多元统计方法虽然对于处理多变量的种类数据问题具有很大的优越性,但由于计算工作量大,使得这些有效的统计分析方法一开始并没有能够在实践中很好推广开来。而电子计算机技术的诞生与发展,使得复杂的数据处理工作变得非常容易,所以充分利用现代计算技术,通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来,让用户直接看到统计输出结果与有关解释,从而使统计方法的普及变得非常容易。在课程体系改革中,各课程的教学时数与达到培养目标所需完成的教学内容相比还是不足的。为此,可以通过标准的统计软件的教学实习来达到以点带面,扩大学生视野,提高学生素质。
为此我们建立了一个专用于实习教学的生物统计电脑实验室。现共有50余台电脑,并连接到校园网。实验室配备有指导教师,负责对上机的学生答疑。除按教学计划进行的正常实习教学外,实验室还对优秀学生免费开放,鼓励他们结合教师的科研活动,应用所学生物统计学知识,学习新的生物统计学知识,掌握应用计算机解决生物统计学问题的技能。
(二)全方位、多层次的实践教学。
为了进一步培养学生实际动手能力和科学严谨的治学态度,必须将本课程的实践教学活动延伸到课堂教学外,开展全方位、多层次的实践教学。
在原绵阳农专期间,主要在作物育种、作物栽培、动物营养等课程实验与实习中,根据相关内容加入了试验设计方法以及数据统计分析的相关内容。
组建了西南科技大学生命科学与工程学院以后,由原来的单一农科专业变成了理、工、农三大学科均有专业的格局。虽然专业的学科归属不同,但有一点是相通的,其内涵均属于生命科学的范畴。以科学研究的方法进行划分,均属于实验科学。
掌握正确的实验设计方法,从不确定性数据中挖掘事物的客观规律,是实验科学工作者必备的技能。因此,我们将原来只是在农科专业上延伸实践教学的作法推广到全院的所有专业,结合实验课教学的改革,对发酵工艺学实验、植物细胞工程实验、食用菌实验、微生物学实验等课程的内容全部或部分改为用生物统计学指导学生自主进行实验设计,把过去单一的实验流程、样品观察或检测实验改变为试验条件的优化试验,提出在不同条件下对样品测定的比较试验设计、单因素试验设计、多因素试验设计、正交试验设计、均匀试验设计,对试验结果要求学生使用统计学的方法对进行分析和讨论,最后得出最佳试验条件。
这样的实验教学改革起到了一箭双雕的作用,从专业基础课或专业课的角度看,改验证性实验为设计型、综合性实验,增强了学生解决实际问题的能力,培养了学生创新思维的能力;从生物统计学角度看,将课程的教学实践延伸到课程外,弥补了学时的不足,更重要的是学生将自己学到的统计学知识,转化为解决实际问题的能力,知识得到很好的内化。
此外,在学生课外科技活动中指导学生选用正确的实验设计和数据的统计分析方法,提升科技作品的档次;在毕业论文(设计)中要求学生采用恰当的生物统计学方法进行设计与分析,写出高质量的毕业论文(设计)。
通过这样的教学实践,训练了学生的统计思维能力,使学生充分认识到掌握生物统计学这一工具的重要性和必要性,增强了学生学好用好这门工具的信心,提高了学生从复杂的生命现象中挖掘事物客观发展规律的能力。
精品课程是集科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性于一身的优秀课程。作为精品课程的载体,应具有一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教学方法、一流的教材、一流的教学管理等特点。与之相比,我们在生物统计学精品课程的建设上,才刚刚起步,今后还要在教材建设、师资队伍建设、科学研究等方面加大力度,将生物统计学建设成体现现代教育教学思想、符合现代科学技术和适应社会发展进步的需要、能够促进学生的全面发展而深受学生欢迎的一门课程。
参考文献:
[1]何风华,李明辉。生物统计学多媒体教学的探索与实践[J].江西教育学院学报(综合),2004,25(6):25~27
[2]洪伟,吴承祯,陈辉,等。精品课程建设的核心:学科、队伍建设与科学研究[J].高等农业教育,2004,6:50~51.
[3]崔相学。提高学生统计分析素质的实践与探讨[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2004,6(2):67~68.
一、引言
随着生物科学的发展,只有定性的结论已不能满足实践的需要,实现生物科学结论定量化是人们长期追求探索的目标;生物统计学是生物学科定量化的重要分析理论与方法,生物统计学是生物学科应具备的基本知识和素质,与生命活动有关的各种现象中普遍存在着随机现象,大到森林陆地生态系统,小至分子水平,均受到许多随机因素的影响,表现为各种各样的随机现象,而生物统计学正是从数量方面揭示大量随机现象中存在的必然规律的学科。因此,生物统计学是一门在实践中应用十分广泛的工具学科,它是生命科学各专业的专业基础课,对后续生命科学课程学习和生物科研有重要作用。
同时,生物统计作为数理统计在生物学领域的应用,是教学难度较大的一门课程。因此,在生物统计学精品课程建设过程中,针对各专业培养目标的定位,因材施教,更新教育理念,加强实践训练,在教学方法和教学手段上进行改革和大胆探索。
二、二十一世纪对生物统计学课程的重新定位。
(一)新世纪对生物统计学课程提出的新要求。
二十世纪上半叶农业和遗传统计学首先获得了发展,在其基础上发展起来的生物统计学、统计流行病学、随机化临床试验学已经成为攻克人类疾病的一个里程碑。这在过去的半个世纪里显著提高了人类的期望寿命。
21世纪人类基因组,基因芯片等实验科学产生出的巨量数据,需要新工具来组织和提取重要信息。
将数据转化为信息需要统计理论和实践方面的洞察力、技术和训练。
未来的生物统计学将会与信息技术密切结合,较少侧重传统数理统计,而会更多注意数据分析,尤其是大型数据库的处理。生物统计学越来越不同于其它数学领域,计算机和信息科学工具至少和概率论一样重要。
(二)生物统计学对大学生素质培养的作用。
生物统计学的一个重要特点就是通过样本来推断和估计总体,这样得到的结论有很大的可靠性但有一定的错误率,这是统计分析的基本特点,因此在生物统计课程的学习中培养了一种新的思维方法———从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果。
生物统计学是通过个别的试验研究得出其一般性结论,属于归纳推理的范畴。但其有别于简单枚举法和科学归纳法,是一种或然性归纳推理或者概率归纳推理。在生命科学的研究中绝大多数涉及到的是随机事件,因此,生物统计学不仅是试验设计与统计方法的教学,更重要的还是大学生思维方式的培养,这对提高大学生的素质很有必要。
生物统计学包括试验设计和统计方法两个有机联系的组成部分。通过试验设计的教学可提高大学生设计研究课题试验方案的能力,使之明确课题的研究目的、试验因素与水平以及试验设计方法等方面的内容。通过统计方法的教学除让学生弄清各种统计方法的内涵外,还需要使学生能够正确地选择最适合的统计方法,以揭示资料潜在的信息,达到研究的最终目的,从而提高大学生科学研究素质。
三、教学方法和教学手段的改革。
(一)加强电子课件及网络平台建设。
生物统计学是应用概率论和数理统计原理研究生物界数量变化的学科,而概率统计的理论和思维方法对本科生来说有一定的难度,加之课程学时的减少(由原来的60-70学时,降到现在的40学时左右),如何深入浅出地引导学生入门,并使学生在了解概率统计思想的基础上,掌握常用统计分析方法的应用及使用条件是课程的教学难点。为此,我们利用多媒体技术,制作了与教材配套的课件,通过在课堂上把抽象内容形象化与直观化,收到了良好教学效果。建设了一个生物统计学教学网络支撑平台,现有课程简介、教学大纲、师资力量、授课教案、电子版《生物统计学》教材、课程录像、实习指导、在线测试题、参考文献、其它教学资源等栏目,免费向全校师生开放。
(二)将多媒体教学优势与学生的认知规律有机结合,用较少的学时得到良好的教学效果。
多媒体具有信息量大、形象化、直观化的特点。
但是如果不能很好地将多媒体这些特点与学生的认知规律相结合,多媒体教学就可能会带来一些弊端诸如:(1)内容多,幻灯片变换快,由照本宣科变为照屏宣科,为新的“满堂灌”;(2)课件图片多,内容以展示为主,缺乏启发性;(3)教学内容常用满屏的方式显示(即所谓“死屏”),老师照着屏幕上的内容给学生讲解,失去了传统教学方法,老师边讲边板书能给学生留下比较深刻印象的特点,缺乏吸引力。
而多媒体在教学中只能充当工具的角色,在教学过程中必须将多媒体信息量大、形象化、直观化的特点与学生的认知规律紧密结合在一起。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式。在课堂教学中,老师仍然保持传统教学方法的教姿教态,在授课的过程中与学生保持互动,根据学生在课堂上接受知识的能力,掌握屏幕上显示内容的速度,必要时辅以板书进行讲解。这样做既发挥了多媒体教学的特点,又充分照顾到学生的认知规律,在内容没有缩减,学时减少近三分之一的情况下,仍然取得良好的教学效果。
(三)长期坚持教育教学方法及教学规律的研究。
生物统计学的理论基础是概率论与数理统计,从这个层面上讲,它有非常浓的数学味道,但是它又有别于概率论与数理统计,生物统计学更主要强调的是概率论及数理统计的思想和方法在解决生命科学中一些具体问题的应用。因此在教学过程中就存在一个“度”的把握问题,如果将概率论及数理统计的原理讲得太多,一是学时不允许,二是学生难以消化,得不到好的教学效果;如果只注重方法的讲解,学生知其然不知其所以然,就会误入乱套公式的歧途。经过将教学的重点放在教学中引导学生重点掌握统计方法的功能与用途,方法与步骤,防止各类方法的误用,淡化定理的证明与公式的推导。在教学内容的安排上采用“保干削枝”,即在学时减少很多的情况下,将一些次要的统计方法去掉,也要保证有足够的学时讲授理论分布与抽样分布、统计假设测验等方面的内容,让学生掌握生物统计学中所蕴含的概率论及数理统计的思想精髓,从而避免学生乱套统计公式。
(四)密切跟踪生命科学发展的前沿动向,探索生物统计学解决前沿问题的理论与方法。
统计学在生物学中的应用已有长远的历史,许多统计的理论与方法也是自生物上的应用发展而来,而且生物统计是一个极重要的跨生命科学各研究领域的平台。现在基因组学、蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展,使得生物统计在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。
在课程建设中,随时注意纳入生物统计学在前沿领域研究应用的内容,增强课程的活力,提高教师和学生面向生物产业主战场解决实际问题的能力。
四、加强实践教学,注重学生能力培养。
生物统计学要不要开实验课,怎样开实验课,一直存在争议,在此认为生物统计学不仅应该开设实验课,而且还要将实践教学的重点放在计算机技术和统计软件的应用上,让学生不仅掌握统计方法,而且加深对原理的认识,获得就业或升学的必备计算机统计技能,提高解决复杂问题的能力。
(一)开展统计软件的实习,扩大学生的视野,提高学生素质。
20世纪20年展起来的多元统计方法虽然对于处理多变量的种类数据问题具有很大的优越性,但由于计算工作量大,使得这些有效的统计分析方法一开始并没有能够在实践中很好推广开来。而电子计算机技术的诞生与发展,使得复杂的数据处理工作变得非常容易,所以充分利用现代计算技术,通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来,让用户直接看到统计输出结果与有关解释,从而使统计方法的普及变得非常容易。在课程体系改革中,各课程的教学时数与达到培养目标所需完成的教学内容相比还是不足的。为此,可以通过标准的统计软件的教学实习来达到以点带面,扩大学生视野,提高学生素质。
为此我们建立了一个专用于实习教学的生物统计电脑实验室。现共有50余台电脑,并连接到校园网。实验室配备有指导教师,负责对上机的学生答疑。除按教学计划进行的正常实习教学外,实验室还对优秀学生免费开放,鼓励他们结合教师的科研活动,应用所学生物统计学知识,学习新的生物统计学知识,掌握应用计算机解决生物统计学问题的技能。
(二)全方位、多层次的实践教学。
为了进一步培养学生实际动手能力和科学严谨的治学态度,必须将本课程的实践教学活动延伸到课堂教学外,开展全方位、多层次的实践教学。
在原绵阳农专期间,主要在作物育种、作物栽培、动物营养等课程实验与实习中,根据相关内容加入了试验设计方法以及数据统计分析的相关内容。
组建了西南科技大学生命科学与工程学院以后,由原来的单一农科专业变成了理、工、农三大学科均有专业的格局。虽然专业的学科归属不同,但有一点是相通的,其内涵均属于生命科学的范畴。以科学研究的方法进行划分,均属于实验科学。
掌握正确的实验设计方法,从不确定性数据中挖掘事物的客观规律,是实验科学工作者必备的技能。因此,我们将原来只是在农科专业上延伸实践教学的作法推广到全院的所有专业,结合实验课教学的改革,对发酵工艺学实验、植物细胞工程实验、食用菌实验、微生物学实验等课程的内容全部或部分改为用生物统计学指导学生自主进行实验设计,把过去单一的实验流程、样品观察或检测实验改变为试验条件的优化试验,提出在不同条件下对样品测定的比较试验设计、单因素试验设计、多因素试验设计、正交试验设计、均匀试验设计,对试验结果要求学生使用统计学的方法对进行分析和讨论,最后得出最佳试验条件。
这样的实验教学改革起到了一箭双雕的作用,从专业基础课或专业课的角度看,改验证性实验为设计型、综合性实验,增强了学生解决实际问题的能力,培养了学生创新思维的能力;从生物统计学角度看,将课程的教学实践延伸到课程外,弥补了学时的不足,更重要的是学生将自己学到的统计学知识,转化为解决实际问题的能力,知识得到很好的内化。
此外,在学生课外科技活动中指导学生选用正确的实验设计和数据的统计分析方法,提升科技作品的档次;在毕业论文(设计)中要求学生采用恰当的生物统计学方法进行设计与分析,写出高质量的毕业论文(设计)。
通过这样的教学实践,训练了学生的统计思维能力,使学生充分认识到掌握生物统计学这一工具的重要性和必要性,增强了学生学好用好这门工具的信心,提高了学生从复杂的生命现象中挖掘事物客观发展规律的能力。
精品课程是集科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性于一身的优秀课程。作为精品课程的载体,应具有一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教学方法、一流的教材、一流的教学管理等特点。与之相比,我们在生物统计学精品课程的建设上,才刚刚起步,今后还要在教材建设、师资队伍建设、科学研究等方面加大力度,将生物统计学建设成体现现代教育教学思想、符合现代科学技术和适应社会发展进步的需要、能够促进学生的全面发展而深受学生欢迎的一门课程。
参考文献:
[1]何风华,李明辉。生物统计学多媒体教学的探索与实践[J].江西教育学院学报(综合),2004,25(6):25~27
[2]洪伟,吴承祯,陈辉,等。精品课程建设的核心:学科、队伍建设与科学研究[J].高等农业教育,2004,6:50~51.
[3]崔相学。提高学生统计分析素质的实践与探讨[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2004,6(2):67~68.
随着生物科学的发展,只有定性的结论已不能满足实践的需要,实现生物科学结论定量化是人们长期追求探索的目标;生物统计学是生物学科定量化的重要分析理论与方法,生物统计学是生物学科应具备的基本知识和素质,与生命活动有关的各种现象中普遍存在着随机现象,大到森林陆地生态系统,小至分子水平,均受到许多随机因素的影响,表现为各种各样的随机现象,而生物统计学正是从数量方面揭示大量随机现象中存在的必然规律的学科。因此,生物统计学是一门在实践中应用十分广泛的工具学科,它是生命科学各专业的专业基础课,对后续生命科学课程学习和生物科研有重要作用。
同时,生物统计作为数理统计在生本论文由整理提供物学领域的应用,是教学难度较大的一门课程。因此,在生物统计学精品课程建设过程中,针对各专业培养目标的定位,因材施教,更新教育理念,加强实践训练,在教学方法和教学手段上进行改革和大胆探索。
二、二十一世纪对生物统计学课程的重新定位
(一)新世纪对生物统计学课程提出的新要求。
二十世纪上半叶农业和遗传统计学首先获得了发展,在其基础上发展起来的生物统计学、统计流行病学、随机化临床试验学已经成为攻克人类疾病的一个里程碑。这在过去的半个世纪里显著提高了人类的期望寿命。
21世纪人类基因组,基因芯片等实验科学产生出的巨量数据,需要新工具来组织和提取重要信息。
将数据转化为信息需要统计理论和实践本论文由整理提供方面的洞察力、技术和训练。
未来的生物统计学将会与信息技术密切结合,较少侧重传统数理统计,而会更多注意数据分析,尤其是大型数据库的处理。生物统计学越来越不同于其它数学领域,计算机和信息科学工具至少和概率论一样重要。
(二)生物统计学对大学生素质培养的作用。
生物统计学的一个重要特点就是通过样本来推断和估计总体,这样得到的结论有很大的可靠性但有一定的错误率,这是统计分析的基本特点,因此在生物统计课程的学习中培养了一种新的思维方法———从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果。
生物统计学是通过个别的试验研究得出其一般性结论,属于归纳推理的范畴。但其有别于简单枚举法和科学归纳法,是一种或然性归纳推理或者概率归纳推理。在生命科学的研究中绝大多数涉及到的是随机事件,因此,生物统计学不仅是试验设计与统计方法的教学,更重要的还是大学生思维方式的培养,这对提高大学生的素质很有必要。
生物统计学包括试验设计和统计方法两个有机联系的组成部分。通过试验设计的教学可提高大学生设计研究课题试验方案的能力,使之明确课题的研究目的、试验因素与水平以及试验设计方法等方面的内容。通过统计方法的教学除让学生弄清各种统计方法的内涵外,还需要使学生能够正确地选择最适合的统计方法,以揭示资料潜在的信息,达到研究的最终目的,从而提高大学生科学研究素质。
三、教学方法和教学手段的改革
(一)加强电子课件及网络平台本论文由整理提供建设。
生物统计学是应用概率论和数理统计原理研究生物界数量变化的学科,而概率统计的理论和思维方法对本科生来说有一定的难度,加之课程学时的减少(由原来的60-70学时,降到现在的40学时左右),如何深入浅出地引导学生入门,并使学生在了解概率统计思想的基础上,掌握常用统计分析方法的应用及使用条件是课程的教学难点。为此,我们利用多媒体技术,制作了与教材配套的课件,通过在课堂上把抽象内容形象化与直观化,收到了良好教学效果。建设了一个生物统计学教学网络支撑平台,现有课程简介、教学大纲、师资力量、授课教案、电子版《生物统计学》教材、课程录像、实习指导、在线测试题、参考文献、其它教学资源等栏目,免费向全校师生开放。
(二)将多媒体教学优势与学生的认知规律有机结合,用较少的学时得到良好的教学效果。
多媒体具有信息量大、形象化、直观化的特点。
但是如果不能很好地将多媒体这些特点与学生的认知规律相结合,多媒体教学就可能会带来一些弊端诸如:(1)内容多,幻灯片变换快,由照本宣科变为照屏宣科,为新的“满堂灌”;(2)课件图片多,内容以展示为主,缺乏启发性;(3)教学内容常用满屏的方式显示(即所谓“死屏”),老师照着屏幕上的内容给学生讲解,失去了传统教学方法,老师边讲边板书能给学生留下比较深刻印象的特点,缺乏吸引力。
而多媒体在教学中只能充当工具的角色,在教学过程中必须将多媒体信息量大、形象化、直观化的特点与学生的认知规律紧密结合在一起。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式。在课堂教学中,老师仍然保持传统教学方法的教姿教态,在授课的过程中与学生保持互动,根据学生在课堂上接受知识的能力,掌握屏幕上显示内容的速度,必要时辅以板书进行讲解。这样做既发挥了多媒体教学的特点,又充分照顾到学生的认知规律,在内容没本论文由整理提供有缩减,学时减少近三分之一的情况下,仍然取得良好的教学效果。
(三)长期坚持教育教学方法及教学规律的研究。
生物统计学的理论基础是概率论与数理统计,从这个层面上讲,它有非常浓的数学味道,但是它又有别于概率论与数理统计,生物统计学更主要强调的是概率论及数理统计的思想和方法在解决生命科学中一些具体问题的应用。因此在教学过程中就存在一个“度”的把握问题,如果将概率论及数理统计的原理讲得太多,一是学时不允许,二是学生难以消化,得不到好的教学效果;如果只注重方法的讲解,学生知其然不知其所以然,就会误入乱套公式的歧途。经过将教学的重点放在教学中引导学生重点掌握统计方法的功能与用途,方法与步骤,防止各类方法的误用,淡化定理的证明与公式的推导。在教学内容的安排上采用“保干削枝”,即在学时减少很多的情况下,将一些次要的统计方法去掉,也要保证有足够的学时讲授理论分布与抽样分布、统计假设测验等方面的内容,让学生掌握生物统计学中所蕴含的概率论及数理统计的思想精髓,从而避免学生乱套统计公式。
(四)密切跟踪生命科学发展的前沿动向,探索生物统计学解决前沿问题的理论与方法。
统计学在生物学中的应用已有长远的历史,本论文由整理提供许多统计的理论与方法也是自生物上的应用发展而来,而且生物统计是一个极重要的跨生命科学各研究领域的平台。现在基因组学、蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展,使得生物统计在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。
在课程建设中,随时注意纳入生物统计学在前沿领域研究应用的内容,增强课程的活力,提高教师和学生面向生物产业主战场解决实际问题的能力。
四、加强实践教学,注重学生能力培养
生物统计学要不要开实验课,怎样开实验课,一直存在争议,在此认为生物统计学不仅应该开设实验课,而且还要将实践教学的重点放在计算机技术和统计软件的应用上,让学生不仅掌握统计方法,而且加深对原理的认识,获得就业或升学的必备计算机统计技能,提高解决复杂问题的能力。
(一)开展统计软件的实习,扩大学生的视野,提高学生素质。
20世纪20年展起来的多元统计方法虽然对于处理多变量的种类数据问题具有很大的优越性,但由于计算工作量大,使得这些有效的统计分析方法一开始并没有能够在实践中很好推广开来。而电子计算机技术的诞生与发展,使得复杂的数据处理工作变得非常容易,所以充分利用现代计算技术,通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来,让用户直接看到统计输出结果与有关解释,从而使统计方法的普及变得非常容易。在课程体系改革中,各课程的教学时数与达到培养目标所需完成的教学内容相比还是不足的。为此,可以通过标准的统计软件的教学实习来达到以点带面,扩大学生视野,提高学生素质。超级秘书网
为此我们建立了一个专用于实习教学的生物统计电脑实验室。现共有50余台电脑,并连接到校园网。实验室配备有指导教师,负责对上机的学生答疑。除按教学计划进行的正常实习教学外,实验室还对优秀学生免费开放,鼓励他们结合教师的科研活动,应用所学生物统计学知识,学习新的生物统计学知识,掌握应用计算机解决生物统计学问题的技能。
(二)全方位、多层次的实践教学。
为了进一步培养学生实际动手能力和科学严谨的治学态度,必须将本课程的实践教学活动延伸到课堂教学外,开展全方位、多层次的实践教学。
在原绵阳农专期间,主要在作物育种、作物本论文由整理提供栽培、动物营养等课程实验与实习中,根据相关内容加入了试验设计方法以及数据统计分析的相关内容。
组建了西南科技大学生命科学与工程学院以后,由原来的单一农科专业变成了理、工、农三大学科均有专业的格局。虽然专业的学科归属不同,但有一点是相通的,其内涵均属于生命科学的范畴。以科学研究的方法进行划分,均属于实验科学。
掌握正确的实验设计方法,从不确定性数据中挖掘事物的客观规律,是实验科学工作者必备的技能。因此,我们将原来只是在农科专业上延伸实践教学的作法推广到全院的所有专业,结合实验课教学的改革,对发酵工艺学实验、植物细胞工程实验、食用菌实验、微生物学实验等课程的内容全部或部分改为用生物统计学指导学生自主进行实验设计,把过去单一的实验流程、样品观察或检测实验改变为试验条件的优化试验,提出在不同条件下对样品测定的比较试验设计、单因素试验设计、多因素试验设计、正交试验设计、均匀试验设计,对试验结果要求学生使用统计学的方法对进行分析和讨论,最后得出最佳试验条件。
这样的实验教学改革起到了一箭双雕的作用,从专业基础课或专业课的角度看,改验证性实验为设计型、综合性实验,增强了学生解决实际问题的能力,培养了学生创新思维的能力;从生物统计学角度看,将课程的教学实践延伸到课程外,弥补了学时的不足,更重要的是学生将自己学到的统计学知识,转化为解决实际问题的能力,知识得到很好的内化。
此外,在学生课外科技活动中指导学生选用正确的实验设计和数据的统计分析方法,提升科技作品的档次;在毕业论文(设计)中要求学生采用恰当的生物统计学方法进行设计与分析,写出高质量的毕业论文(设计)。
通过这样的教学实践,训练了学生的统计思维能力,使学生充分认识到掌握生物统计学这一工具的重要性和必要性,增强了学生学好用好这门工具的信心,提高了学生从复杂的生命现象中挖掘事物客观发展规律的能力。
数学可分为两大类,一类是纯数学,另一类是应用数学,其专业包括信息与计算科学。数学与应用数学,数理基础科学等。纯数学又称基础数学,偏重于理论,只研究单独的数的关系。而纯数学的孪生兄弟数学与应用数学可就“亲民”多了。所谓“应用”,当然是指与实际密切结合。在人们的日常生活中,从天气预报到股票涨落,到处都有数学与应用数学专业的用武之地。
榜单解读
数学不同于其他专业,学校的教育发展方向不同,教学的质量能力也不同,所以如果选择本科毕业后进一步深造,就必须考察高校在该专业上的科研实力、教学实力等。数学类专业是中国大学中比较大的专业,开设该专业的高校超过两百所,主要是综合性和理工类院校。北大在该学科上的雄厚实力居于国内领先地位。因数学大师陈省身定居南开大学,身边汇聚了一大批国内外知名的数学人才,南开也因此成为国际数学重镇之一。清华、复旦、浙大、川大等院校也具有很强的实力,各校均设有基础数学、应用数学的国家级重点学科点。中国科技大学、中山大学则拥有基础数学国家级重点学科,也拥有数学一级学科博士学位授予权,另外,前者的概率论与数理统计亦为国家级重点学科。其他如此师大、南京大学、中南大学、新疆大学等院校也有较强的实力。数学教育较好的学校有首都师范大学、厦门大学、西南大学、东北师范大学、陕西师范大学、清华大学等,可以选择的深造方向有计算数学、统计学、信息数学等。
报考须知
数学系是理论学科,学习难度相当大,如果没有对数学的热情或者没有努力的心情,最好还是不要选择本专业。
物理学类
作为最基本的理论学科,物理学能锻炼人严密的逻辑推导能力,使人具备扎实的理论功底。该学科的训练是培养高素质人才的重要途径,物理研究的进展,直接改变人类发展的进程,就像物理学家爱因斯坦的相对论一样震撼人类的文明进程。物理学科水平往往能代表一个学校的理科水平,一个学校物理学科的实力,必须经过长期的积累。国家重点实验室是学科实力的一种表现。
榜单解读
我国有近四百所高校开设物理类专业,该专业有比较多的研究方向,各招生院校的侧重点及优势也不同,考生可以根据自己的爱好与特长选择报考。作为我国最年轻的全国重点综合性大学,中国科技大学、南京大学的物理学具有国内领先的实力,复旦则设有理论物理、凝聚态物理、光学等学科的国家级重点学科点,清华的粒子物理与原子核物理、原子与分子物理、凝聚态物理等学科也是国家级重点学科。吉大、上海交大、山东大学、兰大、山西大学等院校的物理学学科亦实力不俗,各校均具有物理学一级学科博士学位授予权,另外,吉大的原子与分子物理、凝聚态物理亦为国家级重点学科,而上海交大、山东大学则拥有凝聚态物理的国家级重点学科点,兰大设有粒子物理与原子核物理的国家级重点学科点,山西大学的光学亦为国家级重点学科。其他如北师大、川大、大连理工大学、中山大学、郑州大学、北京工业大学、哈工大、华南师大等院校的物理学也各具优势。
报考须知
除了物理系之外,国内部分高校还开设了物理学专业。这为广大的学生提供了很好的机会。但一些院校的应用物理学系,有其名而无其实,对应用方面的重视远远不够。如果是一心想向应用方向发展的考生,最好还是仔细选择一个工科水平比较强的学校。
化学类
化学是最基础的学科,它提供了大量的理论和方法。除化工生产领域。凡是存在反应过程或传递过程并值得重视的场合,几乎都可以找到化学工程的用武之地。如服装行业、日化行业、医药行业的药剂分析和医药合成、环保行业的空气质量检验、材料检验以及制造等行业,都能找到化学学生的身影。
榜单解读
学好化学,一定要有一流的国家重点实验室,要有一流的导师。化学专业,北大的实力位居榜首,其拥有的国家级重点学科多达五个;南京大学、复旦的化学专业也属国内一流水平。吉大、中国科大、南开、厦大等院校也有雄厚的实力,各校均具有化学一级学科博士学位授予权。另外,吉大还设有无机化学、物理化学、高分子化学与物理等学科的国家级重点学科点,中国科技大学则拥有无机化学、物理化学等国家级重点学科,南开的有机化学、高分子化学与物理等学科亦为国家级重点学科,厦大设有分析化学、物理化学两个国家级重点学科点。兰大长于有机化学,而武大、湖南大学则在分析化学方面颇具实力,中山大学的高分子化学与物理学科为国家级重点学科,福州大学的物理化学学科优势突出,拥有该学科的博士点和国家级重点学科点。
报考须知
随着社会分工的细化,化学类专业细分了很多专业,如材料化学、高分子科学与工程、应用化学、化学生物学、无机化学、物理化学、高分子化学与物理、有机化学和分析化学等,报考时需要仔细区别。
生物科学类
生物科学类一般分为生物科学与生物技术两个专业。在许多学校,包括清华大学,这两个专业都是按“生物科学”一个专业招生。两者在课程安排和教学内容上并没有什么区别,只是在写毕业论文时各有侧重。生物科学专业主要涉及生物化学、分子生物学、生物物理学、结构生物学和细胞发育生物学等学科领域。生物技术专业则主要包括生物芯片技术、微生物发酵工程、藻类技术、细胞工程及酶工程和生态环境工程。
榜单解读
国内各高校已完善至生物科学的所有分支,有的院校以生化、植物为主;有的以微生物学为主:有的是由制糖、发酵发展而来:有的则侧重于生理、人体学。虽然同在生物科学这一蓝天下,但具体的内容却有很大的差别,各有千秋。
报考须知
生物科学类专业,是一门以实验为基础的学科,色盲、色弱和嗅觉丧失的学生都是限制报考的。生物科学课业繁重,有大量的实验等着你去做。报考本专业的学生,既要有扎实的化学、数学基础。还要有很强的动手能力。
天文学类
天文学天文学及其分支天体物理学以整个宇宙为对象,研究天体(包括人类赖以生存的太阳系行星系统)乃至整个宇宙的起源、结构、运动和演化。今天,研究生命的起源与演化,探求星际航行的可能性,寻求地外类地行星系统,已成为21世纪自然科学和高科技的重大领域。近几年来,以国际合作形式建造并投入使用或正在研制中的一系列大型设备,如哈勃空间望远镜,红外、X-射线空间观测站,新一代空间望远镜以及地面巨型光学、红外望远镜和大毫米波阵等等,都反映了当今天文学和天体物理学的勃勃生机和广阔的发展前景。
榜单解读
天文学专业的毕业生就业领域多是航天、测地、国防等部门,就业省份主要集中在江苏、上海、北京、山东和辽宁等五个地区。由于目前招收该专业本科生的只有4所名牌大学,所以不存在就业困难问题。该专业每年有一半以上的本科毕业生考取研究生。另外,由于天文学是一门国际性专业,许多发达国家都招收该专业的研究生,所以该专业学生留学机会也比较多。
报考须知
选读天文专业的学生应当对自然科学特别是物理和天文有强烈的兴趣,现代天文学是和现代物理学紧密相关的,当然,要学好物理必须要有良好的数学基础。特别喜爱数学的学生可以在天文学的某些领域找到自己的用武之地。要想进入天文学的前沿领域,必须具备良好的数理基础。
地球物理类
全球变暖致海平面升高,汶川大地震成为许多人不堪回忆的噩梦……地球内部的运行规律研究已成为各国及科学研究机构密切关注的焦点。地球物理学是从物理学的角度研究人类生存的地球及其周围空间,认识地球内部的各种物理过程并揭示其规律,探讨与地球相关的各种自然现象及其变化规律,从而在此基础上优化和改善人类生存环境的一门学科。该学科发展到现阶段已经是一门内容广泛的应用学科,包括预测地震、勘探地下资源、监测地下爆炸、研究地球内部地动力等。
榜单解读
目前,有不少学校有地球物理专业,像北京大学、中国科技大学、中国地质大学、长江大学等。不同的学校根据自身学科发展及市场的需要专业发展也有所侧重:北京大学侧重于固体地球物理及地球动力学,中国地质大学侧重于地球物理勘探,而吉林大学地球探测科学与技术学院侧重于地球物理仪器方面。虽然侧重点不同,但在本科生培养阶段各校都是强调基础知识的学习的,报考时可以根据自己的喜好及实际情况量力而行。
报考须知
地球物理学专业对考生的数学、物理科目有较高的要求。因为这个专业一般都在野外作业,尽管生活条件不一定比城市差,但劳动强度要比一般专业大得多。
统计学类
统计学是研究客观事物数量方面的方法论,其方法广适用于所有科学技术领域、工农业生产和国民经济的各个部门,还适用于社会科学方面。如人口统计学、心理统计学等。
目前为止,统计学最为重要的还是在经济方面的应用,可以说是经济研究中最为客观、最为重要的工具。金融、证券、保险等会经常用到统计学的知识。例如在证券投资中对于一个股票的分析,就需要用统计学的方法处理股票的历史数据;又如在保险业中的精算师。就要具备非常深厚的统计学功底。它的应用几乎遍及所有生产生活领域,所以,统计学近年的发展越来越快,各个部门和企业对统计学人才的需求越来越大。
榜单解读
统计学是中国大学中比较大的专业,也是比较热门的专业,约有一百所高校开设该专业,主要是综合性和财经类院校。在统计学方面,人大、厦大、北大、复旦等院校都具有相当强的实力,均设有统计学博士点,其中,前两者还拥有统计学的国家级重点学科。上海财大、西南财大、辽宁大学、南开大学等院校也较有实力。也都有统计学博士学位授予权。其他如中央财经大学、云南大学等院校也不错,都设有统计学硕士点。
报考须知
本专业在多数一本院校只招理科生,二本院校文理科考生兼招。作为数学中的一个重要分支,统计学所学的很多课程是以数学为基础的,即使是“经济统计学”,相对于其他的经济管理类专业,纯理论学的内容也不少,难度也比较大。
大气科学类
天为什么会下雨,雪是怎样形成的,台风是如何移动的,人怎样能让天下雨,如何控制沙尘暴的发生,全球变暖、南极臭氧洞是怎么回事等等都是大气科学研究的对象。传统观念认为,大气科学是基础学科,社会需求量少,学生就业面窄,远不如计算机、经济学等学科热门。但是很多人忽视了开设大气科学类专业的高校都是国家综合性重点院校,毕业生少而精的事实。目前用人单位对该专业毕业生的需求量相对较大,而且工作相对较稳定。各高校注重“宽基础、强能力、高素质、重实用”的人才培养模式,数据处理、计算机技术等都是大气科学专业毕业生的强项,因此他们的发展空间和潜力都很大。
榜单解读
开设大气科学的院校较少,比较优秀有名的院校包括:北京大学、南京大学、南京信息工程大学、中山大学、兰州大学、成都信息工程学院、中国海洋大学等。南京信息工程大学(原名南京气象学院)是该专业招生最多,培养气象人才最多的地方。
报考须知
大气科学的就业面很窄,大多数只能去气象局和机场,而且东部省份的市局省局几乎只要研究生,所以想留在大城市得做好考研的准备。
心理学类
心理学是一门交叉学科,从它诞生之日起,就不断地从生理学、数学、统计学、哲学、行为科学、管理学、教育学、医学等诸多学科中汲取营养,不断地完善自己。本科阶段的心理学学习还是以基础为主,会学习一些理论课,比如:普通心理学、教育心理学、人格心理学、发展心理学、心理咨询、变态心理学、管理心理学、营销心理学等等。在这些课中,我们会学到心理学应用各个方面的理论和研究结果,这些课就有意思得多。
榜单解读
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)04-0086-03
生物统计学是概率论和数理统计的原理和方法在生物学中的应用,是应用数学的一个十分重要的分支学科。它不仅提供如何正确地进行试验设计、合理地收集数据和整理数据,而且还提供合理选择正确的统计分析方法以及对计算结果的分析与应用[1-4]。不仅在传统的生物学、医学、药学和农学中被广泛应用,而且在现代分子生物学研究中也是十分重要的工具[5,6]。因此生物统计学是生命科学学科不同专业学生都应该掌握的一门重要的工具课,是许多高等院校生物科学专业的必修课程之一,是一门理论性和实践性较强的课程,该课程主要的目的是培养学生掌握基本的统计分析方法、收集和整理数据、处理数据以及分析试验数据的能力,并能为今后学习各专业课程以及毕业论文设计与实施奠定一定的基础,也有利于培养学生的科学研究能力以及独立分析问题和解决问题的能力[7,8]。但生物统计学理论性和实践性较强,且涉及大量的数学公式、抽象的概念和复杂的内容,需要一定的数学基础和逻辑推理能力。与其他课程相比,具有内容多、公式多、概念多及教师难教、学生难懂、难记、难用的“三多”和“四难”的特点[9-11]。对于数学基础较差的生物科学专业本科学生而言,学习起来有一定的难度,这就决定该门课程的教学与其他专业课程的教学应有一定的差异。因此针对该课程的特点,探索特色的生物统计学课程的教学内容体系、合适的教学手段和教学方法,较大程度激发学生的学习兴趣,培养学生理解生物统计学的基本原理、基本理论和基本方法,熟练掌握常用试验设计资料的统计分析方法及相关试验设计是一个非常重要且急待解决的问题。作者结合自己近十年生物统计学的教学实践,分析该门课程教学中存在的问题的基础上,就如何提高生物统计学的课堂教学进行了分析和讨论,以期为生物统计学的教学提供一定的参考。
一、生物统计学课程的地位和作用
生物统计学是生物学学科不同专业学生都应该掌握的一门重要的工具课,是许多高等院校生物学、农学、医学等专业的必修课程之一。它是现代生物学研究不可缺少的工具,是培养学生科学研究和综合分析问题能力的重要课程,也是生物学等工作者必备的基础,同时该课程又是其他专业课程的重要基础。因此该课程在生物学、农学、林学、医学、食品、环保等专业中占有十分重要的地位[12]。生物统计学需以生物材料进行研究,但通常所涉及的材料数量较大,很难也没有必要全部参加试验,必须通过科学的方法抽取有代表性的试验个体进行试验,以获得相关的数据,实现由样本推断总体的重要功能。因此生物统计学与试验设计紧密联系,主要讲授数据资料收集和整理的方法、数据资料的统计分析方法和手段以及在概率论的基础上对统计结果做出科学的推断,从而帮助我们认识研究对象的现象和本质[13]。因此,生物统计学已成为生物科技工作者必备的基础,也有利于培养和提高大学生的科学研究能力以及独立分析问题和解决问题的能力,是当代大学生系统的能力培养和全面的素质教育的具体体现。
二、生物统计学教学存在的主要问题
1.生物统计学教材方面。教材是体现教学内容和教学要求的知识载体,也是教学最基本的工具,它不仅是教师进行教学的依据,而且是学生获取知识的重要资料,选择适合教师和学生的生物统计学教材,能够保证教学过程的顺利进行,而且还能提高教学质量,达到良好的教学效果[14,15]。目前,国内所出版的生物统计学教材种类较多,各大高校由于教师和学生的情况不同,在教材方面的选择和使用也不一样。尽管如此,目前国内所出版的生物统计学教材主要包括两大类。第一大类完全是传统生物统计学的知识和内容,不涉及统计软件的介绍和使用,这一大类教材包含两小类,一类主要侧重理论教学,过分强调课程体系的完整性和理论讲授,注重公式的推导而忽视了实际应用例题的讲解。这类教材忽略了对大学生统计思维和综合分析问题能力的培养,因此有一定的缺陷。另一类是目前各大高校使用较多的生物统计学教材,该类教材虽然也存在一些必要的公式推导,但更侧重于统计学理论与实际结合,清楚介绍每一个统计原理理论后,再通过具体实例分析和巩固统计学的基本原理和基本方法,注重培养学生分析实际问题和解决实际问题的能力,因此这类教材比较适合现在生物科学等本科专业的使用。但这类生物统计学教材由于不涉及统计软件的内容,也存在一定的不足。如果教师在授课过程中未涉及一些统计软件的介绍和使用,那么即使学生完全掌握了相关的统计原理和方法,学生在复杂的试验设计及庞大的数据面前可能也会束手无策,即使会计算,在复杂及庞大的数据计算中也可能会算错,因此可能会得出相反的结论。第二大类统计教材完全是统计软件的介绍和使用,如Excel软件、SAS统计软件、SPSS统计软件、DPS统计软件、R统计软件等的介绍和使用。生物科学、技术等飞速发展的今天,这类统计软件发挥了很大的优势,给科技工作者带来了极大的方便。但这类教材也存在一定的不足,它只注重统计过程的运算和统计,没有统计原理的介绍,因此对没有相关统计学知识或统计学基础较差的学生或老师来说,即使按照教材上的步骤计算出相应的结果,但也不知道具体的含义,也不知道怎么分析。因此这类教材不适合大学本科生的教学。另外,这两大类教材要么只注重数理统计方法的讲授,要么只重视统计软件的使用,而忽视了统计学中的数理统计分析方法是建立在正确的试验设计以及所获数据资料准确的基础上才能发挥正确的作用,这是这两大类生物统计学教材共同存在的不足之处。因此,目前市场上还未见有统计学理论与实际结合,试验设计与统计原理相结合,统计软件与统计学原理相结合的较为完善的生物统计学教材。笔者认为这类生物统计学教材是当前生物科学专业、生物技术专业、生物工程专业、农学专业、医学专业、食品专业等本科专业较为适合的教材。
2.生物统计学与高等数学方面。①生物统计学与高等数学开课时间上的不一致性。国内许多高等学校生物科学等本科专业的培养方案中都把高等数学课程作为一门必修的基础课,学生通过对该门课程的学习,系统获得函数、极限、连续、导数、微积分及常微分方程等基础知识,它为后续课程的学习和解决实际问题提供必不可少的数学基础知识及常用的数学方法。而且,通过各个知识点的学习,逐步培养学生具有较为熟练的基本运算能力和自学能力,综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力。更重要的是,高等数学课程是学习生物统计学的关键,生物统计学中的许多原理和方法都需要高等数学中相应的知识作为基础。②生物统计学与高等数学教学上的脱节性。高等数学课程作为生物科学本科专业一门必修的基础课,各高校均认识到它在生物科学本科专业中的重要性。但长期以来,高等数学和生物统计学均作为两名独立的课程开设,一般情况下,高等数学课程由数学专业教师讲授,由于数学专业的教师没有生物学专业的相关知识,不清楚生物统计学课程的知识体系,只注重数学知识的推导、讲授。因此所讲授的知识内容之间通常存在许多不衔之处,形成了不利于生物统计学课程教学的知识的断层。同样,这也是生物统计学中教师难教,学生难学、难懂、难用的原因之一。
3.生物统计学教师知识结构和科研能力方面。常言道,学生需要一滴水,教师至少要有一桶水。生物统计学的教学,相对于其他课程而言,对教师的要求更高,不仅要求教师要有一定的数学知识,较为渊博的统计学知识,还要求教师要有较强的科研能力。教师只有具备一定的数学知识和渊博的统计学知识,才能很好把握生物统计学相关原理、理论、统计分析方法等。具备较强的科研能力,才能很好将生物统计学相关原理、理论、统计分析方法与实际相结合,才能很好地进行案例教学。
4.考试制度方面。考试制度在高等教育中占有非常重要的地位,考试是教学质量评价的一项重要指标,它既是对教师教学质量的反映,也是对学生学习效果的检验。考试制度是否合理,决定着教学质量的好坏以及学生学习积极性是否能得到最大限度地调动[16]。但是现阶段我国许多高校的考试制度较为死板,缺乏合理性和灵活性。如在学期期末考试中规定一定数量的题型,当然,这种考试制度对于规范考试是必须的,但是应该根据具体课程而定,而不能一概而论。就生物统计学课程而言,如果规定一定数量的考试题型(比如四种题型),那么教师只能根据考试规定勉为其难考虑四种题型。比如说名词解释、填空、问答、计算这四种题型。很明显,这种考试方式只是较为死板的考试,不能真证体现生物统计学课程的本质,不能很好考察学生对生物统计学原理的掌握及运用。
三、生物统计学教学策略
针对目前生物统计学存在的问题,笔者根据自己近十年的生物统计学教学实践,就如何提高生物统计学的课堂教学效果,提出如下建议。
1.选择合适的教材并优化教学内容。教材是教学最基本的工具,选择适合的生物统计学教材,能够保证教学过程的顺利进行,并能提高教学质量。针对目前市场上的不同种类教材,结合学生的实际,选择统计学理论与实际相结合,试验设计与统计原理相结合,统计软件与统计学原理相结合的生物统计学教材进行教学较为合适。据笔者过去的教学实践,该课程授课内容不宜过多和过深,授课内容过多学生精力会分散,分不清重点,而过深则影响学生的接受效果[17]。因此应根据学生实际优化教学内容,坚持以试验研究实例为线索,以科学的试验研究方法为主线,理论原理和实际例子相结合,从试验研究的选题和设计、试验方案的制定和实施、试验数据的收集和整理到试验数据的统计分析,最后做出科学的推断等,尽可能把抽象的统计学概念和原理转变为具体的实例,提高学生的学习兴趣,使其更好地理解和掌握所学的课程内容[7]。很好激发学生学习生物统计学课程的兴趣,从而更好地提高教学效果和教学质量。
2.处理好高等数学和生物统计学的关系。高等数学作为生物科学本科专业的基础课,是学习生物统计学的关键。一方面,高等数学一般在第一学年开设,因此生物统计学安排在第二学年开设为宜,这样能避免高等数学和生物统计学课程开设在时间上形成的断层,有利于学生对生物统计学的学习。另一方面,高等数学和生物统计学不应分别让不同专业的教师讲授,而均应由生物学专业教师讲授,因为生物学专业的教师清楚生物统计学课程的知识体系,在讲授高等数学时,能够根据生物统计学的相关原理和内容,优化高等数学的教学内容,有侧重点进行知识的讲授。从而能避免生物统计学与高等数学教学在知识上的脱节性,也有利于学生对生物统计学的学习。
3.提高自身知识结构和科研能力,注重案例教学。生物统计学教材大多理论性强,内容枯燥,容易使学生产生厌烦感。照本宣科的传统授课方法,更会使学生失去兴趣,对于培养学生的独立思考能力和创造能力十分不利。在现代教学中,教师既是知识的传授者,也是教学活动的组织者,在教学过程中起到关键的作用,教师知识水平的高低直接影响学生的学习效果[18]。因此教师应不断加强对生物统计学基本原理、基本理论和基本方法的学习与实践。另外,教师还应不断加强自身的科研能力,在教学过程中将自己的科研工作或生产实践案例贯穿到教学中,以自身科研实例辅助教学,增加学生的学习兴趣,培养学生的统计学思维以及对统计学的实际应用能力。
4.加强试验设计的教学和实践。试验设计又称为实验设计,它以概率论和数理统计的原理和方法为理论基础,科学地、经济地设计研究方案的一项技术。一个良好的试验设计,可以用最少的实验次数,得到足够的实验数据,从而能减少人力、物力和财力的投入[6]。由于生物统计学理论性和实践性较强,且涉及大量的数学公式、抽象的概念和复杂的内容。因此在生物统计学的教学中应充分调动学生学习的主动性,加强学生对生物统计学原理、知识的理解和综合运用,强化学生综合试验设计的锻炼及其应用。提高学生利用统计原理、方法分析和解决实际问题的能力。生物统计学教学中,一方面,教师应该有渊博的统计学知识及其丰富的科研经历,另一方面,应让学生走出教室,加强实践,使学生不但能够掌握统计分析的原理和方法,而且可以解决一些生产中的实际问题,真正达到生物统计学教学的目的。
5.改革传统的考核方式,着力培养学生综合运用生物统计学知识的能力。很多学校传统的考试以闭卷笔试的考核方式为主,试卷内容主要测重基本概念、理论知识和方法的考核,期末考试成绩基本决定了学期的成绩,这种考试方式造成的结果是学生平时可以不听课,考试前通过突击,也能考合格,但考后就可能全忘了。更重要的是学生学完生物统计学,学期考试后,都不知道学了些什么,更不知道怎么用,到做毕业论文需用到统计学原理和知识时,很多学生不会用或者乱用。一些高校期末考试总评成绩由平时成绩、期中成绩和期末成绩三部分组成。这种方式在一定程度上重视了学生平时学习情况和期中考试成绩,避免了期末考试成绩基本决定了学期成绩的弊端,但是某些高校规定了每门考试课必须有四种以上的题型,对于一般的学科而言,这种规定也许是可行的,但对于生物统计学而言,这种规定是不合理的。因为生物统计学的教学主要是培养学生综合运用统计学原理和知识的能力,培养学生如何进行试验设计、试验数据的统计、分析以及对统计结果的解释等。因此笔者认为,对于生物统计学的教学,教师应从学生的实际情况出发,以培养学生综合运用统计学原理和知识为目标,合理讲授统计学的相关内容。期末考试以开卷考试为宜,学期总评成绩由平时成绩、期中成绩和期末成绩三部分组成,考试题型只需考察计算题和试验设计题两种题型,即重点考察学生对基本知识的掌握程度及灵活运用统计学原理和方法解决实际问题的能力。
生物统计学是一门理论性较强的应用学科,涉及的内容多、公式多、概念多,对学生而言,难懂、难记、更难用,而且很多学生不愿意学习。因此在生物统计学教学过程中,教师应从学生的实际情况出发,选择合适的教材并优化教学内容,提高自身知识结构和科研能力,改变教学方法,加强试验设计的教学和实践,改革传统的考核方式,着力培养学生综合运用生物统计学原理和知识的能力为教学目标,充分调动学生学习生物统计学的主动性和积极性,同时增加学生上机学习统计软件的操作,掌握EXCEL、SPSS、DPS等统计软件的使用,提高学生利用生物统计学的原理和相关统计软件解决实际问题的能力。
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同时,生物统计作为数理统计在生物学领域的应用,是教学难度较大的一门课程。因此,在生物统计学精品课程建设过程中,针对各专业培养目标的定位,因材施教,更新教育理念,加强实践训练,在教学方法和教学手段上进行改革和大胆探索。
二、二十一世纪对生物统计学课程的重新定位。
(一)新世纪对生物统计学课程提出的新要求。
二十世纪上半叶农业和遗传统计学首先获得了发展,在其基础上发展起来的生物统计学、统计流行病学、随机化临床试验学已经成为攻克人类疾病的一个里程碑。这在过去的半个世纪里显著提高了人类的期望寿命。
21世纪人类基因组,基因芯片等实验科学产生出的巨量数据,需要新工具来组织和提取重要信息。
将数据转化为信息需要统计理论和实践方面的洞察力、技术和训练。
未来的生物统计学将会与信息技术密切结合,较少侧重传统数理统计,而会更多注意数据分析,尤其是大型数据库的处理。生物统计学越来越不同于其它数学领域,计算机和信息科学工具至少和概率论一样重要。
(二)生物统计学对大学生素质培养的作用。
生物统计学的一个重要特点就是通过样本来推断和估计总体,这样得到的结论有很大的可靠性但有一定的错误率,这是统计分析的基本特点,因此在生物统计课程的学习中培养了一种新的思维方法———从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果。
生物统计学是通过个别的试验研究得出其一般性结论,属于归纳推理的范畴。但其有别于简单枚举法和科学归纳法,是一种或然性归纳推理或者概率归纳推理。在生命科学的研究中绝大多数涉及到的是随机事件,因此,生物统计学不仅是试验设计与统计方法的教学,更重要的还是大学生思维方式的培养,这对提高大学生的素质很有必要。
生物统计学包括试验设计和统计方法两个有机联系的组成部分。通过试验设计的教学可提高大学生设计研究课题试验方案的能力,使之明确课题的研究目的、试验因素与水平以及试验设计方法等方面的内容。通过统计方法的教学除让学生弄清各种统计方法的内涵外,还需要使学生能够正确地选择最适合的统计方法,以揭示资料潜在的信息,达到研究的最终目的,从而提高大学生科学研究素质。
三、教学方法和教学手段的改革。
(一)加强电子课件及网络平台建设。
生物统计学是应用概率论和数理统计原理研究生物界数量变化的学科,而概率统计的理论和思维方法对本科生来说有一定的难度,加之课程学时的减少(由原来的60-70学时,降到现在的40学时左右),如何深入浅出地引导学生入门,并使学生在了解概率统计思想的基础上,掌握常用统计分析方法的应用及使用条件是课程的教学难点。为此,我们利用多媒体技术,制作了与教材配套的课件,通过在课堂上把抽象内容形象化与直观化,收到了良好教学效果。建设了一个生物统计学教学网络支撑平台,现有课程简介、教学大纲、师资力量、授课教案、电子版《生物统计学》教材、课程录像、实习指导、在线测试题、参考文献、其它教学资源等栏目,免费向全校师生开放。
(二)将多媒体教学优势与学生的认知规律有机结合,用较少的学时得到良好的教学效果。
多媒体具有信息量大、形象化、直观化的特点。
但是如果不能很好地将多媒体这些特点与学生的认知规律相结合,多媒体教学就可能会带来一些弊端诸如:(1)内容多,幻灯片变换快,由照本宣科变为照屏宣科,为新的“满堂灌”;(2)课件图片多,内容以展示为主,缺乏启发性;(3)教学内容常用满屏的方式显示(即所谓“死屏”),老师照着屏幕上的内容给学生讲解,失去了传统教学方法,老师边讲边板书能给学生留下比较深刻印象的特点,缺乏吸引力。
而多媒体在教学中只能充当工具的角色,在教学过程中必须将多媒体信息量大、形象化、直观化的特点与学生的认知规律紧密结合在一起。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式。在课堂教学中,老师仍然保持传统教学方法的教姿教态,在授课的过程中与学生保持互动,根据学生在课堂上接受知识的能力,掌握屏幕上显示内容的速度,必要时辅以板书进行讲解。这样做既发挥了多媒体教学的特点,又充分照顾到学生的认知规律,在内容没有缩减,学时减少近三分之一的情况下,仍然取得良好的教学效果。
(三)长期坚持教育教学方法及教学规律的研究。
生物统计学的理论基础是概率论与数理统计,从这个层面上讲,它有非常浓的数学味道,但是它又有别于概率论与数理统计,生物统计学更主要强调的是概率论及数理统计的思想和方法在解决生命科学中一些具体问题的应用。因此在教学过程中就存在一个“度”的把握问题,如果将概率论及数理统计的原理讲得太多,一是学时不允许,二是学生难以消化,得不到好的教学效果;如果只注重方法的讲解,学生知其然不知其所以然,就会误入乱套公式的歧途。经过将教学的重点放在教学中引导学生重点掌握统计方法的功能与用途,方法与步骤,防止各类方法的误用,淡化定理的证明与公式的推导。在教学内容的安排上采用“保干削枝”,即在学时减少很多的情况下,将一些次要的统计方法去掉,也要保证有足够的学时讲授理论分布与抽样分布、统计假设测验等方面的内容,让学生掌握生物统计学中所蕴含的概率论及数理统计的思想精髓,从而避免学生乱套统计公式。
(四)密切跟踪生命科学发展的前沿动向,探索生物统计学解决前沿问题的理论与方法。
统计学在生物学中的应用已有长远的历史,许多统计的理论与方法也是自生物上的应用发展而来,而且生物统计是一个极重要的跨生命科学各研究领域的平台。现在基因组学、蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展,使得生物统计在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。
在课程建设中,随时注意纳入生物统计学在前沿领域研究应用的内容,增强课程的活力,提高教师和学生面向生物产业主战场解决实际问题的能力。
四、加强实践教学,注重学生能力培养。
生物统计学要不要开实验课,怎样开实验课,一直存在争议,在此认为生物统计学不仅应该开设实验课,而且还要将实践教学的重点放在计算机技术和统计软件的应用上,让学生不仅掌握统计方法,而且加深对原理的认识,获得就业或升学的必备计算机统计技能,提高解决复杂问题的能力。
(一)开展统计软件的实习,扩大学生的视野,提高学生素质。
20世纪20年展起来的多元统计方法虽然对于处理多变量的种类数据问题具有很大的优越性,但由于计算工作量大,使得这些有效的统计分析方法一开始并没有能够在实践中很好推广开来。而电子计算机技术的诞生与发展,使得复杂的数据处理工作变得非常容易,所以充分利用现代计算技术,通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来,让用户直接看到统计输出结果与有关解释,从而使统计方法的普及变得非常容易。在课程体系改革中,各课程的教学时数与达到培养目标所需完成的教学内容相比还是不足的。为此,可以通过标准的统计软件的教学实习来达到以点带面,扩大学生视野,提高学生素质。
为此我们建立了一个专用于实习教学的生物统计电脑实验室。现共有50余台电脑,并连接到校园网。实验室配备有指导教师,负责对上机的学生答疑。除按教学计划进行的正常实习教学外,实验室还对优秀学生免费开放,鼓励他们结合教师的科研活动,应用所学生物统计学知识,学习新的生物统计学知识,掌握应用计算机解决生物统计学问题的技能。
(二)全方位、多层次的实践教学。
为了进一步培养学生实际动手能力和科学严谨的治学态度,必须将本课程的实践教学活动延伸到课堂教学外,开展全方位、多层次的实践教学。
在原绵阳农专期间,主要在作物育种、作物栽培、动物营养等课程实验与实习中,根据相关内容加入了试验设计方法以及数据统计分析的相关内容。
组建了西南科技大学生命科学与工程学院以后,由原来的单一农科专业变成了理、工、农三大学科均有专业的格局。虽然专业的学科归属不同,但有一点是相通的,其内涵均属于生命科学的范畴。以科学研究的方法进行划分,均属于实验科学。
掌握正确的实验设计方法,从不确定性数据中挖掘事物的客观规律,是实验科学工作者必备的技能。因此,我们将原来只是在农科专业上延伸实践教学的作法推广到全院的所有专业,结合实验课教学的改革,对发酵工艺学实验、植物细胞工程实验、食用菌实验、微生物学实验等课程的内容全部或部分改为用生物统计学指导学生自主进行实验设计,把过去单一的实验流程、样品观察或检测实验改变为试验条件的优化试验,提出在不同条件下对样品测定的比较试验设计、单因素试验设计、多因素试验设计、正交试验设计、均匀试验设计,对试验结果要求学生使用统计学的方法对进行分析和讨论,最后得出最佳试验条件。
这样的实验教学改革起到了一箭双雕的作用,从专业基础课或专业课的角度看,改验证性实验为设计型、综合性实验,增强了学生解决实际问题的能力,培养了学生创新思维的能力;从生物统计学角度看,将课程的教学实践延伸到课程外,弥补了学时的不足,更重要的是学生将自己学到的统计学知识,转化为解决实际问题的能力,知识得到很好的内化。
中国分类号:H191
生物统计学是畜牧兽医等农学专业必修的基础课程之一,其理论比较深奥难懂,对数学知识的要求也较高,而高职高专的生源质量决定了学生对其很难产生兴趣。为满足现代农业对高端技术技能型人才的需求,进行教学改革成为目前农业高职高专生物统计学教学面临的现实问题。
一、 农业类高职高专生物统计学课程教学改革的途径分析
1.改革教学模式
生物统计学是一门应用性和实践性都较强的学科,由传统的“理论(70%)+实训(30%)”教学模式向理实一体化教学转变,可大幅增加学生上机实践的时间,强化训练相关统计分析软件的操作。理论联系实际案例分析的教学流程,让教学更加直观生动,提高学生的学习效率。相关案例从学生历年的毕业论文中选取,培养学生解决实际问题的能力,增强学习的目的性和方向性,为今后的工作和学习打下基础。另一方面,理实一体化教学可以在保证教学质量的同时减少教学时间,可以由现在的45学时压缩至30-40学时,减轻高职高专学生的学业负担。
2.革新教学内容
生物统计学内容繁杂,原理和公式都很多,在有限的时间内学生难以系统地掌握。农业类高职高专学生生源质量普遍不高,所以如果不对相关内容进行针对性的精简和弱化,学生会陷入本末倒置,对于这些原理和公式的应用不能充分掌握和了解,进而限制学生在学习实践和今后的工作和科研中不能灵活运用解决实际问题。因此,在实际教学过程中要注重对教学内容进行针对性的改革,精简原理,弱化公式,注重理论和实践相结合的原则,突出相关统计分析软件的操作实践,让学生在有限的时间里既能学习到足够的理论知识,又能掌握相应的实践能力。
3.改变教学重点
按照传统的教学模式,相关的统计原理和公式作为讲解的重点,不仅学生在吸收和理解上会存在障碍,同时从实用价值来说同样也无太多必要性。因此,改变过去教学中只注重基本原理、基本方法的推导,转变为着重讲解统计方法适用的条件,统计结果的判断和选择,具体实践案例的分析和阐述,加强学生的上机实践操作,加强数据分析的专业解释和剖析。例如在卡方检验中注重讲解卡方公式和矫正公式各自适用的条件,在df=1的独立性检验案例中,比较Pearson卡方和连续性矫正的卡方值的差异,根据原理分析选择矫正卡方值的原因,突出专业知识对统计结果判断和选择的指导作用。
二、创新教学方法
教学内容的革新和教学目标的实现都必须建立在与之配套的教学方法构建上。科学的教学方法可以使得教学取得事半功倍的效果,是实现教学目标的关键。
1.运用现代教学手段
生物统计课程理实一体化教学的前提是在机房进行教学活动,相应的软硬件必需满足教学的需求。视频监控软件iVMS可以帮助教师实时掌握学生的动态,使学生专心参与教学活动。局域网授课软件Topdomain可以将课件和操作演示直接呈现在每一位学生的电脑屏幕上,吸引学生专注教学内容;另外授课软件可以将数据文件直接分发给每一位学生,节约了输入数据的时间,提高了教学效率。另外,根据社会的发展需要、往届学生的就业状况以及本校的专业特色来开发校本教材,编写一本适合本校特色的生物统计学教材,使学生所学的知识能与实践接轨。“飞鼠”鼠标的使用让教师可以脱离讲台,融入到学生中来,让“教与学”转变为“一起学”,加强师生互动,及时获得教学信息反馈。
2. 采用实践考核方法
考核方法要和教学模式相适应,改变以往的开卷笔试考核方法,引导学生转变学习方式,采用实践考核,全面考查学生的能力和素质,真实反映学生应用能力的水平。以2-3人的小组为单位,制作课程教学PPT或统计分析软件教学视频,培养学生的团队合作意识;联系相关专业合作企业提供生产实践中的实际数据,提供数据分析等技术服务,培养学生解决实际问题的能力;同其他专业教师合作,设计相应的试验方案、分析处理试验结果,带领综合评分较高的小组为其他专业的学生举办讲座,增强学生学习的成就感。
3.培养兴趣,鼓励自学
生物统计涉及的分析方法众多,相应的统计软件功能也很强大,在课堂教学中无法全部系统的学习。因此,生物统计课程教学的终极目的是要培养学生对本课程的兴趣,激发学生学习的内在动力,引导学生自我学习,从而实现自主学习的目标。
三、结语
农业类高职高专的生物统计学课程改革,是一个教学与实际不断融合的过程,对教师的知识水平和综合素质提出了更高的要求,教师需要不断的更新教学内容,及时与学生交流沟通获得反馈信息,促进教学相长,适时调整灵活多样的教学方法,营造轻松愉快的课堂氛围,以提高教学效率,培养学生综合素质。
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