《生物统计及试验设计》课程教学改革探讨

李彦杰 刘仁华 蒋梦芸

摘 要：为了适应社会对生物行业人才需求的新形势和新变化，本文结合我校生物学科的专业特点，结合我校生物学科专业特点以及行业发展、人才的新需求和新变化，对《生物统计及试验设计》课程的设计理念、设计思路、课程教学内容及实施和课程考核等方面作了有益的探索，旨在实现学生动手能力、创新意识及综合素质的提升。

关键词：生物统计 试验设计 教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2018）10-0050-02

《生物统计及试验设计》是我校生物学科相关专业的必修课程。该课程以微积分、线性代数和概率论等先修课程为基础，其教学内容分为生物统计学基础和试验设计两大模块，前者主要包括生物统计学的基本概念、原理和计算方法，后者主要包括生物试验设计的基本原理、思路、实验方案的制定流程、试验设计的误差控制途径和常见的试验设计方法等。该课程的方法和技能可用于生物学科相关专业的科学研究、生产工艺改进和质量控制等。

1 课程设计的理念和思路

1.1 课程设计理念

《生物统计及试验设计》的教学内容较为抽象，且知识点的掌握有一定难度，从以往的教学反馈和教学思考来看，存在如下几个较为突出的问题：（1）学生对统计学的一些概念理解较为困难，对常见分析模型和知识体系的使用不太清楚；（2）部分学生虽然可以独立完成课后作业等，但在后续实践项目中存在诸如“不知道从何入手”和对实验结果数据作过度分析、解读等问题；（3）学生对常见的统计分析软件不太熟悉，且对实验数据作规范整理及分析的概念未能完全建立；（4）试验设计能力较差，不熟悉或不能正确使用常见试验设计软件完成正规的实验设计方案。

课程设计理念与教育目标相对应是落实“培养什么人、怎样培养人”的关键[1]。调研发现，以往该课程的教学内容与企业实际需求相比，表现出一定的滞后性和不相匹配性。在本课程新教学大纲及教学内容制定中，广泛征求、参照企业工作人员和毕业生的意见和建议，并经过多次论证，根据教学内容特点及应用型转型背景下对学生提出的新要求，提出该课程的设计理念：（1）以市场需求为背景，局部体现动态调整性和适当前瞻性；（2）以突出应用性为导向，突出与企业直接对接的应用性；（3）以实训为实现手段，强调学生业务能力的提升；（4）以创新为目标，实现对学生的培养要求。

1.2 课程设计思路

按照上述4个设计理念，在课程教学过程开展中紧扣以应用为目标、以能力培养为中心、以教学方法多样化为手段和以实际任务为驱动的教学模式。

1.2.1 以应用为目标

以往该课程教学反馈显示，学生对本课程的基础知识掌握较好，但跟踪后续学生参与的科研项目、毕业论文等环节发现，不少学生依然存在为“不知道本课程的方法和技能哪里该用”、“如何正确、规范的使用”和“如何对分析结果作客观解读”等问题。因此，在本课程的教学过程中，应准确把握本课程属于应用统计学这一原则，教学内容应有所取舍，并突出重点，如对基本的概念和统计学思想应讲清讲透，而对一些较为复杂公式的推导过程对学生不作额外要求。同时，在掌握本课程基础知识前提下，强化实际案例教学、操作演示及结果解读，增加课后软件工具讲座，加强课后学生自主练习和解答，突出以应用为主的培养目标。

1.2.2 以能力为中心

应用型转型的关鍵是培养学生的思维能力、动手能力和创新能力[2-3]。在课程的教学实施过程中始终贯穿以学生为主体，以学生能力培养为中心的课程教学模式。结合新的教学内容及模块，紧扣学生就业岗位的能力需求，重点突出数据资料的整理、归纳及可视化，误差分析的不同方法及实现，试验设计的方法及实现，且在教学过程中强化数据及实验设计软件的使用，以提升学生的实践能力。参与综合项目是巩固和提升能力的关键环节之一，通过收集学生同学期开设的专业课大实验数据及学生参与的创新项目实验数据等，引导学生有意识的思考及实现实验数据的分析：分析的目的是什么？通过什么分析方法实现分析目的？分析结果在统计学上说明了？本次或后续实验是否有改进的潜力等。

1.2.3 以教学方法多样化为手段

充分利用多媒体形象化和具体化的教学手段，采取多种教学方法和手段并用的立体化教学模式以提高教学效果。对比较抽象的概念，列举多个与学生生活紧密相关，便于学生理解的案例反复讲述，引导学生从建立印象逐步到体会、理解。如讲述抽样分布的概念时，可通过计算机作抽样仿真，帮助学生理解抽样方式、样本容量和样本均值分布等概念。对试验设计的教学采取多媒体总体演示，教学软件分步操作的方法使得学生熟悉、掌握试验设计思路以及如何一步步的实现正规的试验设计。在教学软件使用的教学环节采用数据分析软件现场演示，通过现场化的过程展示，引导学生体会、建立数据分析及试验设计的思路、流程及方法。从教学反馈来看，现场化的软件教学演示比PPT展示软件操作更能带动学生的学习热情和积极性。

1.2.4 以实训项目为驱动

在教学过程中布置实训项目和任务可显著提升学生的综合应用能力。本课程的实训项目主要筛选自其他专业课综合实验项目、学生参与的科研项目和企业实训中与试验设计和数据处理有关的部分。如专业课程实训中开设了PCR优化实验，以本项目作为本课程的教学案例，从实验的目的、实验因子的选择、因子水平的设置、试验方法的选择、软件设计实验表及实验结果分析解释等一步步引导学生掌握该模块教学内容。

2 教学内容及实施

以课程设计理念及目标基础，以学生能力培养为关键，根据该课程的前期教学反馈、总结及对口企业对毕业生的工作能力评价及建议，该课程教学内容分为生物统计学基础和试验设计两大模块，课内教学共计32学时。

2.1 生物统计学基础

生物统计的基本知识点主要包括：总体与样本、理论分布与抽样分布、数据整理、统计推断及均值检验、方差分析、卡方检验、回归与相关分析等。该部分的教学及实训分别推荐或建议学生尝试多种数据整理及分析软件，鼓励学生通过动手操作体会不同软件的特点及使用异同，以提高学生的自主学习能力和动手能力等。如数据整理通常可用EXCEL，数据可视化可用EXCEL、Origin、Sigmaplot和GraphPad Prism等，数据整理、统计分析可用EXCEL、SPSS、Minitab、JMP和SAS等。同时鼓励学有余力的同学学习Matlab等软件或Python等语言工具。教学中对不同分析结果作详细解释，在实训中要求学生对分析结果中的图表作注释，并根据要求，提交正规的统计分析报告。

2.2 试验设计

本部分教学分为试验设计的目的、原理及常见方法。在熟悉每一种试验设计原理及流程的基础之上，引导学生理解不同试验设计方法的优缺点，并能熟悉选择、使用不同试验设计方法完成正规试验设计。每一个实验类型均通过具体案例讲述，在试验设计环节引入三种教学软件Minitab、JMP和Design-Expert辅助生成实验表格及完成后续实验数据分析。课外安排与企业相关的试验设计（design of experiments，DOE）讲座，引导学生理解DOE在企业质量控制、工艺改善等方面的作用及初步建立DOE的实施步骤。

3 课程考核

基于重点培养学生应用能力的教学要求，该课程的期末考核采取两部分实施：（1）生物统计的基本概念、理论及方法，试验设计的基本理论、方法等采取闭卷考核的方式。（2）实验流程的设计、实施及数据整理分析采取实训考核方式，考核项目从同期开设的专业课综合实验项目中抽取。考核前将学生分组，每组4人，抽取一个专业课综合实验项目，首先按照本课程要求设计正规的实验流程及生成对应表格，在专业课综合实验室开展实验并采集数据，按照本课程要求对数据作整理、分析，并作出客观的解释，然后提交分析报告及作小组汇报。该课程总成绩按照平时成绩+期末考核作综合评定，具体项目包括课堂提问（10%），作业（10%），期末闭卷考试（50%）和实训考核（30%）。

4 结语

地方本科院校应用型转型的核心是以学生为中心，着重培养学生的思维能力、动手能力和创新能力。课程教学改革是推动学校转型和学生3个能力培养的关键，也是培养适应社会科技、经济发展的应用型人才的基础。为了适应转型的需要和学生能力培养的目标，我们对《生物统计及试验设计》课程从课程设计理念、课程内容及具体实施和课程考核等方面作了初步的探索和尝试，并取得了一定的实效。

参考文献：

[1] 康琪，丁邦平.关于教育目的与教育目标、教学和课程目标关系的再思考[J].北京教育学院学报，2016，30（2）：39-46.

[2] 吴睿，唐先龙，杨永剛.创新思维STC算子法在应用技术型人才培养中的运用[J].课程教育研究，2014（30）：16-17.

[3] 邵平，张建友，何晋浙，等.校政企协同食品专业工程实践教学体系探索与实践[J].食品与机械，2014（2）：266-268.