“生物统计学”教学改革刍议

王英 朱稳 唐燕琼 闵义

[摘 要] “生物统计学”是我国高校生物科学、植物生产类的专业基础课，具有较强的理论性和实用性。为了让学生更好地学习和掌握这门课程，针对教学中存在的问题，结合多年的教学实践和该门课的教学特点，提出在教学中应选择合适的教材并优化教学内容，以多媒體技术与传统教学方式相结合的教学手段，同时加强田间试验与软件应用相结合，来激发学生学习兴趣，加深对所学内容的理解和掌握，培养学生科学开展试验设计与应用统计软件分析数据的能力，改革考核方式等观点和建议。

[关键词] 生物统计学;课程;教学改革

[基金项目] 2017年度海南大学网络课程“生物统计学”（hdwlkc201703）;2020年度海南省高等学校教育教学改革研究项目“‘双一流建设背景下农学专业课程体系优化研究”（hnjg2020-10）;2020年度海南大学教育教学改革项目“‘双一流建设背景下农学专业课程体系优化研究”（hdjy2022）;2020年度第四批海南省高校精品在线开放课程“生物统计学”

[作者简介] 王 英（1971—），女，陕西长安人，博士，海南大学热带作物学院教授，主要从事作物遗传育种研究;朱 稳（1970—），男，贵州赫章人，学士，海南大学热带作物学院教授，讲师，主要从事生物统计研究;唐燕琼（1968—），女，云南勐海人，博士，海南大学生命科学与药学院教授，主要从事植物病原细菌真菌的遗传机理及生物防控技术研究。

[中图分类号] G420   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）11-0045-04    [收稿日期] 2020-12-29

“生物统计学”是把数学语言引入具体生命科学领域来解决其各分支学科中试验设计和统计分析问题，也是进行搜集、分析和解释生物学数据的一门学科[1]。了解并掌握好这门课程，能帮助专业技术人员通过事物外在的数量表现去揭示事物可能存在的内在规律性，同时，根据专业知识去发现、分析和解释为什么会存在这种规律性，是一门应用数学。因此，生物统计广泛应用于生物科学、农学、植物保护、园艺等研究领域的数据处理和分析中。“生物统计学”对生命科学相关课程的学习和生物科学研究有重要作用，在许多高等学校被设为生物科学、植物生产类专业的专业基础课程或学科基础课程。

“生物统计学”一般涵盖田间试验中常用的试验设计方法与统计分析方法两部分。由于是与数理统计相结合的学科，比较抽象，需要较强的逻辑思维能力，加之初学者通常也没有田间试验的工作经历，因此，是一门较为难学，也比较难教的课程[2]。为了有效提高“生物统计学”的教学质量，课程教学团队在多年的教学实践中对该课程教学方法进行系列探索和实践，积累了如下教学经验和体会。

一、选择合适教材并优化教学内容

教材不仅是体现教学内容与要求的知识载体，也是教师教学的基本工具，更是学生在校获取知识的重要渠道，教材作为教师的教学依据，贯穿在整个教学过程中，对提高教学质量起到无可取代的重要作用[3]。目前国内有关生物统计方面的教材主要有两类：一类以统计原理的介绍和统计模型的推导为主，如林德光主编的《生物统计学的数学原理》[4]、莫惠栋主编的《农业试验统计》[5]等;另一类更注重基本理论知识与实际应用相结合，包括各种例题解析、软件应用、实用统计方法介绍等内容，如盖钧镒主编的《试验统计方法》（第4版）[6]，杜荣骞主编的《生物统计学》（第4版）[7]及明道绪编著的《田间试验与统计分析》[8]等教材。从学以致用的角度来考虑，笔者认为后者更适合高等院校农林专业、生命科学专业学生学习使用。

一本适合农科类本科生学习的“生物统计学”教材，其内容应包括以下几方面：试验前的试验方案设计、试验过程中的误差控制及试验后的数据资料分析，教材着重点在应用，通过各种常用的统计方法介绍、例题讲解、应用软件操作，从生物领域各种实际应用出发，培养学生的统计理念与逻辑思维，通过应用统计学中涉及的原理及方法来解决科研生产实践中遇到的各种问题。笔者在长期的教学过程中根据现代农科类本科教育培养目标及学生自身的相关知识基础，选用了盖钧镒主编的《试验统计方法》（第4版），该教材是我国普通高等教育“十一五”国家级规划教材，也是全国高等农林院校“十二五”规划教材，该教材与目前发行的其他同类教材相比，优点在于采用非数学性的方法叙述，深入浅出地介绍了统计学相关的理论与公式，并能着重介绍常用的试验设计与统计分析方法和应用，每种方法均配有试验例题及相应的SAS软件应用，可供比照使用[6]。笔者认为教师在精心安排教学内容时一定要涉及相应的统计软件教学内容。合适的统计软件应用，不仅简化了统计数据的计算，使其更加准确，而且增加了统计教学的趣味性，使统计教学变得趣味盎然。因此，笔者已将Excel及SAS（Statistical Analysis System）软件等应用到相应的章节内容上，在一定程度上激发了学生对该门课程的学习兴趣，课堂气氛活跃，教学效果良好。

二、多媒体技术与传统教学方式相结合

“生物统计学”的最大特点是公式多、数据多，抽象、不好理解，学生在课堂中容易出现思维疲劳、注意力不集中的现象[9]。在传统板书式教学中，教师课堂上需要花费很多时间用于抄写公式和数据，对教学进度和教学质量造成影响。多媒体辅助教学早已成为现代教育教学技术的一种重要手段。多媒体课件具有容量大、展示灵活的特点，有效地将文字与图像、动画与音视频融为一体，教师可在教学过程中充分利用动画声音、字体颜色、背景图案等课件形式，为教学创造广阔的展示空间。有利于多角度刺激学生感官，活跃学生思维，吸引学生注意力，使内容更容易被学生理解和消化。笔者以多媒体教学为主，传统教学手段为辅，对于“生物统计学”中重点需要掌握的知识点，如概念的关键词、重要公式和重要数据等进行简洁明了的板书，起到画龙点睛的作用。如笔者在讲授“第一章 科学试验及其误差控制”的试验因素、水平、试验指标及效应等内容时，采用以多媒体技术为主、课堂板书为辅助的方式，先将相关概念用PPT展示，再结合所教授学生的专业在黑板上列举一试验，通过讲解、分析、板书、提问等方式让学生充分了解并掌握所学的内容，能做到正确设计试验并分析相应的试验因素、水平、试验指标等。

笔者发现在“生物统计学”的教学过程中，对部分相对较难理解但又是重点的知识点采用以上做法既可提高学生的学习兴趣，又可提高教学时效。但需要注意的是，一方面多媒体教学在加快教学进度，提高课堂教学效率上发挥了很大作用;另一方面也要考虑到学生課堂接受能力的差异，要在控制多媒体教学节奏上下功夫，要根据教学内容的难易程度，适时地留出时间让学生做好笔记、完成课堂练习，并及时消化当堂所学内容。另外，在教学中要多种教学方法相融合，也可将大部分重点教学内容制作成视频，以网络课程录像形式对学生开放，线上与线下混合教学，从而辅助加强学生对该课程知识的学习与掌握，才能达到事半功倍的教学效果。

三、加强田间试验与软件应用相结合

教学实践表明，田间试验和软件应用是“生物统计学”重要的两大实践性教学。“生物统计学”课程实践性较强，笔者感觉最好能在理论教学的同时增加一些简单的单因子试验、相关性试验设计的田间试验教学，好让学生亲身体验田间设计，更好地理解和掌握具体的试验设计与统计分析方法，进而取得举一反三、触类旁通的学习效果。如在给农学专业学生讲授该课程时，指导该专业学生能在其参加的热带作物学院“农学协会”开展的田间种植科研活动时，科学设计实验，将课堂学到的理论知识运用到科研实训中，加深了对知识的理解，能因地制宜、灵活应用常用的田间试验设计与统计分析方法。

将统计软件的应用充分融入实践教学过程中，促使学生掌握利用统计软件进行数据分析的技能。在“生物统计学”中，大部分的数据分析都需要人们用统计软件来完成，可以说，不掌握统计软件就无法应用“生物统计学”。教师要重视并开展有关分析软件的教学实验内容，注重培养学生应用统计软件来解决实际问题的能力。在实验教学过程中，教师可将Excel、SAS两种统计软件与实验教学内容相结合，这一方式有效地提高了实验教学的效率。

Excel的统计功能虽然不如专业统计软件（如SPSS）那样强大，但Excel软件具有很好的通用性与兼容性，成为生物统计学方面最简单易操作的辅助软件。在“生物统计学”实验教学中，应用Excel可以实现对数据的输入、整理、图表绘制及简单统计计算等，如特征数、卡方值、t检验计算等。故在给本校植物生产类专业学生进行“试验资料的整理及特征数”教学时，利用Excel软件对例题中的总和、平均数、标准差、方差、平方和、变异系数等特征数进行计算，能有效引导学生主动使用个人电脑的基本统计软件，加强学生对课程知识的理解与掌握。

SAS统计软件的功能齐全，涵盖了生物学中所有的统计方法，更适合于复杂数据的统计分析和试验设计[ 10 ]。SAS软件在生物科学中的主要应用有两大模块：包含由平均数检验、t检验、方差分析、因子分析、聚类分析、广义线性模型、判别分析等，以及多因素试验、裂区设计、拉丁方设计、正交设计和响应面设计等试验设计，这两方面内容构成的统计分析模块;由绘制直方图、散点图、饼图、时间序列图、层次图等构成的绘图模块。在实验教学中，通常教师可以针对“生物统计学”中常用的统计分析法，先编辑一些常用的SAS程序，学生使用时只需对程序做适当修改，替换相应数据，就能直接使用。笔者在教学过程中，针对本校生物科学类专业的“生物统计学（课内实验）”，在理论教学时，先利用SAS软件对学生进行统计分析模块，如平均数的检验、t检验、相关分析、回归分析、方差分析等介绍。继而在理论教学结束时开展了系列上机练习，通过上机练习加深学生对相应知识的理解与掌握。如上机练习一：“SAS软件简介及试验资料的整理、基本统计SAS分析”。通过该次上机练习，达到了使学生基本了解SAS软件统计分析基本操作（安装与启动、程序的编写与执行），及掌握资料的整理及基本统计SAS分析的效果;上机练习二：“统计假设测验及卡平方测验”，通过该次上机练习，达到了使学生学习掌握均数差异显著性测验SAS分析，并掌握计数资料卡平方测验SAS分析（适合性测验、独立性测验）的目的;上机练习三：“方差分析、相关与回归分析及协方差分析”，通过该次上机练习，达到了使学生学习掌握常用试验设计实验结果的方差分析及SAS输出结果解释，掌握资料直线相关与回归SAS分析结果解析，了解含有一个协变量的随机区组设计实验数据的协方差分析的应用。

另外，还用一款国产统计分析软件DPS（Data Processing System），由于是中文界面，也不需要编辑程序，使用起来非常简便易懂，另外，笔者认为针对初学者，在进行试验设计时，用DPS软件进行设计更简单直观，有条件的也可让学生了解掌握。

四、调整考核评价的方式

“生物统计学”是一门应用性很强的课程，因此，该课程的考核应把学生应用统计学知识解决、分析实际问题的能力作为考核重点。对于公式的推导、统计的理论只需让有兴趣的同学关注即可。

由于采用了田间试验和软件分析实践教学，实践教学的效果也是需用适当的考核方式进行评价，因此，有必要对实践教学赋予一定的考核比例，引起学生充分的重视。

生物统计学的掌握重在练习，平时课堂上在理论教学结束后，笔者会经常性地针对理论教学的内容出几道应用题进行小测试，课后也会布置相关的应用题作为课后作业进行巩固。因此，这部分学习内容也需要赋予一定的考核比例。

另外，一个学期结束后，要对学生进行整个课程理论基础、技术方法掌握程度、分析与解决问题能力的综合考核。可以结合闭卷考试和实验考核两种方式，采取闭卷考试方式来判断学生对基础知识的掌握，结合实验（统计软件应用）来考核学生的实际应用部分。考试内容要注重其实用性，减少偏题，增加一些能体现出学生对基本知识的掌握程度、能灵活运用知识来解决实际问题的试题;另外，也可根据考核学生专业方向的不同，灵活增加一些设计型试题，用来检验学生对基本理论知识的理解及与本专业知识的融合情况。

为了强化平时课程练习，督促学生及时复习所学章节内容及重点知识，达到良好的教学效果目标，该课程的学生总评成绩评定比例可调整为：平时成绩∶实验成绩∶期末成绩=2∶2∶6。

總之，“生物统计学”是培养生物科学、植物生产类人才必不可少的一门应用性学科，也是所有从事生物类科学研究不可或缺的数据分析工具。没有科学的统计，就没有科学的试验，也就无法得出科学的结论。“生物统计学”课程教学的目标，就是培养兼备统计分析能力与逻辑思维能力的专业技术人才，为生物技术及农业生产专业做储备。“生物统计学”教学改革就是为了更好地实现教学目标的一项长期的系统工程，将随着科学技术手段和教学理念的提升而不断革新。

参考文献

[1]曹旭华.地方本科高校办学定位与发展战略研究[M].北京：经济科学出版社，2010.

[2]张以忠，邓琳琼.高校“生物统计学”课程教学思考[J].教育教学论坛，2014（4）：86-89.

[3]席升阳.我国大学创业教育的观念、理念与实践[M].北京：科学出版社，2008.

[4]林德光.生物统计学的数学原理[M].沈阳：辽宁人民出版社，1982.

[5]莫惠栋.农业试验统计[M].2版.上海：上海科学出版社，1992.

[6]盖钧镒.试验统计方法[M].4版.北京：中国农业出版社，2013.

[7]杜荣骞.生物统计学[M].4版.北京：高等教育出版社，2014.

[8]明道绪.田间试验与统计分析[M].3版.北京：科学出版社，2013.

[9]王崇华.农学类专业生物统计课程教学改革探讨[J].河南农业，2018（10）：39-40.

[10]和凤美，朱永明，侯自明.生物统计学教改探讨[J].中国科教创新导刊，2013（28）：41-43.

On the Teaching Reform of Biostatistics

WANG Yinga， ZHU Wena， TANG Yan-qiongb， MIN Yib

（a.College of Tropical Crops， b. School of Life and Pharmaceutical Sciences， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China）

Abstract： Biostatistics is a basic course for students majoring in biological science and plant production sciences in colleges and universities in China， which is theoretical and practical. In order to enable students to learn and master the course better， in view of the problems existing in the teaching of Biostatistics， and combined with the teaching practice for many years and the teaching characteristics of this course， we propose that suitable teaching materials should be selected and the teaching contents should be optimized; we should combine multimedia technology with traditional teaching methods and strengthen the combination of field experiments and software applications， so as to stimulate students interest in learning and deepen their understanding and mastery of what they have learned and to train the students ability of designing scientific experiments and analyzing data with statistical software; we should reform the ways of evaluation.

Key words：  Biostatistics; courses; teaching reform