生物试验设计与数据处理课程线上线下混合式教学模式探究

金诗语 王士岩 朱小燕

（淮阴工学院 生命科学与食品工程学院 江苏淮安 223003）

试验设计与数据处理课程是高等院校理工类的专业必修课程，是从事工农业生产的基础，也是开展科学研究的重要工具。该课程内容复杂抽象、涉及体系广、知识更新快，新的统计分析方法不断涌现。在传统的课堂教学中，有限的学时内，学生与教师的互动时间少、互动内容覆盖面小，难以将所学的理论知识应用于学生所学专业和实际生活中。这使得单纯的线下教学效果并不是很理想，学生的期末考试成绩也普遍偏低，在随后的工作与研究生期间学生的数据分析能力不强。此外，受疫情的影响，部分地区学生不能按时返校上课，使得原本有序的面对面教学无法继续推进。而利用钉钉等平台开展线上线下混合教学模式可有效弥补这一缺陷，使学生的学习不受时空的限制。该模式突出了学生在学习中的主体地位，使学生的主动性得到了充分的发挥，同时也突出教师对学生学习的引导作用，强调教师提供数字化资源创设情景，并通过网络平台向学生推送学习资源，进行线上阶段教学。通过语言文字、经典视频、案例教学等形式引导学生主动参与自主学习，经过课前预习、课堂教师讲解、学生间互相讨论、课后复习巩固，使学生对知识的理解更加透彻。在实施过程中，教师可实时获取学生的学习数据，这有助于及时调整教学内容和进度[1]。但是单一的线上教学也存在许多的问题，这包括：（1）学生缺乏老师的临场监管，部分学生出现严重的刷课现象；（2）线上教学效果与质量容易受到网络质量的影响，在规定的时间内完成学习任务容易出现网络故障，影响教学质量；（3）学生遇到问题不能在第一时间得到有效解决，存在的问题难以被后台监控数据准确体现。这些问题也使得单纯的线上教学模式并没有被绝大多数学生认可。线上线下混合式教学模式给学生们提供了一种多元、动态和时空开放的学习环境，充分发挥学生的主体地位，促进学生对生物试验设计与数据处理知识的掌握，加深对数据分析方法的理解，提升了学生利用先进的数据分析方法来解决生物工程领域的问题。

一、线上线下混合式教学资源构建

生物试验设计与数据处理课程运用统计学原理和方法来分析、阐释生物界各种现象，主要流程为科学试验设计、数据收集、整理、分析，并最终得出客观、科学的结论。为了适应数字化新时代的教学要求，通过网络、图书馆等搜集和整理多元化的教学素材如视频、电子阅读资料、应用案例等充实课堂内容[1]。教学内容主要涉及实验设计原则、完全随机设计、随机区组设计、拉丁方设计以及单因素和两因素实验设计方法；统计数据规律、统计方法分类；集中趋势、离散趋势及分布形状的统计数计算与应用；正态分布、t分布、F分布、卡方分布的基本特性与应用；统计假设检验、参数区间估计的基本原理和步骤；平均数、百分数假设测验和区间估计的方法；卡方检验的原理和方法；方差分析的基本原理和显著性检验；回归系数、相关系数的含义、计算方法、显著检验以及应用等。教学重点是试验设计的基本原理、统计假设检验原理与方法、正态分布、二项分布等概念和基本性质、方差分析基本原理、非参数检验、回归与简单相关分析等，侧重于各类统计分析的基本理论与方法，并在教学过程中引入先进的统计分析软件R进行实践操作。通过引入案例教学，将相关实验数据作为课堂分析对象，使用R软件展示数据分布形态，实现参数的区间估计、假设检验、方差分析、非参数检验、回归与相关分析等，还可模拟随机试验使学生们更直观、深刻地理解生活中各种现象的统计学规律。

二、线上线下混合式教学实践

根据课程的教学目标，将生物试验设计与数据处理课程授课方式分为课堂线下教师讲授和学生线上自主学习两部分，并设计成课前、课堂和课后三大板块，学生通过三个阶段的学习，逐渐加深对统计学知识的理解，从而提高应用统计学理论解决实际问题的能力（见图1）。

图1 生物试验设计与数据处理课程线上线下混合式教学设计

1.课前

通过建立一个教学班级的钉钉群，与学生及时沟通课程的教学安排，及时发布教学安排、课堂作业等信息。课前及时推送教学PPT、电子教材、应用案例及相关教学视频，以便学生了解统计学背景，及时预习即将讲授的理论知识，从而快速系统地获取知识。例如，在讲授方差分析时，可提前将方差分析的概念、类型、原理、分析步骤等资源推送给学生，并发布简单的课前测验任务，教师可通过平台查看学生的学习情况，进行学情分析，从而及时调整课堂教学的重点、难点。

2.课堂

教学内容的设计是生物试验设计与数据处理课程最核心的部分，根据生物试验设计与数据处理课程的教学目标，需要分解教学重点和难点，对于抽象的概念如假设检验、t分布、F分布等知识通过生活实例、穿插演示实验等方式加深学生的理解，从而提升学生应用统计学理论知识解决实际问题的能力。利用现代化教学手段与传统板书相结合，有效推理方差分析等各类统计方法的变异数分割原理，并可设置问题抢答环节，实现师生间的有效互动，调动学生学习的积极性和主动性。把学生分为4个大组，通过翻转课堂，要求每组讲解一种抽样分布的主要内容，其他组学生负责提问。教师在课堂上负责组织学生讨论，控制教学进程，对学生讲解的内容和问题进行补充和解答，并根据同学们的讲解、提问、回答及讨论的情况记录他们的平时成绩[2]。这种教学方式增强了师生间的互动交流，提高授课的效率，使学生成为课堂的主体，有助于学生更好地掌握教学重点和难点[3]。

3.课后

每次课后，对当次课程的重点内容发布话题，引导学生参与讨论，并推送课外延展阅读资料如最新的统计学理论和算法等，开阔学生视野，加深学生对知识点的掌握和理解，鼓励学生根据所学内容构建各类统计分布的脉络思维导图，从而掌握各类抽样分布的联系与区别。针对理论分布和抽样分布、统计假设检验、试验设计、方差分析、非参数检验、相关和回归等知识点设置章节测试，在规定时间内学生完成测试题，教师根据学生的完成情况，对出错较多的测试题进行集中讲解、答疑。此外，还通过课程论文的形式，引导学生积极探索和研究相关统计学方法，培养学生对统计学的兴趣。教师根据试题的完成质量和参与讨论情况给予学生课后评价成绩。

4.考核方式

本课程的考核主要采用过程评价（50%）和期末评价（50%）相结合，过程评价主要依据线上平台的学习数据和课堂互动的数据，如学生课前观看视频及课程资料、章节测试、话题在线讨论的参与度、平时作业、线上课外拓展资源的学习情况、课堂的抢答、分组任务、提问与讨论等。期末评价则分为卷面闭卷考试和R软件数据分析与实践，从理论知识和实践技能两个方面考核学生[4-5]。

三、线上线下混合式教学效果的反馈与思考

1.线上线下混合式教学效果的反馈

线上线下教学是近几年才在我国各大高校大力推广的一种教学模式。尽管经过这几年的发展，其教学作用已经得到了广大师生的认可，但仍存在不少问题。显然，这一教学模式还需要通过广泛吸纳学生群体意见不断改进、不断完善。为此，本文作者所在的教学团队针对这一事实，特编制了一份《生物试验设计与数据处理课程线上线下混合式教学问卷调查表》。该问卷共设置了9大问题，采取固定选项与开放式回复两种形式进行问卷调查，旨在全面掌握生物试验设计与数据处理课程线上线下混合式教学的教学效果，并为今后的教学改进方向提供科学依据。课程结束后，针对线上线下混合教学的效果进行问卷调查，共110名学生参与，其中学生在进行线上线下混合式学习过程中，面临的主要困难是线上人数较多时，对网络要求较高，容易出现卡顿、延迟、掉线等多种问题。同时一部分学生自制力较差，经常出现浏览网页、偶尔边打游戏边上课等情况，学习时难以集中注意力。此外，与传统课堂教学相比，部分学生认为线上线下混合式学习不能有效地与老师交流沟通，知识的传递效率较低，还存在硬件设备跟不上、环境嘈杂等问题（见图2）。

图2 问卷调查中学生在线上线下混合式学习中遇到的主要问题

这些问题与单纯的线上教学存在的问题十分相似，也在一定程度上反应出线上教学存在的通病。相比之下，同学们对线下教学部分的认可度相对较高，提出的问题相对较少，存在的问题主要是：（1）线下教学与线上教学的衔接程度还待提高；（2）线下教学与线上教学的主次问题应根据教学内容适时调整；（3）线下教学的针对性不足，线上教学存在的问题没有得到很好的解决。除此之外，多数学生认为，生物试验设计与数据处理这门课程的操纵实践性较强，老师合理使用线上教学与线下教学可以提高学习效率，但以线上线下讲解为主，线上训练为辅，教学效果可能更好。

2.线上线下混合式教学效果的思考

相比于传统单一的教学模式，线上线下混合式教学模式教学方式多样化、提高了学生学习的主动性和积极性，通过抢答、分组任务等环节加强了师生间互动，使得课堂的参与度更高。通过引入案例分析，有利于提升学生运用各种统计学理论分析问题、解决问题的能力。然而，在线上线下混合式教学实践中，也暴露了一些问题，如学生个人学习习惯差异较大，在线上资源的学习中，有些学生的主动性和自我约束能力较差，需要教师引导才能取得较好的学习效果。因此，在进行线上线下混合式教学实践时，仍要以线下的课堂教学为主，因材施教，探索以学生为主体的教学模式，不能因在线上给学生提供了丰富的学习资源而在课堂中忽略某些教学重点的讲解。此外，还需正确对待学生们线上平台的学习数据，不能单纯以学生观看视频的时长、次数和签到情况等作为成绩评判标准，否则会出现学生刷视频而轻视学习内容的情况。尽管如此，与单一线上教学或传统线下教学相比，线上线下混合式教学具有无法替代的优势。通过在生物试验设计与数据处理课程教学中，引入了线上线下混合式教学模式，使得教学资源和教学方式多样化，打破了传统面对面课堂教学的时空限制，学生可充分利用零散时间学习各种统计学知识，提高了学习的自主性和积极性。通过课前预习、课堂分组任务、课后拓展资源的学习，加深了学生对试验设计的基本原理、统计假设检验原理与方法、正态分布、二项分布等概念和基本性质、方差分析基本原理、非参数检验、回归与简单相关分析等知识点的掌握，激发了学生的学习兴趣，有效地提高了教学质量。但在未来的教学实践中，仍需进一步提高教师的网络化教学能力，不断更新和丰富教学内容和课程资源，积极将最新的统计学理论知识融入教学中，为疫情常态化教学奠定基础。