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生物統計學是生物學學科不同專業學生都應該掌握的一門重要的工具課,是許多高等院校生物學、農學、醫學等專業的必修課程之一。它是現代生物學研究不可缺少的工具,是培養學生科學研究和綜合分析問題能力的重要課程,也是生物學等工作者必備的基礎,同時該課程又是其他專業課程的重要基礎。因此該課程在生物學、農學、林學、醫學、食品、環保等專業中占有十分重要的地位[12]。生物統計學需以生物材料進行研究,但通常所涉及的材料數量較大,很難也沒有必要全部參加試驗,必須通過科學的方法抽取有代表性的試驗個體進行試驗,以獲得相關的數據,實現由樣本推斷總體的重要功能。因此生物統計學與試驗設計緊密聯系,主要講授數據資料收集和整理的方法、數據資料的統計分析方法和手段以及在概率論的基礎上對統計結果做出科學的推斷,從而幫助我們認識研究對象的現象和本質[13]。因此,生物統計學已成為生物科技工作者必備的基礎,也有利于培養和提高大學生的科學研究能力以及獨立分析問題和解決問題的能力,是當代大學生系統的能力培養和全面的素質教育的具體體現。
二、生物統計學教學存在的主要問題
1.生物統計學教材方面。教材是體現教學內容和教學要求的知識載體,也是教學最基本的工具,它不僅是教師進行教學的依據,而且是學生獲取知識的重要資料,選擇適合教師和學生的生物統計學教材,能夠保證教學過程的順利進行,而且還能提高教學質量,達到良好的教學效果[14,15]。目前,國內所出版的生物統計學教材種類較多,各大高校由于教師和學生的情況不同,在教材方面的選擇和使用也不一樣。盡管如此,目前國內所出版的生物統計學教材主要包括兩大類。第一大類完全是傳統生物統計學的知識和內容,不涉及統計軟件的介紹和使用,這一大類教材包含兩小類,一類主要側重理論教學,過分強調課程體系的完整性和理論講授,注重公式的推導而忽視了實際應用例題的講解。這類教材忽略了對大學生統計思維和綜合分析問題能力的培養,因此有一定的缺陷。另一類是目前各大高校使用較多的生物統計學教材,該類教材雖然也存在一些必要的公式推導,但更側重于統計學理論與實際結合,清楚介紹每一個統計原理理論后,再通過具體實例分析和鞏固統計學的基本原理和基本方法,注重培養學生分析實際問題和解決實際問題的能力,因此這類教材比較適合現在生物科學等本科專業的使用。但這類生物統計學教材由于不涉及統計軟件的內容,也存在一定的不足。如果教師在授課過程中未涉及一些統計軟件的介紹和使用,那么即使學生完全掌握了相關的統計原理和方法,學生在復雜的試驗設計及龐大的數據面前可能也會束手無策,即使會計算,在復雜及龐大的數據計算中也可能會算錯,因此可能會得出相反的結論。第二大類統計教材完全是統計軟件的介紹和使用,如Excel軟件、SAS統計軟件、SPSS統計軟件、DPS統計軟件、R統計軟件等的介紹和使用。生物科學、技術等飛速發展的今天,這類統計軟件發揮了很大的優勢,給科技工作者帶來了極大的方便。但這類教材也存在一定的不足,它只注重統計過程的運算和統計,沒有統計原理的介紹,因此對沒有相關統計學知識或統計學基礎較差的學生或老師來說,即使按照教材上的步驟計算出相應的結果,但也不知道具體的含義,也不知道怎么分析。因此這類教材不適合大學本科生的教學。另外,這兩大類教材要么只注重數理統計方法的講授,要么只重視統計軟件的使用,而忽視了統計學中的數理統計分析方法是建立在正確的試驗設計以及所獲數據資料準確的基礎上才能發揮正確的作用,這是這兩大類生物統計學教材共同存在的不足之處。因此,目前市場上還未見有統計學理論與實際結合,試驗設計與統計原理相結合,統計軟件與統計學原理相結合的較為完善的生物統計學教材。筆者認為這類生物統計學教材是當前生物科學專業、生物技術專業、生物工程專業、農學專業、醫學專業、食品專業等本科專業較為適合的教材。
2.生物統計學與高等數學方面。①生物統計學與高等數學開課時間上的不一致性。國內許多高等學校生物科學等本科專業的培養方案中都把高等數學課程作為一門必修的基礎課,學生通過對該門課程的學習,系統獲得函數、極限、連續、導數、微積分及常微分方程等基礎知識,它為后續課程的學習和解決實際問題提供必不可少的數學基礎知識及常用的數學方法。而且,通過各個知識點的學習,逐步培養學生具有較為熟練的基本運算能力和自學能力,綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力。更重要的是,高等數學課程是學習生物統計學的關鍵,生物統計學中的許多原理和方法都需要高等數學中相應的知識作為基礎。②生物統計學與高等數學教學上的脫節性。高等數學課程作為生物科學本科專業一門必修的基礎課,各高校均認識到它在生物科學本科專業中的重要性。但長期以來,高等數學和生物統計學均作為兩名獨立的課程開設,一般情況下,高等數學課程由數學專業教師講授,由于數學專業的教師沒有生物學專業的相關知識,不清楚生物統計學課程的知識體系,只注重數學知識的推導、講授。因此所講授的知識內容之間通常存在許多不銜之處,形成了不利于生物統計學課程教學的知識的斷層。同樣,這也是生物統計學中教師難教,學生難學、難懂、難用的原因之一。
3.生物統計學教師知識結構和科研能力方面。常言道,學生需要一滴水,教師至少要有一桶水。生物統計學的教學,相對于其他課程而言,對教師的要求更高,不僅要求教師要有一定的數學知識,較為淵博的統計學知識,還要求教師要有較強的科研能力。教師只有具備一定的數學知識和淵博的統計學知識,才能很好把握生物統計學相關原理、理論、統計分析方法等。具備較強的科研能力,才能很好將生物統計學相關原理、理論、統計分析方法與實際相結合,才能很好地進行案例教學。4.考試制度方面??荚囍贫仍诟叩冉逃姓加蟹浅V匾牡匚?,考試是教學質量評價的一項重要指標,它既是對教師教學質量的反映,也是對學生學習效果的檢驗??荚囍贫仁欠窈侠?/p>
,決定著教學質量的好壞以及學生學習積極性是否能得到最大限度地調動[16]。但是現階段我國許多高校的考試制度較為死板,缺乏合理性和靈活性。如在學期期末考試中規定一定數量的題型,當然,這種考試制度對于規范考試是必須的,但是應該根據具體課程而定,而不能一概而論。就生物統計學課程而言,如果規定一定數量的考試題型(比如四種題型),那么教師只能根據考試規定勉為其難考慮四種題型。比如說名詞解釋、填空、問答、計算這四種題型。很明顯,這種考試方式只是較為死板的考試,不能真證體現生物統計學課程的本質,不能很好考察學生對生物統計學原理的掌握及運用。
三、生物統計學教學策略
針對目前生物統計學存在的問題,筆者根據自己近十年的生物統計學教學實踐,就如何提高生物統計學的課堂教學效果,提出如下建議。
1.選擇合適的教材并優化教學內容。教材是教學最基本的工具,選擇適合的生物統計學教材,能夠保證教學過程的順利進行,并能提高教學質量。針對目前市場上的不同種類教材,結合學生的實際,選擇統計學理論與實際相結合,試驗設計與統計原理相結合,統計軟件與統計學原理相結合的生物統計學教材進行教學較為合適。據筆者過去的教學實踐,該課程授課內容不宜過多和過深,授課內容過多學生精力會分散,分不清重點,而過深則影響學生的接受效果[17]。因此應根據學生實際優化教學內容,堅持以試驗研究實例為線索,以科學的試驗研究方法為主線,理論原理和實際例子相結合,從試驗研究的選題和設計、試驗方案的制定和實施、試驗數據的收集和整理到試驗數據的統計分析,最后做出科學的推斷等,盡可能把抽象的統計學概念和原理轉變為具體的實例,提高學生的學習興趣,使其更好地理解和掌握所學的課程內容[7]。很好激發學生學習生物統計學課程的興趣,從而更好地提高教學效果和教學質量。
2.處理好高等數學和生物統計學的關系。高等數學作為生物科學本科專業的基礎課,是學習生物統計學的關鍵。一方面,高等數學一般在第一學年開設,因此生物統計學安排在第二學年開設為宜,這樣能避免高等數學和生物統計學課程開設在時間上形成的斷層,有利于學生對生物統計學的學習。另一方面,高等數學和生物統計學不應分別讓不同專業的教師講授,而均應由生物學專業教師講授,因為生物學專業的教師清楚生物統計學課程的知識體系,在講授高等數學時,能夠根據生物統計學的相關原理和內容,優化高等數學的教學內容,有側重點進行知識的講授。從而能避免生物統計學與高等數學教學在知識上的脫節性,也有利于學生對生物統計學的學習。
3.提高自身知識結構和科研能力,注重案例教學。生物統計學教材大多理論性強,內容枯燥,容易使學生產生厭煩感。照本宣科的傳統授課方法,更會使學生失去興趣,對于培養學生的獨立思考能力和創造能力十分不利。在現代教學中,教師既是知識的傳授者,也是教學活動的組織者,在教學過程中起到關鍵的作用,教師知識水平的高低直接影響學生的學習效果[18]。因此教師應不斷加強對生物統計學基本原理、基本理論和基本方法的學習與實踐。另外,教師還應不斷加強自身的科研能力,在教學過程中將自己的科研工作或生產實踐案例貫穿到教學中,以自身科研實例輔助教學,增加學生的學習興趣,培養學生的統計學思維以及對統計學的實際應用能力。
4.加強試驗設計的教學和實踐。試驗設計又稱為實驗設計,它以概率論和數理統計的原理和方法為理論基礎,科學地、經濟地設計研究方案的一項技術。一個良好的試驗設計,可以用最少的實驗次數,得到足夠的實驗數據,從而能減少人力、物力和財力的投入[6]。由于生物統計學理論性和實踐性較強,且涉及大量的數學公式、抽象的概念和復雜的內容。因此在生物統計學的教學中應充分調動學生學習的主動性,加強學生對生物統計學原理、知識的理解和綜合運用,強化學生綜合試驗設計的鍛煉及其應用。提高學生利用統計原理、方法分析和解決實際問題的能力。生物統計學教學中,一方面,教師應該有淵博的統計學知識及其豐富的科研經歷,另一方面,應讓學生走出教室,加強實踐,使學生不但能夠掌握統計分析的原理和方法,而且可以解決一些生產中的實際問題,真正達到生物統計學教學的目的。
生物統計課程教學內容抽象,圖表較多,而傳統的教學手段具有耗時較多和難以直觀地通過圖表來體現數據特征的不足。多媒體教學中圖文并茂、生動活潑的特點既有助于集中學生的注意力,又能直觀地使學生對許多抽象的概念和理論有直觀的理解。如利用多媒體手段,在教學中先給出一個有2000個容量的30日齡豬仔體重的數據集做總體,利用Minitab做豬仔體重的散點圖,可以很直觀地看出30日齡豬仔體重總體呈正態分布,豬仔體重在6.0-8.0kg之間。然后從該總體中做有放回的抽樣,每次抽10個豬仔體重做一個樣本,計算該樣本的均值,該過程分別重復10次,得到10個均值,做出這10個均值的散點圖,可以看到該散點圖的輪廓并不是呈對稱的正態分布,隨著重復次數的增多,做出的散點圖越來越逼近正態分布。通過這種直觀的教學,能讓數學基礎較差的生物和食品學科的學生很直觀的理解抽樣分布的概念和了解抽樣分布的規律,并能直觀的觀察體會T分布如何逼近正態分布。其他如F分布、卡方分布、置信區間、兩類錯誤、P值的意義和線性擬合等知識均能通過借助Minitab先演示實際例子,然后引出抽象的理論,這既克服了以往只講理論公式的“填鴨式”教學,又克服了普通多媒體教學中不能體現“引導式”教學的弊端。通過教學反饋來看,取得了良好的效果。
二、結合學科實例講解抽象的理論
生物統計是利用統計學的方法和手段來解決實際問題,突出應用性。目前國內的很多生物統計教材,或者是數學學科的專家學者編著,其基本特點的是注重理論推導,忽視通過實例直觀的講述統計思想和過程;或者是講述的實例并不適用于生物和食品學科的科研和生產實踐。因此,這就要求教師在講述每一個概念理論時,要多舉一些具體學生經常遇到的生物或者食品學科的實例。如在講述基本的統計推斷時,在生物學科舉例如下:根據以往經驗,30日齡豬仔體重近似服從正態分布,體重均值為7.0kg,標準差為0.5kg,現從一種豬場隨機抽取30日齡10只豬仔稱重并收集數據,計算的體重均值為5.0kg,問豬仔體重有無改變。從這個實例可以直觀地看出總體均值和樣本均值是有差異的,統計推斷的本質是找出這種差異究竟是否抽樣引起的,還是真實存在的。統計的原假設都是無差異的假設,即差異是由抽樣引起的,備擇假設與原假設互補,即差異是真實存在的,下來需要估算抽樣的均值5.0kg是否在給定的顯著性水平α下落在總體分布的1-α內,如果落在1-α內,則不能拒絕原假設,如果落在1-α內之外,根據小概率原理,不可能發生的事情了,那就要拒絕原假設而接受備擇假設。這里有兩個問題需要重點強調:一是在原假設成立的前提下,得到的分布結果不在預定的范圍內,在推斷過程無誤時,那只能是原假設不能接受;二是小概率原理判定中的不可能事件是統計上的不可能,也就是一般發生的概率極小,而不是邏輯上的不可能。通過這種結合學科恰當實例講述的方法,便于學生在教學后揣摩體會生物統計的基本理論和怎么在科研生產中使用以及在哪里領域能使用等。
三、強調統計軟件在授課和課后中的使用
公式繁多和計算復雜是生物統計教學中一個顯著特點,因此引入合適的統計學軟件把人從浩繁的計算中解脫出來是一個迫切的任務。目前的統計學軟件有數十種之多,常見的有SAS,SPSS,Matlab,Minitab等。結合多年教學探索,選擇由美國賓州大學開發的Minitab作為教學軟件。與SAS相比,Minitab具可視化操作和容易上手等優點;與SPSS相比,有較強大的試驗設計模塊(Designofexperiments,DOE)和質量控制模塊。Minitab的常用菜單有:數據菜單、計算菜單、統計菜單和圖形菜單。使用頻率最高的統計菜單提供了包括基本統計分析和多元統計分析、回歸分析、非參數分析、探索性數據分析、時間序列分析、質量分析、可靠性分析、列聯表分析、DOE和樣本含量估計等功能。其中的基本統計分析功能能滿足教學中所涉及的數據的統計描述、參數估計、Z檢驗、單樣本T檢驗、獨立T檢驗、配對T檢驗,一元方差分析、一元線性回歸和擬合優度檢驗。在課堂教學中,涉及所有計算均通過Minitab完成,既節約了課堂時間,又能通過幻燈片的操作演示,讓學生初步了解軟件的基本界面和基本操作。課堂學習是學習和理解的過程,布置適當的課后作業能更好地鞏固學習效果。每一章學習之后,留有3~5道作業,要求學生完成作業的電子版后統一發到課程教學公共信箱。作業要求在每一個題目后先寫出自己的分析思路,然后利用Minitab完成計算過程,并且把數據集和計算結果的截圖插入電子作業中,并對結果做出合理的生物學解釋。通過這種教學嘗試,激發了學生的思考能力和動手能力,基本上解決了國內目前在教學中存在忽略統計方法的軟件使用的問題,大多數學生在后續的本科論文中涉的統計推斷均能很好的利用Minitab完成。
四、基于Minitab講解試驗設計
客觀、科學、合理和可行是一個實驗設計的基本要求。首先,在教學中我們反復的向強調一個合理的實驗流程是這樣的:選擇研究問題提煉實驗因子和響應指標收集整理實驗數據根據實驗目標和數據特點選擇合適的統計方法分析結果及生物學解釋。其次,設計具體實例借助Minitab講述試驗設計部分的教學內容。相比人工制作實驗項目表格的繁瑣,利用Minitab實施試驗設計省時省力并為后續的分析工作提供了便利。Minitab的DOE模塊能快速完成生物學研究中的大部分試驗設計,如全因子設計、部分因子設計、響應曲面設計、混料設計、田口設計和響應優化等。如在生物和食品學科的實踐中,常遇到優化某種微生物培養基或者飼料配方的實驗設計,在單因素的基礎之上,就可以通過Minitab的DOE模塊完成兩種不同類型的優化設計:正交設計和響應曲面設計。正交設計是在DOE的子菜單點擊創建田口設計,在彈出窗口中,選擇因素后,選擇可用設計即可實驗方案設計的列表,設置重復試驗或者空白列以估計誤差,按此設計表實施試驗,將試驗結果填入設計表中完成整個實驗。在DOE子菜單點擊分析田口設計即可得到正交設計試驗的方差分析結果和各因素主效應圖,從圖可以很直觀的得出最佳方案。此外,還可以使用DOE子菜單的預測田口結果菜單預測最佳方案的效果。響應曲面設計基本上和正交設計類似,也是在DOE子菜單中完成設計和結果分析。Minitab的DOE模塊能滿足生物和食品科學常見的試驗設計及結果分析。用軟件代替以往試驗設計只講理論的教學探索,基本上解決了以往課程結束后學生難以正確進行試驗設計的問題。
五、結語
經濟全球化和信息技術與信息產業迅速發展,電子商務將成為今后信息交流的熱點,成為各國爭先發展,各個產業部門最為關注的領域。
1.互聯網電子商務平臺的普及使安全性經受新考驗
由于INTERNET的迅速流行,電子商務引起了廣泛的注意,被公認為是未來IT最有潛力的增長點。然而,在開放的網絡上處理交易,如何保證傳輸數據的安全成為電子商務能否普及的最重要的因數之一。人們擔心遭到黑客的侵襲而導致信用卡信息丟失,不愿意使用電子商務,安全成為電子商務發展中最大的障礙。
2.電子商務的國際化趨勢使安全問題日益嚴峻
中國電子商務必然走向世界,同時也面臨著世界電子商務強手的嚴峻挑戰。我國電子商務企業將隨著國際電子商務環境的規范和完善逐步走向世界。我國企業可以由此同發達國家真正站在一個起跑線上,變我國在市場經濟軌道上的后發劣勢為后發優勢。
2、基于生物統計特征的生物識別技術
1.生物識別技術的特點
生物識別技術是以生物技術為基礎,以信息技術為手段,集光學、傳感技術、超聲波掃描和計算機技術于一身的身份驗證技術。它依靠人體的生物特征來進行身份驗證,具有不可復制性和唯一性。生物識別技術是最為方便與安全的識別技術,它不需要記住復雜的密碼,也不需隨身攜帶鑰匙、智能卡之類的東西??山柚谟嬎銠C技術實現,實現自動化管理。
2.生物識別技術分類
虹膜識別技術:通過對虹膜的特征結構進行檢驗,進而確定用戶身份。這種方式方便可靠,無需物理接觸,具有惟一性、穩定性、可采集性、非侵犯性等優點。
視網膜識別技術:包括虹膜技術與角膜技術。角膜掃描是用低密度的紅外線去捕捉角膜的獨特特征,血液細胞的惟一模式就被捕捉下來。它具有使用者和設備非接觸、視網膜不會被偽造等特點,但由于要求被掃描者在它讀取角膜信息時直立不動,很難獲得用戶的普遍接受,另外,角膜掃描儀對于盲者和眼睛患病的人是無效的。
面部識別:通過對面部特征進行識別。標準視頻技術通過一個標準的攝像頭攝取面部的圖像或者一系列圖像,記錄一些核心點及它們之間的相對位置,然后形成模板;熱成像技術通過分析由面部的毛細血管的血液產生的熱線來產生面部圖像,通過特定算法將圖像變成數字信號,最終產生匹配或不匹配信號。面部識別是非接觸的,用戶不需要和設備直接接觸。
簽名識別:也被稱為簽名力學辯識,它是建立在簽名時的力度上的。它分析的是筆的移動,而非簽名的圖像本身。簽名力學的關鍵在于區分出不同的簽名部分,有些是習慣性的,而另一些在每次簽名時都不同。它容易被大眾接受,但隨著經驗的增長、性情的變化與生活方式的改變,簽名也會隨之改變。
聲音識別技術:是一種行為識別技術,識別設備不斷地測量、記錄聲音的波形和變化,并將現場采集到的聲音同登記過的聲音模板進行精確的匹配,從而確定用戶身份。是一種非接觸的識別技術,用戶可以很自然地接受。
指紋識別系統:它通過對指紋的全局特征和局部特征采集、分析后,與模板庫中存儲的指紋對比,自動、準確地鑒別出個人身份。用來采集指紋圖像的技術為光學技術和電容技術。光學技術需要一個光源從棱鏡反射按在一個取像頭的手指,光線照亮指紋從而采集到指紋。電容技術是按壓到采集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和芯片之間產生不同的電容,芯片通過測量空間中的不同的電容場得到完整的指紋。
3、生物識別技術發展趨勢
隨著數字時代的到來,基于生物特征的驗證技術愈加顯示出它的價值。生物密碼時代呼之欲來,生物識別技術的可靠性,以及有效地鑒定個人的身份有著重大的社會和經濟意義?!皥躺艹?,啟身份之鎖”,在以計算機和生物技術為主流的知識經濟崛起時代,身份的鑒定有了來自生物體自身的密匙,橫跨這兩大科技領域的生物特征識別技術正愈益顯示出其旺盛的生命力和遠大前景。
由于各種生物特征的識別方式都有其一定的適用范圍,單一的生物特征識別系統在實際應用中顯現出各自的局限性,生物特征識別技術開始向多生物特征識別技術結合方向發展。當然生物識別技術并非萬無一失,與數字密碼識別技術相比最大的缺點是,一旦當事人的生物特征被仿制,很難像改變密碼一樣更改自身的特征。
4、結論
從目前的應用現狀看,生物特征是最好的驗證方式,個體的生物特征不易丟失,不易仿造,是個體在出生的時候就獲得了的惟一的、先天的身份證明,這份證明是由最可信,最具權威性和通用性的大自然發放的??傊?,隨著電子商務成為信息交流的熱點,生物識別技術將獲得空前的發展空間,多生物識別技術共同應用是大勢所趨,隨著時間的推移和技術的發展,電子商務安全體系將越來越完善。
參考文獻:
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青海大學農牧學院草業科學系承擔著草業科學專業本科教學任務。在以往的教學中,《生物統計》課程的定位是服務于專業課程的專業基礎課,但是隨著青海大學進入“211”重點建設行列后,學校教學及科研工作都有了大幅度的發展,對教學工作和學生培養工作也提出了新要求,加之社會各級各類就業單位對本科學生綜合素質的要求越來越高,使得《生物統計》課程的外延發生了相應的變化,即課程不僅是服務于專業學習的基礎課,同時應該成為學生參與科研,開展科研活動必須具備的基本技能,也就是說,需要通過《生物統計》等課程來提升學生的科研素質。那么,為什么結合《生物統計》課程提出“提升學生科研素質”這一問題呢?近幾年來,青海大學農牧學院草業科學系在青海大學教學科研不斷快速發展的推動下,自身也有了長足發展。截止2012年底,草業科學系教師主持科研課題24項,其中國家級5項、省部級課題9項、校院級課題7項,其他來源3項,合計科研經費720萬元,教師參加科研比例為100%。
由此反映出,隨著草業科學專業教師學歷和職稱的提高,教師申報獲批或參與的科研項目在不斷增加,這就需要大量的學生參與到科研活動中,并且為學生參與到科研中提供了可能,這樣,就使得草業科學專業學生參與到教師科研項目中的人數和比例逐年增加。同時,草業科學專業本科學生積極申報國家或青海大學的大學生科技創新項目,截止2012年,獲批的國家或青海大學大學生科技創新項目8項,共計20余人參與,其中有兩項在第11屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽中獲三等獎,表明草業科學專業本科學生參與、甚至主持的科研項目面積不斷在增大。另外,近三年草業科學專業本科畢業論文中,86%的畢業論文選題來自教師在研的科研項目或學生自己獲批的大學生科技創新項目,表明學生的畢業論文是在參與科研項目的基礎上完成的,從今后的發展趨勢看,這一比例還將增大。綜上所述,作為支撐科學研究中試驗方案設計、試驗內容實施、試驗結果整理統計與分析的《生物統計》課程在學生培養中的作用重大。因此,為了適應草業科學專業本科教學的這一新形勢和新需要,提出了《生物統計》課程的教學需配合學生科研素質的提升這一問題。
2《生物統計》課程教學與學習中存在的突出問題
從《生物統計》課程的內容看,涉及較多的數學公式和抽象的統計概念,要求學生具備較為扎實的數學基礎和較強的邏輯思維能力。因此,《生物統計》課程一直以來就是草業科學專業課程中較難授課和較難學習掌握的課程之一。對草業科學專業大多數本科學生而言,該課程晦澀難懂,似乎與專業課程學習和參與科研沒有直接的聯系,更突出的問題是,即便學生能夠認識到該課程在今后專業學習和參與科研中的重要作用,但是很難將課程的學習和將其科學地應用在科研活動中有機結合起來,導致對該課程的學習僅僅就是學習一門課程而已,當面對如何設計科學研究試驗方案,如何布置試驗、實施試驗,如何獲取客觀的試驗數據,如何通過科學的統計分析方法揭示自然規律時束手無策,缺乏將《生物統計》課程內容與實際應用緊密結合起來的能力,這樣,一方面導致課程學習結束后不能繼續發揮課程的作用,一方面導致學生在參與科研中因統計學方面知識的欠缺而成為短板。也就是說,目前《生物統計》課程的教學沒有達到學以致用的教學目的。
3《生物統計》課程在提升學生科研素質中的作用
草業科學專業本科學生科研素質的培養主要體現在研究課題的設計與實施兩個方面。其中研究課題的設計與實施能力的培養是主要目標?!渡锝y計》課程的主要內容是運用概率論與數理統計的基本理論,合理地安排科學試驗,以獲得盡可能多的、能反映事物本質的信息,并通過正確合理的統計分析,揭示事物內在的客觀規律及相互作用。因此,通過課程中試驗設計的教學是可以提高學生設計研究課題試驗方案能力的。眾所周知,在科學研究中,試驗結果會受到系統誤差和隨機誤差的影響,使得試驗處理的真實效應受到許多非處理因素的干擾和影響,從而影響到科學試驗的精確度和準確度,甚至無法揭示真實的自然規律。這就要求科學研究人員不但要清晰地了解這一現狀,更重要的是必須通過科學合理的試驗設計和安排來減少或是避免這種不利影響,這樣,才能在有限的科研時限內獲得科研成果。因此,需要培養參與科研的學生的這種科學、嚴謹、一絲不茍的精神和切實可行的科研方法,而這種科研方法的培養是可以通過《生物統計》課程實現的。在科研中,獲得了大量科研數據后,面臨的一個重要問題就是如何通過試驗數據揭示自然規律。由于本科學生參與科研工作的沉淀相對不足,當面對大量的科研數據時,更是無從著手,不能通過科學合理的統計分析方法揭示規律,而通過《生物統計》課程是可以提高學生分析數據,揭示規律的能力的。
4提升學生科研素質,改革《生物統計》課程教學
4.1轉變《生物統計》課程的定位
在以往的草業科學專業本科教學中,《生物統計》課程的性質是專業基礎課,教學中側重于理論教學,在一定程度上忽視了課程的實踐性應用。因此,要使《生物統計》課程在提升學生科研素質中發揮作用,首先要轉變課程的定位,即將《生物統計》課程定位在培養學生具體應用能力,提高學生動手能力,提升學生發現問題解決問題能力上。簡單說,就是將《生物統計》課程定位于學生學習后能切實使用這一教學目標上。
4.2對課程理論內容的講解要有針對性,部分內容適當弱化
《生物統計》是一門既有理論又有實踐的課程?;谏鲜鰧φn程定位的轉變,在學時有限的教學中,教師應當根據各章教學內容及教學要求的不同,采取不同的教學方式,對部分理論內容適當弱化。如統計學基礎知識部分,著重講清基本概念和基本理論即可,力求深入淺出。對于統計學基本原理,要緊密結合草業科學專業特點,著重講清發現問題、解決問題的基本思路來啟發學生的邏輯思維能力即可。對于課程中大量的數理統計學公式,應淡化演繹、推理過程,而將數學公式的統計學含義、在實踐中的應用條件和范圍、如何運用講解清晰。
4.3緊密結合科研實踐,增加實例教學
在課堂教學中,將基本的科研方法,如怎樣進行科研選題、如何收集資料、如何制定試驗方案和實施試驗、如何對試驗結果進行統計分析等穿插在授課內容中進行講授。同時,在減少教材中部分練習題的前提下,布置具有實際意義的綜合性練習,加強學生進行科研活動的基本訓練,使學生初步掌握科研活動的方法和途徑,為下一步參與到教師科研項目中打基礎。其次,在課程授課中,增加實例教學內容。例如,在講授隨機區組設計方法時,可以列舉本專業科研中牧草飼料作物栽培領域涉及的實例,如肥料、水分兩因素對燕麥產量的影響;在講授卡平方測驗時,可以列舉牧草飼料作物育種領域里的實例,如通過卡平方測驗中的適合性測驗來驗證披堿草某一性狀的遺傳規律等。通過實例教學,使得該課程不再枯燥難懂,而且將學生引導到實際問題中去,通過分析與互相討論,調動學生學習興趣,提高學生解決實際問題的能力。在實例教學中,所舉例子既要符合教學內容,又要有現實意義,緊密結合科研與生產中的實際問題,這對學生才有吸引力。不僅加深學生對授課內容的理解和記憶,而且對提高學生綜合分析和解決實際問題的能力大有幫助,能增強學生在以后的科研工作中的實際應用能力。
4.4增加統計軟件的學習
目前,隨著計算機技術在各領域的廣泛使用,科學研究中數據的處理及統計分析基本依靠相應的軟件來完成,常用的有SAS、SPSS、DPS等。雖然統計分析軟件功能強大,幾乎無所不能,但是前提是使用者要深入理解科研數據統計分析的應用范圍、適用方法以及對軟件分析結果的解讀,否則,要么面對數據和軟件不知如何下手,要么套用錯誤的分析模塊得不出正確的結論,要么面對軟件給出的豐富結果不知對自己真正有用的結論是什么?;诖?將計算機統計分析軟件的應用融入到教學過程中。例如,在講授試驗資料的整理、假設檢驗、方差分析、回歸分析等內容時,在講清思路和分析步驟的基礎上,直接利用ExcelSPSS、DPS等統計分析軟件演示例題的分析過程與結果,并安排適當的時間讓學生動手練習。這種教學方式的改革,能夠發揮學生的主動性與積極性,增加學生動手機會,在完成課程內容學習的同時就基本掌握了相應軟件應用能力,在后期學生參與科研項目時,遇見統計分析軟件不再陌生,甚至能靈活運用。
4.5教學文件公開,實行開放式教學
目前,草業科學專業《生物統計》課程總學時有限,在不增加學時而又增加了統計軟件等學習內容的背景下,課堂學習時間就捉襟見肘了。解決這一問題而進行的教學改革就是實行開放式教學,將課程教學文件通過各種網絡平臺呈現給學生,如可以共享在學生建立的QQ群中,或上傳到教師的個人空間中,搭起一個容易被學生接受的教師與學生間的互動平臺。這樣,就避免了教師下課后學生見不到老師無法繼續向老師學習,教師課后要給學生輔導又需要另找時間和教室而帶來的諸多不便,可以有更充裕的時間和更靈活的方式在師生間交流和互動。
4.6改革考核方式,提升學生綜合運用知識的能力
《生物統計》課程實踐性較強的性質決定了應把考核學生應用知識的能力和綜合分析問題的能力作為考核重點??己朔绞娇梢詮囊酝拈]卷理論考試改革為考核實踐技能的開卷考試。開卷考試的命題可采取教師事先編制好若干套綜合應用題,由考生抽簽選作,學生可以查閱有關參考資料,但要求考生在規定時間內獨立完成。如果條件具備,甚至可以采用計算機機考與筆試相結合,主觀性題以計算機考試為主,客觀性題則以筆試為主。這種考核改革,可以使學生從死記硬背概念和公式中解脫出來,以考查學生解決實際問題能力為重點,從而督促學生以掌握實際應用為學習目標。
5討論
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生本論文由整理提供物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐本論文由整理提供方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革
(一)加強電子課件及網絡平臺本論文由整理提供建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒本論文由整理提供有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,本論文由整理提供許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?,F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。超級秘書網
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室。現共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物本論文由整理提供栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容本論文由整理提供、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
摘要:根據21世紀對生物統計學課程的重新定位,在生物統計學精品課程建設中重點突出了教學方法和教學手段的改革,強化了學生能力的培養。
關鍵詞:生物統計學;精品課程;教學改革
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位。
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革。
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺。現在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養。
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?,F共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
關鍵詞:生物統計學;精品課程;教學改革
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?,F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?,F共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
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