生物统计学线上教学的创新与实践

[摘 要]生物统计学是学习开展现代生物学研究所必需学习的基础核心课程，其理论相对比较复杂，细节要求严格。新冠肺炎疫情暴发以来，线上教学由之前的辅助教学方式转变为主要教学方式，生物统计学课程的特点使其线上教学的效果受到影响。文章试以课程内容设计、教学方式革新、考核方式改革以及对学生综合能力的培养为切入点，探讨疫情期间生物统计学课程教学模式的创新变化与教学实践思考，力争在新冠肺炎疫情防控常态化的背景下，能够实现生物统计学线上教学的基本目标，从而提高教学效果。

[关键词]生物统计学;线上教学;课程改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）02-0178-04

生物统计学是运用概率论与数理统计的原理和方法对生物学中存在的客观现象进行分析研究的一门学科，是进行现代生物学研究必备的基础工具，具有很强的应用性[1-2]。但是，生物统计属于数理统计学的一门分支课程，即使采用传统线下授课开展教学，其教学内容也显得相对晦涩。因此在教学过程中，表现尤为突出的问题是学生机械式地完成对理论知识的记忆，无法深入理解统计原理和思想，难以设计科学合理的试验，不能熟练掌握常见的统计分析软件，将知识应用于解决实际问题的能力缺乏。在新冠肺炎疫情防控常态化的情况下，教学模式有了很大变化，开展线上教学时教师没有办法通过学生的课堂学习状态迅速、准确地评估学生对教学内容的接受程度。开展线上教学，对教师而言，是全新的尝试也是挑战，同时也可能是一个改变传统授课模式的契机。为了尽量减少疫情对课程教学的消极影响，使学生基本掌握生物统计学的核心内容，达到教学目的，笔者针对生物统计学课程的特点从课程内容、教学方式、考核方式等几个方面对这门课程的线上教学进行了探索。

一、课程内容的调整与优化

生物统计学的理论基础源自概率论与数理统计，其中包含较多抽象的统计学和概率学概念以及大量的数学公式与计算。随着计算机技术的不断发展，统计学理论和方法不断更新，这就使得这门课程的授课内容也需与时俱进。此外，前期的理论讲授过程相对枯燥，再加上线上教学的实效性有所降低，难以调动学生的学习积极性，因此合理调整线上课程的内容结构，将理论基础与实际应用加以平衡显得至关重要。

（一）合理划分课程模块

教师在进行线上课程设计时，需要考虑到疫情期间学生在家自主学习，没有跟老师面对面互动，学习主观能动性下降，课程学习速度会相对缓慢，因此应该合理划分课程整体模块，突出课程重难点，科学安排教学任务，以收到更好的教学效果。生物统计学的课程内容应用性较强，其线上教学应当将重点放在后续的假设检验、方差分析和回归分析部分。但是，扎实掌握生物统计学课程的开篇内容，是取得良好教学效果的基础，是开展后续较难理解内容学习的铺垫。教师在划分课程模块时需要抓住主干，使前后内容得到贯通，并且要在全程授课中适当回顾前面的相关内容，以防出现“基础打不牢，学问攀不高”的现象。

（二）结合实际应用优化课程内容

生物统计学是学习开展生物学研究的必修课程，其课程内容随着计算机技术和生物学技术的发展更新较快。如今大部分高等院校所使用的生物信息学教材，其内容较为陈旧，仍以传统的统计学理论知识为主，没有强调生物统计学在生物学研究如数据分析的差异表达分析、聚类分析、主成分分析等内容中的作用[3]。诚然，扎实掌握相关理论是学好生物统计学的基础，但是过度强调理论学习而忽略引导学生将学到的统计学知识用来解决生物学实际问题，容易使学生在未来的实践应用中无从下手。另外，教师授课如果大部分都是对理论知识的讲解，就会显得枯燥乏味，学生的学习积极性下降，而这个现象在线上教学中会更加明显。因此在设计这门课程的内容时，教师应当结合实际，介绍生物统计学在生物技术前沿的应用，并通过引入时事热点如新冠肺炎相关案例，或以知名论著以及教师和学生的研究课题为案例进行分析，将理论知识与实验设计相结合。通过这样的方式进行课程内容的讲授，引导学生进行结果分析和实验设计，可以增强课程的互动性，也可以更好地培养学生的逻辑思维能力与知识应用能力，充分体现生物统计学课程的应用性。同时，为了提高学生的数据处理能力及应用能力，应该增加对SPSS、SAS、R等生物领域常用软件的介绍和其有效使用方法的教学，增加上机练习题和准备好包含详细操作步骤的习题答案，使学生能够独立使用软件工具，较轻松地掌握利用现代统计工具解决生物学问题的基本操作。

二、课程教学方式的改革

（一）巧妙设计教学方案

生物统计学涉及诸多数学公式与计算，这使得许多数学功底薄弱的学生容易产生畏难情绪，影响其学习兴趣。针对这一点，教师应该为充分激发学生的自主学习兴趣而设计教学方案。比如第一章绪论主要讲述了生物统计学的基本概念及发展历程，教师在教学前期可以让学生查阅相关文献并将其读后感进行分享，使学生在阅读文献的过程中对碎片化的知识进行整理，通过思考对生物统计学的整体框架有更深刻的认知。由于诸多文献报道了生物统计学在现代农、林、渔、牧等多个领域都有应用，学生阅读此类文献可以更加直观地体会到生物统计学课程较强的应用性及重要性。与直接进行理论知识的讲授相比，这种方式在教学前期更能有效调动学生学习积极性，对后续课程教学的有效开展也有一定的益处。而对于课程其他部分，我们也可以通过设置问题的方式，鼓励学生开展拓展学习，让学生自己通过更多途径寻找问题的答案，并设置分享和讨论环节，教师积极点评并答疑。这样做不仅可减少学生对课程教学感到枯燥乏味的现象，而且也有助于学生阅读文献、构建知识体系等多方面能力的培养。

（二）精选有效的线上教学工具

自新冠肺炎疫情暴发以来，各高校纷纷开展线上教学，多种线上授课软件如微师、腾讯会议、钉钉直播、雨课堂等得以广泛应用，同时各大网络教学资源平台如中国大学慕课、智慧树等纷纷开放免费资源库[4]。这些线上平台各有其优势与特点，笔者将多款授课平台的主要功能进行了横向比较（如下表所示）。

教师应当根据自己的教学需求选择合适的平台，同时对网络上的教学资源进行筛选，将优质资源进行整合，这样不仅能为自己的授课提供新思路，也能用于辅助学生更好地理解课程知识。我们尝试运用多款教学平台来开展生物统计学这门课程的教学，建议使用的教学平台应尽可能满足以下条件：（1）操作简便，界面友好。（2）直播授课方式灵活，包括屏幕共享、PPT演示、播放视频等不同方式，方便随时演示国内外优质教学课件、视频。（3）配备教学工具，灵活多样，可在PPT或文档上写画，能在学生端实时显示，方便进行公式推导和内容拓展。（4）学生既可以在手机学习通上看课程直播，也可以在网页上观看，避免学生身处不同地区因网络、设备等不同而影响学习效果。（5）具有回放功能，方便学生因网络卡顿等原因无法及时、有效地参与教学活动时课后再回放观看。（6）学生可举手提问，与老师进行语音互动，可以用文字聊天，界面简洁清爽。教师可与学生保持互动，随时回答学生提出的问题。

（三）利用优质网络资源辅助教学

相较于传统线下面对面教学而言，线上教学的优势在于学生获取知识的途径不再仅限于课堂。因此，笔者在疫情期间采用“慕课+课堂教学”的模式完成了部分章节的线上教学。在课程开始前，教师通过中国大学慕课、网易公开课等平台筛选优质教学资源并上传到云盘，让学生提前对课程进行预习并对知识点进行梳理，同时通过QQ、微信、线上资源留言板等将预习中出现的问题及时反馈给教师，使教师的备课更有针对性。对于学生存在的共性问题，教师在课堂上组织学生进行讨论解决。这样可有效加快教学进程，使教师能够将更多时间和精力转向更高阶的活动中，如讨论、答疑等，同时也充分锻炼了学生的自主学习能力[5]。在讲授重点课程内容时，教师通过线上平台将课堂教学录制下来，供学生课后复习观看。这样做相较于单纯的看书或浏览PPT，更便于学生加深对课程内容的理解。同时，为避免学生因教学视频过长而无法集中注意力观看，教师可以制作微课视频，开展知识点短视频教学，这样可以在保证学生集中注意力的同时，使学生对重要知识点的记忆更加深刻。另外，教师在筛选教学资源时也能够不断反思和总结，并且产生新的灵感，完善自己的课程教学。教师在授课过程中，要注意各个模块间的逻辑性和相关性，避免生硬讲述课本上的知识。对于难度较大的学习内容，应该设计具体的学习任务，组织在线专题讨论，调动学生的参与积极性，以便学生能更好地学习和理解这些课程内容。

（四）利用线上平台加强互动交流

传统的生物统计学线下授课，大部分仍然局限于“老师讲学生听”的教学模式。这样的教学模式显得过于机械呆板，难以有效培养学生自主思考、自主学习的能力，难以很好地体现生物统计学作为一门“工具课”的应用性[6]。疫情期间的线上教学，学生学习时间相对自由，同时可以利用大量网络学习资源，这为学生自主学习提供了更多便利。因此，教师可以选择部分章节以翻转课堂的形式完成教学。学生成立学习小组，组员分别负责不同的知识点，运用网络资源自主学习不同的知识点，教师以随机抽查的方式请学生通过屏幕共享对知识点进行讲述，让学生变成课堂学习的主人。这样做使学生的学习更加灵活、主动以及参与感更强，更能充分调动学生的学习积极性。对于假设检验、方差分析等重点章节则由教师设置线上专题讨论并进行答疑，同时引导学生对知识进行一定的拓展。教师可以利用屏幕共享功能，为学生展示多种统计软件的具体使用过程。相较于传统的课件教学，这样的教学方式更加直观，有助于学生更好地完成对重要统计软件使用方法的学习。教师对学生课后答题情况进行统计后，能通过QQ等交流工具对学生进行更具针对性的一对一答疑，有助于学生更好地理解、掌握课程内容。

（五）打造虚拟仿真课堂

运用虚拟仿真技术开展教学的课程，大都是一些实验操作较困难或者危险系数较大不适宜学生大规模操作的实验课，生物统计学虚拟仿真课堂探索目前仍比较缺乏。生物统计学课程是核心基础课程，针对的是大学低年级学生，他们大都没有开展生物实验的经验，对统计的理解较浅，难以将过于抽象的生物统计理论形象化。例如，在动物生产中，对大范围区域中的禽畜品种、品系分布、流行病学调查、饲料及抗生素的应用以及野生动物分布调查等研究，都对决策层了解我国禽畜生产水平和野生动物保护等具有重要参考意义。由于受多种现实条件制约，难以让学生深刻地了解抽样调查的开展方法，只能通过描述性的讲解进行教学，学生听了既没有直观感受也不知在未来的生产实践中如何进行抽样统计。利用虚拟仿真技术可模拟较大区域内，在充分考虑自然和人类活动影响的情况下，虚拟不同类型的畜牧场以及草原、山地、高原等自然环境，通过设置各种动物种类和数量分布参数，可供不同抽样调查技术进行准确性验证。学生通过学习，能加深了解抽样调查的科学方法，为未来相关实践积累经验。同时，可借助虚拟仿真技术实现抽样大数据的可视化和图像化，激发学生分析大数据的兴趣，培养学生的大数据统计思维，让学生初步掌握大数据分析的概念和方法，为其后续动物生产课程学习奠定基础。虚拟仿真课程本身就是利用计算机技术虚拟实现，特别适合线上教学使用。目前，华中农业大学生物统计学课程的虚拟仿真实验经过一学期的授课实践，达到了预期教学目标，学生将抽象的生物统计技术具体化和形象化，加深了对生物统计技术的准确理解，提高了自主学习热情。

三、课程考核内容与方式的创新

课程考核是教师检验学生知识掌握程度的重要手段，其存在的意义是帮助学生发现自身学习的薄弱环节以及帮助教师有针对性地优化教学。如今大部分学生将通过考试作为课程学习的唯一目的，这样做所带来的隐患就是学生只是机械完成了对理论知识的记忆，无法将其灵活运用，属于典型的“高分低能”[7]。而考核应当起到的作用是督促学生复习，提升学生的学习兴趣，使学生真正理解掌握课程的核心内容。生物统计学是一门应用性强的课程，选用单一的试卷考核方式并不合理，加上线上教学对学生难以监管，难以避免出现作弊等情况，因此应当对生物统计学课程传统的期末考核方式进行一定的调整。