李善家 伍國強(qiáng) 魏明

摘要：在新工科背景下，重新審視工科專業(yè)課程框架體系十分必要。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，探索生命科學(xué)奧秘需要加強(qiáng)生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程改革。生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)必修課及一門工具學(xué)科。本文結(jié)合課程改革的背景與意義，提出課程教學(xué)中存在的主要問題，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，明確了教學(xué)過程中的基本原則，探索了多元化教學(xué)手段，制定了合理的考核方式，注重學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。無論對本科生和研究生統(tǒng)計(jì)理念和思維的建立，還是對生命科學(xué)及復(fù)雜工程問題的解決，以及對教師改進(jìn)教學(xué)、提高業(yè)務(wù)水平均具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：新工科；生物統(tǒng)計(jì)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；教學(xué)思考；改革實(shí)踐

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-7164（2021）07-0142-02

基金項(xiàng)目院2018年甘肅省教育科學(xué)規(guī)劃“十三五”2018年度高校與職業(yè)院校課題“基于‘雙創(chuàng)’型人才培養(yǎng)的生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系探索與實(shí)踐”（GS[2018]GHBBK012）。

新工科是我國高等工程教育對國際競爭新形勢、國內(nèi)工程教育發(fā)展新模式以及服務(wù)國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求而做出的符合中國特色的高等工程教育改革方案[1]。新工科主要“新”在三個(gè)方面：即對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，面向新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的新工科專業(yè)以及學(xué)科交叉融合產(chǎn)生的新工科專業(yè)[2]。在這一背景下，加強(qiáng)工科院校專業(yè)及課程的升級改造，培養(yǎng)符合新工科要求的高級專門人才是當(dāng)前高等工程教育改革、發(fā)展的熱點(diǎn)與趨勢。

生物統(tǒng)計(jì)（Biostatistics）與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（Experimental Design）是對高等院校生物、食品、制藥等生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生具有重要作用和意義的必修課程，該課程是數(shù)理統(tǒng)計(jì)在生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的一門工具學(xué)科，在面對推導(dǎo)公式、理解概念、分析圖表、復(fù)雜計(jì)算等諸多方面，課程的教與學(xué)均存在較大難度。因此，基于新工科視角，結(jié)合課程特點(diǎn)，圍繞創(chuàng)新教育理念，本文根據(jù)多年教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，提出課程教學(xué)的思考，探索課程改革的前景，促進(jìn)知識傳授、能力培養(yǎng)與素質(zhì)增強(qiáng)的有效融合，為培養(yǎng)滿足社會需要的高級工科專門人才提供指導(dǎo)和思路[3]。

一、課程改革的背景意義

近年來，國外著名大學(xué)競相成立了生物統(tǒng)計(jì)學(xué)系，生物統(tǒng)計(jì)科學(xué)研究已成為生命科學(xué)的新熱點(diǎn)，尤其在統(tǒng)計(jì)遺傳、生物信息、復(fù)雜性狀、基因表達(dá)等領(lǐng)域中存在著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。自然（Nature）刊文指出生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在揭示遺傳進(jìn)化的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域具有前所未有的重要意義和挑戰(zhàn)，同時(shí)還特別提出生物統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)博士在面臨就業(yè)方面所具有的優(yōu)勢與強(qiáng)勁競爭力[4]。生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是研究生命科學(xué)領(lǐng)域生命特征、實(shí)驗(yàn)變異的科學(xué)，但統(tǒng)計(jì)學(xué)歸根不是數(shù)學(xué)，它關(guān)注的是樣本的變異所反映總體的特征。在生命科學(xué)體系中，學(xué)生若沒學(xué)好生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對生命特征的描述和反映就會存在較大缺陷，因此生物統(tǒng)計(jì)在生命科學(xué)中具有無可替代的重要作用。

生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)合，主要向人們講授科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果資料的整理分析方法，其通過對實(shí)驗(yàn)所獲得的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論來作出科學(xué)的推斷，幫助人們認(rèn)識要研究的對象，實(shí)現(xiàn)由樣本推斷實(shí)物全體的重要功能。因此，生物統(tǒng)計(jì)在科學(xué)研究中被譽(yù)為“科技工作者從事科學(xué)研究的工具和手段”，也是培養(yǎng)和提高大學(xué)生科技素質(zhì)的一個(gè)非常重要的方面。目前，生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)仍沿用傳統(tǒng)教師講授法，存在學(xué)生課中被動接受知識，課后習(xí)題消化課堂所學(xué)，缺乏教學(xué)互動與主動參與，學(xué)生對先修課程與本門課程的聯(lián)系不夠緊密，對課程的重要作用不勝了解，實(shí)踐應(yīng)用能力較弱等問題，因此生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程改革探索勢在必行。

二、新工科背景下課程教學(xué)調(diào)整及優(yōu)化

（一）調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容框架

蘭州理工大學(xué)目前采用由杜榮騫主編、高等教育出版社出現(xiàn)發(fā)行的《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》（第4版）作為教材，根據(jù)工具學(xué)科特點(diǎn)，該門課程在內(nèi)容安排上注重基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合，現(xiàn)階段各類院校都在優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)方案，課程學(xué)時(shí)均有一定程度的縮減，但對教學(xué)內(nèi)容、知識面的要求更多更廣，應(yīng)根據(jù)專業(yè)特色和學(xué)生實(shí)際精選、調(diào)整并形成課程體系。在學(xué)生先修課程概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)的基礎(chǔ)上對教學(xué)體系調(diào)整優(yōu)化為：資料整理與特征數(shù)計(jì)算、概率和概率分布、統(tǒng)計(jì)推斷與參數(shù)估計(jì)、方差分析、回歸與相關(guān)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)軟件等共七個(gè)部分，重點(diǎn)講授生命科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析中兩個(gè)最重要的分支：方差分析和回歸分析的理念和思想。生物統(tǒng)計(jì)方法重點(diǎn)掌握：統(tǒng)計(jì)推斷、參數(shù)估計(jì)、單因素和多因素的方差分析、回歸與相關(guān)分析；假設(shè)檢驗(yàn)方法重點(diǎn)學(xué)習(xí)對平均數(shù)滋檢驗(yàn)的u-test和t-test，對方差滓2檢驗(yàn)的字2-test和F-test；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法熟練使用：隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、裂區(qū)設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其方差分析和顯著性分析的多重比較方法等。課程將多元回歸及復(fù)相關(guān)分析、非參數(shù)統(tǒng)計(jì)兩章作為自學(xué)內(nèi)容[5]。

（二）把握教學(xué)過程基本原則

在教學(xué)過程中，教師遵循了以下原則：概率和概率分布知識點(diǎn)是結(jié)合先修課程的復(fù)習(xí)與回顧，使學(xué)生建立起對基礎(chǔ)知識的理解和鞏固；統(tǒng)計(jì)推斷和參數(shù)估計(jì)主要講授在生命科學(xué)領(lǐng)域中的適用范圍、案例應(yīng)用及結(jié)果分析；通過方差分析與回歸分析的講授逐步過渡到現(xiàn)代生物學(xué)統(tǒng)計(jì)的核心理念和思想的建立；結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)章節(jié)的內(nèi)容加大對生物工程領(lǐng)域復(fù)雜科學(xué)問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析，使教學(xué)內(nèi)容更加適應(yīng)工科院校生物專業(yè)特點(diǎn)；引入統(tǒng)計(jì)軟件輔助課程教學(xué)的模式，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐應(yīng)用的融合；教學(xué)過程不再注重概念的記憶、公式的推導(dǎo)、計(jì)算的過程，重點(diǎn)在于對生物統(tǒng)計(jì)理念和思想的認(rèn)識，對案例的分析和結(jié)果的推斷；在布置課后練習(xí)作業(yè)的同時(shí)，分組安排完成對課程教學(xué)體系、章節(jié)聯(lián)系、統(tǒng)計(jì)理念整體認(rèn)識的思維導(dǎo)圖大作業(yè)，再次鞏固課程全部學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過以上教學(xué)思考與改革內(nèi)容的實(shí)踐應(yīng)用，有助于學(xué)生加深對生物統(tǒng)計(jì)理論知識的認(rèn)識，有助于學(xué)生對軟件分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果深入理解，有助于在新工科背景下促使對這門理論性很強(qiáng)的課程向更加實(shí)用的工具應(yīng)用學(xué)科轉(zhuǎn)換。

（三）探索多元化教學(xué)手段

教師可采用Excel、SPSS、SAS、DPS、Origin等專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件作為教學(xué)輔助工具，這些軟件統(tǒng)計(jì)和作圖功能強(qiáng)大，經(jīng)過多年開發(fā)研制，便于學(xué)生使用和掌握。教師在使用統(tǒng)計(jì)軟件時(shí)，應(yīng)根據(jù)面對的科學(xué)問題或工程案例及統(tǒng)計(jì)理論知識，選擇正確的軟件統(tǒng)計(jì)命令，依據(jù)生物學(xué)專業(yè)角度正確分析、解釋結(jié)果的實(shí)際統(tǒng)計(jì)意義；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，提高學(xué)生將理論知識應(yīng)用于解決實(shí)踐問題的能力，教學(xué)效果明顯提高，值得研究推廣。計(jì)算通信技術(shù)與生物信息學(xué)的進(jìn)步，極大地推動著生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)科的發(fā)展。功能強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的不斷出現(xiàn)，將更有利于科研人員在海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘生命科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜性狀，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)生命的奧秘。在該課程中，增加統(tǒng)計(jì)軟件的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)是新工科背景下必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)適應(yīng)學(xué)科和社會發(fā)展[6-7]。

（四）合理制定評價(jià)考核方式

蘭州理工大學(xué)確定的課程評價(jià)方式為綜合測評，要求學(xué)生從多方面完善學(xué)習(xí)內(nèi)容，多角度充實(shí)目標(biāo)要求以達(dá)到工程教育認(rèn)證需求的課程目標(biāo)，避免了學(xué)生出現(xiàn)期末考試突擊復(fù)習(xí)、機(jī)械記憶、考后就忘的被動尷尬的學(xué)習(xí)效果，應(yīng)重視過程考核，平時(shí)成績占比為40%，包括課堂互動表現(xiàn)（提問和思考）、作業(yè)撰寫成績（計(jì)算和思維）、課堂筆記等；期末考試占比60%，主要考查學(xué)生對基本理念的認(rèn)識與案例分析計(jì)算，不再考察概念記憶和客觀題型的硬背，學(xué)生根據(jù)題型要求使用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)思維和表達(dá)來完成試題，案例計(jì)算與分析注重學(xué)生對實(shí)際問題的解決能力，可以從教材和參考書中找公式或方法，但需要自己理解計(jì)算和科學(xué)推斷，進(jìn)一步側(cè)重為對生命科學(xué)實(shí)際問題解決能力的考查。每學(xué)期課程團(tuán)隊(duì)老師都會詳細(xì)總結(jié)教學(xué)工作，全面分析學(xué)生對知識的理解、掌握情況，并且提出問卷調(diào)查，學(xué)生可以對學(xué)習(xí)課程中存在的問題和建議通過問卷反饋給教師，不斷優(yōu)化教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量[8]。

三、教學(xué)改革的效果及意義

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)從課程基本特點(diǎn)和專業(yè)特色出發(fā)，基于新工科背景下人才培養(yǎng)的目標(biāo)，遵循理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，在生物統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行了深入思考和持續(xù)改進(jìn)，改革實(shí)踐效果良好，具體表現(xiàn)為：在經(jīng)典與現(xiàn)代生物統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上，整合教學(xué)內(nèi)容，修訂課程大綱，突出統(tǒng)計(jì)理念，分析重點(diǎn)難點(diǎn)；不斷探索符合課程特色的多元教學(xué)手段，多方位教學(xué)資源，多角度闡釋重點(diǎn)，強(qiáng)化應(yīng)用能力的培養(yǎng)；將理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，將統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合，提高解決專業(yè)復(fù)雜工程問題的能力；改革課程評價(jià)考核形式，讓學(xué)生在相對寬松的環(huán)境下，最大限度地激發(fā)學(xué)習(xí)主動性、積極性、創(chuàng)造性，最終樹立現(xiàn)代生物統(tǒng)計(jì)理念和思想。

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（責(zé)任編輯：胡甜甜）