水产类生物统计学课程特色建设与教学改革论文

2018-07-30 统计学

  水产生物学科是门实验性的学科。广东海洋大学水产学院生物统计学课程的课程设置,以及教学内容与方式需要改革。水产类生物统计学课程特色建设与教学改革对策,可以从课程设置、学生思维方式培养、教学内容与方式、考核方式、课程建设几方面进行。

  生物统计学是应用概率论和数理统计的原理和方法研究生物界数量变化规律的学科,属于数学在生命科学领域中的应用学科。其基本任务是研究生物学领域数据资料的收集、整理和分析方法,并对数据分析结果做出合理的解释。[1]生物统计学是生物类、植物生产类、动物生产类、食品科学类、水产类、环境科学类等相关专业的专业基础课,是一门应用性很强的方法论学科。尽管在基本概念和基本原理的讲述上,各专业相差不多,但在有限学时内具体授课内容的选择上,在例题、习题的选择与编写上,在试验设计方法等问题上,不同专业差别还是很大的。21世纪以来,随着社会的发展和科学的进步,高等教育的培养目标从以知识传授为重点转向以能力培养为重点;从培养能够继承和使用知识的人才转向培养能够发现和创新知识的人才。[2]这种人才培养目标的转变给高校课程教学提出了更新、更高的要求,同时随着水产学院申博增硕的成功获批,针对水产类专业的生物统计学课程特色建设与教学改革也势在必行。

  一、问题分析

  (一)课程设置

  广东海洋大学水产学院现有三个专业,即水产养殖学专业、海洋渔业科学与技术专业和海洋科学专业。作为一门重要的应用数学,多年来生物统计学一直是各专业的专业基础课,普遍应用于各专业的毕业试验设计和毕业论文撰写中,其在水产科学研究中具有十分重要的作用。然而各专业在本门课程的设置上并不一致,如教学大纲不一致、授课学时不一致、授课方式不一致、考试方法不一致、授课学期不一致等。不同专业的授课教师各自为政,缺乏沟通与交流,这不利于整个水产学科的发展,也不利于课程的后续发展与建设,更不利于硕、博课程的衔接与深化。

  (二)教学内容与方式

  首先,生物统计学应用数理统计对随机现象的统计规律进行演绎和归纳,涉及概率论、统计学、生物学及它们的综合应用等多方面,概念多、公式多、数据多,一些内容较为抽象,很多学生对该门课程有畏惧心理。学生普遍认为该课程较难,表现在概念难以理解、思维难以展开、问题难以入手、方法难以掌握、习题难做,因此对本门课程缺乏兴趣,课堂学习积极性不高。此外,由于课堂互动少,与水产科学实践联系不紧密,教师过分重视教的过程,学生不能亲自体验收集、处理数据的过程,因此学生难以深刻理解统计学的本质原貌。

  其次,在教材的选用上,以《概率论和数理统计》为名的教材很多,但大多仍是基本沿用数学专业的教材体系,数学学科性太强[3],重数学理论,轻水产应用,数学与水产不能相互融合。以《生物统计学》为名的教材也较多,如杜荣骞的《生物统计学》(高等教育出版社)[4]、明道绪的《生物统计附试验设计》(中国农业出版社)[5]等,其编写主线都是先概率、后统计、再试验设计。这些教材较传统的概率论与数理统计更加合理,充分考虑了授课学时的安排,少概率、多统计;理论部分恰到好处地压缩,应用部分适当加强,在实践中更易于被学生所接受。我们曾采用杜荣骞主编的《生物统计学》,虽然其强调了在生物科学上的应用,但其例题和习题多为以动植物的遗传、变异为主,需要有较好的生物知识,对水产学科来说有些脱节,学生在学习了较难的理论后难以具体化、形象化,容易丧失学习的兴趣。

  最后,为了应付传统的单一笔试的考核方式,学生需要进行大量的习题练习。学生把精力都放在了记背公式、过程的推导和演算当中,忽略了对知识背景的理解,如果题型一变,马上不知如何解答。一道简单的方差分析就要花费学生大量的'时间,考试信息量受到限制,这些考试内容在学生以后的计算机应用中又基本用不上,这无疑加重了学生的学习负担。

  二、课程改革对策

  (一)课程设置改革

  为充分利用教学与教师资源,我们将课程更名为水产生物统计学,并作为院级限选课提出,强调了本课程在整个水产学院各专业课程设置中的重要性。课程采用统一的课程名称、课程号,课程教学大纲及课程考核,课程学时设置为48学时,其中理论授课学时为36学时,实验上机学时为12学时,理论与实验学时比为3∶1,基本保证了该门课程理论教学和实践教学的要求(对多数高校而言,一般设置为40学时或更少)。为了保证本课程先修课程的顺利完成,让学生掌握必要的专业知识,且与学生毕业论文设计相衔接,授课学期设置在第六学期较为合理。

  (二)注重学生思维方式的培养

  在学生思维方式的培养上,应注重启发式的教学原则。广东海洋大学是一所以教学型为主的大学,而水产学院在学校的发展中扮演着教学、科研并重的角色。水产生物统计学是一门理论基础强、实践强的学科,在学时较少、学科研究日益深入发展的要求下,如何充分发挥学生的主动性和积极性,从“接受知识”转向“主动应用”,是生物统计学教学与实践的主要内容。启发式的教学原则,就是以激发学生的主动性思维、唤起学生的求知欲和兴趣为出发点,科学地引导学生主动思考,让学生将知识融会贯通形成技能,发展学生智力、挖掘学生潜力。首先,在知识的传授上,要“两少两多”,即“少概率、多统计;少理论,多应用”。学习什么情况下用什么方法进行统计分析,要比学习这个方法本身如何统计更重要。现在的统计方法,都可以由很多专业的统计软件来完成,甚至你只要知道用什么方法,怎么输入数据,一个菜单就搞定了,也就是说,不管你方法对不对,总会有结果出来的。因此,培养学生主动分析的能力更为重要。

  (三)教学内容与方式改革

  1.强化海洋、水产特色

  根据水产学院各专业的人才培养特色与课程体系特征,我们以海洋水产类试验方案设计、数据分析与处理等为课程应用导向,突显海洋、水产特色。我们以蔡一林、岳永生主编的《水产生物统计》[6]为教材,以各专业教师科研实践的实际案例为补充例题及习题,深入浅出地介绍试验设计的基本原理,并引导学生学习和掌握如何合理有效地获得数据并对数据进行分析推断的原理和方法。由于与专业紧密相连,举例对象学生熟悉,这自然减少了学生学习的畏难情绪。

  2.优化教学内容

  在教学内容的设计上,除基本统计原理外,我们根据各专业实践在有限的课时内优化教学内容。概率论是整个统计的理论基础,在教学上要注意讲清概念、减少理论,加强引导。在概念的讲解上,要注意深入浅出,简明易懂。对于一些证明推导,则可以适当略去,只要说明问题的背景、来源、结果及应用的方面即可。在统计上,要加强对基本统计理论的讲解。基本的分布、方差分析、简单的相关和回归基本就解决了水产学科本科教学、科研的大多数问题。我们没有必要为了解决10%的问题而去花90%的时间。此外,一些简化公式都是为了手工计算而设计的,由于可以使用电脑完成计算,这部分内容完全可以略去。

  3.改革教学方法

  水产生物学科是门实验性的学科,很多生物学现象及其原理都是在试验中发现,并通过实验加以验证得出结论的,因此,试验设计的好坏直接影响到结果的分析及其结论的正确、可靠与否。本课程把理论与实践相结合的教学作为重要的教学手段。

  (1)在理论教学中做到以下几点。①从各专业的背景出发,建立抽象理论与学生熟悉的具体问题之间的联系,通过比较研究,使学生掌握各种试验模型的假定及其应用。②采用探索探究式、互动式教学方法,启发学生思维,拓宽学生思路,引导学生用科学研究的思维方式思考问题;由以教师“讲”为主,转变为以学生“学”为主,使得教师讲授与学生自学、讨论和研究有机地结合起来,提高学生分析问题和解决问题的能力。③采用课外阅读文献、课堂评述等方法,重视培养学生独立获取知识的能力,为学生终身学习和创新奠定基础。④精心设计多媒体课件。多媒体课件除具有一般多媒体课件形象、生动的特点外,还要根据本课程特点展示数据的动态分析过程,尽可能使课件融教学性、科学性、艺术性和技术性为一体,激发学生的学习兴趣,提高教师的教学效率。

  (2)在实践教学中,分三个层次进行实践性教学。①通过试验设计的方法练习,加深学生对基本原理理解的基础实践。②结合专业提出课题,由学生组织设计及分析,并进行课堂讨论的综合性、设计性实践。③根据专业,由学生自行选题、设计并分析推断的研究性实践。

  4.切实用好“多媒体教学”

  随着计算机技术的发展,多媒体日益成为重要的教学手段。[7]它以计算机为主要媒介,把文字、图形、图像、音频和视频等信息媒体结合起来表达教学内容。多媒体教学能使课堂变得生动活泼,从而实现传统的教学方式无法达到的效果,是高校教学改革的一项重要内容。然而在实践中,“多媒体”的“多”往往被单一计算机取代,多媒体课件也往往成了简单的PPT演示。笔者曾在《浅谈高等教育多媒体教学中存在的问题》[8]一文中,阐述了现代多媒体教学在带来利的同时其弊同样不可忽视。就生物统计学的多媒体教学而言,其概念多、公示多、统计计算过程烦琐乏味,计算机的应用无疑能起到事半功倍的效果。然而传统黑板的作用也不能忽视。在教学中笔者就曾发现,学生对统计量不知道怎么书写;重要的推导过程在多媒体课件中一闪而过,跟学生的认知思维衔接不上,这反而增加了学生的厌恶感,使学生不能跟着教师的节奏学习。由此可见,多媒体教学也存在一定的弊端。

  此外,要注意生物统计学多媒体课件的制作不同于物理、化学等学科(它们强调计算机的模拟功能),生物统计学多媒体课件必须同统计分析软件“链接”。在实践中笔者发现,普通计算器、Excel软件和SPSS统计软件是较为适合的本科教学统计软件。也许大家都忽略了普通计算器的应用,实际上,在任何一台Windows机器上,程序的附件中都有一个计算器,这个计算器虽然不能进行复杂的统计功能,但对于统计中经常用到的统计量基本都能够计算。此外,在电脑上机课上,可以重点介绍Excel的统计功能。严格说来Excel并不算是统计软件,而只是数据处理工具。但它几乎是每台电脑上装机必备的软件,对于大多数的学生来说,Excel统计功能的学习能为他们以后从事非专业统计工作起到很好的帮助作用。专业统计软件采用SPSS软件,由于该软件不需要编程,因此学生较易接受。除了课堂涉及的统计方法外,这些大型软件包的一个主要好处就是菜单丰富,功能齐备,只要有一本参考书,学生就可以方便地掌握各种统计方法。

  最后,要充分运用计算机网络。网络教学将为学生提供广阔的学习空间、充足的学习资料和多样的学习方式。比如西安科技大学的生物统计学网站,除了具有精品课程的内容外,还在“参考资料”栏目内设有“教学篇”、“人物篇”、“历史篇”、“故事篇”、“软件篇”、“应用篇”等内容,这不仅能为学生提供丰富的学习资源,还增加了学生的学习兴趣,并可以通过学生反馈来丰富学习资料。

  三、考核方式的改革

  成绩考核是督促学生复习、巩固所学知识并对教学效果进行检查的重要手段。在传统的笔试考核方式中,学生要把大量的时间花在计算公式的背诵和数学计算上,这种考核方式不能全面、准确地考查学生对各种统计分析方法的掌握和应用情况。要改革考核方式,除笔试外,还应增加电脑上机考试。笔试部分应加强概念的理解和实际应用,不要求背条文、记大量的公式,也不要求繁杂的计算。电脑上机考试部分,应让学生用所学的统计知识和原理,选取合适的统计命令进行统计运算,并能对统计结果进行分析和解释。这样就能将学习、考核和应用真正结合起来,既解决了学生死记硬背的问题,又加强了学生灵活应用所学知识的学习兴趣,真正达到了本门课程的培养目标。

  四、课程建设

  在课程的建设上,应注重两点。一是加强师资建设,以讲授本门课程的教授、博士作为课程负责人,建设教学梯队,以研带教,以较辅研;教师定期学习讨论,编制更符合水产学院研究特色的教学例题、习题。二是将这门课程作为学生一生的课程,即在本科、硕士、博士三个学习阶段都要开设本门课程的后续,形成一个完整的统计学学习链条,使本门课程能真正服务于水产学院的教学、科研。

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