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1、试验统计方法课程教学改革探索与实践 介绍了试验统计方法课程的基本理论体系和教学目标，指出了试验统计方法课程教学中存在的主要问题，并提出了课程教学改革理念及思路，以为试验统计方法课程教学改革提供参考。 Abstract The basic theory system and teaching goals of Experimental Statistics course were introduced，problems in the teaching of Experimental Statistics course were pointed out，the teaching reform co
2、ncept and thought of the course were also put forward，so as to offer references for Experimental Statistics course teaching reform. Key words Experimental Statistics course；theoretical system；problem；teaching reform；practice 试验统计方法是高等农业院校农学及生物学相关专业的必修课程，是科学研究和实际工作必不可少的工具学科1。随着生物学研究的发展和生物信息数据的海量涌现，其应
3、用也越来越广泛。由于统计分析能力与科学研究能力关系密切，使得该课程在本科生课程教学改革中的地位日益突出，并受到重视和加强。但是该课程的理论和方法多建立在抽象的科学假设之上，数学概念和公式较多，分析过程复杂，逻辑性强，使得很多学生产生畏惧心理2。笔者所在课程组针对该课程的特点和规律，从教学方法、教学手段、考核方式等方面进行了多年的教学实践，取得了较为理想的效果。 1 试验统计方法的基本理论体系和教学目标 试验统计方法包括试验设计和统计分析2个部分，试验设计主要介绍了试验设计的基本概念、试验设计原则、试验方案的制订及常用的试验设计方法，在常用的试验方法中重点讲述完全随机试验设计、随机区组试验设计和
4、裂区试验设计。统计分析主要包括统计学的基本理论、统计假设测验、方差分析、回归和相关分析等内容。通过本课程的学习，可以使学生能够根据不同的试验目的和要求合理地设计试验，对获得的资料进行分析和整理，对试验数据进行统计分析，进而对试验结果做出正确推断。由于合理的试验设计是统计分析的基础，这就要求在课程内容上要二者并重。 科学研究必须建立在严密的逻辑推理分析基础上，正确地使用统计学方法则是保证其科学性和逻辑性的基本手段之一。对统计思维的培养是试验统计方法教学的核心任务之一，对培养学生独立分析问题和解决问题的能力起着重要作用。与自然科学的研究方法不同，统计学是从不肯定性或者概率的角度来思考问题的，统计推
5、断的过程是一个逻辑思维过程，是从概率的大小来推断结果的可能性。因此，在讲解基本原理时应着重强调科学的统计思维方法，重点培养学生运用统计方法解决生物学数量现象的能力。 2 试验统计方法教学中存在的主要问题 2.1 学习目的不明确，主动性较差 通过多次课堂问卷，调查学生认为学习这门课程将来能解决什么问题，开课初期的调查结果表明大部分学生不知道该课程的用途，一部分学生只是听说这门课程很重要，但是并不知道学习这门课程能解决什么具体问题。课程教学后期的调查结果显示仍有部分学生不清楚学习这门课程对自己能有什么帮助。这说明学生对这门课程的学习目的不明确，处于为了学习而学习的状态，在学习中主动性差，教师要求严
6、格时学习效果就相对好一些，要求较松时学习效果就差一些。被动学习导致对所学知识一知半解、似懂非懂，教学效果大打折扣。 2.2 概念术语过多，计算公式复杂 概念是逻辑思维的最基本单元和形式，其基本特征是抽象性、概括性、逻辑性和严密性3。试验统计分析是一门以概率论为基础的工具学科，在学习过程中，不可避免地会涉及大量的概念和公式，例如在变异数一节中，就要区分极差、离均差平方和、方差、标准差、标准误和变异系数等术语，引导学生对这些基本统计概念的理解尤为重要。另外，复杂的公式也是学习试验统计分析的障碍之一，统计分析的公式较多，大多数学生是通过死记硬背来记忆，在学习过程中把大量的时间花费在公式记忆上，很难有
7、时间去搞清楚为什么应这样计算，更不理解其理论依据，这样即使勉强背会公式，也很容易遗忘。 2.3 理论体系抽象，理论与实践联系较少 试验统计方法的理论体系都是以数学知识为基础，例如在多元回归与相关分析中会涉及小概率事件、偏导、最小二乘法、矩阵等数学知识，理论体系抽象，使得学生学习起来枯燥乏味，容易产生畏惧情绪，学习积极性不高4。另外，该课程的应用性也很强，受教学条件限制，学生无法自己动手设计试验，尤其是试验设计内容，仅通过教师在黑板（或课件）上画图来理解，而且对于具体的统计分析方法，往往采用教材上的例题和习题中的数据来进行演练，仅仅练习所讲授的分析方法，学生很难与实际应用联系在一起，不会融会贯通
8、，也不具备综合分析数据的能力。 2.4 过分依赖统计软件，对原理和过程探究过少 随着计算机应用技术的高速发展和推广，各种统计软件相继开发和使用，如SAS、SPSS、DPS等统计分析软件简化了数据处理过程，使得人们从繁重的数据计算工作中解脱出来，数据计算更加轻松简便，各种统计分析方法也逐渐被接纳和使用，数据分析方法也更趋于科学和严密5。然而统计软件的出现也带来了一定的负效应不需要太多的统计知识也能借助统计软件进行数据处理，学生会忽略统计学的基础知识以及各种统计方法的应用背景和适用范围，这样在判断究竟应该选择哪一种统计分析方法时容易出现错误，例如在多个样本进行比较时本应通过方差分析来比较差异显著性
9、却选用t测验的方法；或者虽然选定了正确的统计方法，却对分析结果所说明的生物学含义并不理解，例如在输出结果p 3 试验统计方法教学改革理念及思路 在授课过程中经常开展教学研究，根据各章节教学内容特点采用相应的教学方法；在教学中注重对所讲内容进行深层含义的剖析，消除学生对公式的惧怕心理；合理分配各章节的讲授时间，做到重点难点突出；用专业方面的实例来加深对理论的理解和应用，注重理论与实践相结合；尝试实景教学和角色互换教学等新的教学模式，改进实验教学手段，激发学生的学习积极性。在教学过程中主要采取了以下几方面的改革。 3.1 组合应用多种教学方法和手段，学会统计思维 根据各章节具体内容的特点对启发式、
10、剖析式、前导式、展开式、设疑式、探索式等教学方法进行合理组合，尤其避免“满堂灌”，加强对问题实质性剖析，强化理解，弱化死记硬背，消除学生学习的畏难心理，提高学生在课堂教学中的参与度。例如在讲解平均数和变异数这部分内容时，先理解数据的两大特征（集中性和变异性），然后根据生活中的实例来理解如何对2组数据进行比较，平均数反映数据的集中性，变异数反映数据的离散性，启发学生们去理解极差、方差、标准差和变异系数等变异数；在假设测验中把4种分布即u分布、t分布、F分布、2分布放在一起比较，理解各种分布的特点和适用范围；在方差分析部分，把方差分析的基本原理、单因素试验结果的方差分析、多因素试验结果的方差分析进
11、行层层递进，由易到难。通过这些方法，有利于培养学生统计学思维。 3.2 借助计算机软件简化数据处理，提高理解分析能力 实验课是理论知识的延续，是学生对所学知识具体应用能力的体现，使用统计分析软件可以正确迅速地分析试验结果，更为直观6。结合实际需要，把Excel软件引入到实验课中，把实际的试验与数据分析联系起来，进行统计分析并解释结果。由于大多数计算机都安装有Excel软件，不需要专门的编程语言，而且很多原始数据都以电子表格的形式储存，数据格式清晰明了。尽管Excel软件具有较强大的数据处理能力，但是生物统计学中的很多试验资料的统计分析，没有直接的计算程序。例如在试验中常用的二因素随机区组试验和
12、裂区试验结果的方差分析、逐步回归分析、偏相关分析、通径分析、曲线方程的建立等都不能直接计算，没有分析的过程，不利于学生去理解。为此，笔者所在课程组教师认真钻研，将Excel软件中的多种功能结合，巧妙地解决了这些问题。例如二因素随机区组和裂区试验结果的分析可选用工具中的“可重复双因素方差分析”，然后利用Excel的函数功能作适当修正即可；可直线化曲线回归分析可利用公式编辑器和函数运算进行数据转换，然后进行直线回归分析，最后借助函数功能反转化为曲线；多项式回归分析可借助多元回归分析的方法，然后再作适当修正。实践表明，本科教学中的每一种统计分析方法都可以在Excel中很快完成，并且在分析的过程中帮助
13、学生更好地理解了统计学的基本原理。 3.3 加强案例实景教学，使学生能够学以致用 在缺少教学实践用地的情况下，利用科研试验田实施实景教学，以增强直观性和应用性。本课程组在科研田设有各类试验，基本涵盖了本科生教学内容中常用的试验设计，例如产量比较试验、新品种鉴定试验、播期和播量二因素试验、施肥和种植密度二因素试验等，在课程讲解过程中，组织学生到现场了解各种试验设计的具体设计和实施方法，指出设计中需要注意的问题及各种试验设计的优点与不足，根据研究课题让学生判断应该采用什么样的设计，例如小麦区域试验采用的试验设计方法，小麦播期和播量试验该如何实施才能更为合理等。这些实景式教学虽然无法满足学生亲自动手
14、设计试验，但在一定程度上增加了授课内容的直观性。通过这样的案例实景式教学方法，引导学生参与分析讨论、主动思考，培养了学生解决实际问题的能力和科学素质。 3.4 让学生参与课程讨论，提升教学效果 在授课过程中根据一些章节间内容的连贯性和规律性，采用分组的方式进行讨论，引导学生学会举一反三，触类旁通。例如关于方差分析部分，先讲解方差分析的基本方法，理解变异项分解的原因和依据，然后引申单因素试验结果的方差分析方法，分析单因素完全随机试验设计与单因素随机区组设计时的不同，进一步分析变异分解项中为什么会多分解区组项。从单因素方差分析引入二因素方差分析。从二因素完全随机试验的方差分析进一步引出三因素完全随
15、机试验的方差分析，通过这种层层递进、逐步深入的方法，教会学生统计分析的基本方法。常言道“授之以鱼，不如授之以渔”，这种启发学生理解基本原理的方法，能够使学生总结规律，从而学以致用。另外，可采用角色互换式教学，提高学生在课堂教学中的参与性和主动性，例如在二因素随机区组试验结果的方差分析讲解过程中，教师先把基本分析思路讲解清楚，讲解案例时，让一个学生到黑板上对变异项进行分解，其他学生在下面各自进行分析，讲台上的学生分析结束后讲解基本思路和分析过程，最后由教师进行补充讲评。学生参与的过程也更能激发出学习的主动性和兴趣性。 3.5 培养自学能力，量化考核方式 合理的考核评价体系也是引导学生积极主动学习
16、，提高学习效率的必要手段之一，是巩固教学成果，培养自学能力的必要环节7。以往传统的考核方式都是期末一次成绩决定最终结果，这种考核方式造成部分学生平时不学习，考试前临时突击。针对这种情况，对考核方式进行改革，成绩考核由4个部分组成平时表现、课后作业、期中测验和期末考试，其中平时表现包括考勤、上课听讲和回答问题，占总成绩的5%；课后作业主要是独立完成作业情况和对统计学的理解程度，占总成绩的15%；期中测验成绩占30%，期末考试成绩占50%，这样可以使学生的学习主动性和积极性提高，能够认真完成作业，进一步理解和消化课堂知识，保证课程教学的效果，减轻期末考试的压力，以免出现平时消极应付、期末突击应考现象，同时在批改作业、平时表现和期中测验的考核过程及时发现教学中不足并调整教学方法。 4 结语 通过案例教学、实景分析、课堂讨论等教学方法，突出重点，加强基础理论的引导，重在理解原理弱化公式推导过程；理论联系实际，将课堂教学与科研项目紧密结合；结合实际发展需要，引入Excel数据分析功能，进一步理解分析的过程，掌握基本分析步骤；加强案例教学，能够学以致用；采用角色互换式教学，提高学生在课堂教学中的参与性和主动性。这些教学方法增强了学生学习试验统计方法的主动性，提高了学习兴趣，教学质量和教学效果明显提高。 5 第 10 页