生物统计学课程体系和教学内容改革探索
摘 要：生物统计学是生物学研究重要的工具学科，因其较强的理论性和实践性， 教师教学和学生学习的难度均普遍较高。为便于学生学习理解生物统计原理及方法，提高生物统计在科学试验中的应用，从利用思维导图明晰生物统计学的课程体系和内容间的内在联系、重视关键概念和统计指标的意义剖析、生物统计SPSS软件应用三个方面，介绍优化生物统计学课程体系和教学内容所开展的改革探索，以期提高生物统计学教学效果。
关键词：生物统计学；课程体系；教学内容；改革探索
生物统计学是生物学研究中重要而不可缺少的工具学科，它是运用概率和数理统计原理，阐明实验设计和抽样调查的原理和方法、实验数据的定性（统计图表）和定量（统计指标）描述，以及由样本来推断总体（统计推断）的原理和方法。生命科学是实验性较强的学科，离不开实验设计和抽样调查，离不开大量数据的收集、描述和整理。如何通过有限的投入和对样本的观察研究，来实现对事物本质规律（总体）的推断，如何将科学研究的结论从定性的统计描述上升到定量（概率）的统计分析。以上问题的解决，均离不开生物统计学这门重要的工具学科。因此，生物统计学是生命科学专业学生应该掌握的一门重要的专业必修课，对后续课程的学习、大学生创新实验、毕业设计和将来的科学研究均具有重要的作用。
但生物统计学的理论性和实践性均较强，涉及的抽象概念和理论较多，对相关重要概念和统计理论基础的理解直接影响学生正确、灵活应用统计学知识分析和解决实际问题的能力。如何理顺内容之间的内在联系和衔接，优化课程教学体系，并根據专业需要，形成适合本专业的主要教学内容，深入浅出地引导学生在理解相关重要概念和理论的基础上，掌握常用统计分析方法的原理和适用条件，是课程教学的关键、重点和难点。笔者自2002年一直承担本科生和研究生的生物统计学教学工作，深刻体会到要提高生物统计学的教学效果，不仅需要深入钻研教学内容，理清知识点间的内在逻辑关系，形成清晰的课程教学体系，更需要紧跟时代发展步伐，钻研教学规律，因材施教，勇于探索适合本专业特色的教学内容。十几年来，作者主要从以下三个方面对生物统计学的课程体系和教学内容进行优化，并取得了良好的效果。
一、利用思维导图明晰生物统计学课程体系和内容间的内在联系
教学内容和课程体系是人才培养的主要落脚点和教学改革的关键。作为一门理论性和实践性均较强的学科，生物统计学的每部分教学内容即是相对独立的分支，同时，各部分内容间又存在极强的逻辑关系，环环相扣。学生掌握这样一个严谨而又复杂的知识体系具有较高难度，在学习过程中学生往往知其然而不知其所以然，在实际应用中往往只能比葫芦画瓢，很难做到灵活、正确的运用。而思维导图作为一种直观、立体化、可视化的辅助思维工具，主要运用图文并重的技巧，用层级图来展示各级主题的相互隶属关系，能将结构复杂的知识网络用图表直观表现出来。
作者在生物统计学教学过程中，尝试将思维导图法引入到教学中，从最初的绪论和总结复习，到现在几乎贯穿每部分主题内容，如，生物统计学的主要任务和研究思路，抽样分布理论与假设检验的基本原理、统计学意义与两类错误的关系，误差、重复、方差、标准差、标准误、精确度等概念的关系，常用统计推断方法的适用条件（见图1）等。经过几年的实践发现，思维导图不仅能有效激发学生的学习兴趣，启发学生的创造性思维，提高学生学习的主观能动性，而且能让学生直观了解知识内容间的内在联系，有助于引导学生梳理统计学知识，使生物统计学内容系统化、体系化，有助于学生在透彻理解相关公式来源、含义和相互关系的基础上，真正理解统计推断的原理和常用统计分析方法的适用条件，增强学生分析和解决问题的能力。
二、重视关键概念和统计指标的意义剖析
生物统计学是研究如何由样本推断总体的科学，由于个体间的差异性和抽样的随机性，实验中获取的样本统计量是存在误差的随机变量。从根本上讲，实验设计就是对误差的控制和估计，而统计分析就是通过样本统计量与对应总体的分布关系，由样本结果推断样本间的差异由误差引起的可能性大小。明确总体与样本、统计量与参数、概率与频率、分布、概率分布、抽样分布、误差、重复、精确度、方差、标准差、标准误等概念，U分布、t分布、卡方分布和F分布的统计学意义和误差分布的特点，对实验设计和假设检验原理的理解。因此，作者在教学过程中，针对各部分内容的特点，尽量采用通俗的描述性语言，对相关概念或公式的统计学意义进行深入剖析和纵横比较，使学生在理解的基础上，掌握不同统计指标和统计分析方法的使用条件。
三、启发式教学和SPSS软件分析相结合
作为一门重要的工具学科，学生在理解基本原理、掌握统计分析方法的适用条件的基础上，能正确在科研实践中分析和解决实际问题，是生物统计学教学的终极目标。随着计算生物学和素质教育中教学实践环节（野外实习、大学生创新实验、毕业设计、科研训练）的加强和重视，在生物统计学课程教学中逐步引入相关统计分析软件的应用，引导学生将理论学习应用于实践，在理论和实践的结合中，增强学生分析和解决问题的能力，达到学以致用的目的，成为素质教育背景下，实现生物统计学课程体系和教学内容优化的主要途径之一。收集并利用学生在科研训练或创新实验中的实验数据，采用启发式教学，引导学生利用相关统计分析软件解答问题，是提高生物统计学教学效果的重要手段。在SAS、SPSS、Minitab、Stata等相关统计分析软件中，SPSS软件因其操作界面更友好，操作者只要具备一定的Windows操作技能，理解统计分析的原理，就可以进行操作使用，是非专业统计人员首选的统计软件，是应用最为广泛的一款统计分析软件。作者在教学过程中逐年增加SPSS软件分析的相关内容，在主要统计分析方法的讲述中，强调相关统计分析方法的基本原理、适用条件和如何用SPSS软件进行统计分析和结果解读，弱化相关计算过程，不仅提高了学生的学习积极性，也培养了学生分析和解决问题的能力。
总之，生物统计学因其较强的理论性和实践性，教师教学和学生学习的难度均普遍较高。采用理论结合实例，使学生在理解的基础上，提高分析和解决实际问题的能力，是提高生物统计学教学效果的关键。笔者在多年的生物统计学教学中，本着提高教学质量和教学效果的目标，主要从思维导图应用、关键概念和公式的统计学意义剖析、启发式教学和SPSS软件应用相结合三个方面，对生物统计学课程体系和教学内容进行优化和改革探索，学生逐年的学习效果和考核成绩有明显的提升，对于难度相当、题型类似的卷子，2017年90分以上的学
生比例（11.59%）显著高于2007年（7.45%）。但生物统计学作为生命科学学科中重要的一门工具学科，要教好这门课，还有很多问题需要进一步探讨。如，集生物统计学理论和SPSS软件应用为一体的教材建设，如何开展并完善适合课程特色的过程性评价体系；如何利用互联网+时代特点，开拓适合生物统计学的全新的教学方式；如何根据基因芯片、质谱分析、二代测序等高通量生物实验技术的发展，补充基于生物信息学研究的相关统计分析方法的教学内容；如何根据全球生态变化研究方向的发展增加主成分因子分析、数学模型构建等多元统计分析方法。因此，在以后的教学中，作者会继续根据学科发展需要，不断优化教学体系、完善教学内容，全面提高生物统计学的教学质量。
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基金项目：河南省教育厅教学改革项目，项目编号：2017SJGLX221；河南大学第十四届教学改革项目（重点）“《生物统计学》课程体系和教学内容改革”，项目编号：HDXJJG2014-24。
作者简介：李玉阁（1977-），女，河南南阳人，博士，副教授，研究方向：作物遗传育种。
（责任编辑 曹雯梅）