論《田間試驗與統計分析》“金課”的打造

張 真,李 勝,宿俊吉,栗孟飛,馬紹英

(1.甘肅農業大學 生命科學技術學院,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅農業大學 農學院,甘肅 蘭州 730070;3.甘肅農業大學 基礎實驗教學中心,甘肅 蘭州 730070)

2018年8月,教育部專門印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》,提出:“各高校要全面梳理各門課程的教學內容,淘汰‘水課’、打造‘金課’,合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度,切實提高課程教學質量?！彼^“金課”可以歸結為“兩性一度”,即高階性、創新性和挑戰度[1]。

《田間試驗與統計分析》(以下簡稱《田統》)作為甘肅農業大學農學、種子、資環、植保、園藝、草業、林學等植物生產類專業的必修課程之一,知識面廣,理論性、實用性強。并且它是每一個農業科技工作者必須掌握的基本工具,對提高農業生產水平、推動農業科學發展均具有舉足輕重的作用。因此,響應國家號召,以學生作為主體,將知識、能力與素質有機融合在一起,使學生在獲得有效知識的同時能夠獲得良好的課程主觀感知,提高這門課程的“含金量”勢在必行!

《田統》的教學內容主要包含“田間試驗設計”與“數據統計分析”兩部分。通過課程教學,可使學生掌握以下三方面的技能:第一,能夠制定合理可行的試驗方案;第二,能夠科學的整理、描述所收集到的具有變異的資料,揭示出隱藏在內部的規律性,并能根據生物統計學原理正確選用統計分析模型,進行數據的處理與分析,給出科學的結論;第三,能夠熟練應用數據分析軟件繪制適宜的統計圖表、對試驗數據進行正確的統計分析。但《田統》學習過程中會涉及大量的數學公式以及一些抽象的概念,具有內容多、公式多、概念多、難記、難理解(簡稱“三多兩難”)等特點。針對以上教學目標及課程特點,從金課的“兩性一度”出發,筆者對《田統》教學體系的建設提出以下改革思路。

一、改進教學模式,豐富學習方式,強化課程創新性

(一)“學習金字塔”理論指導下的翻轉課堂

“學習金字塔模型”的研究成果來自美國緬因州的國家訓練實驗室,它是利用數字形式記錄了學習者通過采用不同學習方式,在兩周以后還能記住的內容量(用平均保持率表示)。研究結果顯示:如采用聽講、閱讀、聲音、圖片、示范、演示等被動學習方式,學習效果在30%及以下;而采用小組討論、實際演練、做中學、馬上應用、教別人等主動教學方式的學習效果均在50%以上[2]。筆者在該理論的啟發下采用了“角色翻轉”的課堂模式,學生滿意度高,教學效果好。

例如,“參數區間估計”是基于理論分布和統計假設檢驗知識內容的拓展,為了考查學生對學過內容的理解和掌握情況及獨立探索學習的能力,把“參數區間估計”作為學生課后自學內容,并以小組為單位,將學習成果在課堂上以板書或PPT形式進行教學展示,還包括有其他小組向展示小組提問環節,從而使學生能夠對所學知識深入理解、融會貫通、舉一反三,同時,也鍛煉了學生的語言組織及表達能力,并體現了團隊協作的精神。

(二)案例式教學

案例教學(Case Method)是一種讓學生把自己納入一些模擬或現實生活中的場景來進行學習研討的一種教學方法,整個過程中,要求學生自己去思考、去創作,不但能最大限度地調動學生學習的自主性,而且能培養學生獨立思考和解決問題的能力[3]。我們在《田統》教學當中也驗證了這種教學模式的優勢。

例如,卡平方測驗的應用之一就是獨立性測驗,即根據某一質量性狀的各個屬性類別與某一因素的各個水平利用統計次數法得來的次數資料判斷某一質量性狀的各個屬性類別的構成比與某一因素是否有關,如種子是否滅菌與植株發病率是否有關;殺蟲率與殺蟲劑種類是否有關等。但由于農業科學研究中試驗對象是生物體材料,相關試驗周期較長,需要空間較大,不便于開展《田統》實踐教學,因此,我們以理論知識為依據,將統計方法與實際生活聯系,采用案例式教學,要求學生以小組為單位自行研討設計試驗方案,將調查融入生活,變換試驗因素及性狀,如抽樣調查并分析我校男生、女生對面食和米飯的喜好程度是否相同,即主食的喜好是否與性別相關。通過這種教學模式的引入,將理論與實踐聯系起來,很大程度上提高了學生對這門課程的興趣,也提升了對理論知識的掌握和應用水平,同時提高了學生獨立思考問題、解決問題的能力。

(三)參與式教學

“參與式”教學是一種能夠激發學生興趣和自我探索的教學方式。在一些統計概念的教學中準備一些“參與式”教學的素材,能夠讓學生更加深刻地掌握統計數和參數背后的真正含義。

例如,在開展“平均數與變異數”的教學內容之前,要求同學們預習相關章節并以宿舍為單位收集身高及體重數據,并計算樣本的平均數、方差、標準差及變異系數。課堂當中,會將結果收集并展示,告知學生通過這些數據能夠獲得哪些信息,該如何去理解和應用。比如,平均數就是說明資料集中性質的統計量,可以作為資料的代表值,身高平均數最大的一組同學和身高平均數最小的一組同學同時站在講臺上,可明顯看出前者高于后者;變異數是說明資料離散程度的統計量,標準差最大的一組同學與標準差最小的一組同學站在一起比較,很明顯能夠看出變異數大的一組同學身高更加的參差不齊,而變異數小的一組同學高度比較均勻。再比如,從數據中選出一組身高變異系數大,但體重變異系數較小的學生站在前排,可以看出這組同學雖然身高參差不齊,但胖瘦卻很均勻,從而教授學生可以利用變異系數對于單位不同的試驗指標的離散程度大小進行比較。通過這種方式,能夠使每位同學參與到教學過程,使學習內容能夠更加直觀地呈現出來,一方面增加了學生的學習積極性和課程的趣味性,另一方面也降低了課程的難度,便于學生理解和接受。

(四)線上線下混合式教學

混合式教學是一種將線上的數字化在線教育與線下的課堂教學相結合的教學方法,強調以學生為中心,充分發揮學生作為學習主體的積極性、主動性、創造性,并借助在線教育資源與信息技術促進課程教學,以達到更加有效的學習效果[4]。

契合新課程改革精神,《田統》課程基于網絡教學平臺,開展了線上線下混合式教學,主要是對線上教育平臺中的課程資源進行了完善。首先,將每一章節的重點難點內容錄成小視頻(播放時間5min之內)支持學生課后復習鞏固,如果學生在課堂上沒有很好地掌握,課后也可通過觀看視頻查缺補漏。如“小概率事件實際不可能性原理”,是統計推斷的基本依據,是貫穿各種假設檢驗方法的指導思想,在小視頻中,講述如何利用該原理簡單地解決科學問題,通過圖文并茂,形象生動的事例,錄制了3分鐘26秒的小視頻;制作此類在線知識點小視頻共46個,學生反饋良好。其次,將課后作業習題講解錄制成小視頻,可提高教師的工作效率及學生的學習效率;再次,學生在線提問,老師可及時獲知學生學習過程中遇到的問題并隨時答疑,促進師生互動,為學生的學習提供個性化的幫助和指引;最后,增加線上測試及討論環節,為過程性考核提供依據。

(五)其他

首先,課程雖然具有“三多兩難”的特點,但該課程作為一門工具,不應過度注重于公式的推導,而是引導學生如何正確地去理解、使用和分析,否則對于一些數學基礎薄弱學生,會削弱其學習興趣;其次,不要求學生千篇一律地大量抄寫筆記或者PPT內容;該課程章節之間銜接性強,應給學生建立一個完善知識體系的框架,從每一章到每一節至每一個知識點,有重點地切入,且在講授的過程中,要求學生應專心聽、專心思考,先“吸收”,再通過相關練習去“消化”,“消化”后根據自己對知識點的理解用文字記錄,形成適合“自己的筆記”,這樣可以非常有效地加強知識點的記憶,從“被動學”轉變為“主動學”。此外,在課程后期,針對學生所學專業選擇相關的高質量科技論文,對其中的研究目的、意義,采用的試驗設計的方法,數據的收集,以及文章中所采用的數據分析的方法、圖表的制作,結果的分析描述等方面結合所學知識進行全面的剖析,這對于學生將來解決科學問題具有非常重要的意義和作用,同時能夠體現該課程的科學價值,使學生獲得良好的課程主觀感知。

二、建立多元評價考核體系,提高課程挑戰度

考試是教學的重要環節,是檢驗學生學習效果并衡量教師教學效果的重要方式和渠道。傳統的考核體系主要包括期末成績(60%)、期中成績(10%)、實驗成績(20%)、平時成績(10%,由考勤、作業及課堂表現構成),這種對學生在學習過程中的真實表現并未全面客觀地體現出來。因此以人才培養目標為核心內容,在確?？己斯ぷ鞯目茖W合理、公平公正的基礎上,探討實施多元化、多維度、多角度的考核依據及標準尤為重要。

《田統》課程在線上線下混合式教學的基礎上,也對評價考核體系進行了優化:過程性考核成績比例占50%,綜合成績比例占50%。其中,綜合成績包括期中成績、實驗成績和期末成績,分別占到10%、10%和30%。過程性考核成績反饋了線上學習的狀況,包括考勤、預習、視頻觀看、線上測試、討論次數等,此外,還反饋了線下翻轉課堂及課堂教學活動的參與度及學習效果。

另外,我校雙六十政策(最終成績和期末成績必須均達到60分)的落實也推動了學生學習的積極性和主動性,使期末成績顯著上升,掛科率明顯降低。

三、強化實踐教學

實踐教學在高等教育教學中具有重要的作用,是理論教學的補充與延伸,是深化課堂知識不可缺少的環節。教學過程中,學生在掌握了試驗的要求、目的、性質和步驟的基礎上,親自參與試驗實施的整個過程,這樣對學生今后從事相關工作將有很大的幫助。

因此,在新的課程體系建設中,我們將之前配套在課程中的6課時實驗分離出來,形成具有單獨課程代碼的《田間試驗與統計分析實驗》,共16學時,由兩大部分構成:田間試驗的設計與實施和基于Excel、SPSS統計軟件的應用,前者包括田間試驗計劃的制訂、試驗地的準備和區劃、田間試驗的觀察記載和常規的取樣測定方法等;后者包括數據整理、錄入與統計描述、資料的整理、統計圖的制作、t檢驗、方差分析、卡平方檢驗及直線回歸分析等。使學生學以致用,既能動手參與又能動腦參與,凸顯學習的能動過程[5]。

四、將思政教育思路融入課程教學中,思政育人

高校教師的職責是教書育人,即講授專業知識的同時,注重德育元素的融入與滲透,發揮課程的隱性思政教育功能,從而達到大學立德樹人的根本目的,包括引領學生熱愛專業、誠實守信、學術規范、重視實踐、尊重客觀規律,不弄虛作假等。

《田統》課程旨在培養的統計素養,一是使學生建立專業自信,強化社會責任感,如開講第一課,我們會告知學生進行農業科學研究的目的是解決我國農業生產中目前及將來所面臨的實際問題,發展我國的農業生產力,這也是農業工作者的使命與責任,也是我們的初心;二是注重制定試驗方案的合理性、可行性及科學性,體現專業素養,如我們強調,僅僅掌握試驗設計的方法是遠遠不夠的,沒有夯實的專業基礎知識作為指導,就只能紙上談兵罷了,所以要注重課程之間的關聯性;三是試驗實施過程中具備認真嚴謹、一絲不茍的工作態度,由于試驗結果是要指導農業生產的,試驗過程的不嚴謹就會得到錯誤的結論,而錯誤的結論就會導致農業生產受創;四是收集數據時嚴謹求真的務實態度;五是處理數據時應具備精益求精的工匠精神;六是分析數據時應具備唯物辯證的科學思維;七是解釋數據時需要理性實證的謹慎探索。這些都是農業人必備的基本科學素養。

五、教學反思

筆者認為,檢驗課堂質量的重要依據及本質為“是否能夠喚起學生對知識的渴望,學生是否收獲到實實在在的知識,學到的內容對大學生今后的發展是否有用,學生是否能感知到其價值”,這是至關重要的,而非通過課程的“過度包裝”,打造華而不實的教學過程嘩眾取寵,所以過程固然重要,但過于注重表面上的“熱鬧”,反而會忽略教學的本質[6],本末倒置,何談提高課程含金量!