谭建军^1*  乔爱科¹  李春华¹  张小轶¹

北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京，100124

摘 要：生物医学统计是高校生命科学类专业的一门专业基础课程，为改善本科教育教学质量，培养学生终身学习习惯，有必要在生物医学统计课堂教学中引入新的教学模式。5E 教学模式是一种应用于探究性学习的教学模式，它包含参与、探索、解释、迁移和评价五个学习环节。将5E 教学模式与生物医学统计软件紧密结合在一起应用于课堂教学，有利于学生自学习惯的培养；从而实现学生自主学习与教师主导知识传授的有机结合、生物医学统计理论与生物医学实践的相互交融，进而提升生物医学统计的教学质量。

关键词：课堂教学，生物医学统计软件，生物医学统计，教学效果，5E 教学模式，教育教学论坛

Application statistical software to improve teaching quality of biomedical statistics

TAN Jian-jun, QIAO Ai-ke, LI Chun-hua, ZHANG Xiao-yi

College of Life Science and Bioengineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

Abstract：Biomedical statistics is an important, major and basic course for undergraduate students specializing in biology and life science. In order to enhance the reform of higher education and improve the quality of undergraduate education, it is necessary to introduce a new teaching model. The 5E instructional model is composed of five stages of a series for teaching and learning: Engage, Explore, Explain, Extend (or Elaborate), and Evaluate. The teaching model can be utilized for entire programs, specific units and individual lessons. Students can construct their own understanding from experiences and new ideas by using the 5E constructivist learning cycle. The article discussed exhaustive elaboration on 5E teaching model's theoretical foundation, operation sequence. By introducing 5E teaching model into the classroom teaching of biomedical statistics can achieve teaching effects and quality of biomedical statistics.

Key word: Classroom teaching, statistical software, Biomedical statistics, Teaching effect, 5E instructional mode

引言

生物医学统计是高校生命科学类专业开设的一门专业基础课，是一门实践性、应用性很强的学科^[1]，特别重视培养学生在将来工作中应用能力。生物医学统计属于生物数学的范畴，是用统计学的原理和方法研究生物学及医学的客观现象及问题的学科。生物医学统计已成为生命科学类专业学生必备知识之一。多年的课程教学实践中，发现传统课堂教学存在学生对生物医学统计概念理解不深，对软件分析各种方法的应用对象不明确，分析结果的解读比较含糊等问题。最初5E 教学模式广泛应用于生物学的教学过程中，现在已在中小学及大学教学活动中获得广泛的应用^[2]。为改善本科教学质量，推动课堂教学创新，在生物医学统计课程教学活动中引入5E教学模式，实现课程知识传授与培养学生自学能力、实践应用能力的有机结合。

1. 科学合理应用统计分析软件提高教学质量

1.1 激发学生兴趣，培养学生学习的主观能动性。爱因斯坦说：兴趣是最好的老师，它可激发人的创造热情、好奇心和求知欲^[3]。由坚忍不拔的信念支持的人的意志，远远强于似乎无敌的物质力量。人的需求可分为分为表层需求与深层需求。表层需求是对环境及行为的需求，如提升技能、感觉良好等；而深层需求有：责任、成功快乐、信念、意义等。要激励一个人，必须了解其表层需求与深层需求，找出他最在意的价值。当所有激励人的方法，都是在这个人要做的事情上增加他所关注的价值时，他便会对完成事情有兴趣，会全身心的主动、积极和认真地去做。多年生物医学统计课程的教学及研究生培养过程中，感悟到学习兴趣在学生的学习效率、对关键问题的把握度、看待学习及研究中遇到难题的态度及学习效果方面起着重要的作用；要想让学生学到扎实的理论知识及实践应用能力，激发和培养学生的学习兴趣非常重要^[4]。生物医学统计是一门逻辑思维严谨、概念抽象难懂的课程，引入统计分析软件，增加课程教学趣味性、形象化，可以促进学生的学习兴趣，充分调动学生学习的主观能动性。例如，在讲授绪论时，预设了以下教学内容：检测可植入生物材料导致老鼠炎症的情况，要求学生先从数据库及文献中采集数据，然后将相关的原始数据录入统计产品与服务解决方案（Statistical Product and Service Solutions，SPSS）应用软件中，以它作为实际案例进一步整理数据，通过和理论分布曲线对比，增加学生对实际数据的感性认识^[5]。学生还可以继续使用SPSS软件对这些数据进行假设检验等统计分析，将抽象原理和实际案例相结合，可以使学生对生物医学统计在实践中的应用有比较清晰的认识^[5]，从而主动思考和探索与本专业相关统计问题的科学性和实用性。

1.2 应用统计分析软件夯实学生的理论基础及实际应用能力。结合多年来教育教学实践的经验，将生物医学统计课程的教学内容整理为基本原理、主要方法、SPSS分析软件应用三大模块。针对不同的教学模块，采用合适的教学方法和教学模式。基本原理模块部分，重点将抽象难理解的概念具体化、形象化，减少讲授公式推导过程。假设检验方法模块，重点讲授生物医学统计理论知识、各类参数检验和非参数检验方法的适用范围、统计结果的详细阐述和合理注释。增强讲授生物学及医学研究实例，通过剖析统计分析具体案例，一方面可以增加学生接触生物学及医学前沿知识的机会，另一方面也可以增强学生客观评价统计分析方法应用在实际中的能力，刺激学生的学习生物医学统计的兴趣^[6]。SPSS分析软件应用模块部分，将SPSS软件应用到课堂教学的每个环节，充分挖掘生物医学统计软件在教学中潜力。在课堂教学过程中，学习完每章理论知识后，同时讲解怎么应用SPSS软件来解本章节的例题，学以致用，增加实践应用的感性认识。为了培养学生的自学能力，增强学生解决实际问题的能力。相关与回归分析部分的教学内容，中学就有所接触，拟将该部分内容留给学生自学。教师将学生分成3人一组，要求学生查找相关文献，并阐述SPSS统计软件应用在相关与回归的内容，同时要求其他同学通过提问方式参与问题的讨论，加深学生对统计原理的理解。增强学生熟练运用生物医学统计软件分析实际数据的能力，确实掌握解读统计分析结果的方法。通过理论学习和实践训练，可以精准的提高课堂教学效率，为学生将来顺利撰写毕业论文和从事相关科学研究打下了良好的基础^[5]。

2. 将5E教学模式与生物医学统计软件有机融合，提高课程教学效果

2.1 5E探究式教学模式简介。5E 探究式教学模式是由美国生物学课程研究会（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）基于Atkin-Karplus 学习环提出来的，它包含参与（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、迁移（Elaborate）和评价（Evaluate）五个环节^[7]。“参与”是指教师通过精心设计问题情境激发学生的学习兴趣，使学生自愿参与到教学活动中来，活动过程中，学生自发将自身的学习或生活经验与课程教学内容相联系。教师用提出问题、指出问题及定义问题等方式，掌控课堂讨论内容及主题走向。“探究”是指学生以自身掌握的知识及社会经验为基础，采用直接参与、亲手操作等方式进行摸索，得到感性体验，并在教师的引导不断深化探究学习。“解释”是指学生在真正吃透知识的基础上，将所学的内容去伪存真、去粗取精。教师通过循循诱导引导学生将探索过程中获得的感性认识与自身经验相结合，建构对概念、公式、原理的理解。“迁移”是指激励学生利用上一环节学得的知识构建自己专属的更深刻、更广泛的理解技巧。“评价”既包括参与上述各环节活动过程的学生自我评价，学生互评和教师对学生的评价，也包括教师对学生课程学习效果的整体性评价^[9]。将定性评价与定量评价相结合，自我评价、相互评价及教师评价等多种评价方式结合起来，更全面的激励学生的学习激情。5E 教学模式学生可以通过探究学习新概念、修复不全面及残缺的知识，更透彻的理解概念，并将学习获得的理论知识迁移到其他学科或领域。

2.2 5E教学模式在生物医学统计课程中的应用。参与：是5E教学模式中最关键的起始环节，课堂导入部分教师应该想方设法激发学生探究问题任务的兴趣。课前教师应该了解学生对于新学课程基本概念的理解程度，精心布局教学方案，吸引学生愉悦地加入到探究和构建新概念的学习中来。课中，教师将学生引入生物医学统计课程所创设的情境中，以课程需要掌握的主题为导向，将课程教学内容置于生动、富含趣味的生物学及医学研究实例中，引导学生思考、利用学生深究事情真相的热情来激发学生的探究意识^[7]。教师需要在实际的生物学及医学问题和抽象的统计概念、理论之间搭建沟通的桥梁，培养学生的统计思维，使学生能够通过数据收集、整理及分析的方法研究生物学与医学现象。探究：解决问题的过程，学生对问题提出质疑，教师逐步引导激发学生的探究思维，在此过程中学生应用自身掌握的知识和技能技巧探索新问题的解决途径，为新知识概念的形成创造有利条件^[2]。学生是探究活动的主体，探究方式可以采用相互合作或自主独立，通过观察、实验、操作、搜集处理信息等形式建立事物之间的联系；教师是探究活动的主导，教师的职责是挖掘学生的潜能，激化学生的求知欲，给予学生个性化的指导，并提供全方位、多层次的支持。此阶段主要培养学生高阶思维能力，督促学生建构知识、形成经验、掌控技能技巧。生物医学统计课程中涉及大量抽象、枯燥、晦涩、难懂的统计术语、概念、公式和理论。如果学生能借助已有的经验和直观的感性认识理解这些专业知识，将最有利于学生内化这些知识。探究过程中，学生通过自主学习或多方协作探索SPSS软件的基本功能，获得较好的感性认识。学生可通过数据录入、描述性统计、计算特征量、作图等内容进行探索，掌握如何以最简单、清晰的统计分析方法展示生物学及医学数据的科学意义，实现完美的数形结合。

解释：学生可以采用演讲、辩论、虚拟演示等方式，根据自己的理解，用自己的语言阐述探究的意义。教师则可以采用提示讨论、答疑等方式解释、补充或订正学生的解释，培养学生分析问题、解决问题的能力。针对学生的讨论结果，教师整理所有理由并逐一讲评。在此过程中让学生列出生物医学统计课程中最难理解的概念、原理，然后分组讨论，每一个小组负责用一种独特方式解读概念。通过层层深入，抽丝剥茧的分析方法，学生将会逐渐领悟和理解这些晦涩的概念，明确它们与很多其他概念或统计学的基本原理之间盘根错节、千丝万缕的联系。让每一个基本概念、基本公式、主要统计学假设检验方法呈现出全新的、立体的、多方位的面貌，籍此锻炼学生的思辨能力。

迁移：在教师启发及引导下，学生通过讨论、协作、交流、归纳、总结获得正确的结论，然后利用新概念深入研究及拓展新知识。学生用SPSS 软件中的一些假设检验方法如：χ²检验、相关与回归分析等，分析数据的固有性质；对于天资聪慧的学生引导他们进行更深入的分析，如生存分析、主成分分析等。通过迁移，提升学生的已有经验体系，形成高度概括的系统化的知识。在此基础上，教师再安排新的探究任务，学生通过做而学的过程（learning by doing），将外显知识延伸、拓展，内化为其自身新的隐形知识。

评价：评价存在于整个教学过程，是对学习过程或结果的总结。为了不打击学生的参与教学活动的积极性无论学生得出的结论是否正确或者互动环节中表现是否积极，教师都应先加以赞赏，然后再循循诱导学生做出正确的反应或得到合理的结论。评价除过程性评价和总结性评价外，更要重视发展性评价。评价内容不仅包含学生学习效果如何、探究过程中的表现等课堂评价，还应包括非预期结果的评估。可尝试由师生共同探讨考核课程的标准，增强学生的自我管理意识。考核指标的重心是学生的科学精神、探索意识、创新能力和合作能力。学生更重视课程结果的评价，因此改革期末考试形式非常重要。从前生物医学统计课程的期末总评成绩由期末试卷成绩（占70 %）和平时成绩（占30 %）两部分构成。为了更好的激励学生参与到探究式教学过程中来，调整期末总评成绩为：期末试卷占60 %，平时占40 %，增加平时成绩的占比，凸显了学习过程的重要性。另外部分考试试题与SPSS软件结合，将SPSS软件的实验结果作为试题的一部分，要求学生从生物学或医学的角度分析SPSS软件的结果，从而更好的将理论和实践有机地结合起来。

3. 小结

统计分析软件的应用在生物医学统计教学中占有重要的地位，该门课程应当全力提高学生对生物医学统计的兴趣，加强学生对假设检验方法原理的掌握、假设检验结果的解读。将5E 教学模式和生物医学统计软件相结合，以探究性学习为核心点，建立应用在生物医学统计中的5E教学模式。在探索该模式的过程中，不断深化调整教学策略，并以创新、和谐、有益为发展理念，推进生物医学统计课程教学的改革步伐。教学研究中，教师积极投入感情、精力，想方设法寻找到培育学生学习兴趣的合理教学方案，不断总结和创新教学模式，最终提高学生利用生物医学统计知识解决实际问题的能力。

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