以应用为导向的《生态统计学》教学探索与实践

秦 钟^1,2,3，章家恩^1,2,3*，叶延琼^1,2,3 ，李荣华^1,2,3，向慧敏^1,2,3  

（1. 华南农业大学资源环境学院，广东广州 510642；2. 农业部华南热带农业环境重点实验室 广东广州 510642；3. 广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室广东广州 510642）

[摘 要] 生态统计学是生态学及相关专业的核心基础课程之一。针对生态统计学的课程特点及当前教学过程中存在的实验和实践教学内容缺乏、学生学习效果不佳、考核方式较为单一等问题，从课程内容的优化、教学案例及资源库的建设、统计学软件的应用及课程考核设置等方面，总结了促进统计学课程与生态学实验、实践类课程相融合、提高学生解决实际问题的能力所采取的探索性措施，为完善与创新生态学专业本科学生的统计学教学奠定了基础，也为其他方法类课程的教学实践提供了借鉴。

［关键词］生态统计学；应用导向；案例教学；探索实践

[基金项目]2018年 广东省教育厅高等教育教学改革项目“面向生态文明建设与乡村振兴战略的资源环境生态类专业教学综合改革研究”（粤教高函【2018】180号）；2019华南农业大学教育教学改革与研究项目“信息化环境下案例教学法在生态统计学中的应用”（JG19123）；2019华南农业大学质量工程项目“线下示范课程建设”（zlgc19050）。

[作者简介] 秦钟(1973-)，女，宁夏银川人，华南农业大学资源环境学院生态学系副教授，博士；研究方向：生态系统分析与模拟；叶延琼(1976-)，女，重庆荣昌区人，副教授，博士；研究方向：生态规划；章家恩(1968-)，男，湖北广水人，华南农业大学资源环境学院生态学系教授（通讯作者），博士，博士生导师；研究方向：农业生态学。

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A  

《生态统计学》是数理统计理论在生态学研究中的具体应用，是科学指导生态学实验设计、对实验结果进行科学分析的重要工具^[1]。它运用数量统计的原理和方法来分析和解释生态学各种现象和实验调查资料，并对实验结果进行分析，做出符合科学实际的推断，从而培养学生应用统计分析方法来解决生态学研究领域中实际问题的能力。2019年《生态统计学》被学校列为生态学本科专业的核心基础课程。在该课程的教学过程中，作者体会到传统的应用统计类课程在教学理念、教学方式与方法等方面存在的不足，也深切认识到不断完善与创新生态学专业本科学生统计学教学的紧迫性。

作为一门应用性、实践性、操作性很强的方法论科学，《生态统计学》由于课时限制，实验和实践教学内容严重缺乏，实验设计只是局限于较少学时的理论介绍，没有开设相应的实践课，学生动手操作少，无法将所学内容与专业课程相联系。

一、优化课程内容体系，力求知识点的融会贯通

生态统计学涉及统计学理论和实践的应用研究，其内容包括了相对抽象、逻辑性强的统计原理，也包括需进行繁琐计算的统计方法应用。若采用以理论讲解、计算或解题方法训练为主的传统教学模式，容易导致学生注意力分散、学习兴趣不浓等问题。另一方面，由于课程内容缺乏直观性、形象性和实际应用能力的训练，学生无法将所学内容与专业课程相联系，不利于实践能力和创新能力的培养。随着生态统计学方法与研究内容的日益丰富，教学课时有限（24学时）、知识点多且分散、与实践结合不紧密等问题凸现。为此，我们从以下几方面对生态统计学的课程结构、教学内容和教学模式方法进行了如下调整：

（1）为强化生态统计学的应用性，结合生态学专业本科生培养方案，我们适当删除了部分与专业基础课程、实验课的教学内容相关但实践性不强的内容（如百分数资料的统计分析等），增加了与《生态学研究方法与案例》、《生态学综合实验》、《群落生态调查技术》、《土壤微生物与土壤动物调查技术》、《生态环境监测》等专业实验、实践课程密切相关的教学内容，并结合这些专业课程设计了教学案例，将抽象化的概念和理论具体化，便于学生理解和掌握学科中所需要使用的统计学原理和方法，提高了学习的积极性，并取得了较好的学习效果。

（2）注重对相关概念、公式统计意义的阐释，而不是理论公式的推导。在教学过程中，尽可能将实验设计方法、实验数据的整理与描述、假设检验、统计软件的操作等内容整合在一个教学案例中，让学生能够围绕某个具体的专业问题，完成从实验或试验设计到数据统计分析、结果解释的完整过程，增强统计思维能力。

（3）将教学的重点从计算过程转向统计方法的理解和选择，以及对结果的合理化解释方面。为此，我们将统计分析软件引入课堂教学，对于具体统计环节，首先讲授其基本统计原理，在此基础上结合专业内容提出案例，引导学生运用理论知识进行分析，然后借助统计软件演示具体分析过程和结果，并加以适当的解释。

二、以应用为导向，构建课程案例教学资源库

生态统计学是一门以统计分析应用为核心的课程，在教学过程中，恰当运用案例教学，不仅能够激发学生的学习兴趣、加深对所学内容的理解，同时也能够提高学生应用统计知识解决生态学及相关研究领域实际问题的能力。但现有的专业统计类教材提供的案例针对性不强，难以让学生体会到统计分析方法在解决当前生态学及相关学科领域中的具体化应用^[2-3]。因此，通过各种途径搜集整理专业针对性强的案例，及时将产学研成果或当前生态环境研究领域用到的具体统计分析方法转化为鲜活的教学内容，构建以应用能力培养为导向的生态统计学课程案例资源库成为现今生态统计学课程教学改革面临的当务之急。为此，我们采取了以下几方面的措施：

（1）利用科研资料编写案例：在备课中将本团队在科研工作中多年积累的数据资料，以及科研项目获得的科学数据、研究生完成学位论文的实验数据资料，将其精选、整理编写成案例，便于在课堂上灵活运用。

（2）利用文献资源编写案例：利用学校图书馆提供的电子资源，搜集、筛选生态学研究领域的文献，尤其是生态学前沿及热点领域顶级刊物上发表的科研论文，编写相应的教学案例。

（3）利用生态环境大数据平台编写教学案例：依托当前生态环境领域的大数据平台收集与生态环境、物种多样性、自然保护区等相关数据，结合当前普遍关注的生态学现象和问题，筛选相关的数据资料，尝试编写教学专题案例。

（4）利用其他信息编写教学案例：广泛参阅在线精品课程、教学资源库、教学视频等，经整理、改编后形成教学案例；也可以利用学生在生态学实验课、课程实践、大学生科技创新项目和毕业设计等的素材编写教学案例。在实施案例教学时，我们提前将设置的案例通过教学平台或公用邮箱等进行发布，引导学生提前查阅资料、整理思路或学习相关知识。在课堂中组织学生围绕案例开展讨论、发表观点，并适时进行总结或点评。

三、重视统计学软件教学，提高上机操作技能

在生态学研究中，经常需要对大量的数据进行统计分析处理，这是一项细致而繁琐的工作，如果完全依靠手工来进行，工作量较大，且难以保证准确性，也得不到较高的精度^[4-5]。为了减轻整理和计算大量数据的负担，提高工作效率，需要借助统计学软件这一工具。在生态统计学课程的教学实践中，考虑到培养方案、课时安排等情况，我们采用SPSS（Statistical Package for the Social Science，社会科学统计软件包）作为学生进行数据分析和处理的工具。这一软件具有操作简便、兼有数据管理、统计分析、统计绘图和统计报表功能且易学易用等特点，是目前众多高等院校广泛采用的教学软件之一^[6-7]，也是学生开展数据分析与处理、完成毕业论文的必备工具。在利用这一软件开展生态统计学授课的过程中，我们采用的做法主要有：

（1）课前准备好数据文件，用于课堂演示和练习。教师在上课前将教学案例中的数据整理为可用于软件运行的数据文件，在授课过程中，结合案例分析穿插演示数据文件的操作、统计分析的过程及结果文件的生成等，然后将数据文件实时发送至学生电脑端，让学生进行练习，使其熟悉并掌握操作技能，碰到问题时可及时反馈或向老师请教。

（2）开放教学资源，便于学生在课下继续学习和巩固，多途径提升软件学习及应用效果。在初次开课时，教师将安装软件、统计分析的操作指南、视频教程及配套的数据资源上传至校内的网络教学平台，课后布置的作业也实时发布在教学平台上，从而使对软件操作领会较慢的学生能够进行更多复习和实践操作，对希望进行扩展学习的学生也创造了自主学习和提升的环境。

（3）统计软件虽然能够提高生态学研究的效率，但从本质上来看，仅是一种辅助性手段，而不是单纯的软件操作课。因此，课程教学需让学生理解生态统计学的基本理论、基本知识，培养统计学的思维。上机操作过程中，不仅要让学生掌握软件操作技能，也应通过深入讲解实验数据的特点与类型、各种统计分析方法的应用条件和范围、分析结果的判读与解释等，加深学生对所学原理与方法的理解，才能达到理想的教学效果。

四、设置多层面、过程化的考核体系

在初次开设生态统计学课程时，考核以课程结束时的考试或考查的形式来进行，一般采用平时成绩（50%）+期末考试成绩（50%）的方式，其中平时成绩结合课堂考勤、分析结果等评分，而期末考试多以生态统计学相关的理论知识考核为主，一定程度上存在着重计算结果、轻视相关过程环节的问题，不利于全面考察学生反映应用学生统计学思维解决实际问题的水平与能力。针对这一情况，近年来我们对生态统计学考核方式进行了适当调整，突出课程考核着重学生实践能力、创新能力和综合应用知识能力的特点，这一调整的基本做法如下：（1）将生态统计学理论知识的考核与应用实践环节的考核评价相结合，设置相同的分值比例；（2）平时成绩主要通过应用实践环节进行评定，为突出多样化和过程性评定的原则，在纳入课堂考勤、回答问题这两个已有考核指标的同时，将统计软件上机操作和应用的熟练程度纳入考核内容，并将进行实验设计、完成相应的实验方案作为课后作业的重要内容；（3）期末考试内容增加了对生态统计方法应用的前提或范围、对结果的分析与解释这两方面，考察学生在分析问题、阐释结果等方面的准确性和能力。随着教学案例的不断丰富，拟设置开放试题，重点考核学生的统计思维能力及综合利用统计方法分析和解决生态学实际问题的能力。

近年来，作者所在的生态学系开设的生态学实验和实践课程在本科培养方案中的比重不断提高，在《生态统计学》这门课程开设之前，已相继开设了一系列的专业实践课程，包括《生态学野外综合实习》、《生态学综合研究案例与实践》、《生态规划案例与实践》、《生态工程与技术案例与实践》等，这些课程均含有实验设计和生态学数据的采集、分析；另一方面，生态学专业的本科生参加诸如大学生科技创新培育专项、生态沙盘设计大赛等多种科研创新项目的人数逐渐增加，开展这些项目研究常需要用到试验设计和统计分析的知识与技能。此外，生态学系在校内生态学农场开展了本科生生态种田农事训练，将学生按小组分配一定面积的农田，让他们自行拟定种植方案，完成从作物种植、田间管理、收获测产或品质测定、产品营销等全过程操作训练。在完成课程实践和科研创新训练时，学生可围绕一个专业问题，完成从试验设计到数据统计分析、结果解释的完整过程。生态学系列实践、实验和实训类课程的开展，不但延伸了生态统计学课程的教学空间，也为不同专业课程之间的有机融合、相关教学内容与教育资源的有效整合等提供了契机。

五、结语

对生态学及相关专业背景的本科生而言，生态统计学课程是关于生态学、环境科学领域的科学实验的设计、实施，实验数据的收集、整理，以及实验结果的分析、解释和推理的一门专业课程，具有极强的应用性。以培养学生统计思维为出发点，通过实施案例教学、强化统计软件的操作与应用及课程考核方式的调整等，提高了学生学习的兴趣和主动性，运用统计理论与方法分析和解决问题的实践能力也有了不同程度的提升。

[参考文献]

[1] 覃林. 统计生态学[M]. 中国林业出版社, 2009, 78-85.

[2] 李馨, 李井春, 赵春霞, 等. 案例教学在生物统计与试验设计课程中的应用体会[J]. 畜牧与饲料科学, 2013, (10):53-55.

[3] 张银霞, 田蕾, 李培富. 植物生产类专业《试验统计方法》实践教学改革与应用[J]. 教育教学论坛, 2019, 409(15):132-133.

[4] 郭水良, 于晶, 陈国奇. 生态学数据分析[M]. 科学出版社, 2015, 112-125.

[5] 王峥峰. 分子生态学与数据分析基础[M]. 科学出版社, 2016, 105-122.

[6] 李晓毅, 徐兆棣. SPSS软件在概率统计课程设置中的主导地位及应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版), 2010, (10):30-32.

[7] 张玲卫, 程军回, 罗艳丽, 等. SPSS软件辅助下《生物统计学》实践教学改革与探索[J]. 教育现代化, 2018, 005(37):19-20.

Application-oriented Teaching Exploration and Practice of Ecological Statistics

QIN Zhong ^1,2,3, ZHANG Jia-en ^1,2,3,*, YE Yan-qiong ^1,2,3, LI Rong-hua ^1,2,3, XIANG Hui-min ^1,2,3

(1. College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Key Laboratory of Agro-Environment in the Tropics, Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People's Republic of China, Guangzhou 510642, China; 3. Key Laboratory of Agro-ecology and Rural Environment of Guangdong Regular Higher Education Institutions, Guangzhou 510642, China)

Abstract: Ecological statistics is the core and fundamental course of ecology and its related majors. Problems such as the lack of experimental and practical teaching content, the poor learning effect of students and the single assessment method in this subject has become a great concern. Aiming at these existing problems, together with the characteristics of ecological statistics, the ways of application-oriented teaching reform were discussed from optimization of teaching contents, establishment of teaching cases and resource database, utilization of statistical software and construction of courses assessment. Then the tentative measures including the integration of statistics courses and ecological experiment or practice courses as well as the reinforcement of students’ ability in solving practical problems were summarized. The reformation may not only provide a foundation for improving and innovating the statistics teaching of undergraduate students majoring in ecology, but also serve as a guidance to other curriculum of method and skill.

Keywords: ecological statistics; teaching reform; application-oriented; tentative measures