統(tǒng)計(jì)分析軟件輔助生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)的探索與實(shí)踐

嚴(yán)明　薛凌云　郭淼　葛亞坤　徐銘恩

摘要：《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究中不可或缺的重要工具。然而其教學(xué)內(nèi)容抽象，在現(xiàn)有的教學(xué)方法和手段下，學(xué)生難以掌握相關(guān)理論且實(shí)際應(yīng)用能力偏弱。為了提升教學(xué)效果，作者在前期教學(xué)基礎(chǔ)上，提出利用統(tǒng)計(jì)分析軟件輔助《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)的教學(xué)模式。實(shí)踐證明，該模式能幫助學(xué)生克服畏難情緒，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)計(jì)軟件；生物統(tǒng)計(jì)學(xué)；本科教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）44-0164-02

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。作為生物醫(yī)學(xué)類各專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生具備統(tǒng)計(jì)思維，能科學(xué)地設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、收集整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上正確選擇、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)原理與方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從而達(dá)到解決生物醫(yī)學(xué)研究和實(shí)踐中的實(shí)際問題的目的。通過該課程的學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

然而，當(dāng)前生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，當(dāng)前高校教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)是以適應(yīng)社會(huì)需求為導(dǎo)向，突出應(yīng)用性，因而專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)有不同程度的縮減，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)僅有32課時(shí)，教學(xué)時(shí)間有限。另一方面，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)包含眾多關(guān)聯(lián)度高的抽象概念，公式多且難記憶。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師講授為主，教師既要介紹基本概念和原理，又要通過實(shí)例闡釋統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用，教學(xué)難度大；而學(xué)生要記憶大量公式和概念，還要通過反復(fù)練習(xí)鞏固、掌握基本的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析方法，學(xué)生普遍反映難以真正理解生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的作用，不會(huì)靈活應(yīng)用相關(guān)知識(shí)來解決實(shí)際問題，甚至不能正確地描述數(shù)據(jù)。課程結(jié)束后，學(xué)生會(huì)迅速遺忘學(xué)過的大部分知識(shí)，面對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問題一籌莫展。

如何突破教學(xué)難點(diǎn)，在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)提高教學(xué)效率，讓學(xué)生真正的學(xué)以致用呢？通過近年來的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為，重視和加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)分析軟件的輔助教學(xué)作用是提升生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)效率的重要途徑。

一、統(tǒng)計(jì)分析軟件excel和SPSS簡(jiǎn)介及應(yīng)用

（一）Excel的功能及其在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

Microsoft Excel是微軟公司推出的辦公軟件Microsoft office的組件之一，提供大量統(tǒng)計(jì)函數(shù)，使用Excel可以實(shí)現(xiàn)如下統(tǒng)計(jì)分析功能。（1）用于數(shù)據(jù)整理和分析。試驗(yàn)過程中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先要輸入到統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行保存和整理。Excel提供求和、求平均數(shù)等簡(jiǎn)單運(yùn)算，使用者可在Excel中對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理后，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入其他統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。（2）用于統(tǒng)計(jì)圖表繪制。以Excel2003為例，Excel提供了含柱狀圖、折線圖在內(nèi)的共14種標(biāo)準(zhǔn)圖表類型供用戶選擇；用戶還可以根據(jù)需要對(duì)圖表區(qū)、繪圖區(qū)、坐標(biāo)軸和圖表標(biāo)題等的格式進(jìn)行修改。（3）統(tǒng)計(jì)函數(shù)分析。Excel提供包括數(shù)學(xué)函數(shù)、文本函數(shù)、邏輯函數(shù)以及統(tǒng)計(jì)函數(shù)等基本函數(shù)供用戶使用，如COUNT、MAX等描述統(tǒng)計(jì)函數(shù)以及AVERAGE、STDEV等統(tǒng)計(jì)分析函數(shù)，可以幫助用戶完成簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析和假設(shè)檢驗(yàn)；Excel還在其分析工具庫中提供了一些統(tǒng)計(jì)分析程序，如t檢驗(yàn)、方差分析及回歸分析等。因此，Excel友好的用戶界面和強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能使其除生物統(tǒng)計(jì)學(xué)外，在會(huì)計(jì)、經(jīng)管等專業(yè)的本科教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。

（二）SPSS的功能及其在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

SPSS軟件是國際認(rèn)可的專業(yè)統(tǒng)計(jì)分析軟件之一，最初由美國斯坦福大學(xué)的三名研究生于1968年開發(fā)成功，該軟件操作簡(jiǎn)單易學(xué)，能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)大量的、復(fù)雜的專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。此外，SPSS還具備強(qiáng)大的制圖功能，可為用戶提供可視化的分析結(jié)果。因此，它是另一個(gè)適用于生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)的重要統(tǒng)計(jì)分析軟件。

SPSS的功能詳解如下：（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入。SPSS軟件既可直接建立或打開SPSS類型的數(shù)據(jù)文件，也可導(dǎo)入Excel、ASCII等數(shù)據(jù)文件，可以實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)儀器輸出原始數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接。（2）基本統(tǒng)計(jì)分析。SPSS可方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總和描述性統(tǒng)計(jì)分析，用戶獲得的分層報(bào)告中給出了包括中位數(shù)、最大/小值、方差等常規(guī)描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（3）SPSS的復(fù)雜統(tǒng)計(jì)分析功能。SPSS幾乎涵蓋了生物醫(yī)學(xué)研究可能用到的所有的統(tǒng)計(jì)方法，如方差分析、聚類分析、平均數(shù)的檢驗(yàn)、回歸分析、判別分析等。（4）SPSS的繪圖功能。在SPSS中各種統(tǒng)計(jì)圖既可以由相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)過程產(chǎn)生，也可以由用戶直接調(diào)用“Graph”菜單實(shí)現(xiàn)柱狀圖、散點(diǎn)圖、餅圖、時(shí)間序列圖、頻譜圖等多種類型圖表的繪制。

綜上，Excel與SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件各有特色，前者使用較方便、通用性強(qiáng)，適宜生物統(tǒng)計(jì)學(xué)初學(xué)者使用；后者的專業(yè)性更強(qiáng)，在學(xué)生積累了一定統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的知識(shí)儲(chǔ)備后，可逐漸加強(qiáng)對(duì)SPSS軟件的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高自身分析復(fù)雜試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

二、統(tǒng)計(jì)分析軟件輔助教學(xué)，提高教學(xué)效果

（一）激發(fā)學(xué)生興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)

從心理學(xué)的角度看，興趣是人對(duì)客觀事物的一種積極的認(rèn)識(shí)傾向，它推動(dòng)人去探求新的知識(shí)，發(fā)展新的能力。對(duì)于生物統(tǒng)計(jì)學(xué)這樣一門邏輯思維嚴(yán)密、概念抽象、計(jì)算繁雜的課程而言，引入統(tǒng)計(jì)分析軟件可以在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，這將大大促進(jìn)學(xué)習(xí)效果。例如，在講授“數(shù)據(jù)收集整理”內(nèi)容時(shí)，我們?cè)O(shè)定了如下教學(xué)場(chǎng)景：檢測(cè)納米材料導(dǎo)致老鼠肺部炎癥的情況，要求學(xué)生將教師提供的或自己參與實(shí)驗(yàn)獲取的原始數(shù)據(jù)錄入統(tǒng)計(jì)軟件，后續(xù)學(xué)習(xí)中利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的整理，包括定性/定量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、次數(shù)分布圖繪制，配合正態(tài)分布和t分布曲線，可使學(xué)生對(duì)一些理論分布有了直觀的感性認(rèn)識(shí)。學(xué)生還可以繼續(xù)使用統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)分析，避免了傳統(tǒng)教學(xué)單純講解教科書上抽象原理和例子的抽離感，使學(xué)生真正投入到學(xué)習(xí)中去。

（二）梳理教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力

作者結(jié)合自己多年來從事生物醫(yī)學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)，將教學(xué)內(nèi)容整合、梳理為基本統(tǒng)計(jì)原理、統(tǒng)計(jì)方法、統(tǒng)計(jì)分析軟件應(yīng)用及試驗(yàn)設(shè)計(jì)四大塊。在教學(xué)實(shí)踐中，為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，遵循以下原則：（1）減少抽象概念和公式推導(dǎo)的講授、弱化計(jì)算，在講清基本統(tǒng)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，集中精力介紹統(tǒng)計(jì)方法的適用范圍、統(tǒng)計(jì)結(jié)果的描述和解釋。（2）增加生物醫(yī)學(xué)工程研究實(shí)例講解，讓學(xué)生接觸到本專業(yè)研究的前沿知識(shí)，具有鮮明的專業(yè)特色。（3）將統(tǒng)計(jì)軟件的使用融入到日常教學(xué)內(nèi)容中：教師在每章理論知識(shí)講授完畢后，立即演示Excel和SPSS軟件在本章節(jié)的應(yīng)用。此外，預(yù)留一定的教學(xué)內(nèi)容（如方差分析）要求學(xué)生自己查找資料、制作課件，并走上講臺(tái)介紹統(tǒng)計(jì)軟件在該章節(jié)的應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)原理的理解。通過此環(huán)節(jié)學(xué)生進(jìn)一步熟悉運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)的方法，掌握了統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的判讀和描述方法。通過上述理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，提高了課堂教學(xué)的效率，也有助于提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的，為學(xué)生順利撰寫畢業(yè)論文和從事相關(guān)科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

實(shí)踐證明，利用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件輔助《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程教學(xué)，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，顯著提高了教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。更重要的是，讓學(xué)生掌握了利用統(tǒng)計(jì)分析軟件整理、分析復(fù)雜試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，可以真正利用《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》理論解讀數(shù)據(jù)背后隱藏的試驗(yàn)規(guī)律，獲得分析和解決實(shí)際問題的能力，全面提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。

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