生物統(tǒng)計學專業(yè)的綜合實驗教學方式初探*

仝 娜 易洪剛 柏建嶺 楊 晟 陳 峰 趙 楊△

【提 要】 生物統(tǒng)計學是一門具有較強理論性和實踐性的前沿交叉學科。除了專業(yè)技能，自主學習、科研能力的培養(yǎng)也是教學工作的重點之一。本文針對學生應(yīng)用能力缺乏這一現(xiàn)象，結(jié)合我院綜合實驗教學理念，全面提高統(tǒng)計學專業(yè)學生數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析能力，為今后生物統(tǒng)計學的教學改革提供見解。

在醫(yī)學院校，應(yīng)用統(tǒng)計學(生物統(tǒng)計方向)定位于培養(yǎng)既具有統(tǒng)計學思維，掌握統(tǒng)計理論、流行病學研究方法，精通統(tǒng)計編程技術(shù)，又具有基本醫(yī)學知識的復(fù)合型生物統(tǒng)計學人才[1]。從2012年起，南京醫(yī)科大學(以下簡稱“本?！?設(shè)立了應(yīng)用統(tǒng)計學專業(yè)(生物統(tǒng)計方向)并開始招生，該專業(yè)學生接受系統(tǒng)的生物統(tǒng)計學理論和編程技術(shù)的培養(yǎng)。作為生物統(tǒng)計學工作者，學生在面對工作中的實際問題時，除了需要扎實的統(tǒng)計學知識，還必須將統(tǒng)計學與相關(guān)領(lǐng)域有機整合，并且具備面對各領(lǐng)域?qū)嶋H問題時自主的知識學習能力和實際問題分析能力。

在實際教學工作中，筆者注意到，不少學生已經(jīng)掌握了常用統(tǒng)計分析方法的原理和過程，但在實際應(yīng)用中，卻無法將各種方法融會貫通；不知道如何正確表達統(tǒng)計分析的結(jié)果和結(jié)論，使得最終的報告變成了過程的羅列，僅僅體現(xiàn)了統(tǒng)計學的分析過程，卻無法體現(xiàn)研究者的科研思路；缺少在不同研究背景下將專業(yè)問題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)計問題的訓(xùn)練，導(dǎo)致對自己進行的分析缺乏自信，等等。

本校公共衛(wèi)生學院在五年制預(yù)防醫(yī)學專業(yè)中，開設(shè)了預(yù)防醫(yī)學綜合實驗，將多門實踐課程綜合，目的是為了提高學生對預(yù)防醫(yī)學有關(guān)問題的綜合解決能力[2-3]?；谶@門課程的理念，筆者提出了基于綜合實驗的生物統(tǒng)計學課程，即利用某個領(lǐng)域中的實際案例，如遺傳關(guān)聯(lián)性研究、臨床試驗、現(xiàn)況調(diào)查研究等，基于真實數(shù)據(jù)或產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù)，讓學生對案例進行分析，自主學習獲取該案例所來自領(lǐng)域的專業(yè)知識，結(jié)合自己掌握的統(tǒng)計方法，搜集、整理、分析和解釋數(shù)據(jù)。

與一般統(tǒng)計課對應(yīng)的“上機實驗課”不同，綜合實驗強調(diào)在深刻理解問題的學科背景的基礎(chǔ)上，綜合利用多種統(tǒng)計分析方法，借助于一種或多種數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析軟件完成，旨在全面提高應(yīng)用統(tǒng)計學專業(yè)學生數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析能力的實驗方法[4-6]。

綜合實驗案例的設(shè)計

以《流行病學中的統(tǒng)計分析方法》為例。該課程的目的是為了使生物統(tǒng)計學專業(yè)本科生，通過這門課程的學習，系統(tǒng)地掌握流行病學研究中常用的研究設(shè)計類型及其特點，掌握流行病學研究中各種常用方法的基本原理、特點和適用條件，掌握流行病學研究中各種常用統(tǒng)計模型的建模策略，為以后專業(yè)學習和從事流行病學研究打下堅實的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)代流行病學研究非常強調(diào)在嚴密的流行病學設(shè)計下，綜合利用分子生物學、現(xiàn)場調(diào)查、因果推斷、數(shù)據(jù)分析等各種方法和手段。通過整合綜合實驗與課堂理論教學，不再拘泥于傳統(tǒng)統(tǒng)計學教材基本知識→統(tǒng)計方法→實例計算的教學方式，采用基于案例和問題的教學，精選案例，介紹案例的來龍去脈；提煉問題，課堂教學和討論圍繞相關(guān)案例的若干個問題展開。例如，綜合實驗課中包含了如下一個案例：

案例名稱：人類身高的遺傳密碼

案例題干：現(xiàn)有研究表明，人類的身高由多個基因決定。但既往很多結(jié)論來自于候選基因研究，即研究者事先根據(jù)專業(yè)知識，對可能影響身高的基因進行分型，再分析其與身高的關(guān)聯(lián)性。為了從全基因組的角度更深入地理解身高的遺傳特征，對1000例美國白人男性進行了全基因組關(guān)聯(lián)性研究。經(jīng)過質(zhì)控后的數(shù)據(jù)，共包括932位男性，532569個單核苷酸多態(tài)性。

在案例中，不對該案例的具體分析目標做過多規(guī)定。只是交代問題背景、研究設(shè)計和實施等基礎(chǔ)信息。由學生在對問題背景進行學習和理解后，討論并形成分析方案(protocol)，在教師引導(dǎo)下，揭示數(shù)據(jù)中隱藏的各種玄機，逐漸接近問題的真相。本案例是一個遺傳流行病學的研究問題。在第一次實習課上，學生首先需要查閱文獻，了解遺傳流行病學、全基因組關(guān)聯(lián)性研究的基本概念；同時，學生應(yīng)當了解全基因組關(guān)聯(lián)性研究數(shù)據(jù)的基本格式，學會使用plink等常用遺傳統(tǒng)計分析軟件，理解不同遺傳模型的統(tǒng)計學表達，并掌握線性模型、logistic回歸模型等常用的分析方法。而在第二次課堂上，學生將在教師的引導(dǎo)下，面臨多重比較的問題。到了第三次課堂上，本以為采用多因素回歸便能達到目的，學生又將面臨人群結(jié)構(gòu)及人群分層帶來的混雜問題。在最后一次課上，學生將前幾次課的內(nèi)容進行匯總，對最終的分析結(jié)果進行匯報。學生在學習后，不但掌握流行病學中的常用設(shè)計和分析方法，深入理解各種方法的歷史變革、使用條件和結(jié)果解讀，并親自參與研究方案設(shè)計、統(tǒng)計分析計劃設(shè)計、統(tǒng)計分析編程和報告等等，全方位地加深學生對相關(guān)知識的認識和理解。

再以《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》課程為例，教學目標是使學生在進行現(xiàn)場調(diào)查的設(shè)計和實施過程中，掌握必要的統(tǒng)計學理論和方法，為以后專業(yè)學習和從事實際工作時處理現(xiàn)場抽樣調(diào)查問題打下堅實基礎(chǔ)。在《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》課程的綜合實驗中，引入了基于項目的實驗方式。研究問題由學生自己提出，要求學生選取醫(yī)學相關(guān)選題，提出一個研究問題；再通過自行設(shè)計問卷、研究設(shè)計和樣本量估計、調(diào)查實施、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論匯報和辯論等形式，完成綜合實驗的過程。通過將綜合實驗和基于項目學習的方式整合，學生不斷在實踐中強化了對調(diào)查設(shè)計相關(guān)理論知識的理解和掌握，也通過實踐操作了解了調(diào)查問卷的設(shè)計、調(diào)查執(zhí)行、問卷錄入和質(zhì)控、數(shù)據(jù)分析等全過程。通過兩個學期的教學，已基本形成了較為成熟的教學體系，學生能撰寫出相對質(zhì)量較高的調(diào)查論文。

綜合實驗的實施

筆者選取了本校4年制生物統(tǒng)計專業(yè)第4學年所開設(shè)的《流行病學中的統(tǒng)計學方法》、《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》、《臨床試驗中的統(tǒng)計學方法》三門應(yīng)用導(dǎo)向的必修課程，通過案例選擇和建設(shè)、教師培訓(xùn)、過程評價等手段，在這三門課程中添加了綜合實驗的模塊。將生物統(tǒng)計學理論知識和基礎(chǔ)醫(yī)學、預(yù)防醫(yī)學及臨床醫(yī)學知識有機交叉融合，以學生為中心，重視學生的能力培養(yǎng)。

一般而言，理論課與綜合實驗的比例是3∶1。但其與理論課程的比例及時間安排則視課程內(nèi)容而定。例如，以《流行病學中的統(tǒng)計學方法》課程為例，課程共計48個學時，每次課3學時，本課程分別在完成病例對照研究、隊列研究、交互作用的理論授課后，進行一次綜合分析，目的是針對不同類型設(shè)計，了解資料背景，撰寫分析計劃，完成數(shù)據(jù)分析，并按照STROBE指南撰寫研究報告；《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》只有一個綜合分析案例(設(shè)計并完成一個實際調(diào)查)，則在講授完成抽樣方式、調(diào)查表設(shè)計、統(tǒng)計分析、敏感問題調(diào)查技術(shù)后，學生分別完成綜合實驗中的一個環(huán)節(jié)，最終目的是讓學生掌握現(xiàn)場調(diào)查全過程中所需的統(tǒng)計思維和統(tǒng)計方法，等等。

在案例建設(shè)的基礎(chǔ)上，每年負責課程的老師均需在開課前集體備課，總結(jié)上一輪教學中的經(jīng)驗教訓(xùn)，并根據(jù)最新研究進展對案例進行修訂。最終學生的學業(yè)成績除了包含最終考試外，綜合實驗過程中的表現(xiàn)也具有相當大的權(quán)重。例如，在《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》的綜合實驗中，調(diào)查方案的質(zhì)量、問卷的質(zhì)量、調(diào)查報告的撰寫水平、最終匯報的質(zhì)量及答辯的表現(xiàn)，均構(gòu)成了綜合實驗最終成績的要素。

教學反饋

筆者分別對剛完成綜合練習的學生及已攻讀研究生的生物統(tǒng)計專業(yè)學生進行調(diào)查。本科生共計發(fā)放30份問卷，研究生共計發(fā)放10份問卷。調(diào)查結(jié)果表明，幾乎所有學生均認可，綜合練習改變了既往實習課只是做練習學軟件的過程，有75%的同學認為綜合練習的方式有助于將幾門課的知識融會貫通，特別是已經(jīng)學完的課程會被重新喚醒；但也有部分同學認為過于消耗時間。研究生同學普遍評價較高，這可能和他們本科階段學業(yè)較為優(yōu)秀有關(guān)，但他們也表示確實課上學到了很多課本上沒有，但在讀研階段很有幫助的背景知識。

總 結(jié)

在多年教學實踐和教學改革過程中，筆者所在的教學團隊緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標，全面提高生物統(tǒng)計人才的理論水平及對生物統(tǒng)計學應(yīng)用能力。通過在《流行病學中的統(tǒng)計方法》、《現(xiàn)場調(diào)查設(shè)計》等特色課程中引入綜合實驗，提高學生全面素質(zhì)，使學生成為既具備統(tǒng)計學理論與思維，又具有多方面能力的復(fù)合型人才。

目前國內(nèi)醫(yī)學院校廣泛開展基于問題學習(PBL)。PBL是一種以學生為中心的，基于問題的教學方法。與以機械性記憶為主的傳統(tǒng)醫(yī)學學習方式相比，在醫(yī)學院校中開展PBL教學，不但傳授知識，更傳授學習的方式。而筆者教學團隊在生物統(tǒng)計專業(yè)所開展的綜合實驗教學，體現(xiàn)了PBL(基于問題學習)與PBL(基于項目學習)的整合。

課題組基于R軟件的Shiny包，開發(fā)了“生物統(tǒng)計交互式分析平臺”。在分析平臺基礎(chǔ)上，課題組進一

步開發(fā)了模擬軟件，利用計算機產(chǎn)生隨機數(shù)，模擬醫(yī)學中的隨機現(xiàn)象，服務(wù)于綜合實驗教學。課題組將進一步完善已經(jīng)開發(fā)的軟件，包裝相應(yīng)成果，進行著作權(quán)申報和推廣[7]。

盡管從實際成效看，學生反映生物統(tǒng)計學理論與方法的綜合應(yīng)用能力有所提高。但目前對于生物統(tǒng)計學綜合能力的評價，還欠缺廣泛認可的手段。筆者所在教學改革團隊已針對醫(yī)學生的學習適應(yīng)性評價等開展了研究，后期將進一步考慮統(tǒng)計分析能力考核體系的研究[8-10]。