在線測試對(duì)提高統(tǒng)計(jì)圖表認(rèn)知與理解能力的調(diào)查分析

孫紅衛(wèi) 王 玖 韓春蕾 劉海霞 張中文 張 俊 李開心

1 濱州醫(yī)學(xué)院衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室，264003 山東 煙臺(tái)；2 濱州醫(yī)學(xué)院煙臺(tái)附屬醫(yī)院，264003 山東 煙臺(tái)

各級(jí)衛(wèi)生部門和機(jī)構(gòu)發(fā)表越來越多包含統(tǒng)計(jì)圖表的報(bào)告，如從統(tǒng)計(jì)角度描述人群的健康狀況[1]，統(tǒng)計(jì)圖表提供了一種可視化的方法來總結(jié)影響健康狀況的變量之間的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)圖表通過適當(dāng)?shù)姆绞椒治霾⒔M織數(shù)據(jù)，讓復(fù)雜難懂的數(shù)據(jù)易于理解，能實(shí)現(xiàn)信息的有效傳遞[2]。為了能及時(shí)有效地傳達(dá)信息，統(tǒng)計(jì)圖表需要及時(shí)更新、減少認(rèn)知偏差和降低理解成本[2]。另外，能夠閱讀和解釋在新聞媒體或一般業(yè)務(wù)中遇到的統(tǒng)計(jì)圖表，才能熟練運(yùn)用其包含的信息來進(jìn)行相關(guān)問題的決策。

Schield M[3-4]認(rèn)為，閱讀比率和百分比的表格和圖表，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確描述和比較是困難的。2002年由W.M.Keck統(tǒng)計(jì)素養(yǎng)項(xiàng)目舉辦的關(guān)于閱讀百分率有關(guān)的統(tǒng)計(jì)圖表的調(diào)查，調(diào)查對(duì)象包含了美國和南非的大學(xué)生、大學(xué)教師和有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析師，研究發(fā)現(xiàn)44%的大學(xué)生對(duì)單個(gè)百分比的描述有誤；在餅圖的比較中，有53%的數(shù)據(jù)分析師錯(cuò)誤理解了2個(gè)部分的比較；在閱讀X-Y圖中，有81%的大學(xué)教師對(duì)高多少倍的比較理解有誤；研究者認(rèn)為統(tǒng)計(jì)教育者需要承擔(dān)起對(duì)率和構(gòu)成比等匯總數(shù)據(jù)正確描述和比較的責(zé)任[5-6]。在國內(nèi)，孫愷[7]也對(duì)統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行了深入系統(tǒng)的分析研究，梳理了統(tǒng)計(jì)圖表的歷史發(fā)展?fàn)顩r，闡明了統(tǒng)計(jì)圖表的含義和組織構(gòu)成，重點(diǎn)探討了“時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)圖表”“空間序列統(tǒng)計(jì)圖表”“時(shí)空序列統(tǒng)計(jì)圖表”和“數(shù)量關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖表”4種主要視覺形式。蔣志華等[8]調(diào)查了中國12個(gè)省的2 800名一般公眾對(duì)于收集和整理數(shù)據(jù)方法的掌握、統(tǒng)計(jì)調(diào)查能力、常用統(tǒng)計(jì)軟件操作能力和解釋統(tǒng)計(jì)結(jié)果能力的掌握情況。

圖形設(shè)計(jì)與人們理解圖形的能力之間的關(guān)系在認(rèn)知心理學(xué)、教育、人機(jī)工程學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的研究。在國內(nèi)還沒有做過大學(xué)生對(duì)于閱讀率和百分比的統(tǒng)計(jì)圖表的理解和掌握能力的研究。這方面知識(shí)雖然從數(shù)學(xué)原理上不如統(tǒng)計(jì)推斷或多元統(tǒng)計(jì)復(fù)雜，但是廣泛應(yīng)用于各級(jí)衛(wèi)生部門和機(jī)構(gòu)以及新聞媒體發(fā)布的報(bào)告中。公眾對(duì)于這方面知識(shí)的理解和掌握并不到位。在統(tǒng)計(jì)學(xué)的教學(xué)過程中，統(tǒng)計(jì)圖表占的學(xué)時(shí)較少，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)提高學(xué)生的統(tǒng)計(jì)圖表理解能力也是一個(gè)挑戰(zhàn)。本研究在參考M.Schield[5-6]閱讀比率和百分比的統(tǒng)計(jì)圖表的調(diào)查問卷基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)習(xí)過程中易出錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)定2次測試，每次測試都列出答案解析，旨在考察在線測試工具在提高學(xué)生統(tǒng)計(jì)圖表認(rèn)知方面的作用。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

研究選擇山東省某醫(yī)學(xué)院校在讀大學(xué)生作為調(diào)查對(duì)象，其中臨床醫(yī)學(xué)、麻醉學(xué)、影像學(xué)、檢驗(yàn)學(xué)等醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，已學(xué)完《醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)》(32學(xué)時(shí))的統(tǒng)計(jì)圖表內(nèi)容；統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)學(xué)生，已學(xué)完《衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)》(96學(xué)時(shí))的統(tǒng)計(jì)圖表內(nèi)容。

1.2 研究方法

通過線上問卷的方法收集相關(guān)信息。線上問卷包括統(tǒng)計(jì)圖表調(diào)查測試一(https://ks.wjx.top/jq/92107364.aspx)和統(tǒng)計(jì)圖表調(diào)查測試二(https://ks.wjx.top/jq/92106453.aspx)2次測試；其中測試一包括基本情況、統(tǒng)計(jì)圖表測試題目和難易度評(píng)價(jià)3個(gè)模塊；測試二包括基本情況、統(tǒng)計(jì)圖表測試題目和自我評(píng)價(jià)3個(gè)模塊。2個(gè)測試中最核心模塊為統(tǒng)計(jì)圖表測試題目，包含餅圖(1個(gè)分組因素的構(gòu)成比)、條形圖(2個(gè)分組因素的構(gòu)成比)、散點(diǎn)圖(2個(gè)變量相關(guān)關(guān)系)、表格數(shù)據(jù)信息(率的理解、死亡率和病死率的理解)的讀取這5個(gè)考察類型題目。在題目選擇上，2個(gè)測試對(duì)應(yīng)的每個(gè)題目考察的知識(shí)點(diǎn)相同，但案例不同。

通過2個(gè)測試，主要考察“在線測試”+“查看答案解析”的方式是否有助于提高學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)圖表的理解能力，所以要求被調(diào)查學(xué)生在測試一答題結(jié)束后查看問卷后設(shè)置的所有題目的解析，再進(jìn)行測試二的測試。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

研究通過SPSS 22.0軟件完成分析。定性資料的統(tǒng)計(jì)描述采用頻數(shù)和率/構(gòu)成比(%)，定量資料的描述采用均數(shù)。定量資料的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 一般特征

本次調(diào)查共回收問卷1 100份，通過對(duì)所回收部分存在問題的問卷進(jìn)行整理與剔除，最終有效問卷共957份，有效率為87.00%；957份有效問卷中，完成測試一的人數(shù)為546，完成測試二的人數(shù)為476。見表1。

表1 研究對(duì)象基本資料

2.2 對(duì)1個(gè)分組因素構(gòu)成比的理解認(rèn)知情況

以測試二為例(題目詳見測試一和二中B1.1～B1.2題)：請(qǐng)根據(jù)圖1中的信息，判斷第B1.1～B1.2題中的陳述是否正確。

B1.1題，90%的中暑戰(zhàn)士是北方籍。

B1.2題，北方籍戰(zhàn)士中暑的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于南方籍戰(zhàn)士。

此題主要考察學(xué)生對(duì)餅圖中構(gòu)成比的理解是否正確。題目中B1.1題是構(gòu)成比的正確解釋，即部分占整體的比例，而B1.2題是對(duì)構(gòu)成比的錯(cuò)誤解釋，即將構(gòu)成比解釋成率。見圖1。

圖1 某部隊(duì)出現(xiàn)中暑戰(zhàn)士的籍貫分布

通過答題正確率來看，第B1.2題回答的正確率要低于第B1.1題的正確率(測試一正確率分別為79.1%和46.9%，測試二正確率分別為94.1%和70.8%)。如測試二的B1.2題，認(rèn)為“北方籍戰(zhàn)士中暑的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于南方籍戰(zhàn)士”說法正確，正確率只有70.8%，說明近30%的學(xué)生對(duì)于構(gòu)成比錯(cuò)誤解釋成率的說法并沒有察覺，從而得出明顯錯(cuò)誤的結(jié)論。見表2。

表2 對(duì)1個(gè)分組因素構(gòu)成比的認(rèn)知情況

2.3 對(duì)2個(gè)分組因素構(gòu)成比的理解認(rèn)知情況

以測試二為例(題目詳見測試一和二B2.1～B2.2題)：請(qǐng)根據(jù)圖2中的信息，判斷第B2.1～B2.2題中的陳述是否正確。

B2.1題，70～80歲男性有此疾病的占20%。

B2.2題，60～70歲男性中有此疾病比例要超過其他年齡段男性。

該題亦是主要測試對(duì)于構(gòu)成比的理解，但與B2.1題和B2.2題餅圖的構(gòu)成比題目相比，此類問題要復(fù)雜，其有2個(gè)分組因素，用直條圖來展現(xiàn)。該問題的2個(gè)小題都是對(duì)構(gòu)成比的錯(cuò)誤解釋，也就是把構(gòu)成比解釋成率。見圖2。

圖2 某疾病的年齡及性別分布

如測試二的B2.1題，20%應(yīng)該是某疾病患者中70～80歲男性占的比例。測試二的第B2.2題的敘述如果改成“某疾病患者中60～70歲男性的占比要高于其他年齡段男性”就正確了。測試一的B2.2小題正確率只有33.5%，測試二的B2.2題正確率也只有56.3%。說明超過40%的學(xué)生對(duì)于“將構(gòu)成比的比較解釋成率的比較”的錯(cuò)誤并沒有清晰判斷。見表3。

表3 對(duì)2個(gè)分組因素構(gòu)成比的認(rèn)知情況

2.4 對(duì)散點(diǎn)圖及2個(gè)變量相關(guān)關(guān)系的理解認(rèn)知情況

以測試二為例(題目詳見測試一和二B3.1～B3.3)：請(qǐng)根據(jù)圖3中的信息，判斷第B3.1～B3.3題中的陳述是否正確。

B3.1題，隨著房價(jià)變化比例的增加，婦女生育率變化比例有下降的趨勢。

B3.2題，高房價(jià)會(huì)導(dǎo)致婦女生育率下降。

B3.3題，如果某縣的房價(jià)保持穩(wěn)定，則該縣的生育率也會(huì)保持穩(wěn)定。

該題考察學(xué)生對(duì)散點(diǎn)圖的理解。其中B3.1題，是對(duì)散點(diǎn)圖的正確理解。B3.2題將散點(diǎn)圖的相關(guān)性錯(cuò)誤解釋成因果關(guān)系，B3.3題也是將散點(diǎn)圖的相關(guān)性錯(cuò)誤解釋成因果關(guān)系，而且認(rèn)為控制了“原因”，就能有對(duì)應(yīng)的“結(jié)果”。見圖3。

圖3 2010—2016年某國多個(gè)縣房價(jià)變化比例與25～29歲婦女生育率變化比例散點(diǎn)圖

從正確率來講，學(xué)生的正確率較高，基本都在70%以上，說明學(xué)生對(duì)于散點(diǎn)圖的理解整體把握較好。但仍有30%左右的學(xué)生會(huì)將散點(diǎn)圖的相關(guān)性錯(cuò)誤解釋成因果關(guān)系。見表4。

表4 對(duì)散點(diǎn)圖及相關(guān)關(guān)系的認(rèn)知情況

2.5 對(duì)率的理解認(rèn)知情況

以測試一為例(題目詳見附錄中測試一和二B4.1～B4.2)：表5表示了美國及其各州在1990、1995和1996年的低出生體質(zhì)量兒的比例。

表5 美國及其各州1990、1995和1996年 低出生體質(zhì)量兒比例 單位：%

據(jù)表5中比例回答B(yǎng)4.1～B4.2中的問題。

B4.1題，在1996年的美國，6.0%的低體質(zhì)量嬰兒出生在加利福尼亞。你認(rèn)為此敘述準(zhǔn)確?

B4.2題，在1996年的美國，亞拉巴馬州出生的低體質(zhì)量嬰兒比加利福尼亞州出生的嬰兒多。你認(rèn)為這一說法準(zhǔn)確地將加州的6.0%與亞拉巴馬的9.3%進(jìn)行了比較嗎?

該問題主要考查學(xué)生對(duì)于率的理解。測試一的B4.1題，測試二的B4.1題和B4.2題，都是將率錯(cuò)誤解釋成了構(gòu)成比。測試一的B4.2題是將率錯(cuò)誤解釋成了頻數(shù)，也就是將相對(duì)數(shù)錯(cuò)誤解釋成了絕對(duì)數(shù)。測試一的B4.1題的正確說法應(yīng)該是，6.0%表示1996年加利福尼亞州低出生體質(zhì)量兒的比例是6.0%。B4.2題的正確說法應(yīng)該是，1996年亞拉巴馬州低出生體質(zhì)量嬰兒的比例要高于加州。測試二的B4.1和B4.2題的正確說法是，26.2%表示 1990年黑人男性中吸煙的比例是26.2%。測試二的B4.2題正確率只有46.0%，這說明有超過一半的學(xué)生，對(duì)于率錯(cuò)誤解釋成構(gòu)成比的說法并不能清晰判斷。見表6。

表6 對(duì)比例頻率表中率的認(rèn)知情況

2.6 對(duì)死亡率和病死率指標(biāo)的理解認(rèn)知情況

以測試一為例(題目詳見附錄中測試一和二B5.1～B5.2題)：表7給出了新型冠狀病毒肺炎疫情各地區(qū)患者治愈率與病死率。

根據(jù)表7回答下面B5.1～B5.2題。

B5.1題，至截止日期在地區(qū)C每100個(gè)人中平均有6.22人因新型冠狀病毒肺炎而死亡。

B5.2題，至截止日期地區(qū)C的死亡人口中因新型冠狀病毒肺炎死亡的人數(shù)占比為6.22%。

該問題主要考查學(xué)生對(duì)于死亡率和病死率的理解。其中測試一的B5.1題是將病死率錯(cuò)誤解釋成死亡率。B5.2題是將病死率錯(cuò)誤解釋成死亡構(gòu)成比。可以看到這2個(gè)小題的正確率在70%左右。測試二的B5.1題和B5.2題是對(duì)死亡率的正確解釋。這兩2個(gè)小題的正確率分別是46.0%和63.9%。說明有30%～50%的學(xué)生對(duì)于死亡率、病死率以及死亡構(gòu)成比的區(qū)別沒有掌握。見表8。

表8 對(duì)死亡率和病死率指標(biāo)的認(rèn)知情況

在2個(gè)測試的11個(gè)題目中，全做對(duì)的都只有5%左右，判斷錯(cuò)誤的題目≤3個(gè)的學(xué)生占有55%左右，也就是說有45%左右的學(xué)生在測試中會(huì)在11個(gè)題目中錯(cuò)4個(gè)或以上。25%的學(xué)生在11個(gè)題目中錯(cuò)5個(gè)或更多。測試一和測試二的平均分相差不大，且對(duì)其進(jìn)行配對(duì)樣本的t檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.348，P=0.728)。見表9。

表9 2次測試得分對(duì)比結(jié)果

①數(shù)據(jù)為平均值。

經(jīng)過學(xué)習(xí)后，有69.1%的學(xué)生主觀上認(rèn)為自己有所提高，29.0%的學(xué)生主觀上認(rèn)為自己做題時(shí)沒有變化，極少數(shù)的學(xué)生認(rèn)為自己有所下降。通過對(duì)醫(yī)學(xué)院大學(xué)生統(tǒng)計(jì)圖表的認(rèn)知理解情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分學(xué)生對(duì)于基本統(tǒng)計(jì)圖表的理解錯(cuò)誤。其中對(duì)于2個(gè)分組因素構(gòu)成比理解有誤的，達(dá)到70%，對(duì)于1個(gè)分組因素的構(gòu)成比理解有誤的，達(dá)到50%左右，對(duì)于率的理解30%～50%的學(xué)生理解錯(cuò)誤，30%左右的學(xué)生對(duì)病死率和死亡率的區(qū)別不能清晰判斷，30%左右的學(xué)生對(duì)散點(diǎn)圖的相關(guān)關(guān)系理解有誤。測試二相比于測試一，將近70%的學(xué)生自我評(píng)價(jià)通過測試后對(duì)統(tǒng)計(jì)圖表的理解有提高。見表10。

表10 經(jīng)過學(xué)習(xí)后學(xué)生自我認(rèn)為的掌握程度認(rèn)知情況表

3 討論

在線測試再結(jié)合答案解析以及老師重點(diǎn)講解，結(jié)果可能會(huì)更好。2002年，W.M.Keck統(tǒng)計(jì)素養(yǎng)項(xiàng)目進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于閱讀率和百分比圖表的國際調(diào)查。調(diào)查的重點(diǎn)是表格和圖表中的比率和百分比，調(diào)查發(fā)現(xiàn)了較高的錯(cuò)誤率。而幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這些技能需要相當(dāng)長的時(shí)間，由T.Burnham和M.Schield[9]開發(fā)的新在線工具可以解決這些問題，這個(gè)工具是基于web的程序來幫助學(xué)生準(zhǔn)確描述比較率和百分比，并用不同的表格呈現(xiàn)，并且對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤給予即時(shí)反饋。使用這個(gè)在線程序后，上課時(shí)間至少減少了50%。該工具使在線教授統(tǒng)計(jì)知識(shí)成為可能[10]。

本研究采用的2次測試也是通過在線測試的方式來幫助學(xué)生掌握這部分的內(nèi)容，通過結(jié)果可以看到，學(xué)生自我評(píng)價(jià)這種方式對(duì)于學(xué)生是有幫助的。但2次測試的平均分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，本研究并沒有要求在線測試的成績計(jì)入課程的平時(shí)成績，所以對(duì)學(xué)生缺少激勵(lì)，可能有的同學(xué)急于完成問卷，測試二的答題速度較快；也可能有同學(xué)并沒有仔細(xì)閱讀答案解析，做測試二時(shí)還是出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外，2次測試雖然采用的知識(shí)點(diǎn)相同，但采用的案例不同，學(xué)生對(duì)案例背景的熟悉程度也會(huì)影響答題的正確率。這也說明，對(duì)于統(tǒng)計(jì)圖表的正確解讀離不開對(duì)相關(guān)案例背景的熟悉和理解，切不可僅憑直覺，需要在對(duì)案例背景認(rèn)真閱讀基礎(chǔ)上來理解統(tǒng)計(jì)圖和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

本研究是對(duì)醫(yī)學(xué)院大學(xué)生對(duì)于統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)圖表的認(rèn)知理解情況進(jìn)行調(diào)查，相當(dāng)大部分以后會(huì)進(jìn)入臨床、基礎(chǔ)研究還有公共衛(wèi)生領(lǐng)域工作，都需要理解并掌握統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)圖表，并通過其所提供的信息進(jìn)行決策。所以在涉及在線測試題目時(shí)，如果能夠結(jié)合醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如針對(duì)臨床專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)反映治療方式優(yōu)劣的統(tǒng)計(jì)圖表；針對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)，設(shè)計(jì)反映疫情或其他疾病發(fā)展的統(tǒng)計(jì)圖表，會(huì)促進(jìn)學(xué)生掌握將來工作中常用的統(tǒng)計(jì)圖表，使得他們能更好地結(jié)合數(shù)據(jù)信息作出判斷和決策。

統(tǒng)計(jì)圖表是傳達(dá)信息的有效手段，雖然從統(tǒng)計(jì)知識(shí)的難度上相對(duì)比較簡單，但是統(tǒng)計(jì)圖表的可讀性和公眾的理解能力亟待改進(jìn)。設(shè)計(jì)者需要增加統(tǒng)計(jì)圖表的可讀性，大學(xué)生、從業(yè)者、公眾也需要增加對(duì)統(tǒng)計(jì)圖表的理解能力。統(tǒng)計(jì)圖表的理解和掌握僅通過課堂講解的方式，由于學(xué)時(shí)的限制無法達(dá)到準(zhǔn)確理解的目標(biāo)。通過在線測試的方式，根據(jù)案例設(shè)計(jì)題目，再結(jié)合答案解析，可以在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)將這部分知識(shí)掌握得更好。