《醫學統計學》教學動畫的設計與實現*

羅 虹 吳 騁 賀 佳△

信息技術與學科課程的整合已經成為教育信息化進程中的一個熱點和發展趨勢〔1〕?！夺t學統計學》是一門理論抽象、方法繁多、應用廣泛的課程〔2〕，目前教學過程中存在的普遍問題是:課時少，重點、難點內容多。動畫作為信息技術中的重要組成部分，具有善于表現抽象的內容、以形喻理、深入淺出等特點。因此，在醫學統計學教學過程中運用教學動畫不僅是信息化教學改革的要求，更能提高知識傳授的有效性。

1.醫學統計學動畫教學的作用

所謂教學動畫就是利用“動”來展現教學中需要展示的事物、現象和過程。動畫既可以將人們的所思所想進行具象還原，還可以通過“動”的交互來引導人們的思維過程。在醫學統計教學中引入動畫教學，具有良好的展示與啟發作用。

2.醫學統計學教學動畫的設計與實現

教學動畫設計，是指將教學內容根據教學目標的要求進行二次教學設計，并運用信息技術營造一種新型的教學環境，實現一種既能發揮教師的主導作用又能體現學生主體地位的教學方式。經過教學實踐與剖析，現將醫學統計學教學動畫的設計與實現分為演示效能、過程剖析、應用探究三個層次予以介紹。

(1)演示效能層次

演示效能層次是教學動畫發揮的最基本功能，其形式是對所講授課程中較為抽象的知識進行直觀、形象、生動的演示，以展現內容、化解難點、幫助理解和提高興趣，在這一層次中主要以知識傳授為主，適合于多個前后相連的知識點的傳授。

在醫學統計學教學中有許多關鍵的教學內容很抽象，如變量的分布、分布的參數與特征等，學生往往難以理解并與實際相結合。此時，將資料、資料的頻率分布、變量的概率分布以動畫方式進行呈現，相互聯系與轉換，可以更好地幫助學生形成知識上的融會貫通，理解概率分布的實際意義。

以“正態分布”為例，針對正態分布的曲線特征、參數以及曲線下面積等教學內容，筆者設計了若干場景，每一場景只突出一個主題。而不同場景中的不同主題之間既相互獨立又層層遞進，以引導學生的注意力隨著主體刺激的轉移而轉移。首先，讓雜亂無章的數據按照其數值大小排列到相應的組段，形成了頻率分布;其次，將頻率分布頂端連接成一條光滑的曲線，引出概率分布;第三，呈現出分布的集中趨勢、離散趨勢后，引導學生分析數據的分布特征，引出正態分布;第四，運用滑竿拖動的方式將曲線的位置參數μ和形狀參數σ與曲線的關系深入淺出地加以表達。教學時還可以結合集中趨勢與離散趨勢進行進一步的分析，將變異、標準差、離散程度的概念融會貫通。如圖1所示。最后，通過色塊高亮顯示的方式，將正態分布曲線下的面積進行形象化展示，結合概率的概念加以介紹，為參考值范圍、可信區間的計算奠定基礎。

圖1 正態分布的參數與曲線的關系

該層次注重知識傳授，應具有主題鮮明、知識點系統連貫、畫面富有吸引力等特點。結合信息化教學技術與相關認知心理學原理〔3-4〕，筆者在設計與實現的過程中，對于教學動畫進行了特別設計，包括背景與目標色彩、每一場景中主題的設置、場景的動態顯示等。

(2)過程剖析層次

過程剖析層次是指通過動畫的設計將統計分析方法的思維過程進行分解和表達，由此實現深入本質、理解精髓的教學效果。以“方差分析”為例，其實質是對觀測值變異來源進行分解。在完全隨機設計的方差分析中，將觀測值的總變異分解為兩部分:組間變異與組內變異。以此為例，在動畫設計過程中，首先體現觀測值的差異性，本例設計了四組觀測對象，如圖2所示。

接下來將總變異、組間變異和組內變異的概念分別引出。在顯示總變異時，突出的是各觀測值與總體均數之間的差異性，將總體均數加粗顯示;在顯示組間變異時，強調的是各個處理組樣本均數與總體均數，以及各個處理組樣本均數之間的差異性，因此，將各個處理組的樣本均數加粗顯示;在顯示組內變異時，反映的是各組內的觀測值與該組樣本均數的差異，因此，將圖中代表總體均數的虛線隱藏，以突出組內數據的變異性，如圖3所示。

圖2 原始數據及各種均數

圖3 組內變異

此外，為了使教學動畫更為靈活，在本例的設計過程中，特別針對觀測值取值范圍、各組樣本量、比較組別的數量等進行了可更改的設置，允許學生根據實際案例自己進行操作。

(3)應用探究層次

應用探究層次的設計理念是通過一些信息技術手段幫助學生從繁雜的計算中解脫出來，將精力放在對問題的探究和實際應用上。該層次的動畫設計應有利于實現學生主動參與、自主探究的學習方式。因此，在設計中筆者特別采用了面向對象封裝并允許調用外部數據的方式。以“兩變量的關聯性分析”為例，當在外部的xml文檔中輸入X、Y的觀測值后，在動畫畫面中自動出現對應的點。同時提供樣本例數和相關系數取值的更改滑竿，通過鼠標拖動的方式觀察它們之間的變化與聯系，觀察兩變量的散點圖與相關系數的關系。

特別地，對于應用兩變量關聯性分析的注意事項講解中，如“真假相關”問題，在動畫中通過兩種不同顏色的散點來區分某變量兩個水平(如男性、女性)的數據，以此直觀地反映各水平中數據的分布特點與兩水平合并后數據的分布特點，并給出相應的相關系數，使學生對資料的分層與合并對相關關系的影響形成直觀的認識，如圖4所示。

圖4 真假相關示意圖

3.醫學統計學教學動畫的應用

目前已開發并應用于實際授課的教學動畫有10個，內容涵蓋了統計描述與統計推斷的主要知識點，包括:(1)統計描述指標的特征與比較，含中位數、均數與變異指標;(2)主要分布類型，含正態分布、t分布;(3)方差分析的變異分解;(4)兩變量的關聯性分析，含回歸分析、相關分析、真假相關、決定系數等。針對教學的實際需要，很多教學動畫中都融合了演示效能、過程剖析和應用探究三個層面的功能。

所開發的動畫在我校護理本科、公共事業管理本科以及臨床醫學八年制的醫學統計學教學中進行了應用，學生普遍反映教學動畫能較好地幫助他們理解知識點，加深對難點與重點知識的記憶，教學效果良好。但動畫如何與講授更好地銜接以提高課堂授課效率等，仍需在今后的教學中不斷探索。

4.展望

在演示效能、過程剖析、應用探究等三個層面上針對醫學統計學教學重點與難點進行動畫設計與實現，有助于提升醫學統計學教學效果和教學效率。基于不同的教學目標對教學內容進行科學、合理的二次設計，充分發揮教學動畫的演示效能層次，有利于直觀地實現知識的傳遞;將教師豐富的教學經驗和精髓體現于教學動畫的過程剖析層次，有助于培養學生的統計學思維，理解和掌握統計方法;將師生互動的智慧與教學相長的熱情體現于教學動畫的應用探究層次，能積極引導學生主動發現問題、分析問題、解決問題，有助于學生自主學習意識的增強和應用探究能力的提高。醫學統計學重要知識點與教學內容的動畫設計與制作，以及在教學中的深入推廣應用，對于醫學統計學信息化教學改革具有積極的促進作用。

1.何克抗.對國內外信息技術與課程整合途徑與方法的比較分析.中國電化教學，2009(9):27-29.

2.馬修強，孟虹，陸健，等.某高校博士研究生對《醫學統計學》的認知及需求現狀分析.中國衛生統計，2009，26(5):531-532.

3.趙江洪主編.設計心理學.北京:北京理工大學出版社，2002:76-78.

4.魯道夫·愛因漢姆主編.藝術與視知覺.四川:四川人民出版社，1998:63-65.