運用教學動畫優化醫學統計學教學*

吳 騁 羅 虹 馬修強 陸 健 賀 佳△

醫學統計學是醫科院校的公共必修課程，其教學效果的好壞直接影響到醫學生統計思維的養成和今后從事醫學科學研究的能力〔1〕。目前，很多教師都積極地嘗試醫學統計學的教學改革，將多媒體技術、統計軟件等引入課程教學，取得了一定的效果。多媒體技術在高校的醫學統計學教學中效果明顯，特別是對學生分析問題、解決問題的思維拓展及綜合能力的培養有很好的促進作用〔2〕。但國內的大部分教學改革研究仍然局限于多媒體幻燈，對于醫學統計學教學動畫的研究與應用較少〔3－7〕。國外已經開發了一些醫學統計學教學動畫，但是存在著語言差異、知識點涵蓋不全、內容分散等問題，難以滿足國內教學的需要。針對上述問題，筆者運用Flash Action Script 3.0設計和開發了醫學統計學主要知識點的教學動畫并將其用于醫學統計學授課。本文結合授課中的難點與重點，對教學動畫的設計理念與優化教學中所起的作用進行介紹。

運用教學動畫直觀呈現抽象的理論，增強學生對難點知識的理解

醫學統計學以概率論為理論基礎，一些知識點需結合概率分布的理論進行講解，特別是從基本的統計描述到參數估計，第一次引入概率分布的概念，學生常常覺得理解起來很困難。而概率分布又是統計推斷的理論基礎，其掌握的好壞直接關系到后續知識的理解。針對這一難點，筆者將原始資料的收集、頻率分布、概率分布、概率分布的特征、界值等知識點制作于一個教學動畫中，幫助學生直觀地將知識相結合，實現從樣本層面上的頻率分布到總體層面上的概率分布之間的轉變。筆者目前已設計開發的能貫穿多個知識點的教學動畫包括:主要的分布類型(如正態分布、t分布)、均數的抽樣實驗等。

以正態分布為例，共設計了4個頁面的動畫。其中，第一頁首先以例子引入，顯示一組大樣本計量資料(該資料服從正態分布)。第二頁顯示該資料對應的頻率密度直方圖，并在該頁中設置了按鈕“增加樣本量，并減小組距”，使用者連續點擊該按鈕后，頻率密度直方圖中的直方會不斷變細，最終細到一條直線，而其頂端則連接成了一條光滑的曲線。通過點擊畫面下方的三個按鈕，可以分別顯示出概率密度曲線、均數，給出“正態分布(normal distribution)”的名稱，如圖1(a)所示。由此，將頻率分布直觀地過渡到了概率分布。在反應正態分布的曲線變動與參數之間的關系時，在引入正態分布后，該動畫中的第三頁筆者就設計了正態分布的兩個參數與曲線形狀的關系動畫。設置了參數μ、σ的某個變動范圍，以滑竿表示，使用者可以拖動游標，使均數μ在(－∞，+∞)范圍內取值，而曲線的位置也隨之在0的左右變動;同樣，對于標準差σ，可以在［0，+∞)范圍內取值，其值改變時，畫面中的曲線形狀會隨之變化。如圖1(b)所示。借助該頁動畫，生動、直觀地展現了位置參數μ、形狀參數σ與正態曲線之間的關系。第四頁則結合授課內容，通過按鈕點擊的方式分別顯示了標準正態分布中的兩個重要界值及曲線下的面積。如圖1(c)所示。借助4頁動畫的展現將原始資料與正態分布，正態分布的特點與標準正態分布的主要界值等知識點緊密聯系在一起，既可以幫助學生實現知識的過渡與聯系，又可以增強其對難點知識的理解。

利用教學動畫啟發思考，加強學生對知識點的識記

統計學是處理數據的科學與藝術，其知識的良好掌握離不開運算和對基本原理的理解，而通過動畫可以將枯燥的數字直觀化，將抽象的原理形象化，增強學生對統計知識的理解。例如，在講解均數與中位數時，雖然可以通過給出一組偏態分布的資料，分別計算兩者的值，反映均數與中位數受每個觀測值取值大小的影響程度，以此對比兩者的特點，但總是不夠形象。針對該知識點，筆者設計了這樣的教學動畫:以數軸上的散點表示原始觀測值，并且設置一個可變動的最大值，允許用鼠標拖動改變。當使用者向右側拖動鼠標，即改變了原始觀測值的最大值，均數會隨之越變越大，而中位數的位置則保持不變。通過這一動畫，直觀地反映了均數受原始觀測值影響大，而中位數反映的是觀測值的中間位置，當數據呈偏態分布或有極端值時，中位數能較好地代表數據的集中趨勢。該動畫使學生對這兩個平均數指標的特點與適用范圍一目了然。

圖1 正態分布的動畫

另外，在相關系數的介紹中，筆者借鑒了一些優秀的國外教學動畫〔8〕，制作了相關系數的動畫，動畫中的樣本例數可以在〔0，500〕范圍內調整，相關系數r可在〔－1，1〕之間調整。隨著相關系數r取值的改變，動畫左側的散點分布會隨之變動，見圖2。教學過程中，該動畫的演示將相關系數r的大小、符號與兩變量之間相關性強弱、方向之間的關系直觀、形象地展現給學生，增強了學生對相關系數的理解與記憶。

圖2 相關系數的動畫

對于統計學方法與基本原理的介紹，筆者多采用單一知識點的動畫形式進行展現，幫助學生加深對方法的理解與記憶，目前已開發的該類教學動畫包括:均數與中位數、常用變異指標、方差分析、相關分析、決定系數、真假相關等。

借助教學動畫完成練習，提高學生的學習興趣

知識的掌握與技能的形成，必須通過一定的練習來實現。特別是對于醫學統計學這樣一門方法繁多的課程，課后練習與作業往往是學生學習過程中的必要環節。在教學中筆者發現，學生對于統計知識的動畫演示具有極強的興趣，非常希望能將教學動畫拷貝回去自己進行學習和復習。如果在統計方法介紹的動畫中靈活設置，能讓學生利用動畫完成課后的練習與作業將進一步提高其學習興趣，加深對知識的理解。因此，在一些教學動畫中，筆者特別設置了開放的數據錄入窗口，可以讓學生借助動畫完成作業。例如，回歸分析的教學動畫中，學生點擊“清除數據”按鈕，可使動畫變成空白狀態，再點擊“輸入數據”按鈕，即可彈出數據錄入框，如圖3(a)所示;在錄入框中輸入欲進行回歸分析的每一組觀測值，其中自變量X在前，因變量Y在后，兩者以“，”分割。錄入數據后，“輸入數據”按鈕會變成“確認輸入”按鈕，點擊后數據即被存儲，如圖3(b)所示;進行后臺運算，動畫中將同時輸出所擬合的回歸直線與回歸方程，如圖3(c)所示。借助這樣的教學動畫，減少了數學運算與繪圖，使學生能更多地進行相應統計方法的練習，有效地提高其學習興趣與學習效率。目前已開發應用的具有數據錄入功能的教學動畫包括:方差分析、回歸分析、真假相關等。

信息技術為教育研究帶來了新的契機，如何借助現代化的手段深化醫學統計學教學改革，設計、開發與管理更有效的數字化教學資源已成為研究熱點〔9〕。通過在護理、臨床、公共事業管理等專業本科教學班次中的應用動畫教學發現:在醫學統計學課堂教學中合理地運用教學動畫，不但能充分啟發學生的思維，調動其積極性，也能激發學生的學習熱情，培養其運用統計知識的綜合能力，獲得了學生的普遍好評。

圖3 回歸分析的動畫

另外，筆者還構建了醫學統計學多媒體教學素材管理信息系統〔10〕，實現了對教學動畫等多媒體素材的系統管理，便于教師對教學動畫的使用與交流。對于醫學統計學課程而言，以動畫的方式展現知識點、闡述難點，使抽象的知識形象化、生動化，幫助學生完成練習與作業，對于提高課程的教學質量與效率，培養學生的統計思維都具有積極地促進作用。

1．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．

2．王俊明，史寶林，徐崢嶸，等．醫學統計學多媒體課件的教學效果．醫學研究與教育，2011，28(1):96-98．

3．史寶林，王俊明，楊輝，等．醫學統計學多媒體教學課件的制作．河北北方學院學報(醫學版)，2010(6)．

4．彭欣，白淑敏．醫學統計學多媒體教學的實踐與思考．醫學理論與實踐，2006，19(1):116-117．

5．馬修強，陸健，吳騁，等．醫學統計學教學改革探索．西北醫學教育，2008，16(2):292-294．

6．烏建平，姚艷，陳福英．醫學統計學雙語多媒體教學的探討．衛生職業教育，2007，25(24):87-88．

7．管紅云，劉治民，陳青山．多媒體與SPSS在醫學統計學教學中的應用．山西醫科大學學報(基礎醫學教育版)，2005，7(2):143-145．

8．Hoffmann T，Russell M．Flash of Correlation Coefficient．Technology and Assessment Study Collaborative，Boston College，2003．

9．吳騁，王志勇，金志超，等．《〈醫學統計學〉多媒體教學資源管理信息系統》的開發與應用．中國衛生統計，2011，28(2):215-216．

10．王勁松．醫學統計學多媒體教學系統的開發．數理醫藥學雜志，2000，13(3):283-284．