基于SPSS軟件的生物統(tǒng)計學本科教學改革

馬建輝+張黛靜+姜麗娜+邵云

摘要：生物統(tǒng)計學是生物學科不同專業(yè)學生必須熟練掌握和應用的一門基礎學科，全國各大高校均已開設該課程的本科教學。但是由于生物統(tǒng)計學以數(shù)學知識為基礎、概念術(shù)語多、計算公式多、課程內(nèi)容連貫性強等特點，學生在實際學習中很難對其熟練掌握和應用。本研究主要探索如何在生物統(tǒng)計學基本教學內(nèi)容的基礎上增加SPSS統(tǒng)計學軟件實驗課的設置，通過理論課與實踐課程的相互結(jié)合使學生們更加了解生物統(tǒng)計學的理論知識，并能在以后的工作和科研中進行熟練的應用，起到良好的教學效果。

關(guān)鍵詞：教學改革;生物統(tǒng)計學;SPSS軟件

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0133-03

生物統(tǒng)計學是一門應用數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現(xiàn)象、實驗調(diào)查資料和實驗數(shù)據(jù)的學科[1]。通過對該課程的學習可極大地提高學生對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的處理和分析能力，對學生獨立思考和科學研究能力的提升具有很大幫助。因此，生物統(tǒng)計學是生物學科不同專業(yè)學生都必須掌握并能熟練應用的一門基礎學科。目前，全國各大高校已將生物統(tǒng)計學列為本科生重要的基礎課課程，并作為研究生的選修課程深受學生的青睞。

在實際教學中，姜麗娜教授根據(jù)多年來的生物統(tǒng)計學教學經(jīng)驗，總結(jié)出該課程具有以數(shù)學知識為基礎、概念術(shù)語多、計算公式多、課程內(nèi)容連貫性強等特點[2]。學生在實際學習過程中往往也會因為對數(shù)學知識掌握不夠牢固、概念術(shù)語理解不夠透徹、計算公式應用不夠熟練、課程內(nèi)容未能完全理解等原因，而導致對該門課程學習掌握程度不夠，難以在以后的科研、工作中得到充分的應用。為了鞏固對生物統(tǒng)計學課程的學習，許多高校也陸續(xù)針對該門課的教學內(nèi)容設置了生物統(tǒng)計學實驗課，并嘗試在實驗課部分增加一些Excel等簡單工具在統(tǒng)計學中應用的課程[3]。但這些實驗課程的設置大多是圍繞課本教學內(nèi)容，使學生進一步熟練統(tǒng)計學概念和計算公式的應用，還不能使學生在實際需要中熟練自如的應用生物統(tǒng)計專業(yè)工具。

本人總結(jié)在生物統(tǒng)計學以及生物科學領(lǐng)域的教學科研經(jīng)驗，認為在本科生生物統(tǒng)計學教學過程中，應當在注重基礎知識的掌握的同時兼顧專業(yè)統(tǒng)計軟件（例如：SPSS、SAS等）操作，使學生在日后實際工作中能熟練地應用這些專業(yè)統(tǒng)計軟件進行數(shù)理統(tǒng)計分析，快速高效的得到理想的結(jié)果。本文綜合SPSS軟件的功能特點，結(jié)合李春喜教授主編生物統(tǒng)計學教材的本科教學內(nèi)容[4]，探討SPSS軟件在生物統(tǒng)計學不同章節(jié)的實驗設置，以使學生更好地掌握生物統(tǒng)計學在現(xiàn)實領(lǐng)域中的應用。

一、SPSS軟件的基本特點以及數(shù)據(jù)文件的建立、導入與導出

李春喜教授主編的第五版生物統(tǒng)計學教材中，前一章內(nèi)容分別為概論。結(jié)合SPSS特點，在講授本章內(nèi)容的同時，SPSS上機實驗課應設置為SPSS軟件的界面介紹、基本特點和作用，數(shù)據(jù)的建立、導入與導出部分。

SPSS軟件的特點與作用：SPSS（Statistical Package for the Social Science or Statistic Products and Service Solution）軟件是于1968年由美國斯坦福大學（Stanford University，USA）的三位研究生研發(fā)而成，并以此名創(chuàng)立SPSS公司。該軟件操作簡單，易學易用，具有較強的統(tǒng)計功能和強大的作圖功能，特別是能夠快速準確地完成大量的、煩瑣的、專業(yè)的和復雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，是國際上認可的專業(yè)統(tǒng)計分析軟件之一。其可廣泛應用于統(tǒng)計分析（例如均值比較、相關(guān)分析、方差分析等）以及統(tǒng)計圖形（例如柱狀圖、散點圖、餅狀圖等）的制作和編輯。在介紹這些功能的同時，打開SPSS窗口，兼并介紹SPSS視圖窗口中標題欄、菜單欄、數(shù)據(jù)單元格顯示、工具按鈕、數(shù)據(jù)視圖和變量視圖的一些簡單用法。

數(shù)據(jù)文件的建立：SPSS軟件打開之后，會進入數(shù)據(jù)編輯窗口，新建一組數(shù)據(jù)后可將變量依據(jù)實驗內(nèi)容進行命名，并選擇輸入數(shù)據(jù)的基本變量類型（例如數(shù)值型、逗號型、句點型、科學計數(shù)型、日期格式型、美元型、定制貨幣型和字符串型等）。

數(shù)據(jù)文件的導入與導出：SPSS可以導入SPSS（*.sav），Excel（*.xls），dBASE（*.dbf），ASCⅡ（*.dat，*.txt），Access（*.mdb），Lotus（*.w*），F(xiàn)oxpro（*.dbc）等數(shù)據(jù)文件，以及各類SASS數(shù)據(jù)文件。即從菜單選擇File中選Open，彈出Open File對話框，文件框內(nèi)顯示以選擇所需文件后綴類型，之后選擇對象，單擊打開（O）按鈕，或雙擊對象文件，從而將文件導入。同樣文件的導出通過File中的save/save as（保存數(shù)據(jù)對話框），選擇保存路徑，鍵入文件名，確定數(shù)據(jù)類型，單擊保存（S）按鈕，其導出文件。

二、應用SPSS軟件的基本統(tǒng)分析

教學材料第二、三章內(nèi)容為資料的整理與特征數(shù)的計算、概率和概率分布，結(jié)合教學內(nèi)容SPSS上機實驗課應設置基本統(tǒng)計分析課程，該部分包括數(shù)據(jù)匯總報告和描述性統(tǒng)計分析兩方面的內(nèi)容。

基本統(tǒng)計分析可通過菜單欄的分析（Analyze）窗口進入，點擊分析欄之后，鼠標放置數(shù)據(jù)匯總報告（Reports）欄，即可顯示分層報告（OLAP—Online Analytical Processing）、數(shù)據(jù)匯總（Cases Summarize）、行匯總報告（Report Summaries in Rows）、列匯總報告選項（Report Summaries in Columns）（圖2A）。其中分層報告主要用于中位數(shù)、最大值、最小值、方差、偏度系數(shù)等統(tǒng)計描述;數(shù)據(jù)匯總可用于對編輯窗口中的數(shù)據(jù)在結(jié)果窗口中羅列出來，以便瀏覽和打印，同時也可對數(shù)據(jù)的基本特征進行描述;行匯總報告可羅列原始數(shù)據(jù)，其格式是以觀察單位和統(tǒng)計量為行標目，以報告變量為列標目;列匯總報告主要用來生成按列顯示統(tǒng)計量計算結(jié)果的報告，同時也可以完成許多統(tǒng)計計算。當鼠標放置描述性統(tǒng)計分析（Descriptive Statistics）位置后，選中響應的功能即可進入頻數(shù)分析（Frequencies）、描述性分析（Descriptives）、探索性分析（Explore）、多維交叉表分析（Crosstabs）、比值分析（Ratio）（圖2B）窗口從而根據(jù)自己的目的進行響應的數(shù)據(jù)分析。endprint

三、應用SPSS軟件的均值比較和方差分析

生物統(tǒng)計學基本知識熟悉之后，在隨后在課堂教學中會開始進行統(tǒng)計推斷和方差分析部分的內(nèi)容。SPSS實驗課在此部分結(jié)合課堂教學相應的設置均值比較和方差分析上機內(nèi)容。

均值比較可通過菜單欄的分析（Analyze）窗口進入，點擊分析欄之后，鼠標放置數(shù)據(jù)均值比較（Compare Means）上即可顯示相應分析欄：平均數(shù)基本分（Means）可用于定量資料的統(tǒng)計分析，按分組變量計算因變量的描述統(tǒng)計量值，如均值、方差、標準差、偏度、峰度等統(tǒng)計量，并顯示結(jié)果;單樣本T-test（One-Sample T Test）單樣本t檢驗主要用于樣本平均數(shù)和已知總體平均數(shù)的比較;獨立樣本T-test（Independent-Samples T Test）可用于檢驗兩個獨立樣本的總體平均數(shù)之間是否有顯著差異;配對樣本T-test（Paired-Samples T Test）用于配對計量資料的比較，檢驗配對樣本差值的總體均數(shù)與0的差異有無顯著意義，以及配對樣本是否相關(guān)（圖3A）。

方差分析包括單因素方差分析和多因素方差分析。其中單向方差分析（One-Way ANOVA）可通過均值比較（Compare Means）進入，其用于完全隨機設計資料的多個樣本均數(shù)比較和樣本均數(shù)間的多重比較，也可進行多個處理組與一個對照組的比較。多因素方差分析可通過分析欄里的多因素方差分析（General Linear Model）選項進入，進入之后會設置四個不同要求的選擇：單變量多因素方差分析（Univariate）可用于一個因變量受一個或多個自變量影響的方差分析;多因變量方差分析（Multivariate）主要用于多個因變量受一個或多個因素變量或協(xié)變量影響的方差分析;多因變量方差分析（Multivariate）對同一因變量進行重復測量的方差分析;混合效應分析（Variance Components）用來估計每個隨機因素對因變量方差的貢獻。在分析過程中可根據(jù)不同的需要和要求，選擇相應的方差分析（圖3B）。

四、應用SPSS軟件的回歸和相關(guān)分析

在方差分析之后，李春喜教授主編的第五版生物統(tǒng)計學教材第七章內(nèi)容為直線回歸和相關(guān)分析。根據(jù)課程設置，SPSS上機實驗課最后應設置為回歸分析和相關(guān)分析的內(nèi)容。

回歸分析包括線性回歸分析和可轉(zhuǎn)化的線性回歸分析。其中線性回歸分析包括一元、多元線性回歸，其可通過分析（Analyze）中的Regression選項進入，進入之后可通過選擇Linear選項進行數(shù)據(jù)的線性回歸分析（圖4A）;可轉(zhuǎn)化的線性回歸分析，是將非線性數(shù)據(jù)通冪指數(shù)、倒數(shù)、等轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為可線性回歸的數(shù)據(jù)，從而進行分析，其可通過Regression里的Curve Estimation選項進入（圖4A）。

相關(guān)分析是一種將客觀事物之間相互聯(lián)系反映到數(shù)量上，從而說明相關(guān)變量之間關(guān)系的一種分析。SPSS軟件中可通過分析（Analyze）中相關(guān)（Correlate）里的Bivariate選項進行二元變量的相關(guān)分析;當實驗要在進行排除其他變量影響下的兩變量相關(guān)分析時，可通過選擇相關(guān)（Correlate）里的Partial Correlation Analysis進行偏相關(guān)分析;而當研究問題涉及變量較多，眾多變量間的相似性和信息交疊使得我們難以從中提煉出主要信息時，可選擇相關(guān)（Correlate）里的Distances來進行距離分析（圖4B）。

五、總結(jié)

本人依據(jù)生物統(tǒng)計學的實際教學經(jīng)驗，將李春喜教授所編生物統(tǒng)計學第五版教材的教學內(nèi)容與SPSS統(tǒng)計學專業(yè)軟件的基本功能相結(jié)合，對不同章節(jié)的教學內(nèi)容全部在SPSS軟件中進行操作應用。通過SPSS實驗教學與生物統(tǒng)計學課堂教學的相互照應，必將加深學生對本門的掌握程度，同時在以后的現(xiàn)實應用中也必會起到良好的效果。

參考文獻：

[1]孫耀中.生物統(tǒng)計學課程教學中對學生的綜合能力培養(yǎng)[J].河北科技師范學院學報，2006，1（20）：60-62.

[2]姜麗娜，張黛靜，邵云，李春喜.生物統(tǒng)計學課程教學的實踐與探索[J].教育與教學論壇，2013，（18）：231-233.

[3]張黛靜，姜麗娜.應用Microsoft Excel進行方差分析的方法[J].生物學教學，2013，7（38）：25-26.

[4]李春喜，姜麗娜，邵云，張黛靜.生物統(tǒng)計學（第五版）[M].北京：科學出版社，2013.endprint